Расчет прочности крайней колонны одноэтажной рамы промышленного здания

Нижегородский государственный

архитектурно-строительный университет

Институт открытого дистанционного образования

Курсовая работа

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КРАЙНЕЙ КОЛОННЫ ОДНОЭТАЖНОЙ РАМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ В СБОРНОМ ЖЕЛЕЗОБЕТОНЕ

г. Нижний Новгород – 2010г

1. РАСЧЕТ КОЛОНН ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

1.1 Общие указания по расчету

Расчет железобетонных колонн поперечника одноэтажной рамы промышленного здания по несущей способности состоит из следующих этапов:

- определения сечения продольной арматуры;

- проверки прочности на усилия при съеме с опалубки, транспортировании и монтаже;

- проверки прочности на внецентренное сжатие из плоскости рамы поперечника;

- расчета подкрановых консолей.

1.2 Расчет крайней колонны

1.2.1 Расчёт продольной арматуры

Площадь продольной арматуры колонн определяется из расчета сечений их на внецентренное сжатие в плоскости рамы поперечника по наиболее невыгодным расчетным сочетаниям усилий:

maxM®N, min M®N, maxN®±M

При этом можно принимать симметричное и несимметричное армирование колонн. Несимметричное армирование применяют в крайних колоннах рам поперечника промышленных зданий, а также при большой разнице абсолютных значений положительных и отрицательных моментов в расчетных сечениях. При небольшой разнице этих моментов и в средних колоннах — всегда применяют симметричное армирование. Рабочую арматуру колонн при внецентренном сжатии принимают классов A400 или

А300 диаметром не менее 16 мм. Сечение I-I (подкрановая часть колонны) Размеры сечения:

Высота h = 500 мм, ширина b = 400 мм, a = a' = 50 мм, рабочая высота h₀ = 500 – 50 = 450 мм. Бетон тяжелый класса В15, R_b = 8,5 мПа; E_b = 24,0*10³ мПа. Продольная арматура класса А400, R_S=R_SC=355 мПа; поперечная - класса А240, E_S=2×10⁵ мПа.

2. Усилия. Наиболее невыгодные комбинации усилий:

а) из первых основных сочетаний без учёта крановой нагрузки:

М₁ = +44,76 кН×м и -45,83 кН×м при N₁ = 340,02 кН;

б) из вторых основных сочетаний - с учетом крановой нагрузки:

М₂ = +89,32 кН×м и -31,76 кН×м при N₂ = 741,67 кН.

Для данных комбинаций усилий принимаем симметричное армирование колонны и для расчета имеем следующие комбинации усилий:

а) первая комбинация усилий без учёта крановой нагрузки.

М₁ = ±45,83 кН×м; N₁ = 340,02 кН;

б) вторая комбинация усилий с учетом крановой нагрузки:

М₂ = ±89,32 кН×м; N₂ = 741,67 кН.

Для обеих комбинаций длительная часть усилий:

M_дл = M_пост = +1,25 кН×м; N_дл = N_пост = 340,02 кН.

3. Расчетная длина и гибкость колонны

Расчетная длина подкрановой части колонны в плоскости поперечной рамы:

а) для первой комбинации усилий без учёта крановой нагрузки:

l_он = 1,2 ´ H_К=1,2´11,0 = 13,2 м;

(для однопролетных зданий без учета крана l_он = 1,5´ H_К)

б) для второй комбинации усилий при учете крановой нагрузки:

l_он = 1,5 ´ H_н = 1,5 ´ 6,9 = 10,35 м.

Гибкость колонны:

а) ; б) ,

следовательно, необходимо учитывать влияние прогиба колонны на величину эксцентриситета приложения продольных сил.

4. Определение эксцентриситетов приложения продольных сил

Величина случайного эксцентриситета:

Принимаем ; Принимаем;

Величина расчётного эксцентриситета:

;

Колонна является элементом статически неопределимой конструкции – поперечной рамы. Поэтому, согласно п.4.2.6 [3] принимаем величину эксцентриситета приложения продольных сил без учёта случайного эксцентриситета:

е₀₁ = е^ст₀₁ = 135 мм, е₀₂ = е^ст₀₂ = 120 мм.

