Реконструкция зданий и сооружений

СОДЕРЖАНИЕ: Расчеты строительных конструкций. Расчет несущей способности изгибаемого железобетонного элемента прямоугольной формы, усиленного двусторонним наращиванием сечения. Усиление ленточного фундамента. Усиление кирпичного простенка металлическими обоймами.

ФГОУ ВПО Костромская ГСХА

Кафедра строительных конструкций

Курсовая работа

По дисциплине: Реконструкция зданий и сооружений

Выполнил: студент АСФ 341

Груздев Д.Е.

Принял: Негорюхин А.Б.

Кострома 2006г.

ЗАДАЧА №1.

Определение несущей способности изгибаемого железобетонного элемента прямоугольной формы, усиленного двусторонним наращиванием сечения.

Расчет усиленного изгибаемого элемента.

Дано: размеры сечения b = 300 мм, h = 600 мм, бетон усиливаемого элемента класса В20 (Rb = 11.5 МПа), высота наращивания x2 = 150 мм; бетон усиления класса В30 (Rb = 17 МПа); ho = 420 мм, a = a = 25 мм; арматура усиливаемого элемента класса АIII (Rs = 365 МПа), As = 226 мм2 (212); As = 1256 мм2 (420); арматура усиливающего элемента класса АIII (Rs , ad = 365 МПа);

As, ad = 804 мм2 (416); As, ad = 1256 мм2 (420). ( Рис. 1 ).

Усиление осуществлялось без разгружения усиливаемого элемента. Предварительная нагрузка превышала 65% от разрушающей, следовательно, sr 1 = br 1 = 0.8/

Требуется определить прочность элемента после усиления.

Расчет . Определяем центр тяжести арматуры:

As, red = As + Rs, ad As, ad / Rs = 1256+1256 = 2512 мм2

As, red = As + Rsс, ad As, ad / Rsс = 226 + 804 = 1030 мм2

аred = Rs,ad As,ad (ho,ad - ho )/(Rs As + Rs,ad As,ad ) =

= 3651256(575 - 420)/(3651256 + 3651256) = 77,5 мм

Определяем расстояние от сжатой грани усиленного элемента до общего центра тяжести:

ho, red = ho + аred = 420 + 77,5= 497.5 мм.

Относительная высота сжатой зоны бетона

x = (Rs As, red - Rs с As, red )/Rb bho, red = (3652512-3651030)/11,5300497.5 =0,315.

По формуле (25) СНиП 2.03.01-84*

xR = w/[1+ssR /ss , u (1-w/1,1)] = 0,758/[1+292/400(1-0,758/1,1)] = 0,618

w - деформативная характеристика бетона w = a-0,008Rb = 0,85-0,00811,5 = 0,758

a - зависит от вида бетона; a=0,85 – для тяжёлого бетона.

ssR – условное напряжение в арматуре.

ssR = Rs = 292 МПа; для арматуры АI – АIII.

ss , u = предельное напряжение в арматуре.

ss , u = 400 МПа

Проверяем условие: xxR : 0,315 0,618 – условие выполняется.

Определяем приведённое расчётное сопротивление бетона сжатой зоны по формуле:

Rb,red = (Rb Ab + Rb,ad Ab,ad )/Ab,tot = (11,5(300x-45000)+1745000)/300x=

(3450х-517500+765000)/300х = (3450x+247500)/300x МПа,

где Ab , tot = Ab + Ab , ad = 300x; х=х1 +х2 ; Ab = bx1 = 300(x-x2 ) = 300x-300150 = 300x-45000

Ab, ad = bx –Ab = 300x - 300x +45000 = 45000 мм2

Высотасжатойзоны

x = (Rs As, red - Rsс A s, red )/Rb, red b =

= (3652512 - 3651030)/ [(3450x+247500)/300x300] =85,052 мм.

Rb, red = (345085.1+247500)/30085.1 = 21,194МПа

Несущаяспособностьусиленногоэлемента

М Rb,red b x (ho,red – 0,5x) + Rs с A s,red (ho,ad – a ),

М 211940,30,0851(0,4975 – 0,50,0851)+365000103010-6 (0,575 – 0,025) =452,94кНм

ЗАДАЧА № 2.

Определение несущей способности внецентренно сжатого железобетонного элемента прямоугольной формы, усиленного двусторонним наращиванием сечения.

Расчет внецентренно сжатого сечения.

Дано: размеры сечения усиленного элемента b = 500 мм; h = 900 мм; бетон усиливаемого элемента В30 ( Rb =17 МПа); высота наращивания x 2 = 100 мм; бетон усиления класса В30 ( Rb =17 МПа); ho = 760 мм; ho , ad = 870 мм; a = a = 30 мм; арматура усиливаемого элемента класса A-IIIRs = Rs с = 365 МПа (318, As = A s = 7,63см2 ); арматура усиливающего элемента класса A-IIIRs , ad = Rs с, ad = 365 МПа; As , ad = 12,56 см2 (420), A s , ad = 9,42 см2 (320).

