Курсовая работа (т): Каменные и армокаменные конструкции

Каменные и армокаменные конструкции

Исходные данные

Город: Челябинск,

Толщина стены: 640мм,

Марка кирпича: 75,

Марка раствора: 50,

Класс арматуры анкеров карнизных плит: A-II,

Класс арматуры сеток армокаменных конструкций: Вр-1,

Длинна элемента сборного карниза: 3,2м,

Тип каркаса: 2,

Высота сечения сборного элемента карниза: 30мм,

L₁xL₂=17.8x56м,

l₁xl₂=5.6x5.6м,

l_k=0.45,

Временная расчетная нагрузка:

·  Полная: Р=4,8kH/м²

·        Длительная: Р_l=1,5kH/м²

·        Кратковременная: Р_sh=3,3kH/м²

Постоянная расчетная нагрузка на перекрытие: g=5,8 kH/м²,

Число этажей: 5,

Расчетная нагрузка на кровлю: 4,2 kH/м²,

Высота этажа: 6м,

Расчетная постоянная нагрузка на чердачное перекрытие: 6,4 kH/м²,

Высота стены подвала: 3,5м,

Толщина стены подвала: 0,5м,

Нормативное значение поверхностной нагрузки: 11,5 kH/м²,

Угол внутреннего трения грунта: 35.

1. Определение расчётных усилий на простенок

Для подсчёта усилий нужно установить следующие размеры: ширину грузового участка

Где a - привязка стен

l₁ - расстояние между разбивочными осями.

Длинна грузовой площади простенка:

Где l_р - ширина простенка, принимается в зависимости от размеров окон и назначается, как правило, кратным размерам кирпича (2600мм);

L_f1 - ширина оконных проёмов (3000мм).

Грузовая площадь простенка:

Так как грузовая площадь более 9 м², то в соответствии с п. 3.8 [2] коэффициент сочетания нагрузок от одного перекрытия вычислим по формуле:

То же от четырех перекрытий (при пятиэтажном здании):

Рисунок 1 Схема определения грузовой площади простенка

Подсчёт усилия N₁ на простенок от вышерасположенных этажей на уровне низа перекрытий первого этажа, произведём исходя из грузовой площади и действующих нагрузок перекрытия, покрытия и кровлю

Где p_s - снеговая нагрузка, принимаемая по [2], в зависимости от снегового района (г. Челябинск в 3-м расположен в третьем снеговом районе). Подсчёт усилия N₂ от нагрузок перекрытия первого этажа производим из формулы:

Учитывая, что длинна опорной зоны плит на стене для кладки принемается не менее 12 см, определим c:

Эксцентриситет приложения силы N₂:

Усилие от собственного веса стены N₃ определяется от веса кладки, штукатурки на стенах, веса оконного заполнения. Для подсчёта усилия от веса кладки N_3,1 проведём некоторые промежуточные расчёты.

Площадь рассматриваемого участка стены:

Где l_g=5,6 м (рисунок 1); H - высота стены до верха парапетного или карнизного участка.

Где h_k2 - высота карнизного участка стен для второго типа 0,5м.

Рисунок 2 Схема передачи усилий на перекрытия стены

Площадь оконных проёмов:

Где h_f - высота оконного проёма 4м.

Площадь кладки:

Объём кладки:

Где γ - средняя плотность кладки.

Усилие от веса штукатурки N_3,2 определяется по следующей схеме:

Определим площадь штукатурки, с учётом оштукатуривания откосов и верха проёма и площади занимаемого перекрытиями:

Где δ_f - ширина оконных блоков и четвертей; h_p - высота сечения плит перекрытия.

Где δ_s - толщина штукатурки.

Усилие от веса оконного заполнения N_3,3 определим по формуле:

Где g_f - вес 1 м² окон.

Таким образом продольная суммарная сила составит:

Усилия N определим с учётом уменьшения усилий от массы кладки, штукатурки и окон от сечения 3-3 к сечению 1-1.

=

=-(5,6∙1,0∙0,64∙18∙1,1)-(4/2∙3∙0,64∙18∙1,1)-(5,6∙1,0+4/2∙3) ∙0,02∙18∙1,3- 0,5∙3∙4/2=2247кН

где h_f0 - высота подоконной части стены.