5. Определение величин условных критических сил

Величину условной критической силы определяем по формуле (6.24):

где D – жесткость железобетонного элемента, определяемая для элементов прямоугольного сечения по формуле (3.89) [4]:

а) первая комбинация усилий:

Эксцентриситет приложения длительной части нагрузки:

Моменты внешних сил относительно растянутой арматуры сечения: - от действия всей нагрузки:

- от действия длительной части нагрузки

Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:

Суммарный коэффициент армирования  для арматуры  и  принимаем равным 0,005, исходя из

при гибкости

 (табл. 5.2).

Отношение модулей упругости материалов:

Жёсткость колонны:

Условная критическая сила:

б) вторая комбинация усилий:

Моменты внешних сил относительно растянутой арматуры сечения:

- от действия всей нагрузки:

- от действия длительной части нагрузки

Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:

Суммарный коэффициент армирования  принимаем равным 0,004, при гибкости

 (табл. 5.2 [4]).

Жёсткость колонны:

Условная критическая сила:

6. Учет влияния прогиба и определение величин эксцентриситетов «е»

Влияние прогиба колонны на величину эксцентриситета приложения продольного усилия учитываем путем умножения величины  на коэффициент, определяемый по формуле 6.23:

                                                                                       (2)

а) первая комбинация усилий:

Эксцентриситет приложения продольной силы относительно растянутой арматуры :

б) вторая комбинация усилий:

7. Определение площади сечения арматуры

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:

,

где:

а) первая комбинация усилий:

Определяем параметры d, a_m и a_n :

Т.к. , площадь сечения симметричной арматуры определяем по формуле:

Принимаем

.

б) вторая комбинация усилий:

Т.к. , то:

Принимаем

По конструктивным требованиям в колоннах при b(h) ³ 250мм диаметр продольных стержней должен быть не менее 16мм (п.5.17 [4].

Тогда

Арматуру подбираем по большей из трёх площадей, полученных при расчёте:

Назначаем с каждой стороны сечения

 A400 с

Сечение II-II (надкрановая часть колонны).

1. Размеры сечения

Размеры сечения:

Бетон тяжелый класса B15, арматура класса A400 (та же, что в
сечении I-I).

2. Усилия

Невыгодные комбинации расчетных усилий выбираем из вторых основных сочетаний–с учетом крановой нагрузки:

Для данных комбинаций усилий принимаем для надкрановой части колонны несимметричное армирование и для расчёта имеем следующие комбинации усилий.

а) М₁ = +89,51 кН*м; N₁ = 257,23 кН;

б) M₂ = +86,51 кН*м; N₂ = 368,04 кН.

В том числе длительная часть нагрузки:

3. Расчетная длина и гибкость колонны

При учёте в расчёте крановой нагрузки:

Без учёта крановой нагрузки:

Гибкость:

Следовательно необходимо учитывать влияние прогиба на величину эксцентриситета продольных сил.

4. Определение эксцентриситетов продольных сил

Величина случайного эксцентриситета продольных сил:

Принимаем

Величина расчётного эксцентриситета:

;

;

Т.к. поперечная рама – статически неопределимая конструкция при определении эксцентриситета приложения продольных сил не учитываем величину случайного эксцентриситета (п.4.2.6 [3]):

е₀₁ = е^ст₀₁ = 348 мм, е₀₂ = е^ст₀₂ = 235 мм.

5. Определение величин условных критических сил

а) первая комбинация усилий:

Эксцентриситет приложения длительной части нагрузки:

Моменты внешних сил относительно растянутой арматуры сечения:

- от действия всей нагрузки:

- от действия длительной части нагрузки

Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:

Суммарный коэффициент армирования =0,004, исходя из

при гибкости  (табл. 5.2).