Внецентренная нагрузка на элемент N = 1100 кН; e = 1100 мм

Усиление элемента осуществлялось при первоначальном загружении превышающем 65% от разрушающей нагрузки, следовательно, коэффициент условий работы усиленной конструкции sr 1 = br 1 = 0.8.

Расчет. ОпределяемAs, red , A s, red иаred :

As,red = As + Rs,ad As,ad / Rs sr1 = 7,63+36512,56/3650.8 = 23,33 см2

A s,red = A s + Rsс,ad A s,ad / Rsс sr1 = 7.63 + 3659,42/3650.8 = 19,405 см2

аred = Rs,ad As,ad (ho,ad - ho )/(Rs As + Rs,ad As,ad ) =

= 36512,56(87 - 76)/(3657,630.8 + 36512,56) = 7,40 см

Расстояние от сжатой грани усиленного элемента до общего центра тяжести растянутой арматуры

ho,red = ho + а red = 67 + 7,40 = 74,4 см

Относительнаявысотасжатойзоны

x =(N+Rs As,red -Rsс A s,red )/Rb b ho,red =(1.1+3650.8 23,33-3650.8 19,405)/170.8 5074,4=0,023

Определяем

x R = w /[1+ s sR / s s , u (1- w /1,1 )] = 0,741/[1+280/400(1-0,741/1,1)] = 0,603,

w - деформативная характеристика бетона

w = a -0,008 Rb = 0,85-0,008170.8 = 0,741,

a =0,85 – для тяжёлого бетона,

s sR = Rs = 280 МПа,

s s,u = 400 МПа.

x x R .

Расчетное сопротивление бетона сжатой зоны усиленного элемента

Rb,red = (Rb Ab + Rb,ad Ab,ad )/Ab,tot = [170.8 (50x -500)+17500]/50x =

(680х-6800+8500)/50х =(680x +1700)/50x МПа

Ab,tot = Ab + Ab,ad = 50x cм2

Ab = b x1 = 50(x-x2 ) = 50x -5010 = (50x -500) cм2

Ab,ad = b x –Ab = 50x - 50x +500 = 500 cм2

Высотасжатойзоны

x = (N + Rs As,red - Rsс A s,red )/Rb,red b =

= (1.1+3650.823,33 - 3650.819,405)/ [(680x +1700)/50x 50] = -0,81 см

х 0 т.е. сжатой зоны в пределах элемента нет и Rb , red = Rb ,а d .

Проверяем прочность усиленного элемента

N e Rb , ad b x ( ho , red – 0,5 x ) + Rs с A s , red ( ho , red – a ) =

= 0+3650000.8 19,40510-4 (0,744 – 0,03) = 404,57 кНм

1100 кН·1,1 = 1210 кНм, прочность сечения недостаточна.

ЗАДАЧА № 3.

Расчет усиления ленточного фундамента.

Расчет усиления ленточного фундамента.

Пусть ширина b существующего фундамента 130 см, расчетное сопротивление грунта R = 2.3 кг/см2 , шаг траверс 1.3 м. После усиления фундамент должен воспринимать нагрузку F = 450 кН/м.d , =25см

Поскольку фундамент ленточный рассчитываем участок фундамента длиной l = 100 см.

Требуемая ширина подошвы фундамента равна:

b 1 = F / l R = 45000/1002.3 = 195.7 =196см.

Ширина полос обетонировки d фундамента с каждой стороны:

d = 0.5( b 1 - b ) = 0.5(196-130) = 33 см.

Нагрузка, воспринимаемая фундаментом от реактивного давления грунта s гр = R гр = 2.3 кг/см2 на ширину d =33cм и длину l =130 см равна:

Fd = s гр d l = 2.333130 = 9867 кг = 98.67 кН.

Эта нагрузка будет восприниматься каждой консолью траверсы и вызывать в ней изгибающий момент:

Md = Fd l 1 = 9867х85.5 = 84.3629 кНм.

Усиление ленточного фундамента: а – сечение 1-1; б – фрагмент плана усиленного фундамента; 1 – кирпичная стена; 2 – траверса из двух швеллеров; 3 – каркасы дополнительных фундаментных полос из бетона; 4 – существующий фундамент

Принимаем сечение траверсы из двух швеллеров. Требуемый момент сопротивления W тр равен:

W тр = Md / R = 843629 /2350 = 360 см3 ,

где R - расчетное сопротивление стали ВСт3пс, принятое по СНиП II-23-81*.Стальные конструкции

Принимаем траверсу из двух щвеллеров №22:

2Wx = 2192 = 384360 см3 .

