Расчет и проектирование усиления железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания

Федеральное агентство по образованию

Филиал  Белгородского государственного  технологического  университета имени  В. Г. Шухова в г. Новороссийске 
 
 

Специальность: 270105 «Городское строительство и хозяйство» 
 

Курсовая работа

по  дисциплине: Технические вопросы реконструкции зданий и сооружений

на  тему:

«Расчет и проектирование усиления железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания» 
 
 
 
 

Студент гр. С-07-15                                                                     Девлетшаева Э.С.

Рук. курсового проекта                                                               Пермякова А. В.

Нормоконтроль                                                                            Рыбникова И. А.

Оценка руководителя 
 
 

    2011 

Содержание

    Задание………………………………………………………………………..3

    Введение……………………………………………………………………...4

    1 Расчет и проектирование усиления многопустотной

    плиты перекрытия……………………………………………………..……..5

    2 Расчет и проектирование усиления  ригеля перекрытия……………….11

    3 Расчет и проектирование усиления  колонны 

    железобетонной  обоймой………………………………………………..…16

    4 Расчет и проектирование усиления  сборного 

    железобетонного фундамента……………………………………………...22

    Список  литературы…………………………………………………………26 

 

    

ЗАДАНИЕ

    Рассчитать  и запроектировать усиление несущих  железобетонных конструкций четырехэтажного  каркасного здания с сеткой колонн 5.8х5.6м, после реконструкции. Размеры здания в плане 11.6х67.20м. Усилению подвергаются сборная многопустотная плита, ригель перекрытия прямоугольного поперечного сечения, колонна квадратного сечения и фундамент под колонны стаканного типа. Дополнительная расчетная нагрузка после реконструкции g_ad = 2.7 кН/м² (существующая расчетная полная нагрузка равна g = 10.05 кН/м²).

 

    

ВВЕДЕНИЕ

    Реконструкция зданий и сооружений стала одним  из важнейших направлений в области  капитального строительства. Ее объемы растут год за годом.

    Цель  реконструкции жилых и общественных зданий заключается в их переустройстве для улучшения планировочного решения  и выполнения социальных и государственных  задач. Реконструкция промышленных зданий может быть связана с расширением  производства, модернизацией технологического процесса и др.

    Одной из задач реконструкции является усиление элементов конструкций  с целью увеличения их несущей  способности и жесткости. Усиление также производят в связи с  повреждениями конструкций при  возведении, эксплуатации и т. п.

    Во  время выполнения курсовой работы я  выполнила:

    1 расчет и проектирование усиления  изгибаемых элементов перекрытия (покрытия) железобетонных конструкций  (плиты перекрытия или покрытия, ригель);

    2 расчет и проектирование усиления  сжатых (внецентренно сжатых) железобетонных  элементов (колонны);

    3 расчет и проектирование усиления  отдельностоящего фундамента.

 

    

1 РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ МНОГОПУСТОТНОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ 

    Усиление  сборной плиты перекрытия выполняем  путем подращивания площади сечения  продольной рабочей арматуры. Размеры  плиты в плане 1,3х5,6м (рис. 1). 

    

    Рис. 1 Многопустотная плита 

    Бетон усиливаемой панели тяжелый класса В25, толщина защитного слоя бетона а = 20мм, плита армирована шестью плоскими каркасами с рабочей арматурой диаметром 5мм класса А800 с А_s = 4,71см², хомуты 6Ø4 класса В500 с шагом 200мм, R_sw = 300МПа, А_sw = 1,26 см². Арматура усиления класса А400 (R_s,ad = 355МПа), бетон усиления класса В25 (R_b,ad = 11.5МПа) и g_tot = 12.75 кН/м².

    Приводим  плиту к двутавровому виду (рис. 2). Находим R_b = 14,5МПа и R_s = 680МПа.

    Определяем  изгибающий момент и поперечную силу в элементе до и после реконструкции. Изгибающий момент и поперечная сила в плите до и после реконструкции: 

          М = g*l_o²/8; (1.1) 

    где g = 10.05кН/м² * 1.3м = 13.065 кН/м, g_tot = 12.75кН/м² * 1.3м = 16.575 кН/м – погонная равномерно распределенная нагрузка на плиту до и после реконструкции;

    l_o =5.5м –расчетная длина плиты с учетом опирания. 

    М = 13.065*5.4²/8 = 47.18кН*м 

    

    Рис. 2 Эквивалентное сечение плиты

    

    

          М_tot = g_tot*l_o²/8; (1.2) 

    М_tot = 16.575*5.4²/8 = 61.08кН*м;                            

          Q = g*l_o²/2; (1.3) 

    Q = 13.065*5.4/2 = 35.3кН; 

          Q_tot = g_tot*l_o²/2; (1.4) 

    Q_tot = 16.575*5.4/2 = 45.24кН. 

    Определяем  положение нейтральной оси. Так  как 

          М = 45.18кН*м ≤  R_b*b’_f*h’_f*(h_o–0.5*h’_f) =  (1.5)

    = 14.5*10³*0.9*0.819*0.038*(0.20–0.5*0.038) = 81.7кН*м; 

    где b’_f  = 0.819м – расчетная ширина полки, вводимая в расчет;

    h_o = h – а = 22 – 2 = 20 см = 200 мм – рабочая высота сечения.

    Нейтральная ось проходит в полке, сечение  рассматриваем как прямоугольник  с шириной, равной b’_f.

