Содержание

Данные для проектирования

Данные для проектирования стропильной фермы с наклонными поясами

Определение нагрузок на ферму

Определение усилий в элементах фермы

Расчет сечений элементов фермы

Исходные данные

Компоновка поперечной рамы

Определение нагрузок на раму

Определение усилий в колоннах рамы

Расчет двухветвевой колонны крайнего ряда

Расчет фундамента

Данные для проектирования

Одноэтажное промышленное здание в сборном железобетоне (без подвала) имеет размер в плане 120х48м и шаг колонн 6 м. Отметка головки кранового рельса 9,600 м.

Данные для проектирования стропильной фермы с параллельными поясами

Ферма проектируется предварительно напряженной на пролет 24 м, из 2-х полуферм по 12 м при шаге колон 6 м. Геометрическая схема фермы показана на рис. Напрягаемая арматура нижнего пояса из каната К-7 диаметром 15 мм с натяжением арматуры на упоры: . Сжатый пояс и остальные элементы решетки фермы армируются арматурой класса А-III; . Бетон тяжелый класса В40; . Прочность бетона к моменту обжатия ().

Рисунок - Геометрическая схема фермы

Определение нагрузок на ферму

При определении нагрузок на ферму принимается во внимание, что расстояние между узлами по верхнему поясу составляет 3 м. Плиты покрытия имеют ширину 3 м, что обеспечивает передачу нагрузки от ребер плиты в узлы верхнего пояса и исключает влияние местного изгиба.

Рассматривают загружение фермы постоянной нагрузкой и снеговой в двух вариантах:

1) снеговая нагрузка с полным нормативным значением по всему пролету фермы кратковременно действующая;

2) снеговая нагрузка с пониженным нормативным значением по всему пролету фермы длительно действующая (для IV снегового района понижающий коэффициент 0,5). Вес фермы 120 кН учитывают в виде сосредоточенных грузов, прикладываемых к узлам верхнего пояса.

Подсчет нагрузок приведен в таблице .

Таблица. Нормативные и расчетные нагрузки на перекрытия

Нагрузка	Нормативное значение,		Расчетное значение,
Постоянная от веса:
3 слоя рубероида на битумной мастике	150	1,3	195
Асфальтовая стяжка толщиной 2 см.	350	1,3	455
Плиты минераловатные	400	1,2	480
Обмазочная пароизоляция	50	1,3	65
Собственный вес ребристых крупноразмерных плит 3х6 м	1750	1,1	1925
То же ферм	833	1,1	916
Итого:	3533	-	4036
Временная снеговая:
Кратковременная	1200	1,4	1680
Длительная (с коэффициентом 0,5)	600	1,4	840

Узловые расчетные нагрузки по верхнему поясу фермы, кН: постоянная , кратковременная (полная) снеговая , длительная снеговая . Узловые нормативные нагрузки соответственно, кН: , , .

Определение усилий в элементах фермы

Железобетонная ферма с жесткими узлами представляет собой статически неопределенную систему. На основании опыта проектирования и эксплуатации установлено, что продольные усилия в элементах пояса и решетки фермы слабо зависят от жесткости узлов. Поэтому продольные усилия в фермах определяют при помощи программы «МКЕ», считая расчетную схему с шарнирными соединениями в узлах. Изгибающие моменты, возникающие в жестких узлах, несколько снижают трещиностойкость в элементах фермы, что учитывается в расчетах трещиностойкости путем введения опытного коэффициента . Усилия в элементах фермы от единичных загружений сведены в таблице ; знаки усилий «+» - при растяжении, «-» - при сжатии.

Усилия от нагрузок получают умножением единичных усилий на значение узловых нагрузок . Эти усилия определяют от нормативных и расчетных значений постоянной и снеговой нагрузок. Результаты сведены в таблице .

Таблица Усилия в элементах фермы

Элементы	Обозначение стержня по расчетной схеме	Усилия, кН, в элементах при загружении силами F=1 всего пролета
Верхний пояс: В1 В2 В3 В4 В5 В6 В7 В8	1 2 3 4 5 6 7 8	0 -6,0 -6,0 -8,0 -8,0 -6,0 -6,0 0
Нижний пояс: Н1 Н2 Н3 Н4	22 23 24 25	+3,5 +7,5 +7,5 +3,5
Раскосы: Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 Р8	10 11 13 14 16 17 19 20	-4,95 +3,54 -2,12 +0,7 +0,7 -2,12 +3,54 -4,95
Стойки: С1 С2 С3 С4 С5	9 12 15 18 21	-0,5 -1,0 -1,0 -1,0 -0,5

Расчет сечений элементов фермы

Верхний сжатый пояс

Расчет верхнего пояса ведем по наибольшему усилию (элемент В4) кН, в том числекН.

