Проектирование несущей поперечной рамы промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание для проектирования

Количество пролетов-- 1

Пролет здания -- 18м

Длина здания -- 108м

Конструкция покрытия ригеля -- решётчатая балка

Класс бетона для ригеля - В30

Класс предварительно напрягаемой арматуры для ригеля - А1000

Отметка верха колонны -- 14,4м

Географический район строительства -- г. Чита

Параметры крана

Грузоподъемность крана Q, т -- 30

Пролет крана м -- 16,5

Ширина мм -- 6300

База мм -- 5000

Габариты крана:

мм -- 2750

мм -- 300;

Давление колеса крана на подкрановый рельс кН -- 280

Масса тележки, т -- 12

Масса крана с тележкой, т -- 42,5

Тип подкранового рельса -- КР70

Высота рельса, мм -- 120

Ширина головки рельса, мм -- 70

Ширина подошвы, мм -- 120

Площадь сечения, см² -- 67,3

Момент инерции, см⁴ --

Введение

Цель курсового проекта: закрепить знания, полученные при изучении дисциплины "Железобетонные и каменные конструкции (общий курс)", и получить практический навык проектирования и расчёта элементов каркасного промышленного здания.

Конструктивной основой промышленного здания является несущая поперечная рама, состоящая из стержневых и плоских железобетонных элементов. В курсовом проекте рассматривается компоновка конструктивной схемы для сборных конструкций, выполняется расчёт и конструирование ригеля (решётчатой балки), двухветвевой колонны, фундамента под колонну.

1. Компоновка поперечной рамы здания

Колонны крайних рядов имеют длину от обреза фундамента до верха подкрановой консоли при шаге 12 м:

м.

От верха подкрановой консоли до низа стропильной:

м.

При этом полная длина:

м.

Размеры сечений колонны. В надкрановой части из условия опирания балки , В подкрановой части высота сечения колонн Ширина сечения подкрановой части

Рисунок 1 -- Определение сечений крайней колонны

2. Определение нагрузок на раму

Сбор нагрузок от веса покрытия приведён в таблице 1.

Таблица 1-- Сбор нагрузок

Нагрузка	Нормативная нагрузка, Н/м2		Расчетная нагрузка, Н/м2
Ж/б ребристые плиты покрытия размером в плане 3Ч12 м с учетом заливки швов	2050	1,1	2255
Обмазочная пароизоляция	50	1,3	65
Утеплитель(готовые плиты)	400	1,2	480
Асфальтовая стяжка толщиной 20 мм	350	1,3	455
Рулонный ковер	150	1,3	195
Итого:	3000	-	3450

2.1 Постоянная нагрузка

Расчетное опорное давление балки:

от покрытия:

от балки: .

Расчетная нагрузка от веса покрытия с учетом коэффициента надежности по назначению здания

на крайнюю колонну

Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления:

Отметка последней панели: 16,2 м. Принимаем 9 панелей высотой1,2 м и 1 панель высотой 1,8м.

Нагрузка, передаваемая выше отметки 9,6м:

;

то же, передаваемая непосредственно на фундаментную балку:

Расчетная нагрузка от веса подкрановых балок:

, где

-- вес подкрановой балки высотой 1,4м.

Расчетная нагрузка от веса колонн.

надкрановая часть ;

подкрановая часть

.

Рисунок 2 -- Крайняя колонна

2.2 Временные нагрузки

2.2.1 Снеговая нагрузка

Вес снегового покрова для I снегового района расчетное значение нагрузки 0,8 кН.

На крайнюю колонну

2.2.2 Крановые нагрузки

Вес поднимаемого груза .

Пролет крана 18-2·0,75=16,5м.

Согласно стандарту на мостовые краны, база крана , расстояние между колесами , вес тележки ,

.

Расчетное максимальное давление на колесо крана при

Расчетная поперечная тормозная сила на одно колесо:

Вертикальная крановая нагрузка на колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетаний

;

;

где -- сумма ординат линии влияния давления двух подкрановых балок на колонну.

Рисунок 3 -- Линия влияния давления на колонну

Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении:

2.2.3 Ветровая нагрузка

Распределённая расчётная ветровая нагрузка, приложенная к стойке рамы

где - коэффициент надёжности по ветровой нагрузке равен 1,4;

w₀ - нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района:;

к - коэффициент, учитывающий изменения ветрового давления по высоте, определяется в зависимости от типа местности.

при z=5 м, то к=к₅=0,5:

при z=10 м, то к=к₁₀=0,65:

при z=20 м, то к=к₂₀=0,85:

при z=H₀=14,55м, то к=к_Н0=0,738:

при z=H_0+2,3=16,85м, то к=к_Н=0,784;

с - аэродинамический коэффициент, равный 0,8 - с наветренной стороны и 0,5 - с подветренной стороны.

Определяем ветровую нагрузку с наветренной стороны:

1) на высоте 5 м ;

2) на высоте 10 м ;

3) на высотеНо м ;

4) на высотеНо+2,3м ;

Определяем ветровую нагрузку с подветренной стороны:

1) на высоте 5 м ;

2) на высоте 10 м ;

3) на высоте Но м ;

4) на высоте Но+2,3м ;

Различная интенсивность нагрузки учитывается эквивалентной равномерно-распределенной нагрузкой на уровне высоты балки и от уровня земли до низа балки.

где w₅ - расчётная ветровая нагрузка на высоте 5 м;

- коэффициент=1,1.

