[ Министерство образования и науки Самарской области
Министерство имущественных отношений Самарской области
Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
Тольяттинский индустриально-педагогический колледж
(ГБОУ СПО ТИПК)
ПРАКТИКУМ
(сборник указаний к выполнению практических работ)
Тема «Строительные конструкции гражданских зданий»
профессионального модуля «Оценка стоимости недвижимого имущества»
для студентов специальности 120714 Земельно-имущественные отношения) Тольятти 2013 Безуглая А.А. Практикум (сборник указаний к выполнению практических работ) по теме «Строительные конструкции гражданских зданий» - Тольятти, изд. ТИПК, 2013.- 32 с.
Учебно-методическое пособие разработано для закрепления знаний по теме «Строительные конструкции гражданских зданий» профессионального модуля «Оценка стоимости недвижимого имущества» специальности 120714 Земельно-имущественные отношения.
Практические работы выполняются после изучения соответствующих тем.
В работе представлен материал для практических работ, состоящий из примерного решения задачи и заданий для самостоятельной работы, даны пояснения по оформлению работ.
Все задания и задачи имеют прикладной характер.
Каждое задание содержит 30 вариантов, что делает его исключительно индивидуальным и наглядным. В Приложениях приведены необходимые справочные данные.
© ГБОУ СПО ТИПК
Содержание 1 Введение2. Перечень практических работ 3. Перечень отчтных работ 4. Основная часть
4.1 Практическая работа №1 Определение нормативных и расчтных сопротивлений по СНиП
4.2 Практическая работа №2 Определение нормативных и расчтных значений нагрузок на покрытие (перекрытие), колонну, фундамент.......... 9-13Ошибка! Закладка не определена.
4.3 Практическая работа №3 Расчт стальной балки из прокатного двутавра.. 14-18Ошибка!
Закладка не определена.
4.4 Практическая работа №4 Расчт и контсруирование железобетонной балки прямоугольного сечения
4.5 Практическая работа №5 Определение глубины заложения и размеров подошвы фундамента
Приложения
Список источников и литературы и нормативных документовОшибка! Закладка не определена.
Введение Успешная реализация требований времени во многом зависит от научной организации учебного процесса, обеспечивающей эффективность и качество подготовки специалистов.
Выпускник колледжа работает в условиях быстрого развития науки, техники, технологии. Поэтому проблемы научной организации учебного процесса – это прежде всего проблемы создания предпосылок для подготовки специалистов нового типа, всесторонне и глубоко образованных, творчески мыслящих, умеющих быстро адаптироваться к новым условиям.
Практическая направленность обучения обеспечивается тематикой практических занятий и содержанием заданий для самостоятельной работы.
Внимание к организации и проведению практических работ по строительным конструкциям объясняется тем, что эта форма учебной работы способствует активизации мыслительной деятельности студентов, прививает навыки оформления и обобщения полученных результатов. Выполнение расчтов необходимо для развития инженерного мышления, осознанной и обоснованной оценки их наджности в работе.
В процессе усвоения программного материала необходимо добиваться привития навыков решения задач и выполнения расчтов.
При усвоении и закреплении студентами знаний, полученных при прохождении теоретического курса дисциплины «Строительные конструкции гражданских зданий», имеются существенные недостатки, потому что отсутствуют методические указания по выполнению практических работ, которые устанавливают единый порядок и последовательность выполнения работ, отсутствуют рекомендации по оформлению отчтов.
В данном пособии изложено содержание практических работ, указаны цели, которые должны быть достигнуты в процессе выполнения работы, дано теоретическое обоснование и алгоритм решения задач, отчт о работе – задания для самостоятельных работ. В пособии приведн перечень отчтных работ, определяющих тип, объм самостоятельной работы студента и форму отчтности.
В приложениях приведн справочный материал, необходимый для решения задач.
Для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических умений программой дисциплины предусматриваются практические занятия, которые проводятся после изучения соответствующей темы.
На выполнение практических работ согласно учебному плану отводится 20 часов ( практических работ). Практические занятия предполагают выполнение 30 индивидуальных заданий для отчтных (аудиторных и домашних) работ по 6 темам дисциплины «Строительные конструкции гражданских зданий». Все задания и задачи максимально ориентированы на будущую специальность.
Результаты выполнения задания на практическое занятие представлены в виде отчтных работ, в которых 70% объма планируется к выполнению на практическом занятии, а 30% к выполнению за счт часов на внеаудиторную самостоятельную работу. Каждому заданию предшествует описание порядка решения задач с краткими методическими указаниями.
Задания выполняют в соответствии с вариантом (по списку в журнале), чернилами, чтко и аккуратно. Тексты условий задач переписывать обязательно. Решения задач пояснять аккуратно выполненными схемами, эскизами в карандаше. Рекомендуется решать задачи в общем виде, а затем, подставляя числовые значения величин, вычислять результат.
1. Практическая работа №1. Определение расчтных, нормативных сопротивлений и модулей упругости.
2. Практическая работа №2. Определение нормативных и расчтных значений нагрузок на покрытие (перекрытие), колонну, фундамент.
3. Практическая работа №3. Расчт стальной балки из прокатного двутавра.
4. Практическая работа №4. Расчт и конструирование железобетонной балки прямоугольного сечения.
5. Практическая работа №5. Определение глубины заложения и размеров подошвы фундамента.
