Методические рекомендации по выполнению расчетно-графических работ ПМ01 «Участие в проектировании зданий и сооружений»

Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

государственное образовательное профессиональное учреждение

Свердловской области

НИЖНЕТАГИЛЬСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

 

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по выполнению расчетно-графических работ

ПМ01 «Участие в проектировании зданий и сооружений»

МДК.01.01. Проектирование зданий и сооружений

специальность 08.02.01

«Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

 

 

 

 

 

 

2026

 

 

Организация-разработчик: ГАПОУ  СО «Нижнетагильский строительный колледж»

 

 

Разработчик: Т.Р. Мезенина, преподаватель ГАПОУ  СО «Нижнетагильский строительный колледж»

 

 

 

 

РАССМОТРЕНА                            Предметно-цикловой комиссией Протокол № ___от ____________   Председатель ЦК                            ________________

СОГЛАСОВАНО Методическим советом Протокол № ___от ____________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Пояснительная записка…………………………………………………...	4
Практическая работа №1………………………………………………….	4
Практическая работа №2………………………………………………….	4
Практическая работа №3………………………………………………….	4
Практическая работа №4………………………………………………….	4
Практическая работа №5………………………………………………….	4
Практическая работа №6………………………………………………….	4
Практическая работа №7………………………………………………….	4
Практическая работа №8………………………………………………….	4
Практическая работа №9………………………………………………….	4
Практическая работа №10………………………………………………...	4
Практическая работа №11………………………………………………...	4
Практическая работа №12………………………………………………...	4
Практическая работа №13………………………………………………...	4
Практическая работа №14………………………………………………...	4
Практическая работа №15………………………………………………...	4
Практическая работа №16………………………………………………...	4
Список литературы………………………………………………..............	4
Приложение 1……………………………………………………………...	2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

 

      Практические работы закрепляют и углубляют теоретические знания, позволяют приобрести практические навыки в решении технических вопросов, а также пользоваться технической и нормативной литературой.

Целью работ является освоение профессиональных компетенций ПК 1.2. «Выполнять расчеты и конструирование строительных конструкций».

В результате выполнения практических работ студенты приобретают опыт расчетов и проектирования строительных конструкций; умения выполнять расчеты нагрузок, действующие на конструкции; подбирать сечения элементов от приложенных нагрузок; определять размеры подошвы фундамента; выполнять расчеты соединений элементов конструкции; а также закрепляют теоретические знания, полученные в результате изучения ПМ 01 «Участие в проектировании зданий и сооружений».

Практические работы разработаны на основании индивидуальных заданий, задания разработаны в 24 вариантах.

Программой предусмотрено 16 практических работ.

Расчетная часть оформляется на листах формата А4 от руки черной пастой чертежным шрифтом. Чертежи выполняются карандашом.

Оформление должно соответствовать действующим государственным стандартам:

-       ГОСТ 21.201-2011 Условные графические изображения элементов зданий, сооружений и конструкций;

-       ГОСТ 21.501-2011 Правила оформления рабочей документации архитектурных и конструктивных решений;

-       ГОСТ 21.1101-2013 Основные требования к проектной и рабочей документации.

Оформление титульного листа смотри Приложение 1.

 

 

Практическая работа № 1

«Определение нагрузок на строительные конструкции»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Нагрузки на строительные конструкции».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться выполнять сбор нагрузок на перекрытие, покрытие и колонну.

Задание: по данным таблицы 1 посчитать полную нагрузку на перекрытие, покрытие и на колонну 3-х этажного здания.

Варианты состава пола:

1.   паркет, толщина 20мм, плотность 800кг/м3; шлакобетон, толщина 60мм,

плотность 1600кг/м3; пенобетонная плита, толщина 60мм, плотность 600 кг/м3; железобетонная плита перекрытия, приведенная толщина 110мм, плотность 2500кг/м3.

2.   паркет, толщина 20мм, плотность 800кг/м3; шлакобетон, толщина 30мм, плотность 1800кг/м3; пенобетонная плита, толщина 30мм, плотность 500 кг/м3; железобетонная плита перекрытия, приведенная толщина 130мм, плотность 2500 кг/м3.

3.   линолеум, толщина 2мм; цементная стяжка, толщина 15мм, плотность

2000кг/м3; пенобетонная плита, толщина 40мм, плотность 600кг/м3; железобетонная плита перекрытия, приведенная толщина 110мм, плотность 2500кг/м3.

4.   линолеум, толщина 4мм, плотность 1800кг/м3; цементная стяжка, толщина 25мм, плотность 1800кг/м3; пенобетонная плита, толщина 20мм, плотность 800кг/м3; железобетонная плита перекрытия, приведенная толщина 150мм, плотность 2500кг/м3.

Варианты состава покрытия:

1.   водоизоляционный слой, толщина 10мм, плотность 600кг/м3; стяжка цементно-песчаная, толщина 60мм, плотность 1800кг/м3; утеплитель URSA, толщина 250мм, плотность 600 кг/м3; слой пароизоляции с нагрузкой 100гр/м2, железобетонная плита перекрытия, приведенная толщина 150мм, плотность 2500кг/м3.