Нагрузка с наветренной стороны:

Нагрузка с подветренной стороны:

Ветровая нагрузка, действующая на участки от низа ригеля до наиболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой приложенной в уровне низа ригеля рамы.

,

С наветренной стороны:

С подветренной стороны:

2.3 Определение усилий в колоннах рамы

Расчет выполняется на ЭВМ программой RM2 (Приложение 1). Для этого надо подготовить данные для ввода в программу.

2.3.1 Определение эксцентриситетов

Рисунок 4 -- К определению эксцентриситетов

Эксцентриситет нагрузки от покрытия:

;

Эксцентриситет нагрузки в подкрановой части:

Эксцентриситет нагрузки от стеновых панелей:

Эксцентриситет нагрузки от веса подкрановых балок:

2.3.2 Построение единичной эпюры

Рисунок 5 -- Эпюра изгибающих моментов от единичных сил

2.3.3 Построение грузовых эпюр

Изгибающий момент в надкрановой части:

Изгибающий момент в подкрановой части:

Рисунок 6 -- Эпюра изгибающих моментов от постоянной нагрузки

От снеговой нагрузки:

в верхней части сечения

в нижней части сечения:

Рисунок 7 -- Эпюра изгибающих моментов от снеговой нагрузки

Крановая от двух кранов (вертикальная составляющая):

Рассматриваем видзагружения:

М_махна крайней колонне и М_минна средней колонне

Вна крайней колонне сила приложена с эксцентриситетом е=0,35м,

;

;



Рисунок 8 -- Эпюра изгибающих моментов от вертикальной крановой нагрузкой

Горизонтальная крановая нагрузка:

Рисунок9-- Эпюра изгибающих моментов от Н на левой колонне

От ветровой нагрузки:

Рисунок 10 -- Эпюра изгибающих моментов от ветровой нагрузки

2.3.4 Формирование матрицы податливости

Момент инерции для нижней части колонны

;

Матрицы податливости отдельных участков:

Главная диагональ матрицы податливости представляет собой вектор:

(12,5; 50; 12,5; 0,8; 3,2; 0,8; 0,8; 3,2; 0,8; 12,5; 50; 12,5)

3. Составление таблицы расчетных усилий

Таблица 3 -- Комбинации нагрузок и расчетные усилия в сечении колонн

Нагрузка	Номера загруже?ний	Коэффи?циент сочетаний	Сечение средней колонны
			1?0	1?2	2?1	Q
			M	N	M	N	M	N
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Постоянная	1	1	-164,945	705,19	132,585	831,69	-90,965	1140,47	-22,93
Снеговая	2	1	-19,571	86,4	10,669	86,4	-7,148	86,4	-1,83
	3	0,9	-17,614	77,76	9,6	77,76	-6,433	77,76	-1,65
Крановая (от двух кранов) Mmax на левой колонне	4	1	76,951	0	-184,2	746,13	-27,89	746,13	16,03
	5	0,9	69,256	0	-165,78	671,52	-25,1	671,52	14,43
Крановая (от двух кранов) Mmax на правой колонне	6	1	-76,951	0	-0,011	746,13	156,317	746,13	16,03
	7	0,9	-69,256	0	-0,01	671,52	140,69	671,52	14,43
Крановая Н на левой колонне	8	1	±36,26	0	±36,26	0	±162,888	0	20,42
	9	0,9	±32,63	0	±32,63	0	±146,6	0	18,38
Крановая Н на правой колонне	10	1	±36,26	0	±36,26	0	±109,91	0	14,99
	11	0,9	±32,63	0	±32,63	0	±98,9	0	13,49
Ветровая слева	12	1	-53,133	0	-53,133	0	-360,008	0	-31,47
	13	0,9	-47,82	0	-47,82	0	-324	0	-28,57
Основное сочетание нагрузок с учетом крановых и ветровых	Mmax	1+4+8	1+3+7+11	1+6+8	5,48
		-51,734	705,19	174,8	1580,97	228,24	1886,6
	Mmin	1+3+7+11+13	1+5+9+13	1+3+5+9+13	-49,17
		-332,265	782,95	-113,645	1503,21	-593,1	1811,99
	Nmax	1+2	1+3+7+11	1+3+5+9	-45,5
		-184,525	791,59	174,805	1580,97	-269,1	1889,75
То же, без учета крановых и ветровой	1+2	1+2	1+2	-4,63
	-184,516	791,56	143,254	918,09	98,113	1226,84

4. Расчет прочности двухветвевой колонны крайнего ряда по оси Б

4.1 Данные для расчета сечений

Бетон тяжелый класса В20, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении

Арматура класса А 400,,

4.2 Сечение 1-0 на уровне верха консоли колонны

Сечение колонны bЧh=50Ч60 см при а=а'=4 см; полезная высота сечения h₀=56 см.

В сечении действуют три комбинации расчетных усилий. Расчет выполняется на все три комбинации, и расчетное сечение симметричной арматуры принимается наибольшее.

Таблица 4 -- Комбинации расчетных усилий в сечении 1-0

Усилия	Первая	Вторая	Третья
М, кНм	-51,734	-332,265	-184,525
N, кН	705,19	782,95	791,59

Усилия от продолжительного действия нагрузки:

4.2.1 Расчет сечения по первой комбинации усилий

(в комбинации расчетных усилий учитывается крановая нагрузка).

; -- необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Условная критическая сила:

где

где для тяжелого бетона;

0,12<0,2135, принимаем =0,2135.