результаты выполнения заданий на самостоятельную работу покрытия и перекрытия, на балку, практических занятиях, 30% (от нагрузки, найденной в работе практических занятиях, 30% -стальной из прокатного двутавра с выполнение за счт часов на (от нагрузки, найденной в работе практических занятиях, 30% - железобетонной прямоугольного выполнение за счт часов на результаты выполнения заданий на выполнение за счт часов на Тема: Определение расчтных, нормативных сопротивлений и модулей упругости Цель работы – определение расчтных, нормативных сопротивлений и модулей упругости для стали, древесины, бетона, арматуры, кирпичной кладки по СНиПам.
В результате выполнения работы студент должен:
знать два вида групп предельных состояний, виды потери несущей способности, жсткости, трещиностойкости; условия обеспечения наджности в общем виде;
работу материалов под нагрузкой.
уметь найти по СНиПам расчтные сопротивления материалов; модули упругости материалов.
Теоретическое обоснование:
При расчтах по предельным состояниям первой и второй групп в качестве главного прочностного показателя материала устанавливается его сопротивление, которое может принимать нормативные и расчтные значения:
Rn нормативное сопротивление материала, представляет собой основной параметр сопротивления материалов внешним воздействиям и устанавливается соответствующими главами СНиП;
R – расчётное сопротивление материала, определяется по формуле R = Rn|m, где m коэффициент наджности по материалу, учитывает возможные отклонения сопротивления материала в неблагоприятную сторону от нормативных значений, m > 1.
Расчтные сопротивления в расчтах следует принимать с коэффициентом условий работы с Нормативные Rn и расчтные R сопротивления приводятся в соответствующих главах СНиП в зависимости от материала.
Для выполнения ряда расчтов имеет большое значение такой показатель свойств материалов, как модуль упругости Е, который устанавливает зависимость между напряжениями в материале и возникающими в нм деформациями.
Пример 1.
1. Необходимо найти расчтные сопротивления сжатию следующих материалов:
- сталь С245 толщиной проката от 2 до 20мм;
- цельная древесина, брус из сосны 2-го сорта с размерами сечения 20х20 см;
- кирпичная кладка из кирпича глиняного пластического прессования М100 на цементно-известковом растворе М75;
- тяжлый бетон класса В20 при стандартных условиях твердения;
- стержневая горячекатаная арматура класса А-III диаметром от 10 до 40мм.
2. Сравнить и оценить расчтные сопротивления сжатию для указанных материалов.
Решение.
Находим расчтные сопротивления сжатию:
- для стали см. табл. 2.2 (табл.51 СНиП II-23-81): Rу = 240МПа;
- для бруса см. табл. 2.4 (табл. 3 СНиП II-25-80): Rс = 15МПа;
- для кирпичной кладки см. табл. 2.10 (табл. 2 СНиП II-22-81): R=1,7МПа;
- для бетона см. табл. 2.6 (табл.13 СНиП 2.03.01-84): Rб =11,5МПа;
- для стержневой арматуры см. табл. 2.8 (табл.22 СНиП 2.03.01-84): Rs = 365МПа.
Составим сравнительную таблицу расчтных сопротивлений рассмотренных материалов.
Сравнительная таблица расчтных сопротивлений сопротивление Rу/R; Rс/R; R/R; Rb/R;
Вывод: если расчтное сопротивление кирпичной кладки принять за единицу, то расчтные сопротивления остальных материалов выше: стали в 141,18 раза, древесины в 8,82 раза, бетона в 6,76 раза, арматуры в 214,7 раза.
Задание для самостоятельной работы №1. Для чтных вариантов найти нормативные и расчтные сопротивления растяжению, а для нечтных - нормативные и расчтные сопротивления сжатию. Исходные данные приведены в таблице №1.
№ варианта Сталь, Древесина, Каменная кладка, Бетон Арматура Тема: Определение нормативных и расчтных значений нагрузок Цель работы – определение нормативных и расчтных значений нагрузок на 1м2 покрытия, перекрытия в табличной форме.
В результате выполнения работы студент должен:
знать виды постоянных и временных нагрузок; смысл нормативных и расчтных значений нагрузок;
уметь определить по СНиП 2.01.07-85 нормативные и расчтные нагрузки на покрытия и перекрытия жилых и общественных зданий, от собственного веса.
Теоретическое обоснование:
Нормативные и расчтные значения устанавливаются для нагрузок, учитывая изменчивость их величин или невозможность их определения с абсолютной точностью:
Nn нормативная нагрузка, рассчитывается по проектным размерам конструкций или принимается в соответствии с главой СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»;
N расчтная нагрузка, определяется по формуле где f, коэффициент наджности по нагрузкам, учитывает возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону от их нормативных значений. Как правило, f > 1.
Возможные последствия от аварий учитываются при помощи коэффициента наджности по ответственности, на который умножаются расчтные нагрузки, что ведт к понижению или повышению их значения:
Nn, где n – коэффициент наджности по ответственности, учитывает экономические, социальные и экологические последствия, которые могут возникать в результате аварий.
Большинство зданий и сооружений массового строительства относятся к нормальному уровню ответственности, для которого установлено значение коэффициента n = 0, (Приложение 7 СНиП 2.01.07-85).
При расчте по первой группе предельных состояний, которые связаны с обеспечением несущей способности конструкций, принимают расчтные значения: расчтные нагрузки N и расчтные сопротивления материала R.
