Исследование НДС фрагмента плиты перекрытия в здании детского сада на 120 мест (145056)

Посмотреть архив целиком

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра ЖБиКК











Пояснительная записка к контрольной работе по теме:

Исследование НДС фрагмента плиты перекрытия в здании детского сада на 120 мест












Казань, 2010 г.


СОДЕРЖАНИЕ


Введение

Цели и задачи

1. Компоновка конструктивной схемы

2. Сбор нагрузок

3. Формирование расчётной схемы

4. Результаты статического расчёта здания

ВЫВОДЫ

Литература



Введение


В работе рассмотрен проектировочный расчёт двух вариантов плиты перекрытия первого этажа в здании Детского сада на 120 мест:

а) сборный вариант по серии 1.020-1/87,

б) монолитный вариант в виде плоского безбалочного перекрытия.

Произведён расчёт усилий и подбор арматуры в элементах перекрытия для обоих вариантов. Выполнено технико-экономическое сравнение вариантов. Сделан вывод, что наиболее экономичным по расходу материалов является первый вариант.

Предметом исследований в работе служит напряжённо-деформированное состояние фрагмента плиты перекрытия – конкретно его конечно-элементной модели. Методом исследования является численный метод конечных элементов, реализованный в ПК «Лира» (Сертификат соответствия РФ № РОСС UA.СП15.H00041 (с 01.07.2006 по 01.07.2008) Лицензия УК № 01296.), предназначенного для расчета пространственных конструкций на прочность, устойчивость и колебания по 1-ой, и 2-ой группам предельных состояний.



Цели и задачи


Целью работы является изучение НДС несущих конструкций фрагмента плиты перекрытия для двух вариантов

а) сборного варианта по серии 1.020-1/87,

б) монолитного варианта в виде плоского безбалочного перекрытия.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи, касающиеся обоих вариантов:

1) определить исходные данные;

2) сформировать расчетную схему фрагмента плиты перекрытия;

3) создать, конечно-элементную, модель фрагмента плиты перекрытия;

4) выполнить расчет, то есть определить усилия в элементах плиты перекрытия;

5) провести анализ результатов расчета – установить опасные сечения;

6) подобрать арматуру в несущих элементах плиты;

7) выполнить конструирование;

8) рассчитать расход материалов на фрагмент плиты перекрытия;

9) выполнить технико-экономическое сравнение вариантов;

10) сделать выводы.

расчет усилие плита перекрытие деформация



1. Компоновка конструктивной схемы


Рисунок 1. План первого этажа


В соответствии с заданием, полученным от руководителя НИРС, решено рассмотреть только фрагмент плиты перекрытия первого этажа на отметке +3,3 м в осях 4-6 и А-Б.

Для обоих принятых вариантов – сборного и монолитного – здание Детского сада имеет каркасную несущую систему. Продольный шаг колонн (вдоль цифровых осей) составляет 6,4м, а поперечный (вдоль буквенных осей) – 7,2 м. Конструктивными элементами фрагмента плиты перекрытия по сборному варианту являются:

а) предварительно напряжённый ригель таврового профиля (с полкой вниз) сечением h=450мм, b=300мм, hf=220мм, bf=510мм, выполненный из тяжёлого бетона класса В30 (Eb=32500МПа) и армированный высокопрочной арматурой А800, примечание: пристенный ригель по оси «6» имеет только один свес полки;

б) предварительно напряжённая круглопустотная плита перекрытия высотой h=220мм и шириной bf=1800мм (раскладка плит из 4-х штук в одном пролёте), выполненная из тяжёлого бетона класса В30 (Eb=32500МПа) и армированная высокопрочной арматурой А800, примечание: приведённая толщина перекрытия hred=105мм.

Конструктивным элементом фрагмента плиты перекрытия по монолитному варианту является только плоская плита перекрытия толщиной h=200мм, выполненная из тяжёлого бетона класса В20 (Eb=27500МПа) и армированная обычной арматурой класса А400.


а) б)

Рисунок 2а – Жесткости (геометрия сечения и модуль деформации) элементов перекрытия: а) для среднего сборного ригеля; б) для пристенного сборного ригеля


а) б)

Рисунок 2б – Жесткости (геометрия сечения и модуль деформации) элементов перекрытия: а) для сборной круглопустотной плиты перекрытия; б)для монолитной плоской плиты перекрытия


2. Сбор нагрузок


Собственный вес конструкций каркаса (ригели и плиты перекрытий) учитываются при задании жесткостей расчётной схемы в программном комплексе, специального расчёта не требует. Коэффициент надёжности f =1,1, коэффициент ответственности здания по назначению n=0,95 согласно [4]: плотность материала ж/б плит перекрытий и колонн .