2.   водоизоляционный слой, толщина 8мм, плотность 1400кг/м3; стяжка цементно-песчаная , толщина 30мм, плотность 1800кг/м3; утеплитель «Техновент» , толщина 200мм, плотность 400 кг/м3; слой пароизоляции с нагрузкой 200гр/м2, железобетонная плита перекрытия, приведенная толщина 120мм, плотность 2500кг/м3

3.   водоизоляционный слой, толщина 10мм, плотность 600кг/м3; стяжка цементно-песчаная , толщина 40мм, плотность 1800кг/м3; утеплитель URSA, толщина 150мм, плотность 500 кг/м3; слой пароизоляции с нагрузкой 150гр/м2, железобетонная плита перекрытия, приведенная толщина 120мм, плотность 2500кг/м3

4.   водоизоляционный слой, толщина 10мм, плотность 600кг/м3; стяжка цементно-песчаная , толщина 60мм, плотность 1800кг/м3; утеплитель URSA, толщина 100мм, плотность 400 кг/м3; слой пароизоляции с нагрузкой 130гр/м2, железобетонная плита перекрытия, приведенная толщина 140мм, плотность

Указания по выполнению работы:

Полная нагрузка разделяется на постоянную и временную нагрузки. К постоянным нагрузкам относятся нагрузка от слоев кровли, от слоев пола, от несущих конструкций. К временным нагрузкам относятся снеговая нагрузка в зависимости от района строительства [1, табл.2.3], временная (полезная) на перекрытие, в зависимости от назначения здания или помещения [1, табл.2.1].

Постоянную нормативную нагрузку, если она не задана в кН/м², получают путем умножения толщины на объемную массу.

Расчетную нагрузку получают путем умножения нормативной на коэффициент надежности по нагрузке.

Коэффициент надежности по нагрузке принимается согласно:

постоянна нагрузка [1, табл.2.2];

временная нагрузка - 1,3 при нормативном значении менее 2,0кПа и

1,2 при нормативном значении 2,0кПа и более.

снеговая - 1,4.

Нагрузка подсчитывается в табличной форме по таблице 2

Таблица 2

№ п/п

Вид нагрузки

Нормативная нагрузка кН/м2

Коэффициент надежности по нагрузке  ɣf

Расчетная нагрузка кН/м2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

№ вар	Здание	Снеговой район	Перекрытие	Покрытие	Сетка колонн, м	Сечение колонн, мм	Высота этажа, м
1	Жилой дом	1	4	3	3х3	300х300	3,0
2	Администрация	2	3	2	6х3	400х400	3,5
3	Банк	3	2	4	6х6	450х450	4,0
4	Гостиница	4	1	1	6х3	300х300	3,0
5	Больница (палаты)	1	4	3	6х6	300х300	3,0
6	Общежитие	2	3	2	3х3	400х400	2,7
7	Детский сад	3	2	4	3х6	450х450	3,0
8	Школа	4	1	1	6х6	300х300	3,5
9	Институт	1	4	3	6х6	400х400	4,0
10	ТРЦ	2	3	2	12х12	450х450	5,0
11	Промышленное здание	3	2	4	12х6	300х300	4,5
12	Кафе	4	1	1	12х12	400х400	3,0
13	Архив	1	4	3	3х3	450х450	3,0
14	Жилой дом	2	3	2	6х3	300х300	3,2
15	Администрация	3	2	4	6х6	400х400	3,0
16	Банк	4	1	1	12х12	450х450	5,0
17	Гостиница	1	4	3	6х3	300х300	2,7
18	Больница (палаты)	2	3	2	6х12	400х400	3,5
19	Общежитие	3	2	4	6х3	450х450	3,0
20	Детский сад	4	1	1	6х6	300х300	3,3
21	Школа	1	4	3	12х6	400х400	4,0
22	Институт	2	3	2	12х12	450х450	3,0
23	ТРЦ	3	2	4	12х6	300х300	4,0
24	Промышленное здание	4	1	1	6х6	400х400	4,0

 

 

 

 

Практическая работа № 2

«Расчёт и конструирование соединений металлических конструкций»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Соединения элементов металлических конструкций».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться производить расчет сварных соединений.

Задание: рассчитать сварное соединение встык по данным таблицы 3. Сварка ручная электродами Э-42. Коэффициент условия работы ɣ_с=0,9.

Таблица 3

№ вар	Ширина листов, мм	Толщина первого листа, мм	Толщина второго листа, мм	Марка стали	Усилие растяжения, кН
1	182	4	6	С245	800
2	650	10	15	С245	1600
3	142	20	22	С245	600
4	253	25	30	С245	1700
5	374	30	35	С245	400
6	485	35	40	С245	200
7	596	4	6	С255	600
8	677	10	15	С255	600
9	788	20	22	С255	500
10	139	25	30	С255	200
11	221	30	35	С255	600
12	352	35	40	С235	300
13	463	4	6	С235	600
14	566	10	15	С235	1200
15	162	20	22	С235	1400
16	170	25	30	С235	1600
17	268	30	35	С235	400
18	272	35	40	С235	800
19	384	4	6	С235	1700
20	472	10	15	С235	2000
21	482	20	22	С235	500
22	530	25	30	С235	200
23	558	30	35	С235	300
24	178	35	40	С235	700

Указания по выполнению работы:

Сварка - основной тип соединений стальных конструкций. В строительстве чаще всего применяется электродуговая сварка – ручная, полуавтоматическая и автоматическая. По конструктивному признаку швы делят на стыковые (прямые и косые) и угловые (лобовые, фланцевые, косые).

1. расчет напряжений прямого стыка

σ_ω= N /( t_min l_ω),

где N- усилие растяжения,

t_min – минимальная толщина соединяемых листов;

l_ω= b-2t_min – расчетная длина шва;

b – ширина листов;

2. расчетное сопротивление растяжению стыкового шва

R_ωy =0,85 R_y,

где R_y− расчетное сопротивление стали;

3. сравниваем напряжение с расчетным сопротивлением

если σ_ω < R_ωyγ_с, прочность обеспечена;

если σ_ω > R_ωyγ_с, прочность не обеспечена, следовательно, назначаем косой шов,

длина которого l_ω= b/sinα -2t_min;

4. расчет нормальных напряжений косого шва

σ_ω= Nsinα /( t_min l_ω);

5. сравниваем напряжение с расчетным сопротивлением

если σ_ω < R_ωyγ_с, прочность обеспечена;

если σ_ω > R_ωyγ_с, прочность не обеспечена, следовательно, назначаем шов с накладками.

