Методические указания для практических работ ПМ 01 МДК 01.01 Основы проектирования строительных конструкций
учебно-методическое пособие

Департамент образования и науки Тюменской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

Тюменской области

 «Агротехнологический колледж»

М. Л. Лагунова

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Методические указания к выполнению практических работ для студентов

специальности 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений

ПМ.01 Участие в проектировании зданий и сооружений

МДК 01.01 Проектирование зданий и сооружений

Ялуторовск 2020

Содержание

                                                                                                                                 стр.

1. Общие указания                                                                                                   3

2. Практическая работа №10                                                                                  4

3. Практическая работа №11                                                                                  7

4. Практическая работа №12                                                                                11

5. Практическая работа №13                                                                                13

6. Информационное обеспечение                                                                        16

7. Приложения                                                                                                       17

Общие указания

Современный выпускник должен обладать мобильностью, позволяющей не только применять на практике полученные знания, но и выбирать рациональные пути решения различных задач.

Именно на формирование такой мобильности в настоящее время должны быть направлены практические занятия, основной задачей которых является закрепление и углубление теоретических знаний.

Практическое занятие - это форма организации учебного процесса, предполагающая выполнение студентами по заданию и под руководством преподавателя одной или нескольких практических работ.

Дидактическая цель практических работ - формирование у студентов профессиональных умений, а также практических умений, необходимых для изучения последующих учебных дисциплин.

Цель практических работ: освоение профессиональной компетенции ПК 1.3. Выполнять несложные расчеты и конструирование строительных конструкций.

В результате выполнения практических работ студенты приобретают опыт расчетов и проектирования строительных конструкций; умения выполнять расчеты нагрузок, действующих на конструкции; выполнять статический расчет; проверять несущую способность конструкций; подбирать сечение элемента от приложенных нагрузок; знания нормативно - технической документации на проектирование строительных конструкций из каменных материалов; а также закрепляют теоретические знания, полученные в результате изучения раздела 4 Основы проектирования строительных конструкций профессионального модуля ПМ.01Участие в проектировании зданий и сооружений МДК.01.01 Проектирование зданий и сооружений.

Практические работы разработаны на основании индивидуальных заданий. Задания разработаны в 25 вариантах. Вариант назначается преподавателем. Все справочные данные приведены в приложениях.

Данные методические указания разработаны для проведения практических работ по темам: Расчет элементов каменной кладки и Армированная каменная кладка и ее расчет.

Практическая работа№10

Расчет элементов каменных конструкций.

Определить несущую способность центрально загруженного кирпичного столба прямоугольного сечения.

Задание: определить несущую способность центрально загруженного кирпичного столба прямоугольного сечения по данным таблицы 10.1.

Теоретическая часть.

Каменная кладка, выполненная из камней правильной формы, в основном зависит от прочности камня и раствора, перевязки вертикальных швов и размеров камня. Сопротивление кладки при сжатии R составляет незначительный процент от прочности камня и составляет 6...18% в зависимости от марки раствора.

Несущая способность каменного элемента (простенка, столба) зависит от прочности кладки. Вот почему напряжения в кладке не должны превышать расчетных сопротивлений R кладки. Появление трещин из-за перенапряжения кладки на сжатие недопустимо, так как каменная кладка является хрупким, малодеформируемым материалом. При появлении в кладке трещин, элемент обычно является аварийным и дальнейшее развитие трещин протекает без увеличения нагрузки, и, как правило, приводит к разрушению элемента.

Трещины, возникающие из-за перенапряжения кладки, не следует смешивать с трещинами, которые появляются иногда в стенах в результате неравномерных осадок фундаментов. Такие трещины, если они проходят вдали от угла здания и делят стену по длине на части, каждая из которых самостоятельно устойчива, не являются аварийными и не представляют опасности для стены. Но и здесь необходимы соответствующие мероприятия по прекращению дальнейших деформаций.