Ширину верхнего пояса принимаем из условия опирания плит покрытия пролетом 6 м - 200 мм. Определяем ориентировочно требуемую площадь сечения верхнего сжатого пояса:

.

Назначаем размеры сечения верхнего пояса

Случайный начальный эксцентриситет , где - расстояние между узлами фермы; ; . Принимаем . При . Наибольшая гибкость сечения равна . Необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность .

Условная критическая сила:

,

где

,(тяжелый бетон);

;

;

; принимаем =0,19;

; при (первое приближение)

Коэффициент ;

расстояние .

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона при .

;

.

Определяем ;

;

;

.

В расчетном случае армирование принимают симметричное.

расчетом армирование не требуется. Устанавливаем армирование конструктивно: 412 А-III с А=4,52 .

Расчет сечения пояса из плоскости не делаем, т.к. все узлы фермы раскреплены.

Нижний растянутый пояс

Расчет прочности выполняют на расчетное усилие для панели Н3. Имеются данные: нормативное значение усилия от постоянной и полной снеговой нагрузок ; нормативное значение усилия от постоянной и длительной (50% снеговой) нагрузок ; расчетное значение от постоянной и полной снеговой нагрузок .

Определяем площадь сечения растянутой напрягаемой арматуры:

принимаем, с учётом симметричного расположения 5 канатов К-7 15 , сечение нижнего пояса 22 х 24 см. Напрягаемая арматура окаймлена хомутами. Продольная арматура каркасов из стали класса А-III (410 А-III с ) назначается конструктивно. Суммарный процент армирования

.

Приведенная площадь сечения

,

где (для арматуры А-III).

Расчет нижнего пояса на трещиностойкость

Элемент относится к 3-й категории. Принимаем механический способ натяжения арматуры. Значение предварительного напряжения в арматуре при назначают из условия

.

Принято =1200 МПа.

Определяют потери предварительного напряжения в арматуре при .

Первые потери:

- от релаксации напряжений в арматуре

;

- от разности температур напрягаемой арматуры и натяжных устройств

;

- от деформации анкеров

, где ;

- от быстро натекающей ползучести бетона при

,

где

;

0,85 - коэффициент, учитывающий тепловую обработку.

Первые потери составляют:

.

Вторые потери:

- от усадки бетона класса В40, подвергнутого тепловой обработке, ;

- от ползучести бетона при

где ;

с учетом

= 0,85 - для бетона, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении.

Вторые потери составят .

Полные потери .

Расчетный разброс напряжений при механическом способе натяжения принимают равным:

.

Здесь , -число канатов в сечении. Так как , окончательно принимаем .

Сила обжатия при

Усилия, воспринимаемые сечением при образовании трещин;

,

где - коэффициент учитывающий снижение трещиностойкости вследствие жесткости узлов фермы. Так как , условие трещиностойкости сечения не соблюдается, т.е. необходим расчет по раскрытию трещин.

Проверяем ширину раскрытия трещин с коэффициентом, учитывающим влияние жесткости узлов от суммарного действия постоянной нагрузки и кратковременного действия полной снеговой нагрузки.

Приращение напряжения в растянутой арматуре от полной нагрузки

, где

.

Приращение напряжений в растянутой арматуре от постоянной нагрузки

0, следовательно, трещины от действия постоянной нагрузки не возникают.

Ширина раскрытия трещин от кратковременного действия полной нагрузки

,

где - коэффициент, принимаемый для растянутых элементов 1,2;

-коэффициент, принимаемый при учете продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок, 1,3, кратковременных и непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок равным 1;

= 1,2 для канатов; d = 15 мм - диаметр каната К-7;

.

Тогда мм 0,15 мм.

Расчет растянутого раскоса Р2

Растягивающее усилие в раскосе: нормативное значение усилия от постоянной и полной снеговой нагрузок ; нормативное значение усилия от постоянной и длительной (50% снеговой) нагрузок ; расчетное значение от постоянной и полной снеговой нагрузок .

Напрягаемая арматура раскоса 5 15 К7 (заводится из нижнего пояса) с площадью А=7,08 . Угол поворота оси = 0,66 рад при = 37,8. Натяжение выполняется на упоры, способ натяжения - механический. Необходимая площадь сечения арматуры из условия прочности сечения . Принятой площади сечения арматуры достаточно.

Назначаем сечение раскоса 24х16 см с А=384 см²

условие трещиностойкости соблюдается, в раскосе трещины не образуются.