При расчте по второй группе предельных состояний принимают нормативные значения нагрузок и сопротивления материалов: сервисная нагрузка Nser и сервисное сопротивление Rser.
В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяются на постоянные и временные.
Поверхностные нагрузки бывают сосредоточенными и распределнными.
Сосредоточенные нормативные нагрузки (силы) обозначаются Nn, Fn (кН), нормативные распределнные нагрузки обозначаются gn, pn, qn (кПа, кНм).
Нормативные постоянные нагрузки определяются по проектным размерам и плотностям материалов с учтом их весовой влажности.
Нормативные временные нагрузки определяются по СНиП 2.01.07-85:
- нагрузки на перекрытия и лестницы зданий приведены в табл. 3 СНиП;
- ветровые нагрузки определяются по СНиП (карта №3 Приложения 5, п.6 и Приложение 4);
- снеговые нагрузки определяются по СНиП (карта 1, п.5 и Приложение 3).
Пример 1. Плотность железобетона = 2500кг/м3, определить удельный вес железобетона.
Решение.
Вычисляем удельный вес железобетона = g 250010 = 25000Н/м3 = 25кН/м3.
Пример 2. Определить нагрузку от собственного веса железобетонной колонны по следующим данным: сечение колонны bh = 300 х 300мм, высота l = 4,5м.
Решение.
1. Находим объм колонны V = bhl = 0,3 0,3 4,5 = 0,405м3.
2. Принимаем плотность железобетона из примера 1, находим нормативную нагрузку от собственного веса колонны Nn = V = 0,405 25 = 10,125кН.
3. Определяем расчтную нагрузку от собственного веса колонны, принимая коэффициент наджности по нагрузке f =1,1, N = Nn f =10,125 1,1 = 11,138кН.
Пример 3. Определить нагрузку от собственного веса балки, если сборная железобетонная балка имеет массу m = 1,5т.
Решение.
1. Определяем нормативную нагрузку N = mg = 1,5 10 = 15кН 2. Определяем расчтную нагрузку N = Nnf = 15 1,1 = 16,5кН Пример 4. Определить нагрузку от собственного веса равнополочного уголка 50505, длиной l = 5,0м.
Решение.
1. В соответствии с сортаментом уголков масса 1м длины G = 3,77кг/м. Нормативная нагрузка от уголка Nn = G l = 3,77 10 5,0 = 188,5Н = 0,1885кН.
2. Расчтная нагрузка от собственного веса уголка N = Nnf = 0,1885 1,05 0,198кН.
Пример 5. Определить временную нагрузку на перекрытие квартир жилых зданий.
Решение.
1. Выписываем из табл.3.3 (СНиП) нормативные значения временных нагрузок. Полное нормативное значение соответствует кратковременной нагрузке на перекрытие квартиры Pn = 1,5кПа; пониженное значение pnl = 0,3кПа – длительная часть временной нормативной нагрузки.
2. Расчтное значение временных нагрузок, соответственно полное значение и пониженное:
Пример 6. Определить нагрузку на 1м2 от веса деревянных лаг, расположенных с шагом a = 0,4 м. Сечение лаг bh = 5050 мм; плотность древесины = 500кН/м3.
Решение.
1. Определяем удельный вес древесины = pg = 50010 = 5000Н/м3 = 5,0кН/м3.
2. Находим нормативную нагрузку на 1м2 от веса лаг qn = bh/a = 0,05 0,05 5,0/0,4 = = 0,031кПа.
3. Определяем расчтную нагрузку на 1м2 q = qnf = 0,031 1,1 = 0,034кПа.
Пример 7. Произвести сбор нагрузок на низ кирпичной колонны сечением bcbc = =380380мм в осях Б – 2. Здание двухэтажное (см. рис. 1 и 2); первый и второй этажи идентичны по составам помещений: в осях 1 – 3 торговые залы, в осях 3 – административные и бытовые помещения; пол первого этажа выполнен по грунту; район строительства г. Казань (IV снеговой район).
Рис. 3. Определяем нагрузку от кирпичной колонны.
По разрезу здания определяем высоту колонны Н = 6,9 + 0,35 = 7,25 м; сечение колонны:
bсhс = 380 х 380 мм. Плотность кирпичной кладки р = 1800 кг/м3 (удельный вес = 18 кН/м3).
Nnколонны = bсhсH = 0,38 0,38 7,25 18 = 18,84 кН нормативная нагрузка;
Nколонны = Nnколонныf = 18,84 1,1 = 20,72 кН расчетная нагрузка.
4. Нагрузка от веса балок:
Принимаем сечение балок bh = 200 х 400 мм, балки выполнены из железобетона р = кг/м3 (удельный вес = 25 кН/м3). Длина балки l = 4,5 м. На колонну передается нагрузка с половины балки в осях 1 2 и с половины балки в осях 2 3 (всего на колонну передается нагрузка от одной балки на покрытии и одной балки на перекрытии):
Nnбалки = bhl = 0,20 0,40 4,50 25 = 9,0 кН нормативная нагрузка;
Nбалки = Nnбалкиf = 9,0 1,1 = 9,9 кН расчетная нагрузка.
5. Собираем нагрузку на низ колонны (верхний обрез фундамента):
Nп = qппокрытияАгр + qпперекрытияАгр + nбалокNnбалки + Nnколонны = 7,17 27 + 9,08 27 + 2 9,0 + 18,84 = =475,59 кН;
N = qпокрытияАгр + qперекрытияАгр + nбалокNбалки + Nколонны = 10,58 27 + 2 9,9 + 20,72 = 566,48 кН.