Жёсткость колонны:

Условная критическая сила:

б) вторая комбинация усилий:

Эксцентриситет приложения длительной части нагрузки:

Моменты внешних сил относительно растянутой арматуры сечения:

- от действия всей нагрузки:

- от действия длительной части нагрузки

Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:

Жёсткость колонны:

Условная критическая сила:

6. Учет влияния прогиба и определение величин эксцентриситетов «е»

а) первая комбинация усилий:

Эксцентриситет приложения продольной силы относительно растянутой арматуры :

б) вторая комбинация усилий:

7. Определение площади сечения арматуры

Если

то формулах для расчёта арматуры вместо подставляют 0,4, а вместо  - 0,55.

а) первая комбинация усилий:

Площадь сечения сжатой арматуры:

Принимаем

Так как принятая площадь сечения сжатой арматуры

значительно превышает её значения, вычисленное по формуле:

то площадь сечения растянутой арматуры определяем по формуле (3.107 [4]):

б) вторая комбинация усилий:

Арматуру подбираем по большей из трёх площадей, полученных при расчёте по обеим комбинациям усилий для каждой из арматур.

Сжатую арматуру подбираем по

Растянутую арматуру - по

Принимаем сжатую арматуру на внешней стороне сечения А400 с

растянутую арматуру на внутренней стороне сечения А400 с

1.2.2 Проверка прочности колонны при съёме с опалубки, транспортировании и монтаже

Помимо расчета на эксплутационные усилия, колонны проверяются на прочность как изгибаемые элементы от действия усилий, возникающих при съеме их с опалубки после изготовления, а также транспортировании и монтаже. Нагрузкой здесь является собственный вес колонны с учетом коэффициентов динамичности: при транспортировании - 1,6, подъеме и монтаже - 1,4, с учетом коэффициента надежности по нагрузке g_f=1,1 (п.1.9).

Отрыв и съем с опалубки, складывание и транспортирование колонн производятся обычно после достижения бетоном 70% проектной прочности, т.е. R_b0=0,7R_b. Строповка при съеме колонн, а также укладка их при складировании и транспортировании производятся в положении «плашмя» траверсой за две точки. При этом петли для съема с опалубки располагаются обычно на расстояниях: два метра от низа колонны и 0,4 метра выше верха консоли. В этих же местах располагаются и опоры колонн при их складировании и транспортировании. Для одинаковых расчетных схем колонн – съема с опалубки и транспортирования – более невыгодной при проверке прочности является последняя, так как коэффициент динамичности (к_дин) здесь равен 1,6 вместо 1,4 для съема с опалубки. Монтаж колонн может выполняться сразу же после их изготовления и транспортирования. Поэтому здесь в расчет принимается прочность бетона, составляющая 70% от проектной прочности. Строповка при монтаже колонн осуществляется в положении «на ребро» за одну точку инвентарными приспособлениями вставляемое в отверстие, расположенное на расстоянии 600 мм от верха консоли.

1. При съёме с опалубки и транспортировании :

1)   Нагрузка от веса колонны с учётом коэффициента динамичности

2)   Изгибающие моменты в расчётных сечениях 1-1, 2-2, 3-3:

3). Проверка прочности колонны в расчётных сечениях:

а) сечение 1-1:

Несущую способность определяем как для балки с двойной симметричной арматурой без учёта работы сжатого бетона.

Следовательно, прочность колонны по сечению 1-1 обеспечена.

б) сечение 2-2:

Рисунок 1. Расчётная схема и эпюра моментов для крайней колонны при съеме с опалубки и транспортировании

Следовательно, прочность колонны по сечению 2-2 обеспечена.

б) сечение 3-3:

;

.

Следовательно, прочность колонны по сечению 3-3 обеспечена.