Проектирование конструкции поперечной рамы одноэтажного промышленного здания

Исходные данные

Здание двухпролётное. Район строительства г. Киров. Здание отапливаемое разделено на температурные блоки длиной 60 м.

Ширина пролёта L=24 м

Шаг стропильных конструкций B=6 м.

Пролёт оборудован двумя мостовыми кранами лёгкого режима работы грузоподъёмностью Q=150/30 кН.

Компоновка поперечной рамы

В качестве несущей конструкции покрытия выбираем железобетонные фермы с параллельными поясами пролётом 24 м с предварительно напряжённым нижним растянутым поясом.

Цех оборудован лампами дневного света, фонарей нет. Плиты покрытия без преднапряжения ребристые размерам 3х6 м.

Подкрановые балки принимаем железобетонные предварительно напряжённые высотой 1 м. Наружные стены панельные, навесные, опирающиеся на подпорные столики колонн на отметки 8,6 м.

Отметка кранового рельса 9,6 м. Высота кранового рельса 150 мм.

Колонны крайних рядов имеют длину от обреза фундамента до верха подкрановой консоли:

От верха подкрановой консоли до низа стропильной конструкции:



Полная длина

Привязка крайних колонн к разбивочным осям при шаге 6 м, кране Q=150/30 кН и высоте колонны Н=12,2 м принимаем нулевой.

Соединение колонн с фермами выполняется сваркой закладных деталей и в расчётной схеме поперечной рамы считается шарнирным.

Колонны принимаем двухветвевые с размерами:

Определение нагрузок на раму

Таблица - Нагрузка от веса покрытия

Наименование нагрузки	Нормативная Рн ,	Коэф.	Расчётная Р,
Ж/б ребрестые плиты покрытия размером в плане 3х6 м с учётом заливки швов Обмазочная пароизоляция Утеплитель (готовые плиты) Асфальтовая стяжка Рубероид (3 слоя)	1575 50 400 350 150	1,1 1,3 1,2 1,3 1,3	1733 65 480 455 195
Итого	2525		2928

Расчётное опорное давление

- от фермы:

- от покрытия

Расчётная нагрузка от веса покрытия с учётом коэффициента надёжности по назначению

- на крайнюю колонну

- на среднюю колонну

Расчётная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления передаваемая на колонну выше отметки 8,6 м.

, где

- вес 1 м² стеновых панелей

- вес 1 м² остекления

Расчётная нагрузка от веса подкрановых балок

- вес подкрановой балки

Расчётная нагрузка от веса колонны

- крайняя колонна

надкрановая часть

подкрановая часть

- средняя колонна

надкрановая часть

подкрановая часть

Снеговая нагрузка

Коэффициент

Расчётная снеговая нагрузка при

- на крайнюю колонну

- на среднюю колонну

Крановые нагрузки

Вес поднимаемого груза Q=150 кН

Пролёт крана

вес тележки

Расчётное максимальное давление на колесо крана при

Расчётная поперечная тормозная сила на одно колесо

Вертикальная крановая нагрузка на колонны от двух сближённых кранов с коэффициентом сочетания 0,85

Вертикальная крановая нагрузка на колонну от четырёх кранов с коэффициентом сочетания 0,7

Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении

Ветровая нагрузка

аэродинамический коэффициент для наружных стен с наветренной стороны равен , с подветренной

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки с наветренной стороны равно:

- для части здания высотой до 5 м от поверхности земли

- для высоты до 10 м

- для высоты до 20 м

- с наветренной стороны на высоте 15,8м

- на высоте 12,05 м

Переменную по высоте ветровую нагрузку с наветренной стороны заменяют равномерно распределённой, эквивалентной по моменту в заделке консольной балки длиной 12,05 м

с подветренной стороны

Расчётная равномерно распределённая нагрузка на колонны до отметке 12,05 м при коэффициенте надёжности по нагрузке , коэффициенте надёжности по назначению