При расчетах конструкций не следует забывать, что расчетные нагрузки необходимо умножать на коэффициент надежности по ответственности п, для большинства жилых и общественных зданий п = 0,95.
Задание для самостоятельной работы № Задача 1. Определить нагрузку на 1 м2 перекрытия административного помещения.
Перекрытие состоит из следующих слов:
- линолеум на мастике, t = 4мм, = 1100кг/м3;
- цементно-песчаная стяжка, t = 30мм, = 1800кг/м3;
- звукоизоляционный слой (пенобетонные плиты), t = 50мм, = 350кг/м3;
- пустотная плита ПК.
Задача 2. Пользуясь данными примера 6 определить нагрузку на 1 погонный метр фундамента по оси А в осях 34 от собственного веса кирпичной кладки стены (=1800кг/м3). Отметку верха фундамента принять такую же, как у фундамента колонны.
Задача 3. Пользуясь данными примера 6 и задачами 1 и 2, собрать нагрузку на погонный метр фундамента по оси Б в осях 34.
Задача 1. Определить нагрузку на 1 м2 перекрытия жилого дома.
Перекрытие состоит из следующих слов:
- пол паркетный, t = 20мм, = 800кг/м3;
- шлакобетонная подготовка, t = 65мм, = 1600кг/м3;
- звукоизоляционный слой (пенобетонные плиты), t = 60мм, = 500кг/м3;
- пустотная плита ПК.
Задача 2. Пользуясь данными примера 6 определить нагрузку на 1 погонный метр фундамента по оси В в осях 34 от собственного веса кирпичной кладки стены (=1800кг/м3). Отметку верха фундамента принять такую же, как у фундамента колонны.
Задача 3. Пользуясь данными примера 6 и задачами 1 и 2, собрать нагрузку на погонный метр фундамента по оси Б в осях 34.
Задача 1. Определить нагрузку на 1 м2 перекрытия столовой.
Перекрытие состоит из следующих слов:
- плиточный пол, t = 15мм, = 2000кг/м3;
- цементный выравнивающий слой, t = 20мм, = 2000кг/м3;
- шлакобетонная плита, t = 60мм, = 1600кг/м3;
- железобетонная ребристая панель перекрытия.
Задача 2. Пользуясь данными примера 6 определить нагрузку на 1 погонный метр фундамента по оси А в осях 34 от собственного веса кирпичной кладки стены (=1800кг/м3). Отметку верха фундамента принять такую же, как у фундамента колонны.
Задача 3. Пользуясь данными примера 6 и задачами 1 и 2, собрать нагрузку на погонный метр фундамента по оси Б в осях Тема: Расчт стальной балки из прокатного двутавра Цель работы - подбор сечения балки из прокатного двутавра и проверка жсткости.
В результате выполнения работы студент должен:
знать работу изгибаемых конструкций при поперечном изгибе от равномерно распределнной нагрузки; особенности работы стальных балок; возможный характер потери несущей способности и жсткости; предпосылки для расчта;
уметь рассчитать, т.е. подобрать сечение и проверить несущую способность стальной прокатной двутавровой балки на прочность и жсткость.
Теоретическое обоснование:
Расчет балок производят по двум предельным состояниям. По первому предельному состоянию ведут расчет на прочность, общую и местную устойчивость, а по второму предельному состоянию производят расчет по деформациям.
1. Расчет прочности Расчет прочности заключается в ограничении напряжений, возникающих в балке при ее работе.
• Нормальные напряжения проверяются по формуле где М изгибающий момент, действующий в расчетном сечении;
Wn,min минимальный момент сопротивления нетто. При отсутствии ослаблений в рассчитываемом сечении момент сопротивления нетто равен моменту сопротивления брутто, Wn,min = Wx;
Ry расчетное сопротивление стали, взятое по пределу текучести;
с коэффициент условия работы.
• Касательные напряжения проверяются по формуле где Q поперечная сила, действующая в расчетном сечении;
Sx статический момент инерции относительно оси хх;
Ix момент инерции сечения относительно оси хх;
t толщина стенки;
RS расчетное сопротивление сдвигу, RS = 0,58Ry 2. Расчет по деформациям Часто балки, в которых обеспечена прочность и устойчивость, не могут быть использованы, так как они не удовлетворяют требованиям жесткости. Прогибы таких балок больше предельно допустимых, что затрудняет их эксплуатацию (например, в месте прогиба прогона покрытия будет скапливаться вода на кровле, или будут растрескиваться конструкции, опирающиеся на балку, либо это неприемлемо по эстетическим соображениям и т.п.).
Для приведенной на рис. 1 схемы загружения прогиб определяется по формуле (см. табл.
7.1) где Е модуль упругости стали;
Ix момент инерции, взятый относительно оси изгиба балки;
qn нормативная распределенная по длине балки (погонная) нагрузка.
Прогибы балок ограничиваются предельными прогибами f fu (см. параграф 7.1.2).
Порядок расчета прокатной балки Прокатные балки проектируются из двутавров, реже швеллеров. При расчете возникают следующие типы задач: подбор сечения (тип 1), проверка прочности имеющейся балки (тип 2).