;

при м=0,002 (первое приближение);

;

Коэффициент

расстояние

При условии, что А_s=А_s' высота сжатой зоны равна:

Относительная высота сжатой зоны

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:

где

Имеем случай



Площадь арматуры назначаем по конструктивным соображениям:

Принимаем 3 Ш16 А 400 с А_s=6,03 см²;

Поперечные стержни подбираем из условия сварки стержней Ш6 А240.

Расчет сечения колонны 1-0 в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба, не производим, так как

где

4.2.2 Расчет сечения по второй комбинации усилий

(в комбинации расчетных усилий учитывается крановая нагрузка).

; -- необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Условная критическая сила:

где

где для тяжелого бетона;

0,71>0,2135, принимаем =0,71.

;

при м=0,002 (первое приближение);

;

Коэффициент

расстояние

При условии, что А_s=А_s' высота сжатой зоны равна:

Относительная высота сжатой зоны

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:

где

Имеем случай

Назначаем площадь арматуры .

Принимаем 3 Ш22 А 400 с А_s=11,4 см²;

Поперечные стержни подбираем из условия сварки стержней Ш6 А240.

Расчет сечения колонны 1-0 в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба, не производим, так как

где

4.2.3 Расчет сечения по третьей комбинации усилий

(в комбинации расчетных усилий учитывается крановая нагрузка).

; -- необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Условная критическая сила:

где

где для тяжелого бетона;

0,39<0,2135, принимаем =0,39.

;

при м=0,002 (первое приближение);

;

Коэффициент

расстояние

При условии, что А_s=А_s' высота сжатой зоны равна:

Относительная высота сжатой зоны

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:

где

Имеем случай

Площадь арматуры назначаем по конструктивным соображениям:

Принимаем 3 Ш16 А 400 с А_s=6,03 см²;

Поперечные стержни подбираем из условия сварки стержней Ш6 А240.

Расчет сечения колонны 1-0 в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба, не производим, так как

где

4.3 Сечение 2-1 в заделке колонны

Высота всего сечения двухветвевой колонны 130 см; сечение ветви bЧh=50Ч25 см; h₀=25-4=21см; расстояние между осями ветвей с=105 см; расстояние между осями распорок s=1,4+0,4=1,8 м; высота сечения распорки 40 см.

В сечении действуют три комбинации расчетных усилий.

Таблица 5 -- Комбинации расчетных усилий в сечении 2-1

Усилия	Первая	Вторая	Третья
М, кНм	228,24	-593,1	-269,1
N, кН	1886,6	1811,99	1889,75
Q, кН	5,48	-49,17	-45,5

Усилия от продолжительного действия нагрузки:

4.3.1 Расчет сечения по первой комбинации усилий

Расчетная длина подкрановой части колонны при учете нагрузки от крана во всех комбинациях

Приведенный радиус инерции сечения двухветвевой колонны в плоскости изгиба определяем по формуле:

Приведенная гибкость сечения

52,23>14 -необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Вычисляем:

- для тяжелого бетона

принимаем д=0,261

Предварительно задаемся коэффициентом армирования (первое приближение);

Коэффициент

Определяем усилия в ветвях колонны, по формуле:

Вычисляем:

Расстояние е₀=4,02·(100)/1186,76=0,34 см<е_а=1,2 см;

(е_а?1/30·h=30/25=1,2 см; е_а?1/600·l=244/600=0,41 см; е_а?1 см);

Поскольку оказалось, что е₀<е_а, в расчет принимаем е₀=1,2 см,

тогда е=е₀+h/2-а=1,2+25/2-4=9,7 см;

Определяем:



где

где

Так как б<0 площадь арматуры назначаем по конструктивным соображениям:

Принимаем 2 Ш16 А400 с =4,02 см²;

Поперечные стержни подбираем из условия сварки стержней Ш6 А240.

Проверим необходимость расчета подкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной к плоскости изгиба.

Расчетная длина:

Радиус инерции

-- расчет необходим.

Так как -- необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Значение случайного эксцентриситета:

Принимаем

Тогда е=1,63+0,5(46-4)=22,63 см;

-- для тяжелого бетона;

принимаем д=0,22

при =7,6 -- 2 Ш22 А400

Определяем:

Принимаем конструктивно, следовательно, принятого количества площади арматуры достаточно.

Принимаем 2Ш22 А-400 с .

4.3.2 Расчет сечения по второй комбинации усилий

Расчетная длина подкрановой части колонны при учете нагрузки от крана во всех комбинациях

Приведенный радиус инерции сечения двухветвевой колонны в плоскости изгиба определяем по формуле:

Приведенная гибкость сечения

52,23>14 -необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Вычисляем:

- для тяжелого бетона

принимаем д=0,261

Предварительно задаемся коэффициентом армирования ;

Коэффициент

Определяем усилия в ветвях колонны, по формуле:

Вычисляем:

Расстояние е₀=27,04·(100)/1533=1,76 см>е_а=1,2 см;

(е_а?1/30·h=30/25=1,2 см; е_а?1/600·l=244/600=0,41 см; е_а?1 см);

Поскольку оказалось, что е₀>е_а, в расчет принимаем е₀=1,76 см,

тогда е=е₀+h/2-а=1,76+25/2-4=10,26 см;

Определяем:

где

где

Так как б>0 площадь арматуры принимает симметричным:

Имеем случай

Коэффициент армирования , что незначительно отличается от принятого ранее значения , поэтому второго приближения делать не требуется.

Принимаем 2 Ш16 А400 с =4,02 см²;

Поперечные стержни подбираем из условия сварки стержней Ш6 А240.

Проверим необходимость расчета подкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной к плоскости изгиба.