- с наветренной стороны

- с подветренной стороны

Расчётная сосредоточенная ветровая нагрузка выше отметки 10,1 м

Определение усилий в колоннах рамы

Моменты инерции сечений

- крайняя колонна

надкрановая часть

подкрановая часть



- средняя колонна

надкрановая часть

подкрановая часть

Усилия в колоннах от постоянной нагрузки

Упругая реакция

Изгибающие моменты

Продольные силы в крайней колонне

Продольные силы в средней колонне

Усилия от снеговой нагрузки

Изгибающие моменты

Продольные усилия

Средняя колонна

Усилия в колоннах от крановой нагрузки

Изгибающие моменты

Продольные силы

Средняя колонна

- загружение колонны двумя кранами расположенными в левом пролёте

Изгибающие моменты

Продольные силы

- загружение средней колонны четырьмя кранами

Расчёт на действие горизонтальной нагрузки

Изгибающие моменты

Поперечные силы

Средняя колонна

Изгибающие моменты

Поперечные силы

Расчёт рамы на действие ветровой нагрузки

1. При единичном смещения верха рамы

- крайняя колонна

-

- средняя колонна

-

суммарная реакция

2. Реакции в дополнительной связи основной системы от действия ветровой нагрузки

- реакция в верхней опоре левой колонны

- реакция в левой колонне

- реакция дополнительной связи

- суммарная реакция

3. Смещение верха рамы

4. Упругие реакции

- реакция левой колонны

реакция правой колонны

- реакция средней колонны

5. Изгибающие моменты

левая колонна

средняя колонна

правая колонна

6. Поперечные силы

левая колонна



средняя колонна

правая колонна

На основании выполненного расчёта строим эпюры моментов для всех загружений рамы и составляем таблицу расчётных усилий М, Q, N в сечении колонны. В каждом сечении колонны определяем комбинации усилий.

В соответствии с главой СНиПа «Нагрузки и воздействия» и нормами проектирования железобетонных конструкций рассматриваем две группы основных сочетаний нагрузок с различными коэффициентами условий работы бетона и коэффициентами сочетаний

Колонну рассчитываем среднюю двухветвевую, поэтому таблицу расчётных усилий составляем для средней колонны.

Таблица -Усилия в средней колонне

нагрузка	№	Коэф.	1-0	1-2	2-1
			М	N	M	N	Q	M	N	Q
постоянная	1	1	0	515,37	0	755,77	0	0	849,77	0
снеговая	2 3	1 0,9	0 0	143,6 129,2	0 0	143,6 129,2	0 0	0 0	143,6 129,2	0 0
Крановая на средней колонне	4 5	1 0,9	±30,96 ±27,86	0 0	±432,62 ±389,36	618,1 556,3	±8,6 ±7,7	±588,66 ±322,8	618,1 556,3	±8,6 ±7,7
Тормозная на средней колонне	6 7	1 0,9	±30,2 ±27,2	0 0	±30,2 ±27,2	0 0	±3,17 ±2,85	±3 ±2,7	0 0	±3,17 ±2,85
Ветровая слева	8 9	1 0,9	+36 +32,4	0 0	+36 +32,4	0 0	+1 +0,9	+12,2 +11	0 0	+1 +0,9
Ветровая справа	10 11	1 0,9	-36 -32,4	0 0	-36 -32,4	0 0	-1 -0,9	-12,2 -11	0 0	-1 -0,9
От четырёх кранов	12 13	1 0,9	0 0	0 0	0 0	1018,04 916,24	0 0	0 0	1018,04 916,24	0 0
Основное сочетание нагрузок с учётом крановых и ветровой		1,3,5,7,9	1,3,5,7,9	1,3,5,7,9
	Мmax; N	87,46	644,57	448,96	1441,3	11,45	336,5	1535,3	11,45
		1,3,5,7,11	1,3,5,7,11	1,3,5,7,11
	Мmin; N	-87,46	644,57	-448,96	1441,3	-11,45	-336,5	1535,3	-11,45
		1,3,5,7,9	1,3,7,9,13	1,3,7,9,13
	Nmax; M+	87,46	644,57	59,6	1801,2	3,75	13,7	1895,2	3,75
		1,3,5,7,11	1,3,7,11,13	1,3,7,11,13
	Nmax; M-	-87,46	644,57	-59,6	1801,2	-3,75	-13,7	1895,2	-3,75
Без учёта крановых и ветровой	Мmax ;N 1+2	0	659	0	899,4	0	0	993,4	0

Расчёт двухветвевой железобетонной колонны среднего ряда

Данные для расчёта

Арматура класса А-III

Бетон класса В15

Расчёт сечения 1-0 на уровне верха консоли

Сечение b x h=60 х 40 см

Усилия	1-я комбинация	2-я комбинация	3-я комбинация
М, кНм N, кН	87,46 644,57	-87,46 644,57	0 659

Усилия от продолжительного действия нагрузки

- т.к. в комбинацию включена снеговая, крановая, ветровая нагрузки

В расчёте случайные эксцентриситеты не учитываем.

необходимо учитывать влияние прогиба элемента на его прочность.