Подбор сечения прокатных балок (тип 1) можно выполнять в следующей последовательности:
1. Определяют тип балочной клетки, шаг балок, пролет балки; собирают нагрузки на один погонный метр балки с учетом нагрузки от ее собственного веса (нагрузка от веса балки принимается приблизительно); определяют расчетную схему балки и строят эпюры поперечных сил и моментов.
2. Принимают сталь и находят ее расчетное сопротивление Ry; устанавливают коэффициент условия работы с.
3. По максимальному моменту определяют требуемый момент сопротивления из уравнения:
4. По сортаменту прокатных профилей находят двутавр, имеющий момент сопротивления, который равен или несколько больше требуемого. Для подобранного двутавра выписывают фактические значения: момента сопротивления Wx; момента инерции Ix; статического момента инерции Sx;
толщины стенки двутавра t.
5. Для контроля подобранного сечения производят проверку подобранного сечения двутавра по формуле 6. Как уже отмечалось, двутавровые балки, выполненные из прокатных профилей, при действии на них равномерно распределенной нагрузки можно не рассчитывать по прочности на касательные напряжения, но в случае воздействия на них сосредоточенных сил следует проверять подобранное сечение по формуле где Q максимальная поперечная сила;
Rs = 0,58Ry.
7. Часто по балкам устраивается жесткий настил, который препятствует потере общей устойчивости, но в случае, если возможна потеря общей устойчивости, необходимо проводить соответствующий расчет по п. 5.15 СНиП II-23-81*.
8. При воздействии на верхний пояс балки сосредоточенных нагрузок также следует проводить проверку местной устойчивости стенки по п. 5.13 СНиП II-23-81*.
9. Проводят расчет балки по деформациям (расчетные формулы для определения прогибов для различных схем загружения приведены в табл. 7.1); для балки, изображенной на рис. 1, прогиб балок определяется на действие нормативных нагрузок, так как данный расчет относится ко второй группе предельных состояний.
В случае если прогиб получился больше предельного, следует увеличивать сечение балки и заново производить проверку прогиба. Расчет балок из прокатных швеллеров производят аналогично расчету балок из прокатных двутавров.
Пример 1. По данным примера 7 рассчитать балку перекрытия, выполненную из прокатного двутавра (рис. 2). Принято, что балка опирается на пилястру и стальную колонну (рассчитанную в примере 5.1). Нагрузку на балку собираем с грузовой площади длиной lгр = 6,0 м (см. рис. 3.3). Нагрузка на квадратный метр перекрытия qnперекрытия = 9,08 кПа; qперекрытия = 10,58 кПа.
Собственный вес погонного метра балки ориентировочно принимаем Коэффициент надежности по ответственности n = 0,95.
1. Определяем нагрузку, действующую на погонный метр балки:
• нормативная нагрузка • нормативная длительная нагрузка полное значение временной нагрузки на перекрытие торговых залов pn = 4,0 кПа, пониженное значение, являющееся временной длительной нагрузкой, рnl= 1,4 кПа (см. табл. 3.3):
• расчетная нагрузка • расчетная нагрузка с учетом коэффициента надежности по ответственности n = 0, q = 64,01 · 0,95 = 60,81 кН/м.
2. Принимаем предварительно размеры опорной пластины и опорного ребра балки и определяем ее расчетную длину:
3. Устанавливаем расчетную схему (рис. 3) и определяем максимальную поперечную силу и максимальный момент:
Q = qlef/2 = 60,81 4,29/2 = 130,44 кН;
М = ql2ef/8 = 60,81 4,3062/8 = 139,89 кНм;
4. По табл. 50* СНиП II-23-81* определяем группу конструкций, к которой принадлежит балка, и задаемся сталью: группа конструкций 2; принимаем из допустимых к применению сталей сталь С245. Расчетное сопротивление стали по пределу текучести (с учетом, что балка выполняется из фасонного проката и приняв предварительно толщину проката до мм)Ry = 240 МПа = 24,0 кН/см2 (табл. 2.2). Коэффициент условия работы с = 0,9 в соответствии с п. 1 табл. 2.3 (балки под торговым залом магазина).
5. Определяем требуемый момент сопротивления балки Wx:
6. По сортаменту (Приложение 1, табл. 2) принимаем двутавр 35Б2, который имеет момент сопротивления близкий к требуемому. Выписываем характеристики двутавра: Wx = 662, см3; Ix = 11 550 см4; Sx = 373 см3; толщина стенки t = 10 мм; высота h = 349 мм; ширина b = мм ; масса 1 м длины 43,3 кг/м, что близко к первоначально принятой, оставляем нагрузки без изменения.
7. Проверяем прочность на действие касательных напряжений :
RSс = 0,58 Ryс = 0,58 24 0,9 = 12,53 кН/см2 (RS = 0,58 Ry расчетное сопротивление сдвигу); = 4,21 кН/см2 < RSс = 12,53 кН/см2; прочность обеспечена.
Так как на верхний пояс опираются железобетонные плиты, которые удерживают балку от потери устойчивости, расчет общей потери устойчивости не производим. Также отсутствуют сосредоточенные силы, следовательно, проверку местных напряжений проводить не надо.
8. Проверяем жесткость балки:
• предельный прогиб в соответствии с конструктивными требованиями (табл. 7.2) fu = l/150 = 430,6/150 = 2,87 см.
Модуль упругости стали Е= 2,06 105 МПа = 2,06 104 кН/см2.