6. расчет касательных напряжений

τ_ω= Ncosα /( t_min l_ω);

7. сравниваем напряжение с расчетным сопротивлением

если τ_ω < R_ωsγ_с, прочность  обеспечена;

если τ_ω > R_ωsγ_с, прочность не обеспечена, следовательно,  принимаем шов с накладками,

где R_ωs= 0,58R_yn/γ_с;

R_yn – нормативное сопротивление стали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 3

«Подбор сечения стальной прокатной балки»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Расчет стальных балок».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться производить расчет прокатных балок.

Задание: произвести расчет второстепенной прокатной балки по данным таблицы 4. Балка выполнена из прокатного двутавра.

Нагрузку на перекрытие взять из практической работы №1.

Таблица 4

№ вар	Пролет балки, м	Шаг балок, м	Марка стали	Коэффициент условия работы ɣс
1	5,7	2,1	С245	0,95
2	6,4	2,2	С255	0,90
3	7,3	2,3	С245	0,95
4	6,6	1,7	С255	0,90
5	6,5	1,8	С245	0,95
6	7,2	1,9	С255	0,90
7	5,5	1,3	С245	0,95
8	5,2	1,8	С255	0,90
9	7,6	1,6	С245	0,95
10	6,1	1,5	С255	0,90
11	5,3	1,7	С245	0,95
12	7,8	1,6	С255	0,90
13	5,4	1,9	С245	0,95
14	6,3	1,3	С255	0,90
15	7,4	1,4	С245	0,95
16	5,1	1,2	С255	0,90
17	5,0	2,4	С245	0,95
18	5,6	2,9	С255	0,90
19	7,5	1,2	С245	0,95
20	6,7	2,7	С255	0,90
21	5,8	1,4	С245	0,95
22	7,1	2,5	С255	0,90
23	7,7	2,6	С245	0,95
24	6,2	1,5	С255	0,90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Указания по выполнению работы:

Балки являются одним из наиболее часто применяемых элементов конструкций. По типу поперечного сечения балки бывают двутавровые, швеллерные и коробчатые. По статической схеме балки делятся на разрезные и неразрезные. По способу изготовления прокатные и составные.

Балочной клеткой называется система перекрестных балок, предназначенная для опирания настила при устройстве перекрытия над какой-либо площадью. Различают следующие типы балочных клеток: упрощенная, нормальная и усложненная. В упрощенной схеме используют только главные балки. В нормальном типе – главные и поперечные вспомогательные балки. В усложненной схеме используют три вида балок: главные, вспомогательные и балки настила.

Порядок расчета:

Расчет прокатной балки:

1. определяем нормативную и расчетную погонную нагрузки на балку;

2. определяем действующие усилия M_max; Q_max,

где Mmax =ql²/8 – расчетный изгибающий момент;

Qmax =ql/2 – расчетная поперечная сила;

3. определяем момент сопротивления W_тр= M_maxγ_n / Ryγ_с

где Ry – расчетное сопротивление стали;

γ_с – коэффициент условия работы;

γ_n - коэффициент надежности здания;

4. определяем момент инерции I_x=5q_nl⁴/384Ef_u

где f_u - предельно допустимый прогиб в балке [1, табл.2.4]

E =2,06*10⁵ Мпа=2,06*10⁴кН/см²– модуль упругости стали;

5. по сортаменту подбираем прокатную балку;

6. проверяем прочность подобранного сечения по нормальным и касательным напряжениям ≤ Ryγ_с и τ=≤ Rsγ_с

где Wx – момент сопротивления подобранного сечения,

S – статический момент полученного сечения,

Ix – момент инерции,

s(t_w) – толщина стенки,

Rs= 0.58Ry - расчетное сопротивление стали сдвигу

6. Проверка жесткости подобранного сечения f≤f_u

где f =– максимальный прогиб;

если

          f>f_u                                                                   f≤f_u

устойчивость не обеспечена                устойчивость обеспечена

принимаем больший профиль

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 4

«Подбор сечения колонны сплошного сечения

 из прокатного профиля»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Расчет стальных колонн».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться производить расчет прокатных колонн.

Задание: подобрать стержень колонны сплошного сечения из двутавра по данным таблицы 5.

Таблица 5

№ вар	Продольная сила, кН	Геометрическая длина колонны, м	Марка стали	Коэффициент условия работы ɣс	Крепление колонны
					низ	верх
1	350	3,9	С245	0,95	защемлен	свободен
2	150	2,4	С255	0,90	защемлен	шарнирное
3	160	2,7	С245	0,95	шарнирное	шарнирное
4	130	3,0	С255	0,90	защемлен	защемлен
5	140	5,1	С245	0,95	защемлен	свободен
6	360	5,4	С255	0,90	защемлен	шарнирное
7	100	6,0	С245	0,95	шарнирное	шарнирное
8	110	4,2	С255	0,90	защемлен	защемлен
9	180	4,5	С245	0,95	защемлен	свободен
10	190	4,8	С255	0,90	защемлен	шарнирное
11	200	3,3	С245	0,95	шарнирное	шарнирное
12	170	3,6	С255	0,90	защемлен	защемлен
13	120	3,9	С245	0,95	защемлен	свободен
14	210	4,2	С255	0,90	защемлен	шарнирное
15	220	4,5	С245	0,95	шарнирное	шарнирное
16	230	4,8	С255	0,90	защемлен	защемлен
17	240	5,1	С245	0,95	защемлен	свободен
18	250	5,4	С255	0,90	защемлен	шарнирное
19	260	5,7	С245	0,95	шарнирное	шарнирное
20	270	6,0	С255	0,90	защемлен	защемлен
21	280	2,4	С245	0,95	защемлен	свободен
22	290	2,7	С255	0,90	защемлен	шарнирное
23	300	3,0	С245	0,95	шарнирное	шарнирное
24	330	3,3	С255	0,90	защемлен	защемлен

Указания по выполнению работы:

Металлическая колонна состоит из трех частей: стержня (или ствола), башмака (или базы) и оголовка. По характеру работы колонны делятся на центрально- и внецентренно сжатые, по типу сечения – сплошные и сквозные.