Условная критическая сила равна:

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона при

, где

Высота сжатой зоны равна:

Относительная высота сжатой зоны:

Принимаем 3O18 A III

- для расчёта принимали 0.04, пересчёт делать не нужно

Расчёт сечения колонны 1-0 в плоскости перпендикулярной к плоскости изгиба не делают, т.к.

3-я комбинация усилий

Принимаем

необходимо учитывать влияние прогиба элемента на его прочность.

Условная критическая сила равна:

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона при

т.к. то принимаем площадь арматуры конструктивно по минимальному проценту армирование

Принимаем 3O20 A III

Расчёт сечения 2-1

Высота сечения h=140 см

Сечение ветви b x h=60 х 30 см

С=110 см, расстояние между распором при одной панели составляет 3 м.

Усилия	1-я комбинация	2-я комбинация	3-я комбинация
М, кНм N, кН Q, кН	336,5 1535,3 11,45	-336,5 1535,3 -11,45	13,7 1895,2 3,75

Усилия от продолжительного действия нагрузки

- т.к. в комбинацию включена снеговая, крановая, ветровая нагрузки

Приведённый радиус инерции сечения в плоскости изгиба

Приведённая гибкость сечения

необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Принимаем

Условная критическая сила равна:

Определяем усилия в ветвях колонны

Вычисляем

Принимаем 2O12 A III

Расчёт сечения колонны 2-1 в плоскости перпендикулярной к плоскости изгиба не делают, т.к.

3-я комбинация

Приведённый радиус инерции сечения в плоскости изгиба

Приведённая гибкость сечения

необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Условная критическая сила равна:

Определяем усилия в ветвях колонны

Вычисляем

т.к. то принимаем площадь арматуры конструктивно по минимальному проценту армирование

Принимаем 4O18 A III

Расчёт промежуточной распорки

Сечение распорки прямоугольное b x h=60 x 40см

т.к. эпюра изгибающих моментов двухзначная то:

Принимаем 3O6 A III

Поперечная сила в распорке

Определяем поперечную силу воспринимаемую сечением

,

т.к. поперечную арматуру принимаем конструктивно A I c шагом

Расчёт сечения 1-2

Сечение b x h=60 х 200 см

Усилия	1-я комбинация	2-я комбинация	3-я комбинация
М, кНм N, кН Q, кН	448,96 1441,3 11,45	-448,96 1441,3 -11,45	59,6 1801,2 3,75

Усилия от продолжительного действия нагрузки

- т.к. в комбинацию включена снеговая, крановая, ветровая нагрузки

В расчёте случайные эксцентриситеты не учитываем.

необходимо учитывать влияние прогиба элемента на его прочность.

Условная критическая сила равна:

высота сжатой зоны равна:

относительная высота сжатой зоны:

принятой арматуры 4O18 A III хватает

Консоль армируют горизонтальными хомутами А I O6 с шагом и отгибами А III 2O16

Расчёт фундамента под среднюю двухветвевую колонну

Данные для расчёта

Грунты основания - данные по грунтам взяты из расчёта скважины №4.

Грунт - песок пылеватый

Арматура класса А-III

Бетон класса В15

Вес единицы объёма материала . Расчёт выполняется на наиболее опасную комбинацию расчётных усилий в сечении 2-1.

Нормативные значения при

Определение геометрических размеров фундамента

Глубину стакана фундамента принимают 90 см, что не менее

Где 1,8=d диаметр продольной арматуры в колонне

- для бетона В15

Расстояние от дна стакана до подошвы фундамента принято 250 мм. Полная высота фундамента

Глубина заложения фундамента при расстоянии от планировочной отметки до верха фундамента

Фундамент 3-х ступенчатый, высота ступеней принята одинаковой по 40 см каждая.

Определяем предварительную площадь фундамента

, где

1,05 - коэффициент учитывающий момент

Назначаем соотношение сторон получаем размеры:

Принимаем

Определяем рабочую высоту фундамента из условия прочности на продавливание

Полная высота сечения принятой высоты сечения достаточно. Определяем краевое давление на основание. Изгибающий момент в уровне подошвы фундамента:

Нормативная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах:

При условии, что



условие не удовлетворяется, поэтому изменяем размер фундамента

Расчёт арматуры фундамента

Определяем напряжения в грунте под подошвой фундамента в направлении длинной стороны без учёта веса фундамента и грунта на его успупах

Расчётные изгибающие моменты:

Сечение I-I

Сечение II-II

Сечение III-III

Требуемое количество арматура:

Принимаем 18O9 A III

Процент армирование

Арматура укладывается параллельно меньшей стороне фундамента.

Определяем изгибающий момент в сечении IV-IV

Принимаем 14O10 A III

Процент армирование