прогиб по конструктивным требованиям определяется от всей нормативной нагрузки q = 0,5498 кН/см:
прогибы балки по эстетико-психологическим и конструктивным требованиям находятся в пределах нормы. Прогибы по технологическим требованиям не рассматриваются, так как по перекрытию нет движения технологического транспорта. Рассмотрение прогибов по физиологическим требованиям выходит за рамки нашего курса.
Вывод. Окончательно принимаем для изготовления балки двутавр 35Б2, отвечающий требованиям прочности и жесткости Задание для самостоятельной работы.
Задача 1. Подобрать сечение двутавра с = 1,1, n = 0,95. Проверить прогиб по конструктивным требованиям. Для расчета воспользоваться рис. 4. Исходные данные в таблице 1.
Тема: Расчт и конструирование железобетонной балки прямоугольного сечения Цель работы - подбор сечения рабочей арматуры, постановка поперечной арматуры и конструирование каркаса. Расчт балки по наклонному сечению: определение диаметра и шага поперечных стержней.
В результате выполнения работы студент должен:
знать работу изгибаемых конструкций при поперечном изгибе от равномерно распределнной нагрузки; особенности работы железобетонных балок; возможный характер потери несущей способности и жсткости; предпосылки для расчта; основные правила конструирования балок;
уметь рассчитать, т.е. подобрать сечение или проверить несущую способность железобетонной балки прямоугольного сечения с одиночным армированием по нормальному и наклонному сечению.
Теоретическое обоснование:
Порядок расчета прочности нормального сечения изгибаемого прямоугольного элемента с одиночным армированием При расчете изгибаемых элементов возможны следующие типы задач: подбор сечения продольной арматуры (тип 1) и определение несущей способности (тип 2), при необходимости проверки прочности элемента учитываем, что это фактически является задачей 2-го типа.
Порядок подбора сечения продольной арматуры (тип 1) 1. Определяют изгибающий момент, действующий в расчетном сечении элемента.
2. Принимают сечение балки:
(размеры сечения могут быть заданы).
3. Задаются классом прочности бетона (В 7,5) и классом арматуры, чаще всего в качестве продольной рабочей арматуры принимается арматура класса A-III (см. параграф 2.3.3).
Устанавливают коэффициент условия работы бетона b2 (наиболее часто b2 = 0,9).
4. Задаются расстоянием от крайнего растянутого волокна бетона до центра тяжести арматуры (а 35 см) и определяют рабочую высоту бетона h0 = ha.
5. Находят значение коэффициента А0:
Коэффициент А0 не должен превышать граничного значения А0R (см. табл. 7.6). Если значение коэффициента А0 > А0R, следует увеличить сечение балки или изменить материалы.
6. По величине коэффициента А0, пользуясь табл. 7.5, определяют значения коэффициентов и.
7. Определяют требуемую площадь арматуры по любой из приведенных формул:
8. Задаются количеством стержней и определяют диаметры арматуры, выписывают фактическую площадь сечения подобранной арматуры (Приложение 3).
9. Определяют процент армирования элемента и сравнивают его с минимальным процентом армирования:
10. Определяют требуемую площадь монтажных стержней А'S и по площади принимают диаметры монтажных стержней d's:
11. Определяют диаметры поперечных стержней:
12. Назначают толщину защитного слоя бетона (ab ds; ab 20 мм при высоте элементов > 250 мм).
13. Конструируют сечение см. параграф 7.4.7.
Порядок определения несущей способности элемента (тип 2) При определении несущей способности элемента известно:
размеры сечения, армирование и материалы, из которых выполнен элемент; неизвестно — какой изгибающий момент он способен выдержать (момент сечения).
ДЛЯ нахождения момента сечения определяют:
Расчетные сопротивления материалов, их коэффициенты условий работы (табл. 2.6; 2.8).
По чертежу сечения элемента находят рабочую высоту сечения h0, площадь рабочей продольной арматуры AS (Приложение 3);
Определяют значение коэффициента :
Коэффициент должен быть не больше граничного значения – R (табл. 7.6); если коэффициент больше граничного значения, это значит, что элемент переармирован и для дальнейших расчетов следует использовать граничные значения коэффициентов (вместо коэффициента применять в дальнейших расчетах R; вместо А0 применять коэффициент А0R).
4. По таблице коэффициентов (табл. 7.5) через коэффициент определяют значения коэффициента А0.
5.Определяют величину момента сечения: Мсечения = A0Rbb2bh2 0 — задача решена.
В случае если требуется проверить прочность, необходимо сравнить момент сечения с фактически действующим на балку моментом и сделать вывод, выполняется условие прочности (М Мсечения) или нет.
2. Порядок расчета прочности наклонного сечения Расчет условно можно разбить на три части: конструирование каркаса, обеспечение прочности по наклонной трещине и расчет прочности сжатой полосы:
I. Конструирование каркаса 1. Конструируют каркас балки в соответствии с требованиями п. 5.27 СНиП 2.03.01-83*: в балках и плитах шаг поперечных стержней принимают:
• на приопорных участках (рис. 1):
а) при h 450 мм шаг поперечных стержней на приопорном участке s — не более h/2 и не более 150 мм;
б) при h > 450 мм шаг поперечных стержней на приопорном участке s — не более h/3 и не более 500 мм;
• на остальной части пролета:
в) при высоте сечения элемента h > 300 мм устанавливается поперечная арматура с шагом s 3/4h и не более 500 мм;
при высоте сечения элемента h 300 мм поперечные стержни в середине пролета можно не ставить;
д) в сплошных плитах независимо от высоты, в многопустотных плитах высотой свыше 300 мм и в балочных конструкциях высотой менее 150 мм допускается поперечную арматуру не устанавливать, но прочность при этом должна быть проверена расчетом.