Порядок расчета:

1. определяем расчетную длину колонны l =μl_геом,

где μ – коэффициент расчетной длины, который принимается в зависимости от условий закрепления их концов и вида нагрузки;

l – длина колонны, отдельного участка ее или высота этажа;

2. определяем расчетную продольную силу с учетом собственного веса колонн,

принимая массу 50-60кг/м;

3. задаемся предварительно гибкостью λ=60…120;

4. задаемся коэффициентом продольного изгиба φ=0,5…0,8;

5. производим предварительный подбор сечения по площади

 А= N/ (φR_yγ_c),

где R_y – расчетное сопротивление стали

6. подбираем по сортаменту профиль;

7. определяем фактическую гибкость λ и коэффициент продольного изгиба φ:

гибкость стержня относительно оси X λ_x = l/ ix < λ_u

гибкость стержня относительно оси Y λy = l/ iy < λ_u

где λ_u - предельная гибкость элемента [1, табл.4.6]

условная гибкость             

отсюда находим коэффициент φ [1, табл.4.3]

8. вычисляем фактическую продольную силу N;

9. проверяем устойчивость колонны

σ= N /( φ А)

если

σ < R_yγ_с                                                               σ > R_yγ_с

прочность обеспечена                             прочность не обеспечена

                                                              принимаем больший профиль

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                              

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 5

«Подбор сечения стержней ферм»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Стальные фермы».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться производить расчет элементов фермы.

Задание: Рассчитать элементы треугольной фермы из спаренных уголков пролетом по данным таблицы 6.

 Класс ответственности здания III. Покрытие теплое по прогонам.

Варианты состава покрытия:

1. профилированный лист 1мм, весом 17,2кг/м², утеплитель 300мм, р=30кг/м³, гидроизоляционный ковер 10мм, р =132кг/м³;

2. плиты покрытия 60мм, р=1600кг/м³,  утеплитель 250мм, р=25кг/м³, гидроизоляционный ковер 12мм, р= 154кг/м³.

Таблица 6

№ вар	Пролет фермы, м	Шаг фермы, м	Марка стали	Панель фермы, м	Снеговой район	Покрытие	Угол наклона кровли к горизонту α
1	24	6	С255	4	2	1	15
2	36	12	С245	6	3	2	20
3	18	6	С255	3	2	1	25
4	24	12	С245	4	3	2	30
5	36	6	С255	6	2	1	15
6	18	12	С245	3	3	2	20
7	24	6	С255	4	2	1	25
8	36	12	С245	6	3	2	30
9	18	6	С255	3	2	1	15
10	24	12	С245	4	3	2	20
11	36	6	С255	6	2	1	25
12	18	12	С245	3	3	2	30
13	24	6	С255	4	2	1	15
14	36	12	С245	6	3	2	20
15	18	6	С255	3	2	1	25
16	24	12	С245	4	3	2	30
17	36	6	С255	6	2	1	15
18	18	12	С245	3	3	2	20
19	24	6	С255	4	2	1	25
20	36	12	С245	6	3	2	30
21	18	6	С255	3	2	1	15
22	24	12	С245	4	3	2	20
23	36	6	С255	6	2	1	25
24	18	12	С245	3	3	2	30

 

Указания по выполнению работы:

Фермами называются  решетчатые конструкции, работающие, как и балка на изгиб. Ферма состоит из верхнего и нижнего поясов, соединенных между собой решеткой (раскосов и стоек).

Расстояние между узлами решетки фермы называется панелью.

Расстояние между ее опорами – пролет.

Порядок расчета:

1.     определяем постоянную расчетную нагрузку от покрытия q_покр

2.            определяем постоянную нагрузку на ферму q_ф= q_покр+ q_{соб.вес}            где q_{соб.вес}=1,2kl₀ɣ_f  - собственный вес фермы

1,2 – коэффициент, учитывающий собственный вес связей;

k – конструктивный коэффициент веса фермы 6…10кН/м²;

l₀ – расчетный пролет фермы;

ɣ_f =1,05 – коэффициент надежности по нагрузке.

3.     определяем величину горизонтальной проекции постоянной нагрузки q₁=q_ф/cosα где α – угол наклона кровли к горизонту.