Расчетная длина:

Радиус инерции

-- расчет необходим.

Так как -- необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Значение случайного эксцентриситета:

Принимаем

Тогда е=1,63+0,5(46-4)=22,63 см;

-- для тяжелого бетона;

принимаем д=0,22

при =7,6 -- 2 Ш22 А400

Определяем:

Принимаем конструктивно, следовательно, принятого количества площади арматуры достаточно.

Принимаем 2Ш22 А-400 с .

4.3.3 Расчет сечения по третьей комбинации усилий

Расчетная длина подкрановой части колонны при учете нагрузки от крана во всех комбинациях

Приведенный радиус инерции сечения двухветвевой колонны в плоскости изгиба определяем по формуле:

Приведенная гибкость сечения

52,23>14 -необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Вычисляем:

- для тяжелого бетона

принимаем д=0,261

Предварительно задаемся коэффициентом армирования (первое приближение);

Коэффициент

Определяем усилия в ветвях колонны, по формуле:

Вычисляем:

Расстояние е₀=25,03 ·(100)/1234,47=2,03 см>е_а=1,2 см;

(е_а?1/30·h=30/25=1,2 см; е_а?1/600·l=244/600=0,41 см; е_а?1 см);

Поскольку оказалось, что е₀>е_а, в расчет принимаем е₀=2,03 см,

тогда е=е₀+h/2-а=2,03+25/2-4=10,53 см;

Определяем:

где

где

Так как б<0 площадь арматуры назначаем по конструктивным соображениям:

Принимаем 2 Ш16 А400 с =4,02 см²;

Поперечные стержни подбираем из условия сварки стержней Ш6 А240.

Проверим необходимость расчета подкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной к плоскости изгиба.

Расчетная длина:

Радиус инерции

-- расчет необходим.

Так как -- необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Значение случайного эксцентриситета:

Принимаем

Тогда е=1,63+0,5(46-4)=22,63 см;

где -- для тяжелого бетона;

принимаем д=0,22

при =7,6 -- 2 Ш22 А400

Определяем:

Принимаем конструктивно, следовательно, принятого количества площади арматуры достаточно.

Принимаем 2Ш22 А-400 с .

4.4 Расчет промежуточной распорки

Изгибающий момент в распорке:

Сечение распорки прямоугольное:

b=50 см; h=40 см; h₀=36 см;

Так как эпюра изгибающих моментов двузначная:

Принимаем 3Ш14 А400 с А_s=4,62 см²;

Поперечная сила в распорке:

Определяем

где

Так как поперечную арматуру принимаем конструктивно d_w=6 мм класса А240 с S=150 мм.

4.5 Расчет крановой консоли

Опорное давление подкрановой балки:

.

Размеры консоли: h = 1,05 м, b = 0,5 м, а = 0,15 м, h₀ = 1,01 м.

Балка кранового пути шириной 0,34 м опирается поперек консоли, l_sup=0,34 м; l₁=0,32 м.

Так как на консоль действуют нагрузки малой суммарной продолжительности, R_b=11,5МПа, R_bt=0,9 МПа.

Поскольку:

, прочность бетонного сечения обеспечена. Поперечное армирование консоли назначают по конструктивным требованиям.

Так как: h = 1,05 м >2,5а = 2,5•0,35 = 0,875 м, предусматривают горизонтальное поперечное армирование из стержней класса А400.

Для проверки бетона консоли на местное смятие определяют:

A_loc.1 = bl_sup

A_loc.1 = 0,5•0,34=0,17м²

-5A_loc.2 = b(2b+l_sup)

A_loc.2 = 0,5•(2•0,5+0,34)=0,67м²

б=1, для бетона класса В20.

МПа

При ш=0,75 (неравномерное распределение нагрузки по площади смятия) проверяют условие:

N = Q_c= 0,406 МН < 16,35•0,17 = 2,78 МН,

смятия бетона консоли не происходит.

Необходимую площадь сечения продольной арматуры консоли определяют из условия, при Q = Q_c:

A_s= Ql₁/(h₀R_s)

A_s= 0,406•0,32/(1,01•355) = 3,48 см²

Принимаем арматуру 3Ш14 А400, A_s= 4,62 см².

5. Расчет фундамента под двухветвевую колонну

5.1 Данные для проектирования

Грунты основания -- пески пылеватые средней плотности, насыщенные водой. Условное расчетное сопротивление грунта R₀=100кПа=0,1 МПа, бетон тяжелый класса В 12,5, R_bt=0,66 МПа.

Арматура из горячекатаной стали класса А400, R_s=350 МПа, вес единицы объема материала фундамента и грунта на его обрезах кН/м³;

Расчет выполняем на наиболее опасную комбинацию расчетных усилий в сечении 2-1:

M= -593,1 кН м, N=1811,99 кН, Q=-49,17 кН.

Нормативное значение усилий определено делением расчетных усилий на усредненный коэффициент надежности по нагрузке =1,15, тогда

M_n= -533,8 кН м; N_n=1643,26 кН; Q_n=44,25 кН;

несущий поперечный рама ригель

5.2 Определение геометрических размеров фундамента

Глубину стакана фундамента принимаем равной 95 см, что не менее значений

Н_an?0,5+0,33·h=0,5+0,33·1,3=0,929 м;

H_an?1,5·b_col=1,5·0,5=0,75 м;

H_an?30·d=30·1,6=48см,

где d=1,6см - диаметр продольной арматуры колонны.

Расстояние от дна стакана до подошвы фундамента должно быть не менее 250 мм.