2. При монтаже:

1)   Нагрузка от веса колонны с учётом коэффициента динамичности :

2)   Изгибающие моменты в расчётных сечениях 1-1, 2-2, 3-3:

определяем на расстоянии Х от левой опоры:

3)   Проверка прочности колонны в расчётных сечениях:

а) сечение 1-1:

Несущую способность определяем как для балки с двойной симметричной арматурой без учёта работы бетона. При этом полагаем, в запас прочности,

(по меньшей величине площади сечения арматуры с одной стороны)

Следовательно, прочность колонны по сечению 1-1 не обеспечена, поэтому увеличиваем количество арматуры с внешней стороны надкрановой части колонны и принимаем

Тогда:

Прочность колонны по сечению 1-1 обеспечена.

б) сечение 2-2:

Проверку несущей способности колонны в сечении 2-2 не производим, т.к. высота сечения здесь , что в 2,76 раза больше, чем в сечении 1-1, а величина момента больше всего в 1,32 раза. Поэтому прочность колонны по сечению 2-2 заведомо обеспечена.

в) сечение 3-3:

Следовательно, прочность колонны по сечению 3-3 обеспечена.

Рисунок 2. Расчётная схема и эпюра моментов для крайней колонны при монтаже

На основании выполненных расчётов колонны в стадии эксплуатации и проверки её несущей способности на усилия, возникающие при съёме опалубки, транспортировании и монтаже окончательно принимаем армирование крайней колонны :

- подкрановая часть: - с каждой стороны сечения;

- надкрановая часть: - с внутренней стороны сечения,

Рисунок 3. Армирование поперечных сечений крайней колонны

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия [Текст]: утв. Госстроем России 29.05.2003: взамен СНиП II-6-74: дата введения 01.01.87. – М.: ГУП ЦПП, 2003. – 44 с.

2. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения [Текст]: утв. Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу от 30.06.2003: взамен СНиП 2.03.01-84: дата введ. 01.03.2004. –М.: ГУП НИИЖБ, 2004. – 26

3. СП-52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры [Текст]: утв. Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу от 30.06.2003: взамен СНиП 2.03.01-84: дата введ. 01.03.2004. – М.: ГУП НИИЖБ, 2004. – 55 с.

4. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжёлого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003) / ЦНИИПромзданий, НИИЖБ. – М.: ОАО ЦНИИПромзданий, 2005.

5. Руководство по расчёту статически неопределимых железобетонных конструкций [Текст]: Научно-исследовательский институт бетона и железобетона Госстроя СССР – М.: Стройиздат, 1975. – 192 с.

6. ГОСТ 23837-79. Здания промышленных предприятий одноэтажные. Габаритные схемы.

7. Справочник проектировщика. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства. – М.: Стройиздат, 1981.

8. Шерешевский, И.А. Конструирование промышленных зданий и сооружений / И.А. Шерешевский. – Л.: Стройиздат, 1979.

9. Трепененков, Р.Н. Альбом чертежей конструкций и деталей промышленных зданий / Р.Н. Трепененков. – М.: Стройиздат, 1980.

10.  Байков, В.Н. Железобетонные конструкции. Общий курс [Текст]: учеб. для вузов / В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов. Изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 767 с.: ил.

11.  Серия 1.424.1-5. Колонны железобетонные прямоугольного сечения для одноэтажных производственных зданий высотой 8,4-14,4 м. – М.: ЦИТП, 1985.

12.  Серия 1.426.1-4. Балки подкрановые железобетонные под мостовые опорные краны общего назначения грузоподъемностью до 32 т. Вып. 1. – М.: ЦИТП, 1984.

13.  Серия 1.412-1/77. Монолитные железобетонные фундаменты под типовые колонны прямоугольного сечения одноэтажных промышленных зданий. – М.: ЦИТП, 1978.

14.  Вилков, К.И. Одноэтажная рама промздания в сборном железобетоне: учеб. пособие / К.И. Вилков, Н.И. Смолин. – Горький: ГИСИ, 1990.

15.  Справочник проектировщика промышленных жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. Кн. 1. – М.: Стройиздат, 1972.

16.   Улицкий, И.И. Железобетонные конструкции (расчет и конструирование) И.И. Улицкий и др. – Киев: «Будивельник», 1973.

Руководство по производству и применению