4.     определяем расчетную постоянную узловую нагрузку F₁=q₁bd где b - шаг фермы,  d - длина панели

5.     определяем снеговую узловую нагрузку F₂=S_qbd где S_q – снеговая нагрузка [1, табл.2.3]

6.     определяем усилия в элементах фермы N (курс технической механики)

7.     Расчет сжатых элементов (верхний пояс фермы, стойки)

7.1.    рассчитываем площадь сечения стержней А=N/(φ Rу γс)

где N- расчетное усилие в стержне;

φ=0,7 – коэффициент продольного изгиба

Ry - расчетное сопротивление стали, принятое по пределу текучести;

γ_c - коэффициент условий работы;

E =2,06*10⁵ Мпа=2,06*10⁴кН/см²– модуль упругости стали;

7.2.     подбираем сечение по сортаменту, выписываем геометрические характеристики и определяем гибкость элемента относительно осей х-х и у-у

гибкость стержня относительно оси X λ_x = l/ i_x < λ_u

гибкость стержня относительно оси Y λ_y = l/ i_y < λ_u

где λ_u - предельная гибкость элемента [1, табл.4.6]

7.3.     определяем условную гибкость элемента                    и коэффициент продольного изгиба φ [1, табл.4.3]

7.4.     проверка прочности принятого сечения  σ= N/(φA) и сравниваем его с расчетным сопротивлением; если σ > R_уγ_с  принимаем уголки больших размеров.

8.     Расчет растянутых элементов (нижний пояс фермы и раскосы)

8.1.     рассчитываем площадь сечения стержней А=N γ_n /(φ R_у γс)

8.2.     действуем согласно п.7.2, 7.3

8.3.     проверка прочности принятого сечения  σ= N γ_n /φA и сравниваем его с расчетным сопротивлением; если σ > R_уγ_с  принимаем уголки больших размеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 6

«Расчет прямоугольного сечения с одиночной арматурой»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Прямоугольное сечение с одиночной арматурой».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться производить расчет и конструировать прямоугольное сечение с одиночной арматурой.

Задание: Определить размеры сечения балки перекрытия и площадь сечения рабочей арматуры по данным таблицы 7. Здание общественного назначения.

 Варианты состава перекрытия:

1. ж/б плита 150мм, р=2500кг/м³, мозаичное покрытие весом 47кг/м²;

2. ж/б плита 120мм, р=2500кг/м³, наливной пол весом 62кг/м²;

3. ж/б плита 130мм, р=2500кг/м³, бетонный пол весом 90кг/м².

Таблица 7

 

Указания по выполнению работы:

К изгибаемым элементам относятся плиты и балки.

Балки служат опорами для плит и являются основой перекрытий. Высоту балок прямоугольного сечения принимают 0,1 пролета, при высоте их до 50-60 см кратной 5см, а при большей высоте- кратной 10см. Ширина балок составляет 0,25…0,5высоты.

Армируются балки сварными или вязаными каркасами. Продольная рабочая арматура балок должна приниматься диаметром не менее 12 и не более 40мм. Минимальный процент армирования балок 0,1%, максим 3%, оптимальный 1,2…1,8%.

Порядок расчета:

1.            определяем расчетные характеристики материалов R_b  - расчетное сопротивление бетона сжатию, R_s – расчетное сопротивление арматуры растяжению [1, табл.11.1, 11.2];

2.            задаем  размеры сечения, исходя из h=0,1l и b=0,5h . Задаем значение коэффициента ξ= 0,2…0,3;

3.            относительно коэффициента  ξ находим коэффициент α_m [1, табл.12.1];

4.            определяем изгибающий момент М=ql²/8

5.            определяем рабочую высоту h₀= 

6.            определяем полную высоту h=h₀+a, где  а – расстояние от центра тяжести арматуры до края сечения а=защитный слой+0,5d

7.            вычисляем коэффициент  α_m= М/R_bbh₀². Находим коэффициент α_R [1, табл.12.2] и проверяем условие α_m <α_R, если условие выполняется, то арматуры достаточно в растянутой зоне.

8.            рассчитываем требуемую площадь арматуры A_s=(R_bbξh₀)/Rs;

9.            по сортаменту подбираем арматуру, исходя из конструктивных соображений.

10.       проверяем процент армирования µ=, если процент армирования в пределах допустимого, значит арматура подобрана и установлена верно;

11.       Проверяем сечение на прочность:

М≤R_sA_s(h₀-0,5x) или М≤R_bbx(h₀-0,5x) где х – высота сжатой зоны   х= ≤ ξ_Rh₀

ξ_R - предельное значение коэффициента ξ [1, табл.12.2]

12.       Конструируем сечение, уточнив расстояние а=защитный слой+0,5d.  Необходимо показать рабочую продольную арматуру, полученную в результате расчётов и размеры полученного сечения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 7

«Расчет прямоугольного сечения с двойной арматурой»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Прямоугольное сечение с двойной арматурой».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться производить расчет и конструировать прямоугольное сечение с двойной арматурой.

Задание: Подобрать продольную рабочую арматуру в ж/б балке прямоугольного сечения, с действующим максимальным изгибающим моментом от полной расчетной нагрузки М по данным таблицы 8. Проверить прочность сечения балки.

Таблица 8

 

Указания по выполнению работы:

Сечениями с двойной арматурой называются такие, в которых кроме растянутой арматуры ставится по расчету сжатая. Необходимость сжатой арматуры по расчету в сечении определяется условиями ξ>ξ_R, α>α_R, что свидетельствует о перегрузке сжатой зоны бетона, т.е. когда сечение с одиночной арматурой не может воспринять расчетный момент от внешней нагрузки вследствие недостаточной прочности бетона сжатой зоны.

Армируются балки сварными или вязаными каркасами. Продольная рабочая арматура балок должна приниматься диаметром не менее 12 и не более 40мм. Поперечную арматуру принимаем не менее 10мм. Шаг поперечных стержней в каркасе в ¼ пролета на приопорных участках 150мм, в пролете - 300мм. Минимальный процент армирования балок 0,1%, максим 3%, оптимальный 1,2…1,8%.