Полная высота фундамента Н=950+250=1200 мм, принимаем 1200 мм(кратно 300 мм).

Глубина заложения фундамента при расстоянии от планировочной отметки до верха фундамента 150 мм.

Н₁=1200+150=1350 мм=1,35 м;

Фундамент трехступенчатый, высота ступеней принята 450 мм, 450 мм и 300 мм.

Предварительно площадь подошвы фундамента определим по формуле:

где 1,05-коэффициент, учитывающий наличие момента;

Назначая отношение сторон b/a=0,8, получаем:

;

Принимаем

Площадь подошвы фундамента:

А=5,7Ч4,5=25,65 м²,

Момент сопротивления:

W=(4,5·5,7²)/6=24,37 м³;

Так как заглубление фундамента менее 2 м, ширина подошвы более 1 м, необходимо уточнить нормативное давление на грунт основания по формуле:

где к=0,125 -для песчаных грунтов;

b₁=1 м; h₁=2 м; h=Н₁=1,35 м; b=4,5 м;

Определяем рабочую высоту фундамента из условия прочности на продавливание по формуле:

где м--высота сечения колонны;

м -- ширина сечения колонны;

Полная высота фундамента:

Н=0,317+0,05=0,367 м<1,2 м. -- следовательно, принятая высота фундамента достаточна.

Определяем краевое давление на основание:

Изгибающий момент в уровне подошвы:

;

Нормативная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах:

При условии, что

;

;

Рисунок 11 -- К расчету фундамента

5.3 Расчет арматуры фундамента

Определяем напряжение в грунте под подошвой фундамента в направлении длинной стороны а, без учета веса фундамента и грунта на его уступах от расчетных нагрузок:

где ;

;

;

.

Расчетные изгибающие моменты:

- в сечении I-I:

где ;

;

;

- в сечении II-II:

;

;

- в сечении III-III:

;

;

Требуемое сечение арматуры:

;

;

;

Принимаем 20Ш14 А400 с А_s=30,76 см²;

Процент армирования: ;

Арматура, укладываемая параллельно меньшей стороне фундамента определяется по изгибающему моменту в сечении IV-IV:

;

;

Принимаем 23Ш12 А400 с А_s=26 см²;

Процент армирования .

6. Расчет предварительно напряженной двускатной решетчатой балки покрытия пролетом 18 м

6.1 Данные для проектирования

Тяжелый бетон класса В30: коэффициент условия работы г_b2 = 0,9 (R_b = 17•0,9 = 15,3 МПа; R_bt = 1,2•0,9 = 1,08 МПа; R_{b, ser}= 22 МПа; R_{bt, ser}= 1,8 МПа; E_b = 32,5•10^-3 МПа).

Предварительно напрягаемая арматура класса А1000 (R_s = 870 МПа; R_{s, ser}= 980 МПа; E_s = 2•10⁵ МПа).

Ненапрягаемая арматура класса А400 (R_s = 355 МПа; E_s = 2•10⁵ МПа) и из арматурной проволоки периодического профиля класса В500 диаметром 5 мм (R_s = 360 МПа; R_sw = 290 МПа; E_s = 1,7•10⁵ МПа).

Применен механический метод натяжения на упоры формы. Предварительное напряжение у_sp = 740 МПа. Обжатие бетона производится при передаточной прочности R_bp = 24 МПа > 11 МПа.

6.2 Расчетный пролет и нагрузки

Рисунок 12 - Двускатная решетчатая балка покрытия пролетом 18 м

Расчетный пролет балки по осям опор

?₀ = 17,69 - 2•0,13 = 17,7 м,

где 0,13 м - расстояние от торца балки до оси опоры.

Нагрузка от собственной массы балки принимаем равномерно распределенной.

Нагрузка на 1 м балки при собственной массе 10,4 т и коэффициентах надежности по назначению г_n = 0,95 и по нагрузке г_f = 1

Нагрузка при коэффициенте г_f = 1,1

Сбор нагрузок от панелей покрытия в виде сосредоточенных сил с учетом коэффициента г_n = 0,95

Таблица 6 - Сбор нагрузок действующих на балку

Вид нагрузки	Нагрузка при гf=1, кН/м2	гf>1	Нагрузка при гf>1, кН/м2
Постоянная
Ж/б ребристые плиты покрытия размером в плане 3х12 м с учётом заливки швов (табл.1)	2,05•3•12=73,8	1,1	81,18
Изоляционный ковер (табл.1)	0,95•3•12=34,2	1,3	44,46
Итого	Gn = 108		G = 125,64
Временная (кратковременная)
Снеговая	Sn = 0,8•3•12=28,8	1,4	S = 40,32

6.3 Определение усилий

Расчетная схема решетчатой балки представляет собой свободно опертую многократно неопределимую замкнутую раму с жесткими узлами. Для упрощения расчета в курсовом проекте можно рассматривать решетчатую балку как балку с отверстиями. Расчетная схема такой балки представлена на рисунке 13. Усилия в поясах балки при принятой расчетной схеме близки к действительным.