Расчетные сопротивления кладки определяются как произведение (с округлением) нормативных сопротивлений на коэффициенты  однородности и условий работы.

Пример оформления практической работы 10.

Исходные данные.

1. Размеры сечения кирпичного столба 51х51см.

2. Вид кирпича – керамический.

3. Марка кирпича 200.

4. Марка раствора 100.

5. Высота столба 4,0 м.

6. Расчетная продольная сила N = 200 кН, в том числе Ng = 150 кН.

7. Расчетную схему столба принять по следующей схеме:

l0 = μ ⋅ H = 1 ⋅ 4 = 4 м.

Порядок выполнения:

1. Определяем расчетные характеристики: по таблице 2 [1] (приложение 1, таблица 1.1) определим R = 2,7 МПа;  γс = 1, если  А > 0,3 м2;   γс = 0,8, если А ≤ 0,3 м2. Принимаем γс = 0,8, так как  А = 0,51⋅ 0,51 = 0,2601 м2 < 0,3 м2.

2. Определяется расчетная высота столба в зависимости от схемы закрепления его концов и гибкость:

3. По таблице 16 [1] (приложение 1, таблица 1.2) определяем упругую характеристику кладки α, где α = 1200, а по таблице 19 [1] (приложение 1, таблица 1.3) при известных λh и α определяем коэффициент продольного изгиба φ.

4. Определяем коэффициент mq, mq = 1, если меньшая сторона сечения столба h > 30 см;

, если меньшая сторона сечения столба h < 30 см; η – коэффициент, принимаемый по таблице 21 [1] (приложение 1, таблица 1.4).

5. Определяется несущая способность столба: Nф = mq · φ ·  R · A · γс;  

Nф=кН

N = 200 кН ≤ Nф = 5 96,16 кН        

Вывод: несущая способность обеспечена

Таблица 10.1 – Исходные данные

Практическая работа №11

Расчет кирпичного центрально сжатого армированного столба

Задание: определить несущую способность и необходимое сетчатое армирование центрально – нагруженного кирпичного столба по данным таблицы 11.1, выполнить чертеж армированного столба и кладочной сетки. Кирпич керамический сплошной пластического прессования для всех вариантов.

Теоретическая часть.

Кирпичные или каменные столбы применяются при строительстве гражданских и промышленных зданий.

При расчете кирпичных столбов могут различаться следующие расчетные случаи:

1. Неармированная кирпичная кладка;

2. Армированная кирпичная кладка.

Армированная кирпичная кладка разделяется по способу армирования:

• с поперечным армированием арматурными сетками;
• с продольным армированием арматурными стержнями.

Порядок расчета:

1. Определим площадь сечения столба А.

2. Определим расчетное сопротивление кладки R' = γсR,

    где γс – коэффициент условия работы;

     R – расчетное сопротивление сжатию кладки;

3. Определим несущую способность неармированного столба

,

где mg – коэффициент, учитывающий влияние прогиба:

mq = 1, если меньшая сторона сечения столба h > 30 см;

, если меньшая сторона сечения столба h < 30 см;

η – коэффициент, принимаемый по таблице 21 [1] (приложение 1, таблица 1.4);

φ – коэффициент продольного изгиба, который зависит от упругой характеристики α и гибкости столба λh.

4. Если Nф > N расчет окончен, если Nф < N производим расчет армированного столба.

5. Определим расчетное сопротивление сжатию армированной кладки

Rsk= R'+ 2μ Rs /100,

где μ - необходимый процент армирования;

      Rs – расчетное сопротивление арматуры.

6. Средний предел прочности армированной сетками кладки 2R'.

7. Rsku=k R' +(2μRsn)/100,

где Rsn – нормативное сопротивление арматуры.

8. Определим несущую способность армированного сетками столба Nф= mgφRsk А.

9. Если Nф > N расчет окончен, если Nф < N увеличиваем размеры столба.