Порядок расчета:

1.            определяем расчетные характеристики материалов R_b  - расчетное сопротивление бетона сжатию, R_s – расчетное сопротивление арматуры растяжению [1, табл.11.1, 11.2];

2.            задаем значение коэффициента ξ= 0,2…0,3;

3.            относительно коэффициента  ξ находим коэффициент α_m [1, табл.12.1];

4.            определяем рабочую высоту h₀=h-a

где  а – расстояние от центра тяжести арматуры до края сечения а=защитный слой+0,5d

5.            вычисляем коэффициент  α_m= М/R_bbh₀². Находим коэффициент α_R [1, табл.12.2] и проверяем условие α_m >α_R, если условие выполняется, то требуется установить арматуру в сжатой и в растянутой зоне.

6.            рассчитываем требуемую площадь арматуры в сжатой зоне A_s^/=(M - α_RR_bbh₀²)/R_sc(h₀-a^/) где R_sc – расчетное сопротивление арматуры сжатию [1, табл. 11.2];

7.            рассчитываем требуемую площадь арматуры в растянутой зоне As=(R_bbξ_Rh₀²)/R_s+ R_sc A_s^//R_s;

8.            по сортаменту подбираем арматуру для растянутой зоны  и для сжатой зоны, исходя из конструктивных соображений.

9.            Проверяем сечение на прочность:

М≤R_bbx(h₀-0,5x)+R_scA_s^/(h₀-a^/)

 где х= R_sA_s/(R_bb) - R_sc A_s^//(R_bb) >x_R ξ_Rh₀ – высота сжатой зоны

11. Конструируем сечение, уточнив расстояние а=защитный слой +0,5d. Необходимо показать рабочую продольную арматуру, полученную в результате расчётов и поперечную арматуру, принятую конструктивно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 10

«Расчет таврового сечения»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Тавровое сечение».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться производить расчет и конструировать тавровое сечение.

Задание: Подобрать продольную арматуру в балке таврового сечения по данным таблицы 9 и проверить сечение на прочность.

Таблица 9

№ вар	Изгибающий момент М, кН*м	Размеры полки bxh, мм	Размеры полки bf /хhf /, мм	Класс бетона	Класс арматуры
1	450	300х600	500х200	В20	А300
2	475	300х600	400х200	В25	А400
3	470	300х600	400х180	В20	А300
4	455	300х600	500х180	В25	А400
5	460	320х600	500х200	В20	А300
6	465	280х600	400х200	В25	А400
7	390	200х400	400х200	В20	А300
8	395	220х400	400х180	В25	А400
9	400	300х600	500х200	В20	А300
10	405	300х600	400х200	В25	А400
11	410	300х600	400х180	В20	А300
12	415	300х600	500х180	В25	А400
13	420	320х600	500х200	В20	А300
14	425	280х600	400х200	В25	А400
15	430	200х400	400х200	В20	А300
16	435	220х400	400х180	В25	А400
17	440	300х600	500х200	В20	А300
18	445	300х600	400х200	В25	А400
19	385	300х600	400х180	В20	А300
20	390	280х600	400х200	В25	А400
21	375	200х400	400х200	В20	А300
22	370	220х400	400х180	В25	А400
23	365	280х600	400х200	В20	А300
24	360	200х400	400х200	В25	А400

 

 

 

 

Указания по выполнению работы:

Тавровое сечение встречаются в практике часто, как в отдельных железобетонных элементах - балках, так и в составе конструкций - в монолитных ребристых и сборных панельных перекрытиях. Тавровое сечение образуется из полки и ребра. В сравнении с прямоугольным экономичнее по расходу бетона элементы таврового сечения (несущая способность железобетонного элемента не зависит от площади сечения бетона растянутой зоны). Поэтому при одинаковой несущей способности расходуется меньше бетона за счет сокращения бетона растянутой зоны.

Элементы таврового сечения имеют, как правило, одиночное армирование.

При расчете тавровых сечений различают два случая положения нейтральной оси:

       в полке х≤ h_f ^/                                                                        в ребре х> h_f ^/  .

 

 

 

 

 

Порядок расчета:

1.     определяем расчетные характеристики материалов Rb  - расчетное сопротивление бетона сжатию, Rs – расчетное сопротивление арматуры растяжению [1, табл.11.1, 11.2];

2.     определяем положение нейтральной оси:

M_{x= hf /=}R_b b'_f h'_f (h₀-0.5 h'_f)

если М≤ M_{x= hf /} - ось в полке

если М> M_{x= hf /} - ось в ребре

3.     Если ось в полке, расчет производим как для балки с прямоугольным сечением. Если ось в ребре расчет производим далее, согласно данного алгоритма.

4.     определяем коэффициент α_m= M-R_bh'_f(b'_f - b)(h₀ - 0.5h'_f)/R_bbh₀²

 и коэффициент ξ [1, табл. 12.1]

5.     находим предельное значение α_R [1, табл. 12.2] и проверяем в какой зоне необходимо установить арматуру

α_m < α_R – арматура только в растянутой зоне

α_m > α_R – арматура и в сжатой и в растянутой зоне

6.     Определяем требуемую площадь сечения арматуры А_s=R_bξ_Rbh₀+R_b(b'_f -b) h'_f /Rs

7.     подбираем по сортаменту диаметр арматуры, согласно конструктивным требованиям

8.     Проверяем процент армирования µ=,<3%

проверяем прочность сечения 

M < R_bbх (h₀ - 0,5х) + R_bh'_f(b'_f - b)(h₀ - 0.5h'_f) 

где х= R_sA_s - R_bh'_f(b'_f - b)/R_bb – высота сжатой зоны

9.     Конструируем сечение, предварительно уточнив расстояние а=защитный слой +0,5d.

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 9

«Расчет железобетонной колонны»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Расчет сжатых элементов».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться производить расчет и конструировать колонну.