Рисунок 13 - Расчетная схема балки

Поперечная сила на опоре (реакция опоры):

- при коэффициенте г_f = 1 от полной нагрузки

- от длительно действующей нагрузки

- при г_f>1 от полной нагрузки

Рисунок 14 - Схема балки с расчетными сечениями

Рисунок 15 - Расчетные сечения балки

Изгибающие моменты определяем в сечениях балки (рисунок 14) по формуле

,

где x - расстояние от опоры до рассматриваемого сечения;

Таблица 7 - подсчёт моментов действующих в сечениях

Сечения	Х, м	Моменты, кН·м, при коэффициенте надежности
		гf=1	гf>1
		от продолжительной нагрузки	от полной нагрузки	от полной нагрузки
I-I	2,95	816,0541	1028,454	1258,643
III-III	5,9	1300,047	1639,887	2013,829
IV-IV	6,55	1451,980	1834,300	2265,560
V-V	8,85	1337,964	1687,164	2073,736

6.4 Предварительный подбор продольной напрягаемой арматуры

Поскольку потери предварительного напряжения пока неизвестны, требуемую площадь сечения напрягаемой арматуры определим приближенно, а после вычисления потерь проверим несущую способность. Подбор сечения предварительно напряженной арматуры ведем без учета конструктивной арматуры.

Рассматриваем сечение IV-IV как наиболее опасное:

Рабочая высота сечения

Граничная относительная высота сжатой зоны бетона

где

при коэффициенте условий работы .

Устанавливаем положение границы сжатой зоны

следовательно, нижняя граница сжатой зоны проходит в пределах верхнего пояса балки.

Вспомогательные коэффициенты (с учетом арматуры ):

;

т.е сжатой арматуры достаточно;

;

.

Требуемая площадь сечения напрягаемой арматуры

Принимаем напрягаемую арматуру в количестве 2Ш18 + 4Ш22 A1000 (), которую равномерно распределяем по нижнему поясу балки.

6.5 Определение геометрических характеристик приведенного сечения

При определении геометрических характеристик сечений учитываем только предварительно напряженную арматуру. Последовательность вычислений приведем для сечения IV-IV.

Площадь приведенного сечения:

для арматуры A1000;

для арматуры B500;

для арматуры A400.

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани:

Расстояние от центра тяжести сечения до нижней грани:

Момент инерции сечения относительно центра тяжести

Момент сопротивления приведенного сечения для крайнего нижнего волокна

.

Упругопластический момент сопротивления для нижнего волокна (для удобства вычислений размеры приняты в см) определяется в предположении отсутствия продольной силы N и усилия предварительного обжатия P по формуле

Положение нулевой линии определяется из условия

где - статический момент площади бетона сжатой зоны относительно нулевой линии;

- статический момент площади арматуры сжатой зоны относительно нулевой линии;

- статический момент площади арматуры растянутой зоны относительно нулевой линии;

- площадь растянутой зоны в предположении, что .

Упругопластический момент сопротивления для крайнего растянутого волокна

где - момент инерции площади сжатой зоны относительно нулевой линии;

- момент инерции сечения арматуры растянутой зоны относительно нулевой линии;

- момент инерции площади сечения арматуры сжатой зоны относительно нулевой линии;

- статический момент площади растянутого сечения относительно нулевой линии.

Положение нулевой линии двутаврового сечения при растянутой верхней зоне определяем по той же методике в предположении, что:

.

Момент сопротивления приведенного сечения для крайнего верхнего волокна

.

;

- статический момент площади арматуры растянутой зоны относительно нулевой линии;

- площадь растянутой зоны в предположении, что .

Упругопластический момент сопротивления для крайнего растянутого волокна

;.

6.6 Определение потерь предварительного напряжения

Принятое предварительное напряжение должно находиться в пределах, рекомендуемых.

- условие выполняется.

Вычисление потерь приведем на примере сечения IV-IV.

Первые потери:

,

,

,

,

Потери от быстронатекающей ползучести определяем в следующих местах по высоте поперечного сечения:

- на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры, т.е. при

;

- на уровне крайнего сжатого волокна бетона, т.е. при

;

- на уровне центра тяжести сжатой арматуры, т.е при

,

для чего вычисляем следующие параметры:

- усилия от обжатия с учетом потерь при

;

- напряжения в бетоне на уровне арматуры

где ;

- то же на уровне сжатой арматуры ()

;

Коэффициент больше нормированного значения 0,8, поэтому принимаем .

Для всех уровней сечения отношение , тогда потери от быстронатекающей ползучести соответственно составят:

;

;

Итого первые потери

Предварительное напряжение с учетом первых потерь

Усилие обжатия с учетом первых потерь

где, - напряжения в ненапрягаемой конструктивной арматуре соответственно .

Эксцентриситет усилия относительно центра тяжести приведенного сечения

Вторые потери:

От усадки бетона .

От ползучести бетона:

- напряжение на уровне центра тяжести предварительно напряженной арматуры()

;

- то же на уровне сжатой арматуры()

;

При, тогда потери от быстронатекающей ползучести соответственно составят:

;

;

Итого вторые потери

Полные потериМПа

Предварительное напряжение с учетом полных потерь и при коэффициенте точности натяжения

Усилие обжатия с учетом всех потерь

Эксцентриситет усилия

Характеристики предварительного напряжения для сечения 0-0, которое располагается в пределах зоны передачи предварительных напряжений с арматуры на бетон, при вычислении потерь учтены коэффициентыи .

6.7 Расчет прочности наклонных сечений

Так как фактическая нагрузка на балку приложена в виде сосредоточенных сил с шагом, равным ширине плит покрытия 3 м, принимаем длину проекции наклонного сечения с = 3 м (расстояние от опоры до ближайшего сосредоточенного груза). В опорном сечении мм, тогда в конце расчетного наклонного сечения рабочая высота составит

а средняя рабочая высота в пределах наклонного сечения

.

.

Проверяем необходимость постановки поперечной арматуры

;

где .