Пример оформления практической работы 11.

Исходные данные.

Продольная сила N = 500 кН.

Высота – l = 5,4 м.

Сечение –51 х 51 см.

Марка кирпича –100.

Марка раствора -75.

Кирпич керамический сплошной пластического прессования.

Решение:

1. Определим площадь сечения столба А = 0,51⋅ 0,51 = 0,26 м2 < 0,3 м2.

2. Определим расчетное сопротивление кладки R' =γсR = 0,8 ⋅ 1,7 = 1,36 МПа,

     где γс = 0,8- коэффициент условия работы;

            R =1,7 МПа – расчетное сопротивление сжатию кладки таблица 2 [1]  (приложение 1, таблица 1.1).

3. Определим несущую способность неармированного столба

Nф= mgφR' A=1⋅ 0,87⋅ 1,36⋅ 106⋅ 0,26 = 309000 Н = 309 кН,

где mg = 1– коэффициент, учитывающий влияние прогиба, т.к. толщина столба больше 30 см;

      φ = 0,87 – коэффициент продольного изгиба таблица 19 [1] (приложение 1, таблица 1.3) при упругой характеристики α =1000 таблица 16 [1] (приложение 1, таблица 1.2) и гибкости столба λh= l/h = 540/51=10,6.

4. Nф =309 кН <  N = 500 кН, следовательно производим расчет армированного столба.

5. Принимаем сетки с ячейками с = 6 х 6 см из арматуры 4В500 с шагом s =15 cм, тогда

    μ =(2Аs/cs)100 = (2 ⋅ 0,126/6 ⋅ 15)100 = 0,28% - необходимый процент армирования.

6. Определим расчетное сопротивление сжатию армированной кладки

    R sk = R' + 2μ Rsγсs /100 =1,36 + 2⋅ 0,28⋅ 435⋅ 0,6/100 =2,82 Мпа,

   где Rs = 435 МПа – расчетное сопротивление арматуры таблица 6.14 [2]  (приложение 2, таблица 2.1);

         γсs = 0,6 - коэффициент условия работы таблица 14 [1] (приложение 1, таблица 1.5);

   Ru = kR' = 2R' = 2⋅ 1,36 = 2,72 МПа - средний предел прочности армированной сетками кладки.

7.  Rsku = k R' +(2μRs,n)/100 = 2,72+(2⋅ 0,28⋅ 500)/100 = 5,52 МПа,

    где Rs,n = 500 МПа – нормативное сопротивление арматуры таблица 6.13 [2]  (приложение 2, таблица 2.2).

8. Определим несущую способность армированного сетками столба

Nф= mgφRsk A =1⋅ 0,738⋅ 2,82⋅ 106⋅ 0,26 = 541102 Н = 541,102 кН  > N = 500 кН.

Nф= 541,102 кН > N = 500 кН.

Вывод: несущая способность армированного сетками столба обеспечена.

Таблица 11.1 – Исходные данные

Пример оформления чертежа.

Практическая работа№12

Определить несущую способность внецентренно загруженного

кирпичного столба прямоугольного сечения.

Задание: определить несущую способность внецентренно загруженного кирпичного столба по данным таблицы 10.1.

Теоретическая часть.

Во внецентренно – сжатых стержневых элементах равнодействующая внешней нагрузки приложена не в центре тяжести поперечного сечения, а вдоль оси элемента.

Расчет внецентренно – сжатых неармированных каменных конструкций следует проводить по формуле

где  – площадь сжатой части сечения при прямоугольной эпюре напряжений

      h – высота сечения в плоскости действия изгибающего момента;

       – эксцентриситет расчетной силы N относительно центра тяжести сечения, при условии что N приложена в центре тяжести сжатой части сечения;

       – коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения, определяемый по фактической высоте элемента Н по таблице 19 [1] при отношении  или гибкости ,

где  и  – высота и радиус инерции части поперечного сечения  в плоскости действия изгибающего момента.