Задание: Определить размеры поперечного сечения колонны по данным таблицы 10, подобрать продольную и поперечную арматуру. Проверить полученное сечение колонны на прочность.

Таблица 10

 

 

 

Указания по выполнению работы:

По характеру работы сжатые элементы делятся на центрально-сжатые и внецентренно-сжатые.

Поперечное сечение колонны чаще всего квадратное, минимум 300х300, размеры кратны 50.

Армируются колонны каркасами. Продольная рабочая арматура класса  не ниже А300, диаметр рекомендуется назначать не менее 16мм. Расстояние между стержнями принимается не более 400мм, если более, то устанавливается дополнительные стержни.

Максимальный допустимы процент армирования 3%, оптимальный 0,8…1,5%. Минимальный процент определяется в зависимости от гибкости элемента. Поперечная арматура является конструктивной, она обеспечивает устойчивость. Шаг поперечной арматуры зависит от диаметра продольной арматуры: d_w≤15d и не более 500мм, где d диаметр  продольной арматуры. Диаметр принимается из условия  d_w=25d и не менее 6мм.

Порядок расчета:

1.            определяем расчетные характеристики материалов Rb  - расчетное сопротивление бетона сжатию, Rs – расчетное сопротивление арматуры растяжению [1, табл.11.1, 11.2]

2.       определяем расчетную длину колонны l₀ [1, табл.13.1];

3.       находим площадь поперечного сечения колонны А=N/(φR_b+µR_sc), размеры, находим размеры сечения bxh

где φ – коэффициент продольного изгиба (принимаем условно 1,0)

µ - коэффициент армирования (принимаем условно 1%=0,01)

4.       проверяем условие l₀/h  < 20

если условие выполняется, значит расчет можно производить расчет по формулам для  условно центрально-сжатых элементов

5.       определяем коэффициент продольного изгиба φ [1, табл.13.3]

6.       вычисляем площадь сечения рабочей арматуры Аs=  

7.       по сортаменту подобрать арматуру 4 стержня по углам, если значение отрицательное, значит бетон сам справляется с нагрузкой и арматура ставится по конструктивным требованиям.

10. проверяем процент армирования µ=,<3%

8.       проверяем на прочность N<φ(R_bA+R_csA_s)

где А – площадь бетонного сечения

если N>φ(R_bA+R_csA_s) – необходимо увеличить диаметр арматуры

1.       подбираем  диаметр и шаг поперечной арматуры

диаметр арматуры d_w≥0,25d

шаг арматуры S_w≤15d

где d – диаметр рабочей продольной арматуры

2.       конструируем сечения, защитный слой должен быть не менее 20мм

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 10

«Расчет центрально-сжатого кирпичного столба»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Каменные конструкции. Центрально-сжатые элементы».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться производить расчет центрально-сжатых столбов.

Задание: Подобрать сечение центрально нагруженного кирпичного столба по данным таблицы 11 и проверить его несущую способность. Кладка из силикатного полнотелого кирпича.

Таблица 11

 

 

Указания по выполнению работы:

Каменная кладка представляет собой неоднородное тело, состоящее из камней, швы между которыми заполнены раствором.

Марка каменных материалов характеризуется их прочности на сжатие. Высокопрочные - марка 250-1000  (глиняный кирпич М300), средней прочности - марка 75-200 (кирпич пустотелый силикатный или керамический до М150).

Связь между отдельными камнями в кладке обеспечивают растворы. В зависимости от типа вяжущего растворы могут быть цементными, известковыми, цементно-известковыми. Маркой раствора называют предел прочности при сжатии. Раствор имеет следующие марки: 4,10,25,50,75,100,150,200.

Кирпичная кладка работает на сжатие, на изгиб, на срез.

Порядок расчета:

1.            устанавливаем расчетную схему, находим расчетную высоту (длину) элемента l₀

l₀  зависит от условия опирания на горизонтальные опоры

а) шарнирно опертые на неподвижные опоры l0=H; б) защемленные внизу и имеющие верхнюю упругую опору l0=1.5H; в) свободно стоящие l0=2H

2.            по заданным маркам кирпича и раствора находим расчетное сопротивление кладки с учетом коэффициента условий работы

R^/=ɣ_cR

где ɣ_c=0,95- коэффициент условия работы

R – расчетное сопротивление кладки сжатию [1, табл.18.1]

3.            определяем упругую характеристику кладки α [1, табл.18.2]

4.            задаем оптимальные значения коэффициента продольного изгиба φ=0,8…0,9

5.            задаем коэффициент m_g=1, предполагая, что размеры сечения будут больше 30см

6.            находим требуемую площадь поперечного сечения элемента

A_тр=N/m_gφR

7.            определяем размеры сечения, извлекая корень из А

8.            полученные размеры должны быть приняты кратно размерам кирпича (округлять в большую сторону)

9.            проверяем принятое сечение по несущей способности

N≤m_gφR^/A

где m_g=1если размеры сечения более 30см

или m_g=1-ηN_g/N , где η - коэффициент [1, табл.18.3] N_g – расчетное продольное усилие от длительно действующей части нагрузки, N - расчетное продольное усилие от внешней нагрузки

φ – принимаем согласно гибкости элемента λ_h [1, табл.18.4]

гибкость элемента λ_h=l₀/h, h-меньший размер

Несущая способность столба будет обеспечена, если условие выполнится.

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 11

«Расчет внецентренно сжатого кирпичного столба»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Каменные конструкции. Внецентренно сжатые элементы».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться проверять несущую способность внецентренно сжатых столбов.

Задание: Проверить несущую способность внецентренно сжатого столба по данным таблицы 12. Столб выложен из глиняного полнотелого кирпича пластического прессования. Опоры столба шарнирно-неподвижные.