    Определяем  несущую способность элемента до усиления по формуле: 

          М_n = R_b*b’_f*х*(h_o–0.5*х); (1.6) 

    где х – высота сжатой зоны бетона, 

          х = (R_s*А_s)/(R_b*b’_f) = (1.7)

    

    = (680*10³*4.71*10^-4)/(14.5*10³*0.9*0.819) = 0.03м. 

    М_n = 14.5*10³*0.9*0.819*0.03*(0.2-0.5*0.03) = 59.32кН*м. 

    Проверяем условие: 

    М_tot = 61.08кН*м ≤ М_n = 59.32кН*м. 

    Так как оно не удовлетворяется, необходимо усилить плиту. Усиление производим увеличением площади сечения  продольной рабочей арматуры (метод  подращивания).

    Рабочая высота сечения с учетом высоты подращивания d = 50мм, 

          h_o,ad = h+d-a = 220+50-20 = 250мм, (1.8) 

          h_o,red = h_o+(h_o,ad -h_o)*(1- М_n/М_tot) = (1.9) 

    = 200+(250-200)*(1-59.32/61.08) = 201.5мм. 

    Определяем  положение нейтральной оси после  реконструкции. Так как 

          М_tot = 61.08кН*м ≤ R_b*b’_f*h’_f*(h_o,red–0.5*h’_f) =  (1.10)

    = 14.5*10³*0.9*0.819*0.038*(0.201.5–0.5*0.038) = 81.83кН*м, 

    нейтральная ось проходит в полке. Находим  коэффициент: 

          А₀ =  М_tot/ (R_b*b’_f (h_o,red)²) =  (1.11)

    = 61.08/(14.5*10³*0.9*0.819*0.2015²) = 0.028, 

    при  А₀ = 0.028 находим ŋ = 0.985 и ξ = 0.03.

    

    

    Граничное значение относительной высоты сжатой зоны 

          ξ_R = 0.8/(1+(R_s,ad /0.0035Е _s,ad)) =  (1.12)

    = 0.8/(1+(355/0.0035*1.9*10⁵)) = 0.5. 

    Проверяем условие. Оно удовлетворяется, т. к. ξ ≤  ξ_R.

    Требуемая площадь сечения арматуры после  реконструкции будет равна 

          А_s,red = М_tot/(ŋ*R_s*h_o,red) =  (1.13)

    = 61.08/(0.95*355*10³*0.2015) = 8.69*10^-4м2 = 8.69см² , 

    а площадь сечения дополнительной арматуры 

          А_s,аd = (А _s,red -А _s)* R_s/R _s,аd =  (1.14)

    = (8.69-3.64)*680/355 = 9.67см² . 

    По  сортаменту подбираем 4Ø18 А400 с А_s,аd = 10.18см² . 

    Проверяем прочности наклонного сечения на поперечное усилие при шаге поперечных стержней 200мм: 

          Q_tot = 45.24кН ≤ Q_bw = 1.25*R_bt*b*h_o+g_w*h_o= (1.15)

    = 1.25*1.05*10³*0.396*0.20+189*0.20 = 135.6кН, 

    где 

          g_w = R_sw*A_sw/s =  (1.16)

    = 300*10³*1.26*10^-4/0.20 = 189кН/м. 

    Следовательно, дополнительная поперечная арматура не требуется.

    

    Определяем  длину угловых швов, принимая катет  шва k_f = 4мм: 

      l_f = (R _s,аd*А_s,аd/(k_f*(R_w*β)_min))+1см, (1.17) 

    где β_z*R_wz = 0.7*150 = 105МПа < β_f*R_wf = 1.05*180 = 189МПа. 

    l_f = (355*10³*1.57*10^-4/(0.004*105*10³))+1см = 0.133. 

    Принимаем l_f = 135мм.

    Определяем  место обрыва элементов усилия: 

          (g_tot*l_o²*l/2) - (g_tot*l²/8) = М_n (1.18) 

    Решая уравнение, получим 

    l_(1,2) = 2*l_o±(4*l_o²-8*М_n/g_tot)^1/2 = 2*5.4±(4*5.4²-8*59.32/16.575)^1/2 =

    

    

    = 10.8±9.35м. 

    l = 1.45м (рис. 3).

    

    Рис. 3 Стык существующего стержня с  арматурой усиления

 

    

2 РАСЧЕТ И  ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ РИГЕЛЯ  ПЕРЕКРЫТИЯ 

    Усиление  ригеля перекрытия прямоугольного сечения  выполняем с устройством затяжек. Размеры поперечного сечения ригеля 250х580мм.

    

 

    Рис. 4 сечение ригеля 

    Бетон усиливаемой ригели В25 (R_b = 14.5МПа, R_bt =1.05МПа), толщина защитного слоя бетона а = 40мм, ригель армирован двумя плоскими каркасами с рабочей арматурой диаметром 20мм и класса А400 (R_s = 355МПа), площадь поперечного сечения рабочих стержней А_s = 6.28см². Поперечная арматура каркасов – два стержня диаметром 6мм класса А400 (R_sw = 285МПа) с площадью поперечного сечения А_sw = 0.57см². Расчетная длина ригеля l_o = 5.30м. Для усиления ригеля применяем бетон класса В25 и затяжки выполнены из арматуры класса А400.

    Расчетная дополнительная погонная нагрузка на ригель после реконструкции равна