Для прямоугольного сечения .

Пример оформления практической работы 12.

Исходные данные.

1. Размеры сечения кирпичного столба 51 х 51 см.

2. Вид кирпича – керамический.

3. Марка кирпича 200.

4. Марка раствора 100.

5. Высота столба 4,0 м.

6. Расчетная продольная сила N = 200 кН, в том числе Nдл = 150 кН.

7. Эксцентриситет приложения силы ео = 10 см.

8. Расчетную схему столба принять по следующей схеме:

ℓо =μ⋅ Н = 1⋅ 4 = 4 м

Решение.

1. Определяются расчетные характеристики: по таблице 2 [1] (приложение 1, таблица1.1) определим R;  γс = 1, если А > 0,3 м2;  γ с = 0,8, если А ≤ 0,3 м2.

2. Определяется расчетная высота столба ℓ0 и гибкость ;  ℓ0 – зависит от способа закрепления концов столба.

3. По таблице 16 [1] (приложение 1, таблица 1.2)  определяем упругую характеристику кладки  α, а по таблице 19 [1] (приложение 1, таблица 1.3) при известных λh и α определяем коэффициент продольного изгиба φ.

4. Определяем коэффициент mq, mq = 1, если меньшая сторона сечения столба h > 30 см;

, если меньшая сторона сечения столба h < 30 см; η – коэффициент, принимаемый по таблице 21 [1] (приложение 1, таблица 1.4).

5. Определяется коэффициент φℓ по таблице 19 [1] (приложение 1, таблица 1.3) по известной величине упругой характеристики и гибкости сжатой зоны сечения:

,

где hс = h – 2е0см.

6. Определяется коэффициент  

 .

7. Определяется несущая способность столба Nф, сравнивается с заданной расчетной нагрузкой и делается вывод достаточна ли прочность столба:

Nф = mq⋅  φ1⋅  R⋅  A⋅  (1-) ⋅ W   

N = 200 кН <  Nф = 407,5,15 кН.

Вывод: несущая способность обеспечена.

Данные для своего варианта взять из практической работы № 10.

Практическая работа№13.

Расчет элементов каменных конструкций.                                                                                                                                                   Определить несущую способность армированного внецентренно загруженного кирпичного столба прямоугольного сечения.

Задание: Определить несущую способность армированного внецентренно загруженного кирпичного столба прямоугольного сечения по данным таблицы 11.1.

Пример оформления практической работы 13.

Исходные данные.

1. Размеры сечения кирпичного столба 51 х 51см

2. Вид кирпича - керамический

3. Марка кирпича 200

4. Марка раствора 100

5. Высота столба 4,0 м

6. Расчетная продольная сила N =700 кН.   в том числе Nдл = 150 кН

7. Эксцентриситет приложения силы ео = 5см

8. Расчетную схему столба принять по следующей схеме:

Решение.

1. Определяем    во сколько раз несущая способность недостаточна:  

N/ Nф =  700/436,24 =  в 1,60 раз                                                                                                                

2. Определяем, каким должно быть расчетное сопротивление   для обеспечения несущей способности 2,7⋅1,60 = 4,32 МПа.

Это отношение должно быть около 1,5, т.к. при этом процент армирования может быть оптимальным (μ = 0,3%).  

 Rskb = R'⋅ N /Nф = 1,6⋅ 2,7⋅ 0,8 = 3,456 МПа <  2⋅ R´ = 2R⋅ γс = 2⋅ 2,16 = 4,32 МПа, условие выполняется

3. Необходимый процент сетчатого армирования

 μтр = (RSkb – R´ ) ⋅ 100% / 2Rs (1-2e0 / y) = (  3,456 - 2,16)⋅ 100  /  (2⋅ 210)⋅ [1 – (2⋅ 5 / 25,5)] = 0,507% ,

 где Rs - расчетное сопротивление арматуры в армированной кладке таблица 6.14 [2] (приложение 2, таблица 2.1); 

у — половина стороны сечения h.