Так как одно из условий не выполняется, поперечную арматуру подбираем по расчету.

Для рассматриваемого наклонного сечения (от грани опоры до первого сосредоточенного груза) имеем: (в запас прочности); .

,

принимаем .

При- не требуемая интенсивность поперечного армирования

,

,

поэтому принимаем .

Максимально допустимый шаг поперечных стержней

.

Принимаем на приопорном участке шаг поперечных стержней

, тогда требуемая площадь сечения хомутов

.

Принимаем в поперечном сечении 2 Ш 6 A400() c шагом 150 мм.

Выясним, на каком расстоянии от опоры шаг хомутов можно увеличить до 300 мм.

- Фактическая интенсивность поперечного армирования:

- для шага ;

- для шага ;

.

- Задаем длину участка с шагом хомутов равной расстоянию от опоры до первого груза. Длину проекции расчетного наклонного сечения принимаем равной расстоянию от опоры до второго груза, т.е. , но меньше расстояния от опоры до сечения с максимальным моментом.

- Рабочая высота в конце расчетного наклонного сечения

.

- Длина проекции наклонной трещины в пределах рассматриваемого наклонного сечения

;

,

поэтому принимаем .

- При поперечная сила, воспринимаемая хомутами:

.

- Поперечная сила, воспринимаемая бетоном в наклонном сечении:

.

- Наибольшая поперечная сила внешних нагрузок для рассматриваемого наклонного сечения

,

где .

- Проверяем условие прочности наклонного сечения

, т.е. прочность обеспечена.

Окончательно принимаем на приопорных участках длиной шаг хомутов , на остальной части пролета балки шаг хомутов .

6.8 Проверка прочности нормальных сечений

6.8.1 Стадия изготовления и монтажа

От совместного действия усилия обжатия P и собственного веса балки при подъеме возникают отрицательные изгибающие моменты, растягивающие верхнюю грань (рисунок 16,а). Нагрузка от собственного веса принимается при коэффициенте надежности с учетом коэффициента динамичности и условно считается равномерно распределенной

.

Изгибающие моменты, возникающие в местах расположения подъемных петель, определяем по расчетным схемам на рисунке 16,б по принципу независимости действия сил.

Нагрузка только в пролетах и

;

,

где фокусные отношения:

;

;

.

Нагрузка только на консолях

.

Для определения момента используем метод фокусов:

1. Фокусные отношения

;

.

Рисунок 16 - К расчёту балки на стадии монтажа

2. Момент на опоре В

.

3. Суммарные изгибающие моменты:

;

.

Расчетным является сечение II-II на опоре А; высота сечения ; рабочая высота при растянутой верхней грани составляет

4. Усилие обжатия вводится в расчет как внешняя внецентренно приложенная сила N при коэффициенте точности натяжения

,

где - при механическом способе натяжения.

5. Эксцентриситет усилия обжатия

.

6.Расчетное сопротивление бетона в стадии изготовления и монтажа (т.е. для класса ) с учетом коэффициента условий работы .

7. Граничная относительная высота сжатой зоны бетона

где ;

- так как в зоне, растянутой при обжатии, предусмотрена ненапрягаемая арматура класса A400;

при коэффициенте условий работы .

8.Устанавливаем положение границы сжатой зоны

граница сжатой зоны проходит в пределах нижнего пояса балки и сечение рассчитываем как прямоугольное высотой

9.Высота сжатой зоны

,

где , так как устойчивость проволочной арматуры Ш5 Вр-I в нижнем (сжатом) поясе балки не обеспечена.

10.При несущую способность проверяем из условия

следовательно, прочность сечения в этой стадии обеспечена.

6.8.2 Стадия эксплуатации

Проверяем прочность наиболее опасного сечения IV-IV, расположенного на расстоянии от опоры.

1..

2.Граничная относительная высота сжатой зоны бетона

где - вычислено ранее;

при ;

;

;

МПа;

;

МПа.

3. Устанавливаем положение границы сжатой зоны, принимая в первом приближении коэффициент :

- граница сжатой зоны проходит в пределах верхнего пояса балки и сечение рассчитываем как прямоугольное высотой

4. Высота сжатой зоны при

,

5.

6.

- принимаем.

7.Предельный момент, воспринимаемый сечением IV-IV:

следовательно, прочность сечения в этой стадии обеспечена.

6.9 Расчет по образованию нормальных трещин

Расчет выполняется для стадии изготовления и эксплуатации на действие расчетных нагрузок коэффициентом надежности и коэффициентом точности натяжения .

6.9.1 Стадия изготовления

Рассматриваем следующие сечения по длине балки: II - наиболее опасное по раскрытию верхних (начальных) трещин в момент подъема; 0-0, I-I, II-II, III-III иV-V - для выяснения необходимости учета начальных трещин в сжатой зоне при расчете по трещиностойкости нижней зоны и по деформациям.



где - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до нижней ядровой точки;

- коэффициент, учитывающий неупругие деформации сжатого бетона и обусловленное ими уменьшение размеров ядра сечения;

- момент от собственного веса элемента; принимается со знаком «+», когда направление этого момента и момента усилия совпадают.

Усилие обжатия , эксцентриситет мм. Изгибающий момент от собственного веса с учетом коэффициента динамичности при подъеме

.

Максимальное краевое напряжение в сжатом бетоне от действия собственного веса усилия обжатия ()

.

Тогда ; принимаем, тогда .

следовательно, в сечении при подъеме балки образуются начальные (верхние) трещины. В связи с чем необходимо проверить ширину их раскрытия.