=

=2247 -5,6∙0,25∙0,64∙18∙1,1-4/2∙3∙0,64∙18∙1,1-(5,6∙0,25+4/2∙3)∙0,02∙18∙1,3 - 0,5∙3∙4/2=2054кН.

Рисунок 3 Характер распределения усилий в сечениях простенка

Момент M_1(1-1) от нагрузки с перекрытия в сечении 1-1 определяется:

M_1(1-1)=N₂∙e=127,1∙0,28=35,59кН∙м.

M_1(2-2)= 35,59 ∙0,5 =17,8 кН∙м.

Момент от ветровой нагрузки при давлении ветра ():

M_2(1-1)= M_2(2-2)=

где q_ω= q_ωn∙c∙k∙l_g∙γ_f,

q_ωn - нормативная ветровая нагрузка;

c,k - коэффициенты, принимаемые по СНиП, в зависимости от ветрового района, направления действия ветра, формы поверхности, высоты здания и типа местности;

Тип местности В, тогда k=0,85

γ_f =1,4 коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

l₀ - расчетная высота простенка, равная расстоянию от пола до низа перекрытия.

При отрицательном значении в сечении 1-1 и 3-3 и положительном в сечении 2-2:

q_ω=0,3∙0,85∙0,5∙5,6∙1,4=1,0кН/м

M_2(1-1)= M_2(2-2) = M_2(3-3)=

То же при противоположных знаках и другом значении с=0,6

q_ω=0,3∙0,6∙0,85∙5,6∙1,4=1,2кН/м.

M_2(1-1)= M_2(2-2) = M_2(3-3)=

Расчет простенка.

Расчет простенка первоначально проведем как каменного элемента по формуле:

Nm_g∙∙R∙A_c∙

Проверяем все три сечения, так как по высоте меняются значения коэффициента продольного изгиба . Если в сечении 1-1 и 3-3 следует принимать =1, то в сечении 2-2 оно равно расчетному значению.

Коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки m_g=1 во всех сечениях, т.к. h>30 см.(см.п.4.7.[1]).

Сечение 1-1:

Площадь сжатой зоны определим для прямоугольного простенка по формуле:

Эксцентриситет приложения продольной силы равен:

,

т.к. е_o<0,7∙y=0,7∙32=22,4 см, то расчет по раскрытию трещин можно не проводить.

Коэффициент ω, учитывающий работу растянутой зоны определим из формулы:

Отсюда требуемое сопротивление каменной кладки сжатию:

R_тр<R=1,3, т.е. постановка сеток в горизонтальные швы не требуется.

Сечение 3-3:

То есть элемент можно рассчитать как центрально сжатый при φ=1 и m_g=1.

R_тр<R=1,3, т.е. постановка сеток в горизонтальные швы требуется.

Сечение 2-2:

M=M_1(2-2) +M_2(2-2)=17.8+1,14=18.94кН∙м.

N_2-2=2247кН.

Определим коэффициент :

φ определяется как для полного сечения, а  только при учете сжатой части сечения.

Определяем площадь сжатой зоны:

=

Отсюда при ширине простенка 2600 мм, условная высота его сжатой части составит:

При определении λ_hc - гибкости элемента - нормы требуют учитывать только высоту с однозначной эпюрой моментов. В нашем случае в связи с малостью момента от ветровой нагрузки зона отрицательных моментов составит .

Гибкость при полном сечении составит:

При учете только сжатой зоны:

По табл. 18 СНиП II-22-81  (так как  и < 8, а по таблице 15 [1] упругая характеристика α=750).

Ни одно из сечений простенка не требуется армирование.

2. Расчет карнизного участка стены

.1 Этапы расчёта стены с карнизом

Расчет стен, несущих карнизы, выполняется на внецентренное сжатие в сечении, расположенном непосредственно под плитой карниза, и производится проверка устойчивости карниза для двух случаев:

- незаконченное здание;

законченное здание;

В стадии расчета незаконченного здания учитывают следующие нагрузки:

расчетную от собственного веса карниза.

расчетную временную по краю карниза 1кН/м².

собственный вес кладки.

нормативную ветровую на внутреннюю сторону стены на уровне выше соответствующего расчетного сечения.