Расчёт нагрузок на фрагмент плиты перекрытия сведём в табличную форму.


Таблица 1 - Нагрузки на 1 м2 перекрытия

Вид нагрузки и расчет

Нормативная нагрузка кН/м2

Коэффициент надежности γf

Расчетная нагрузка кН/м2

А. Постоянные:




1. Линолиум δ=5мм, ρ=5 кН/м3

5·0,005=0,025

1,3

0,0325

2. Цементная стяжка δ=30мм, ρ=18 кН/м3

18·0,03=0,36

1,2

0,468

3 Кирпичные перегородки δ=120мм, ρ=18 кН/м3, H=3300мм

18·0,12·3,3/4= =1,782

1,2

2,138

3. Ж/б плита перекрытия

а) сборная δ=105мм, ρ=25кН/м3

б) монолитная δ=200мм, ρ=25кН/м3


2,625

5,000


1,1

1,1


2,888

5,500

Итого а) для сборного варианта

б) для монолитного варианта

4,792

7,167

1,153

1,135

5,526

8,138

Таблица 1 - продолжение

Б. Временные




Полезная (п. 3[1])

в том числе:

- длительная

- кратковременная

1,5


1,2

0,3

1,3

1,95


1,56

0,39

Всего а) для сборного варианта

б) для монолитного варианта

6,292

8,667

1,188

1,164

7,476

10,088


Все расчётные нагрузки были сгруппированы в три загружения:

Загружение 1 – постоянная нагрузка (собственный вес конструкций и элементов плиты перекрытия);

Загружение 2 – временная длительная (часть полезной на перекрытие, vl=1,56 кН/м2);

Загружение 3 – временная кратковременная (часть полезной на перекрытие, vl=0,39 кН/м2).

Расчетные сочетания усилий были сгенерированы в «Таблицы РСУ» в ПК Лира.


3. Формирование расчётной схемы


На рисунке 3 представлена расчётная схема плиты перекрытия для обоих вариантов: в двух взаимно перпендикулярных сечениях она представляет собой балку шириной 1п.м., лежащую на опорах. В качестве опор выступают колонны, которые заменены вертикальными связями и в расчётах не учитываются. Поскольку рассматривается только фрагмент перекрытия, то действие отброшенной части плиты перекрытия заменяется шарнирной связью, установленной в точке нулевого момента – примерно на расстоянии ¼ длины пролёта от колонны.

Для сборного варианта учтено, что ригели укладываются по вертикали по оси «5» и «6», а сборные круглопустотные плиты в перпендикулярном направлении – по четыре плиты в пролёте (1,8м·4=7,2м).


Рисунок 3. Расчётная схема фрагмента плиты перекрытия: постоянная нагрузка а – для сборного варианта, б – для монолитного


Конечно-элементная модель фрагмента перекрытия (рис.4) собрана путем интерактивного ввода параметров несущих конструкций. Пространственная система состоит из пластин соответствующей толщины (см.рис.2) – плит перекрытия – и стержней – ригелей. Размер конечного элемента пластин принят 0,4м в продольном направлении (вдоль цифровых осей) и 0,6м в поперечном направлении (вдоль буквенных осей).


а)


б)

Рисунок 4. Модель фрагмента плиты перекрытия в программном комплексе «Лира 9.4»: а) сборный вариант; б) монолитный вариант


4. Результаты статического расчёта здания


Для удобства анализа НДС конструкции перекрытия пронумеруем конечные элементы его модели – см. рис. 5 и 6.


а) б)

Рисунок 5. Нумерация конечных элементов фрагмента плиты перекрытия: а) по сборному варианту; б) по монолитному варианту


Рисунок 6. Нумерация конечных элементов ригелей по сборному варианту: слева – среднего ригеля по сои «5», справа – пристенного ригеля по оси «6»


Приведём ниже схему деформирования плиты перекрытия и определим максимальный прогиб для каждого из вариантов.


а)


б)

Рисунок 7. Схема деформирования фрагмента плиты перекрытия с нанесением изополей вертикальных перемещений при действии нагрузок Загружения-1 а) сборный вариант; б) монолитный вариант


Наибольший прогиб для сборного варианта плиты перекрытия наблюдается в конечном элементе №171.

Суммарное вертикальное перемещение от всех трёх Загружений равно: f=16,40+2,99+0,75=20,14мм, что меньше предельно допустимого прогиба [f]=1/200·L=6400/200=32мм.