Таблица 12

 

 

 

Указания по выполнению работы:

Внецентренно сжатые элементы – это элементы, которые нагружены сжимающей продольной силой N, приложенной с эксцентриситетом е₀ относительно центра тяжести приведенного сечения с учетом случайного эксцентриситета е_v, который может возникнуть, например, при неточности изготовления или монтажа элемента.

Порядок расчета:

1.            устанавливаем расчетную схему, находим расчетную высоту (длину) элемента l₀

l₀ зависит от условия опирания на горизонтальные опоры (см. практическую работу №10)

2.            определяем полную площадь поперечного сечения столба

А=b x h, м²

3.     определяем упругую характеристику кладки α [1, табл.18.2]

4.            по заданным маркам кирпича и раствора находим расчетное сопротивление кладки с учетом коэффициента условий работы R^/=ɣ_cR

где ɣ_c=0,95- коэффициент условия работы

R – расчетное сопротивление кладки сжатию [1, табл.18.1]

5.     определяем коэффициент m_g

6.     определяем гибкость элемента λ_h=l₀/h

7.            коэффициент продольного изгиба для всего сечения в плоскости действия момента φ – принимаем согласно гибкости элемента λ_h [1, табл.18.4]

8.            определяем гибкость элемента сжатой части λ_hс=H/h_c, где h_c=h-2e₀

9.            коэффициент продольного изгиба для сжатой части кладки φ_с – принимаем согласно гибкости элемента λ_hc [1, табл.18.4]

10.       определяем коэффициент продольного изгиба φ₁=(φ+φ_с)/2

11.       определяем площадь наиболее сжатой части сечения

А_с = А (1-2e₀)/h

12. определяем коэффициент ω=1+е₀/h ≤ 1,45

13. проверяем несущую способность столба N ≤ m_g φ₁ R^/ A_с ω

Практическая работа № 12

«Расчёт центрально-сжатых и центрально-растянутых элементов деревянных конструкций»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Расчёт элементов конструкций из дерева».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться рассчитывать конструкции из дерева.

Задание: подобрать сечение деревянной балки из цельной древесины по данным таблицы 13. Балка устанавливается в отапливаемом помещении

Таблица 13

 

 

Указания по выполнению работы:

Деревянные балки применяются в малоэтажном строительстве в перекрытиях, при устройстве скатных крыш, в промышленных зданиях с химически агрессивной средой и т.п.

Балки могут выполняться из цельной древесины, составными или клееными.

Порядок расчета:

1.           определяем максимальный изгибающий момент в балке      M_max=ql²/8

2.           определяем требуемый момент сопротивления Wx=M_max / R_um_B

где R_u – расчетное сопротивление древесины [1, табл.20.2]

m_B – коэффициент, учитывающий температурно-влажностные условия [1, табл.20.1; табл.20.4]

3.     задаемся шириной сечения b

4.     определяем высоту сечение h=

5.    принимаем сечение балки с учетом сортамента пиломатериалов

6.     определяем фактическое значение момента сопротивления W_x=

7.     определяем фактическое значение момента инерции I_x=

8.     проверяем прочность подобранного сечения по нормальным и касательным напряжениям

σ= 

          τ=

где R_ск – расчетное сопротивление древесины скалыванию [1, табл.20.2]

Ix – момент инерции сечения элемента

9.     проверяем прогиб балки   f= где f_u=l/200

E=1000кН/см² – модуль упругости древесины

Практическая работа № 13

«Расчёт соединений деревянных конструкций»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Соединения элементов деревянных конструкций».

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения темы, научиться производить расчет гвоздевого соединения.

Задание: рассчитать соединение 3 досок на гвоздях по данным таблицы 14.

Таблица 14

 

 

 

Указания по выполнению работы:

Соединения деревянных конструкций выполняют: на клеях, нагелях, врубках, растянутых связях. Нагельные соединения применяются для сплачивания сжатых или растянутых элементов (досок, брусьев, бревен).

К цилиндрическим нагелям относятся: стальные стержни (штыри, болты), стальные трубчатые стержни, деревянные стержни, гвозди, шурупы и т.д. При расчете нагельных соединений различают симметричное и несимметричное соединения. В соединении нагели располагаются рядами или в шахматном порядке. Гвозди располагаются также и косыми рядами.

Порядок расчета:

1.            определяем расчетную длину гвоздя a_гв=l_гв – a – c - 2n_ш - 1,5d

где а, с –толщины досок

l_гв – длина гвоздя

2n_ш – 2мм на каждый шов, умноженные на количество швов, пробитых гвоздем

d – диаметр гвоздя (1,5d – длина заостренной части)

 

2.            определяем расчетную несущую способность гвоздя по срезам:

на изгиб Т_и=2,5d²+0,01а²

на смятие в средних элементах Т_с=0,5cd

на смятие в крайних элементах Т_с=0,8ad

3.     определяем необходимое количество гвоздей  

4.     принимаем четное количество гвоздей

 

 

 

Практическая работа № 14

«Подсчёт нагрузки на ленточный фундамент  

многоэтажного  жилого дома»

 

Практическая работа выполняется после изучения темы «Фундаменты неглубокого заложения» и «Нагрузки на строительные конструкции»

Цель: закрепить знания, полученные в результате изучения тем, научиться выполнять сбор нагрузок на фундамент многоэтажного здания.

Задание: по данным таблицы 15 определить нагрузку на 1 м длины ленточного фундамента по оси А (рис.1), приложенные на обрезе фундамента. Здание – 2 этажа. Крыша стропильная, с углом наклона 35⁰. Сбор нагрузки выполнить в табличной форме по таблице 2.

Рисунок 1