В стадии законченного здания:

расчетную от собственного веса карниза и веса всех опирающихся на него элементов здания с учетом уменьшения расчетной нагрузки на величину отрицательного давления (отсоса) от ветровой нагрузки на кровельные конструкции.

временную расчетную нагрузку для зданий высотой до 10 м - 1,5 кН/м² по краю карниза, а для зданий высотой более 10 м к краю карниза прикладывают усилия от двух блоков подвижной люльки по 5 кН на один блок при расстоянии между блоками 2 м.

расчётную нагрузку с кровли и чердачного перекрытия (для соответствующих сечений);

собственный вес кладки.

расчетную ветровую нагрузку, уменьшенную на 50 %.

2.2 Расчет в стадии законченного здания

.2.1 Определение расчетных нагрузок

С учетом того, что высота здания превышает 10 м., а длина сборного элемента карниза - 3,2 м, усилие от подвесной люльки составит:

N₅=P_e∙2=5∙2=10 кН.

где P_e - нагрузка от одного блока люльки.

Рисунок 4 Тип карниза и схема распределения усилий на выносных карнизах

Усилие от собственного веса карнизной плиты:

N₁=V_к∙γ∙γ_f=S_карн∙L_к∙γ∙γ_f=((0,15∙0,2)+0,5∙(0,1+0,3)∙1,21)∙3,2∙25∙1,1=21,37кН

δ_к- высота сечения карнизной плиты;

γ - средняя плотность материала карнизной плиты;

γ_f -коэффициент надежности;

L_к - длина сборного элемента карниза.

Статический момент относительно оси y₀ составит:

S_y0=121∙10∙121/2+0,5∙20∙101∙(20+1/3∙101)+5∙20∙10=128408,3 см³.

Площадь сечения плиты:

А=121∙10+0,5∙10∙101+5∙20=1815 см².

Расстояние до центра тяжести:

y=S_y0/A=128408,(3) /1815=70,748 см.

Тогда с равно:

с=70,748 -51/2=45,248 см.

Усилие от собственного веса штукатурных слоев карнизной плиты при наличии архитектурно-художественной отделки карниза составит:

N₈=l_k,р∙δ_р∙γ_р∙γ_f∙L_к=(0,7+0,1)∙0,02*20∙3,2∙1,3=1,33 кН.

l_k,р - длина участка на котором выполняется штукатурка;

δ_р - толщина штукатурного слоя;

γ_р - средняя площадь материала отделочного слоя.

Примем условно, что положение силы N₃ совпадает с N₁

Ветровую нагрузку на стену, уменьшенную на 50%, определяем по формуле:

q_ω= L_к∙ω_о∙с∙γ_f∙k_f∙0,5=3,2∙0,3∙0,6∙1,4∙0,85∙0,5= 0,343 кН/м.

q_ωк= L_к∙ω_о∙с∙γ_f∙k_f =3,2∙0,3∙0,5∙1,4∙0,85=0,686кН/м.

Определим усилие от собственного веса стены:

q_k,l= δ_к,l∙γ_f ∙γ =0,51∙18∙0,9=8,262 кН/м².

где δ_к,l - толщина плиты.

Расчетная сила составит:

N₂=q_kl∙h_c,r∙L_k=8,3∙0,8∙3,2=21,25 кН.

где h_c,г - высота стены выше плиты чердачного перекрытия.

Усилие от кровли составит:

N₄=(L/4)∙L_k∙q_k∙γ_f-q_w,k∙L/4=(12/4)*3,2∙4,2∙0,9-0,626∙(12/4)=17.2кН.

где L - длина стропил кровли;

q_w,k - ветровой отсос

В пределах карнизной плиты:

N₆=L_k∙l_k,v∙q_k∙ γ_f - q_ω,k∙l_k,v/2=3,2∙0,955∙4.2/2- 0,686∙0,955/2=6.09кН.

Усилие от чердачного перекрытия:

N₉=q₂∙(l₁/2)∙L_k∙(γ_f/γ_f1)=6,4∙5,6/2∙3,2/1,2=47,79 кН.

где q₂ - расчетная нагрузка на чердачное перекрытие;

l₁ - расстояние от оси средней стены до наружной продольной стены.