Наибольший прогиб для монолитного варианта плиты перекрытия наблюдается в конечном элементе №486.

Суммарное вертикальное перемещение от всех трёх Загружений равно: f=17,00+1,94+0,48=19,42мм, что меньше предельно допустимого прогиба [f]=1/200·L=6400/200=32мм.

Вывод: жесткость фрагмента плиты перекрытия по обоим вариантам – сборному и монолитному – обеспечена.

Теперь до подбора арматуры в элементах определим усилия. Анализ усилий даст возможность определить опасные сечения.


а)


б)


в)


г)

Рисунок 8. Изополя изгибающих моментов в плите перекрытия (кН·м/п.м.): а) Mx для сборного варианта; б) My для сборного варианта; в) Mx для монолитного варианта; г) My для монолитного варианта


Удобно изополя анализировать, разделив ячейку перекрытия на полосы шириной 1м: две пролётные, проходящие по центру, и четыре надколонные. С учётом этого выпишем значения изгибающих моментов в наиболее нагруженных конечных элементах плиты перекрытия и сведём значения в таблицу:


Таблица 2 – Значения максимальных изгибающих моментов в опасных сечениях фрагмента плиты перекрытия

Поз.

элемента

Загружение-1

Загружение-2

Загружение-3

Σ

Mx,

кН·м

My,

кН·м

Mx,

кН·м

My,

кН·м

Mx,

кН·м

My,

кН·м

Mx,

кН·м

My,

кН·м

1

181

16,66

-

3,08

-

0,77

-

20,51

-

2

297

29,33


5,38


1,34




3

186

-

5,47

-

0,98

-

0,25

-

6,7

4

297

-

9,46

-

1,66

-

0,42

-

11,54

5

481

47,24

-

5,40

-

1,35

-

53,58

-

6

372

118,95

-

13,61

-

3,40

-

135,67

-

7

591

-

55,87

-

6,39

-

1,60

-

63,86

8

372

-

123,44

-

14,12

-

3,53

-

141,09


Пояснения к таблице 2. Поз. 1÷4 относятся к сборному варианту перекрытия, а поз. 5÷8 – к монолитному. Причём:

Поз. 1, 4 – соответствует конечному элементу, в котором возникает максимальный Mx в пролёте; Поз. 2, 6 – соответствует конечному элементу, в котором возникает максимальный Mx на какой-либо из опор; Поз. 3, 5 – соответствует конечному элементу, в котором возникает максимальный My в пролёте; Поз. 4, 8 – соответствует конечному элементу, в котором возникает максимальный My на какой-либо из опор.

Черточка в таблице означает, что данная величина для рассматриваемого конечного элемента не определялась, так как её значение для всей совокупности конечных элементов, принадлежащих какой-либо пролётной или надколонной полосы, не является максимальным.

Вывод:

- наиболее нагруженный пролётный участок для сборного варианта плиты перекрытия расположен в по оси «А» (между осями «5» и «6»), а наиболее нагруженная опора расположена по сои 6/А';

- наиболее нагруженный пролётный участок для монолитного варианта плиты перекрытия расположен в по оси «6» (между осями «А» и «Б»), а наиболее нагруженная опора расположена по сои 5/А'.

Теперь приведем значение усилий в сборных ригелях по первому варианту и также выполним их анализ.


а)


б)

Рисунок 8. Эпюры а) изгибающих моментов и б) перезывающих сил в сборных ригелях плиты перекрытия при действии постоянных нагрузок Загружения-1


Видно, что наиболее нагруженный является средний ригель, расположенный по сои «5». Выпишем для него таблицу РСУ.


Таблица 3 – РСУ для среднего ригеля сборного варианта перекрытия, расположенного по оси «6»

элем

сечен

Mk
(кН*м)

My
(кН*м)

Qz
(кН)