Пример 1. На железобетонную балку действует изгибающий момент М = 150 кН м.
Определить требуемую площадь продольной рабочей арматуры и произвести конструирование сечения балки. Приняты следующие материалы: бетон тяжелый класса В30; коэффициент условия работы b2 = 0,9; продольная рабочая арма тура класса А-III; для поперечной арматуры принят класс Вр-I; монтажная арматура класса А-III. Сечение балки см. рис. 2.
Решение.
1.Определяем расчетную призменную прочность бетона Rb = 17,0 МПа (табл. 2.6).
2. Определяем расчетное сопротивление арматуры; для диаметров от 10 до 40 мм RS = 365 МПа = 36,5 кН/см2 (табл. 2.8).
3. Задаемся величиной а расстоянием от центра тяжести арматуры до крайнего растянутого волокна бетона (величину а можно принимать 34 см при однорядном расположении стержней в каркасе и больше при двухрядном), принимаем а = 4 см.
4. Определяем рабочую высоту балки h0: h0 = h а = 50 4 = 46 см;
5. Находим значение коэффициента A0:
A0 = 0,232 < A0R = 0,413 (см. табл. 7.6); коэффициент A0 меньше граничного значения, следовательно, изменять сечение балки не требуется.
6. По табл. 7.5 находим значение коэффициентов, ближайшее значение коэффициента А0 в таблице равно 0,236, по нему определяем значения коэффициентов: = 0,27; = 0,865.
7. Находим требуемую площадь арматуры:
8. Задаемся количеством стержней рабочей арматуры. При конструировании балки разрешено ставить стержни в один или в два ряда по высоте каркаса, при ширине балки 200 мм можно установить два или три каркаса в сечении; соответственно количество рабочих продольных стержней может быть 2, 3, 4 или 6 (рис. 3).
По расчету требуемая площадь сечения арматуры As = 10,33 см2, рассмотрим варианты армирования (см. сортамент арматуры, Приложение 3):
• принимаем 2 стержня рабочей продольной арматуры и определяем их диаметр (находим большее ближайшее значение площади 12,32 см2, этой площади соответствуют 2 стержня диаметром 28 мм);
• для 3-х стержней (322, А-III, As = 11,40 см2);
• для 4-х стержней (420, А-III, As = 12,56 см2);
• для 6 стержней (616, А-III, As = 12,06 см2).
Из возможных вариантов армирования наиболее оптимальным с точки зрения расхода арматуры является вариант с тремя стержнями (меньше всего площадь сечения арматуры).
Принимаем армирование: 3 стержня, 22, А-III, As = 11,40 см2.
9. Проверяем процент армирования :
Процент армирования больше минимального, равного 0,05%;
10. Определяем требуемую площадь сечения монтажных стержней: A's = 0,1AS = 0,1 11,4 = 1,14 см2 (по сортаменту арматуры ближайшее значение площади соответствует диаметру 7 мм, но такая арматура выпускается только классов В-II и Вр-II, которые не применяются в качестве ненапрягаемой арматуры), в качестве монтажной продольной арматуры принимаем 38 А-III, A's = 1,51 см2.
11. Определяем диаметр поперечных стержней dSW. Из условия свариваемости арматуры dSW 0,25dS = 0,25 22 = 5,5 мм, следовательно, к продольной рабочей арматуре 22 мм можно приварить стержень 6 мм. Так как арматурная проволока Вр-I выпускается диаметрами 3, 4, мм, а нам необходим 6 мм, принимаем поперечную арматуру класса А-III, площадь сечения поперечной арматуры АSW = 0,86 см2 (площадь сечения 3-х поперечных стержней 6 мм, находящихся в сечении балки, рис. 4).
12. Определяем защитный слой бетона (который назначается больше диаметра стержня и не менее 20 мм при высоте балки больше 250 мм), принимаем аb = 25 мм > ds = 22 мм.
13. Окончательно конструируем сечение элемента, см. рис. 4.
Вывод. Для армирования сечения балки принимаем: рабочую продольную арматуру А-III; монтажную продольную арматуру 38 А-III; поперечную арматуру 6 А-III.
Задание для самостоятельной работы.
Задача 1. Рассчитать прочность железобетонной балки (нормального и наклонного сечения), законструировать сечение. Нагрузка дана на один погонный метр балки.
Монтажная арматура класса А-I, поперечная арматура класса Вр-I для чтных вариантов и АI для нечтных вариантов. Коэффициенты b2=0,9; n=0,95 Размеры балки на рис. 5.
Исходные данные в таблице 1.
№ варианта Нагрузка Бетон Продольная рабочая Тема: Определение глубины заложения и размеров подошвы фундамента Цель работы - определение глубины заложения и размеров подошвы отдельно стоящего фундамента.
В результате выполнения работы студент должен:
знать о распределении напряжений под подошвой фундамента и в массиве дисперсного грунта; конструкции фундаментов неглубокого заложения;
уметь определить глубину заложения, размеры подошвы столбчатого фундамента.
Теоретическое обоснование:
Глубина заложения фундамента d1 (расстояние от отметки планировки до подошвы фундамента) обычно назначается с учетом:
• геологических и гидрогеологических условий площадки строительства;
• климатических особенностей района строительства (глубины промерзания);
• конструктивных особенностей зданий и сооружений.