6.9.2 Стадия эксплуатации

Расчет по образованию нормальных трещин производится из условий



где - изгибающий момент от внешних нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке ;

- момент, воспринимаемый сечением при образовании нормальных трещин;

здесь - момент усилия обжатия относительно ядровой точки сечения, наиболее удаленной от грани, трещиностойкость которой проверяется (на данной стадии проверяется трещиностойкость нижней грани балки, следовательно момент определяется относительно верхней ядровой точки сечения). Расчет проводим на примере сечения IV-IV. Усилие обжатия , его эксцентриситет , изгибающий момент в сечении IV-IV.

Максимальное напряжение в крайнем сжатом волокне бетона ()

.

Тогда , принимаем , тогда .

Момент образования трещин

Прив стадии эксплуатации в нижней грани балки образуются нормальные трещины и необходимо выполнить расчет по их раскрытию.

6.10 Расчет по раскрытию нормальных трещин

6.10.1 Стадия изготовления и монтажа

Проверяем раскрытие трещин в сечении. В данном сечении действует усилие обжатия с эксцентриситетом мм и момент от собственного веса (с учетом коэффициента динамичности ), ; высота сечения ; рабочая высота сечения .

Вычисляем вспомогательные коэффициенты и параметры.

1.Эксцентриситет усилия относительно центра тяжести растянутой арматуры верхнего пояса балки

.

2.Заменяющий момент всех усилий относительно центра тяжести растянутой арматуры верхнего пояса

.

3. ;

,

где - при непродолжительном действии нагрузки;

;

;

;

;

Принимаем .

Плечо внутренней пары сил в сечении с трещиной

.

Напряжение в растянутой арматуре верхнего пояса балки

- неупругие деформации в арматуре не возникают.

Ширина непродолжительного раскрытия начальных трещин

где .

6.10.2 Стадия эксплуатации

Рассматриваем наиболее напряженное сечение IV-IV, в котором действует усилие обжатия с эксцентриситетом и момент от полной нагрузки , в т.ч. момент от продолжительно действующей нагрузки ; высота сечения , рабочая высота .

Определяем непродолжительное раскрытие трещин от полной нагрузки.

1. Вспомогательные коэффициенты и параметры

мм,

,

;

;

;

;

;

.

2.Относительная высота сжатой зоны в сечении с трещиной

следовательно высота сжатой зоны бетона мм

3.Плечо внутренней пары сил в сечении с трещиной

.

4.Так как растянутая арматура расположена в два ряда по высоте сечения нижнего пояса, напряжения в ней определяем с учетом коэффициента , равного:

.

где - расстояние до центра тяжести всей растянутой арматуры нижнего пояса балки;

то же до нижнего ряда стержней.

5. Приращение напряжений в растянутой арматуре

.

6. Ширина непродолжительного раскрытия трещин

где .

Определим непродолжительное (начальное) раскрытие трещин от продолжительно действующей нагрузки.

Высота сжатой зоны мм в данном случае не изменится (с уменьшением нагрузки она увеличивается), поэтому не изменится и плечо внутренней пары сил . Тогда приращение напряжений в растянутой арматуре

,

а ширина непродолжительного раскрытия трещин от продолжительно действующей нагрузки

Определим продолжительное раскрытие трещин от продолжительно действующей нагрузки, для которой

.

Тогда ширина продолжительного раскрытия трещин

.

Полная (непродолжительная) ширина раскрытия трещин

.

6.11 Упрощенный расчет прогибов балки

С целью упрощенного расчета прогибов балки условно принимаем высоту балки постоянной с геометрическими характеристиками сечения 4-4, находящегося на расстоянии от опоры.

В расчете учитываем данные, полученные при определении возможности появления нормальных трещин и ширины их раскрытия в сечении 4-4 в стадии эксплуатации.

Предварительное напряжение с учетом суммарных потерь при коэффициенте

Усилие предварительного обжатия с учетом суммарных потерь

Эксцентриситет

Момент обжатия относительно верхней границы ядра сечения

Проверяем условие трещинообразования

то есть при расчете прогибов необходимо учитывать наличие нормальных трещин.

Так как непродолжительно действующая нагрузка от снега составляет около 15 % от полной нагрузки, а остальная часть нагрузки - это постоянная продолжительно действующая, то в расчете принимаем, что полная нагрузка является продолжительно действующей.

В этом случае определяем кривизну и прогиб, рассматривая только продолжительное действие нагрузки, так как кривизна друг друга сокращают.

Вычисляем коэффициент

Эксцентриситет

Тогда прикоэффициент

Кривизна элемента при продолжительном действии всей нагрузки

Полная кривизна

Прогиб от полной нагрузки по упрощенной зависимости

то есть меньше максимального прогиба.

Заключение

При работе над курсовым проектом получен навык расчёта и конструирования поперечной несущей рамы промышленного здания: двухветвевой колонны, ригеля (решётчатой балки), фундамента колонны. Расчёты строительных конструкций произведены по первой и второй группам предельных состояний.

Список литературы

1 Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. Для вузов.-4-е изд.-М.: Стройиздат, 1985.-728с.

2 Барашиков А.Я Железобетонные конструкции: Курсовое и дипломное проектирование - К.:Вища шк, 1987.-416с.

3 Голышев А.Б. и др. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие - 2-е изд. 1985.-544с.

4 Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций: Учеб. Пос. для техн. - М.:Стройиздат, 1979.-419с.

5 СниП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.

6 СниП 2.01.07.-85. Нагрузки и воздействия.

7 СП63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции.

Размещено на Allbest.ru