№№ загруж

616

1

-66.078

-227.718

194.403

1 2 3

616

2

-66.078

-111.973

191.413

1 2 3

617

1

-48.691

-113.039

140.117

1 2 3

617

2

-48.691

-29.865

137.127

1 2 3

618

1

-35.291

-29.843

103.223

1 2 3

618

2

-35.291

31.193

100.233

1 2 3

618

2

-34.347

30.434

97.772

1 2

619

1

-23.943

31.236

72.336

1 2 3

619

1

-23.301

30.475

70.622

1 2

619

2

-23.943

73.741

69.346

1 2 3

619

2

-19.638

61.730

57.841

1

619

2

-23.301

71.952

67.633

1 2

620

1

-13.698

73.755

43.214

1 2 3

620

2

-13.698

98.786

40.224

1 2 3

621

1

-4.056

98.792

14.827

1 2 3

621

1

-3.326

82.713

12.664

1

621

2

-4.056

106.792

11.837

1 2 3

622

1

5.359

106.793

-13.327

1 2 3

622

2

5.359

97.899

-16.317

1 2 3

623

1

14.884

97.896

-41.588

1 2 3

623

1

12.204

81.965

-34.587

1

623

2

14.884

72.046

-44.578

1 2 3

623

2

12.204

60.315

-37.577

1

624

1

24.855

72.036

-70.350

1 2 3

624

1

24.189

70.289

-68.611

1 2

624

2

24.855

28.929

-73.339

1 2 3

624

2

24.189

28.226

-71.601

1 2

625

1

35.643

28.906

-100.314

1 2 3

625

1

34.690

28.203

-97.850

1 2

625

2

35.643

-32.179

-103.303

1 2 3

626

1

47.797

-32.222

-133.423

1 2 3

626

2

47.797

-113.173

-136.413

1 2 3

627

1

63.217

-112.934

-176.016

1 2 3

627

2

63.217

-219.440

-179.006

1 2 3

628

1

-34.260

-71.642

73.243

1 2 3

628

2

-34.260

-28.594

70.253

1 2 3

629

1

-18.568

-28.418

43.064

1 2 3

629

2

-18.568

-3.476

40.074

1 2 3

630

1

-5.718

-3.142

9.283

1 2 3

630

2

-5.718

1.530

6.293

1 2 3


Вывод: наиболее нагруженным является средний ригель, расположенный по оси «6».

Теперь выполним подбор армирования в элементах плиты перекрытия по обоим вариантам. Для сборного достаточно принять типовые круглопустотные плиты шириной 1800мм и тавровые ригели высотой сечения 450мм. Для этих элементов также выпишем расход материалов.

Принимаем следующие ригели:

- для среднего ригеля с опиранием плит на обе полки принимаем марку РДП 6.68 – 80 А800 с расходом бетона 1,12м3 и напрягаемой арматуры – 81,93 кг

- для пристенного ригеля с опиранием плит на одно полку принимаем марку РОП 6.68 – 80 А800 с расходом бетона 1,01м3 и напрягаемой арматуры – 81,93 кг

Принимаем многопустотную плиту перекрытия марки ПК 68.18-10 А800 с расходом бетона 1,28м3 и напрягаемой арматуры – 42 кг

Общий расход бетона на ячейку перекрытия составляет:

- тяжёлого бетона класса В30: 7,25 м3;

- напрягаемой арматуры класса А800: 338,86 кг.

Теперь подберём арматуру в плите перекрытия средствами ПК Лира в подпрограмме Лир-Арм.


а)


б)



в)


г)

Рисунок 9. Армирование плиты перекрытия первого этажа


Согласно расчётам плиту армируем симметрично - верхней и нижней сплошной сеткой с шагом ячейки 200 мм из арматурными стержней Ø18мм. Дополнительно укладываем верхние сетки над колоннами с шагом ячейки 200 мм из арматурных стержней Ø16мм.

Рассчитаем расход материалов на плиту перекрытия в монолитном варианте исполнения:

- расход тяжёлого бетона класса В20 составляет 9,216м3;

- расход арматуры класса А400 627 кг.


ВЫВОДЫ


Проведён анализ НДС фрагмента плиты перекрытия первого этажа Детского сада для двух вариантов: сборного по серии 1.020-1/87 и монолитного с плоским безбалочным перекрытием.

Расчёты показывают, что первый вариант по расходу стали и бетона является более экономичным:

Общий расход бетона на ячейку перекрытия составляет:

а) по сборному варианту

- тяжёлого бетона класса В30: 7,25 м3;

- напрягаемой арматуры класса А800: 338,86 кг.

Б) по монолитному варианту

- расход тяжёлого бетона класса В20 составляет 9,216м3;

- расход арматуры класса А400 627 кг.



Литература


1. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», Госстрой России. - М:ГУП ЦПП 2002 г.-44с.

2. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции/ Госсторойиздат СССР - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989 г.

3. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003). ЦНИИПромзданий, НИИЖБ.- М.: ОАО «ЦНИИПромзданий, 2005. – 214 с.


Размещено на Allbest.ru

32




Случайные файлы

Файл
shpargalka.doc
72592-1.rtf
117482.rtf
referat.doc
185345.rtf