Новые полосы фундамента шириной d работают как неразрезные железобетонные балки. Они воспринимают реактивное давление на грунт и опираются сверху в траверсы.

Расчетный момент в этих балках равен:

M = q гр l 2 / 12 = 75.91302 /12 = 106893 кгсм = 1068.93 кНм,

где q гр = s гр d = 2.333 = 75.9 кг/см.

Задаем высоту фундамента 50 см и защитный слой бетона до рабочей арматуры 70 мм, арматуру 12A-III. Имеем рабочую высоту сечения балок ho = 50-7-0.5 = 42.5 см.

Требуемое сечение арматуры кл.A-III при Rs = 3750 кг/см2 ( по СНиП 2.03.01-84*):

А s = M /0.8 ho Rs = 106893/0.842.53750 = 0.84 см2 .

По конструктивным соображениям при d 150 мм принимаем два каркаса с верхней и нижней арматурой из 10A-III, поперечные стержни арматуры из 8A-I с шагом 250 мм.

ЗАДАЧА № 4.

Расчет усиления кирпичного простенка металлическими обоймами.

Требуется запроектировать усиление простенка в существующем жилом доме. Кладка простенков выполнена из глиняного кирпича пластического формования марки 75 на растворе марки 50. Размер сечения простенка 51129 см, высота 180 см; расчетная высота стены – 3,3 м. Кладка простенка выполнена с утолщенными швами низкого качества, в кладке имеются небольшие начальные трещины в отдельных кирпичах и вертикальных швах. Это свидетельствует о том, что напряжение в кладке достигло примерно 0,7Ru (временного сопротивления). На простенок действует вертикальное усилие, равное 800 кН (80 тc), приложенное с эксцентриситетом 6 см по отношению к толщине стены.

Рис. 4 . Схема усиления кирпичных столбов металлической обоймой.

1 – планка f1 сечением 408 мм; 2 – сварка

По архитектурным соображениям усиление кладки принимается посредством включения простенка в стальную обойму из уголков.

Необходимое увеличение несущей способности простенка за счет поперечной арматуры обоймы определяем из формулы:

,

Коэффициенты y и h при внецентренном сжатии:

; ;

В формулах

N – продольная сила;

А – площадь сечения усиливаемой кладки;

As – площадь сечения продольных уголков стальной обоймы или продольной арматуры железобетонной обоймы;

Аb – площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);

Rsw – расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы;

Rsc – расчетное сопротивление уголков или продольной сжатой арматуры;

j – коэффициент продольного изгиба (при определении j значение a принимается как для неусиленной кладки);

mg – коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки, пп.[4.1, 4.7];

mk – коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1 для кладки без повреждений и 0,7 – для кладки с трещинами;

mb – коэффициент условий работы бетона, принимаемый равным 1 – при передаче нагрузки на обойму и наличии опоры снизу обоймы, 0,7 – при передаче нагрузки на обойму и отсутствии опоры снизу обоймы и 0,35 – без непосредственной передачи нагрузки на обойму;

m – процент армирования хомутами и поперечными планками, определяемый по формуле

, (4.4)

где h и b – размеры сторон усиливаемого элемента;

s – расстояние между осями поперечных связей при стальных обоймах (h s b, но не более 50 см) или между хомутами при железобетонных и штукатурных обоймах (s15 см).

По п. [4.2, табл. 18] при l=5,2 и a=1000 j1 »j=0,98; mg =1 принимаем согласно п. [4.7]; по п. [3.1, табл. 2] R=1,3 Мпа; mk =0,7.

Принимаем для обоймы сталь класса A-II. Вертикальная арматура обоймы (уголки) принимается по конструктивным соображениям 5050 мм

Аs =44,8=19,2см2 .

По табл. 10 Rsc =55,0 Мпа и Rsw =190 Мпа.

По формуле

.

Согласно формуле

;

,

откуда m=0,48 %.

Принимаем расстояние между осями поперечных хомутов обоймы 48 см и определяем их сечение из условия %.

По формуле (4.4)

;

;

см2 .

Принимаем полосу сечением 408 мм; Аs =3,2 см2 ; Ст A-I.

ЗАДАЧА №5.

Расчёт усиления металлической балки способом увеличения сечения.

Расчёт усиления металлической балки способом увеличения сечения.

Масса усиленного настила:

g = gнс + gпл = 70.7 + (25000,06 + 18000,02) = 256,7 кг/м2 » 2,57 кН/м2 .

Нормативная нагрузка на балку настила:

gн = (12+2,57)1,2 = 17,48 кН/м = 0,175 кН/см.

Расчетная нагрузка на балку настила:

g = (121.2 + 0,7071.05 + 1,861,3) 1,2 = 21,07 кН/м = 0,211 кН/см.

Расчетный изгибающий момент (пролет балки 6 м):

М = 1,0521,0762 /8 = 77,56 кНм = 7756 кНсм (принято, что масса балок составит 5% от общей нагрузки).