4. Определяем упругую характеристику армированной кладки:

 αsk = α (Ru/Rsku) = 750(4,32/7,67) = 422,42,

где Ru- средний предел прочности неармированной кладки;

Ru = K ⋅ R´, где К = 2 - для кладок из кирпича и камней всех видов;

Rsku – средний предел прочности армированной кладки

Rsku= K ⋅ R/ + 2µф ⋅ Rsn / 100%= (2⋅2,16) + (2⋅0,51⋅330 / 100) = 7,67 МПа,

где µф- фактический процент армирования

µф = (2Аs / с ⋅ s) ⋅ 100% = (2⋅ 0,126)⋅100 / 6⋅15 = 0,28 %,

где As – площадь сечения одного стержня сетки;

с– ячея (расстояние между стержнями сетки),                          

s – шаг сеток, c и s принять.

Rsn  - нормативное сопротивление арматуры в армированной кладки таблица 6.13 [2] (приложение 2, таблица 2.2).

5. По гибкостям, определенным для армированной кладки λh = 7,06 и  λhc = 8,8 и по  упругой характеристике армированной кладки αsk  определяем φ и φc, а по ним коэффициент устойчивости                                        

 φ1 = φ + φс /2

6. Определяем расчетное сопротивление внецентренно сжатого армированного сетками столба

Rskв = R΄ + 2µф ⋅ Rs / 100 ( 1 – 2eo / y ) = 2,16 + [2⋅ 0,28⋅ 210 / 100⋅ ( 1- 2⋅ 5 /25,5)] = 4,09 МПа,

при этом должно выполняться условие

 Rskв = 4,09 МПа  ≤  2 R´  = 2⋅ 2,16 = 4,32 МПа.

Примечание. При определении Rsku и Rskв можно не определять µф, т.е. не принимать реальную сетку, а Rsku Rskв определить µтр, при это также проверять условие

                                               Rskв = …..≤ 2 R/ = …… .

При выполнении этого условия увеличить сечение столба, расчетное сопротивление кладки или уменьшить процент армирования µф и откорректировать  необходимые параметры.

7. Определить несущую способность внецентренно сжатого армированного сетками кирпичного столба

Nф = φ1 ⋅ mg  ⋅ Rskв ⋅ А (1 – 2ео / h) ω = 1⋅ 0,879⋅ 4,1⋅ 0,26( 1- 2⋅ 5 /51) ⋅ 1,098 = 827 МПа.

8. Сравнить несущую способность с заданной расчетной нагрузкой

N = 700 кН ≤  Nф = 827 кН и сделать вывод.

9. Вывод: несущая способность внецентренно сжатого кирпичного столба, армированного сетками, обеспечена.

10. Если для Rsku и Rskв надо определить µтр, то надо определить размеры арматурных сеток, для этого принять диаметр стержней и шаг сеток (s) и определить ячею:  

c = 2Аs / µтр ⋅ 100% =,

 где Аs -  площадь сечения одного стержня, округлить полученный результат кратно 5 мм в сторону уменьшения c.

Определить с учетом реальной сетки

µф =2Аs / С ⋅ S ⋅ 100% =

11. Определить  µmax = 50 ⋅ R/ / (1 – 2ео /y) ⋅ Rs = ,

должно выполняться условие µmin = 0,1 % < µф = 0,372% < µmax = 0,56%.

Информационное обеспечение

1. СП 15.13330.2012 Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22-81*

2. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменениями N 1, 2, 3).

3. СП 427.1325800.2018 Каменные и армокаменные конструкции. Методы усиления

Приложение 1

Таблица 1.1

Таблица 1.2

Таблица 1.3

Таблица 1.4

Таблица 1.5

Приложение 2

Таблица 2.1

Таблица 2.2