При назначении глубины заложения фундамента должны также учитываться особенности приложения и величины нагрузок, технология производства работ при возведении фундаментов, материалы фундаментов и другие факторы.
Минимальная глубина заложения фундаментов при строительстве на дисперсных грунтах принимается не менее 0,5 мот поверхности планировки. При строительстве на скальных грунтах достаточно бывает убрать только верхний, сильно разрушенный слой и можно выполнять фундамент.
Расчет площади подошвы фундамента выполняют обычно в следующей последовательности: установив по таблицам (табл. 11.7,11.8) величину расчетного сопротивления грунта R0 определяем приближенное значение площади подошвы фундамента по формуле Затем назначаем размеры подошвы фундамента и, определив механические характеристики грунтов (удельное сцепление сII и угол внутреннего трения II (табл. 11.5, 11.6), определяем уточненное значение расчетного сопротивления грунта R по формуле (11.13), по которому, в свою очередь, уточняем требуемые размеры подошвы фундамента по формуле (12.13) и окончательно принимаем подошву фундамента.
Пример 1. Определить размеры подошвы фундамента под сборную железобетонную колонну. Нагрузка на фундамент с учетом коэффициента надежности по ответственности N = 535,52 кН. Отношение длины здания к высоте L/H = 2,4. Глубина заложения фундамента d1 = 1, м. Основанием фундаменту служит мощный слой глины, идущий от поверхности планировки;
характеристики глины: е = 0,85; IL= 0,5; = II = II = 18,23 кН/м3.
Решение.
1. Определяем сервисную нагрузку:
2. По табл. 11.8 определяем расчетное сопротивление грунта R0 = 237,6 кПа (с интерполяцией).
3. Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:
принимаем фундамент квадратным, а = b = 2,12 = 1,46 м; округляем требуемые размеры сторон и принимаем фундамент с размерами сторон 1,5 х 1,5 м; фактическая площадь принятого 4. По табл. 11.6 устанавливаем удельное сцепление и угол внутреннего трения глины: сn = сII = 43 кПа; n = II = 16°.
5. Находим коэффициенты с1, с2 (табл. 11.9): с] = 1,2; с2 = 1,06 (с интерполяцией).
6. Выписываем из табл. 11.10 коэффициенты: М = 0,36; Мq =2,43; Mc = 4,99.
7. Определяем расчетное сопротивление грунта по формуле, приняв k = 1,1, kz = 1,0, db = 0 (так как отсутствует подвал):
8. Уточняем требуемые размеры фундамента:
принимаем уточненные размеры фундамента 1,3 х 1,3 м, площадью Af = 1,69 м2. Уточняем значение расчетного сопротивления (оно изменяется, так как изменилась принятая ширина фундамента b = 1,3 м): R = 327,15 кПа.
9. Проверяем подобранный фундамент; средние напряжения под подошвой фундамента p не должны превышать расчетное сопротивление:
Вывод. Оставляем размеры фундамента 1,3 х 1,3 м. Средние напряжения под подошвой фундамента p = 291,07 кПа меньше расчетного сопротивления грунта R = 327,15 кПа.
Задание для самостоятельной работы.
Задача 1. Проверить достаточность размеров подошвы фундамента под колонну гражданского здания. Нагрузка на колонну N = … кН; n = 0,95; грунт основания – суглинок:
е = 0,7, IL = 0,4, II = II = 19 кН/м3; глубина заложения фундамента d1 = … м; здание без подвала; размеры подошвы фундамента ab = … м.
Приложение Б
ЛИТЕРАТУРА
1. А.И. Долгун, Т.Б. Меленцова Строительные конструкции. Учебник – М.Издательский центр «Академия», 2012г.
2. Е.П. Сербин Строительные конструкции. Практикум– М. Издательский центр «Академия», 2012г.
3. В.И. Сетков, Е.П. Сербин. Строительные конструкции. Учебник – М. ИНФРА-М, 4. Конструкции из дерева и пластмасс. Под редакцией Ю.Н. Хромца. Учебное пособие – М. АСАDEMIA, 2004г.
5. А.Г. Борисов Справочник строителя. Справочное пособие – М. АСТ. АСТРЕЛЬ, 6. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.
7. СНиП II-23-81. Стальные конструкции.
8. СНиП 2.03.06-85. Алюминиевые конструкции.
9. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.
10. СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции.
11. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции.
12. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений.
13. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.
14. СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.
15. СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии.
16. СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты.
17. СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции.
18. СНиП 10-01-94 Основные положения.
19. А.В. Боровских. Расчты железобетонных конструкций по предельным состояниям и предельному равновесию – Издательство Ассоциации строительных вузов. М, 2007г.
20. В.М. Бондаренко. Железобетонные и каменные конструкции – М. Высшая школа, 21. В.Н. Гордеев. Нагрузки и воздействия на здания и сооружения. Издательство Ассоциации строительных вузов. М, 2008г.
22. Р.Л. Маилян. Строительные конструкции. Ростов-на-Дону, Феникс. 2008г.
23. В.П. Золотарв. Железобетонные конструкции. Расчт и конструирование. СанктПетербург, 2007г.
24. О.В. Георгиевский. Единые требования по выполнению строительных чертежей. М.
«Архитектура С», 2007г.
«