Усиление балок производится способом увеличения сечения (Рис.5) как наиболее технологичным. Протяженность среднего участка балки с М М0 (М0 =48,6 кНм на расстоянии 1,23м от опоры) составляет lM = 6 - 21.23 = 3.54 м. Усиливаемые балки относятся к конструкциям группы 4, и, следовательно, расчет прочности можно производить по критерию РПД. Для усиления верхней зоны предполагаем ввести 263405, а нижней зоны – 2405из стали ВСт3пс6 ( по ГОСТ 380- 88) с Ryr = 240 МПа.

Новое положение центра тяжести:

y = см; yrc = 4.427см; yrp = 5.659см

Положение центров тяжести сжатой и растянутой зон для двутавра №18:

y0 = см;

y0 c = 9+0.04-2.2 = 6.84 см;

y0 r = 9-0.04-2.2 = 6.76 см.

Определяем площади элементов сечения:

M] = [Aoc yoc + Aop yop +б(Arc yrc + Arp yrp )]Ryo gM ; Aoc = 0.5 [Ao – б(Arc –Arp )] –

Arc = 9.96 см2 ;

Arp = 7.58 см2 ;

Aoc = 0.5[23.4-0.96(9.96-7.58)] = 10.56 см2 ;

Arp = 0.5[23.4+0.96(9.96-7.58)]] = 12.84 см2 ; so = 48600/143 = 340 МПа; bo =217/250 = 0.87. gM = 0.95-0.20.87(0.96-1) = 0.944;

По формуле (5.3)

[M] = [10.566.76+12.846.76+0.96(9.964.427+7.585.659)]250.944 = 8704 кНсм.

В сечении балки с Мmax Q = 0;тогда ct = 1; gc = 1; в сечении с Mx = Mo (x=1.23 м) Q = 21.071.23 = 25.92 кН; t = 0,925,9210/0,5118 = 25.41 МПа;Rso = 0.58255 = 134 МПа; t/ Rso = 25.41/134 = 0.18 0.4; ct = 1.

Условие прочности балки:

M = 7756 870411 = 8704 кНм. Прочность обеспечена.

Проверка деформативности балок по формуле: ¦ = ¦0 + ¦w + ¦,

I = 1290+23.42.22 +2(5.353.796.762 )+2(12.3+4.986.842 ) = 3747 см4 ;

¦o = 50.01526004 /(3842.06105 3747) = 0.03 см;

¦ =50.01756004 /(3842.06105 3747) = 0.04 см.

Принимаем длину элементов усиления lr = 3.54+20.2 = 3.94 м. Определяем сварочные деформации по формуле ¦w = [ aVlr (2 l – lr ) ni yi ]/(8 I ), . Катет шва принимаем k¦ = 4 мм, сварку ведем сплошным швом. Тогда а = 1; V = 0.040.42 = 0.006; u = 0.7.

Для верхних швов крепления уголков имеем

so 1 = (775610/3747)(9+2.2-1) = 211.1 МПа; x1 = 211,1/250 = 0.84; n1 = 3.7; y1 = 17.61 см.

Для нижних швов крепления уголка усиления имеем

so 2 = (775610/3747)(9+2.2-3) = 170 МПа; x2 = 170/250 = 0.68; n2 =2.6; y2 = 11.31см.

Для верхних швов крепления уголков имеем

so 3 = (775610/3747)(9-2.2-1) = 120.1 МПа; x1 = 120,1/250 = 0.48; n1 = 1.9; y1 = 4.4 см.

Для нижних швов крепления уголка усиления имеем

so4 = (775610/3747)(9-2.2-3) = 79 МПа; x2 = 170/250 = 0.32; n2 =1.6; y2 = 0.9см.

¦w = [ aVlr (2l – lr ) ni yi ]/(8I)

¦w = [10.006394/(83747)](2600-394)(3.717.61+2.611.31+1.94.4+1.60.9) = 2.53 см

Окончательно получаем ¦ = 0,03+0,04+2,53 = 2,6 см.

Допустим, задано, что прогиб до 3,5 см не препятствует нормальной эксплуатации конкретного технологического оборудования, тогда можно считать условие (5.4) выполненным.

Следует усиливать сначала нижний пояс балок, а затем верхний.

Опирание второстепенной балки на главные осуществлялось в одном уровне с передачей опорной реакции Qmax = 21.073 =63.21 кН на ребра жесткости главной балки через односторонний сварной шов с фактическим катетом kf = 4 мм.

Фактическая длина шва lw = 20 см. Применялись электроды типа Э42.

N 0 Rwf g wf g c b f kf ( lw – Д)

Действительная несущая способность шва Now =18110.70.419 = 95.6 кН Qmax = 63.21 кН.

Скачать архив с текстом документа