Расчет и проектирование железобетонных конструкций одноэтажного двухпролетного здания с открытыми тоннелями глубиной 3,6 м

Расчет и проектирование железобетонных конструкций одноэтажного двухпролетного здания с открытыми тоннелями глубиной 3,6 м

Содержание

1. Компоновка поперечной рамы

.1 Общие данные

.2 Геометрия и размеры колонн

.3 Определение нагрузок на рамы

. Статический расчет поперечной рамы

.1 Геометрические характеристики колонн

.2 Усилия в колоннах от постоянной нагрузки

.3 Усилия в колоннах от снеговой нагрузки

.4 Усилия в колоннах от ветровой нагрузки

.5 Усилия в колоннах от крановых нагрузок

.6 Расчетные сочетания усилий

. Проектирование стропильной безраскосной фермы покрытия

.1 Данные для проектирования

.2 Определение нагрузок на ферму

.3 Определение усилий в элементах фермы и составление расчетных сочетаний

.4 Расчет нижнего пояса по I-ой группе предельных состояний

.4.1 Подбор продольной напрягаемой арматуры

.4.2 Определение потерь предварительного напряжения

.4.3 Проверка нижнего пояса по прочности при стадии изготовления

.4.4 Проверка прочности наклонных сечений по поперечной силе

.4.5 Расчет нижнего пояса по II-ой группе предельных состояний

.5 Расчет сечения верхнего пояса

.6 Расчет опорного узла фермы

. Расчет прочности двухветвевой колонны крайнего ряда

.1 Надкрановая сплошная часть колонны

.2 Подкрановая двухветвевая часть колонны

.3 Промежуточные распорки

. Расчет фундамента под крайнюю колонну

.1 Определение геометрических размеров фундамента

.2 Расчеты прочности элементов фундамента

Список литературы

1.     
Компоновка поперечной рамы

1.1 Общие данные

Здание отапливаемое, двухпролетное с открытыми тоннелями глубиной 3,6м вдоль наружных продольных стен. Район строительства г. Рязань, местность типа В. Длина здания в осях - 72м. Пролеты здания - 24м, шаг колонн - 12м. Покрытие здания - утепленное. Плиты покрытия железобетонные размером 3x12м. Стропильные конструкции - железобетонные безраскосные фермы пролетом 24м. Устройство светоаэрационных фонарей не предусматривается, цех оснащен лампами дневного света.

Каждый пролет здания оборудован двумя мостовыми кранами с группой работы 5К и грузоподъемностью 30/5 т. Высота до низа стропильных конструкций 14,4 м, высота кранового рельса 150 мм (тип КР-100).

Подкрановые балки разрезные железобетонные, предварительно напряженные, высотой 1,4 м. Наружные стены - панельные: до отметки 7,2 м самонесущие, выше - навесные.

Для обеспечения пространственной жесткости здания в продольном направлении предусмотрены стальные вертикальные связи по колоннам портального типа. Место установки связей - середина здания в пределах одного шага колонн на высоту от пола до низа подкрановых балок.

Жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается защемлением колонн в фундаментах.

Жесткость диска покрытия в горизонтальной плоскости создается крупноразмерными железобетонными плитами покрытия, приваренными не менее чем в 3-х точках к стропильным конструкциям. Швы между плитами должны быть замоноличены бетоном класса не менее В10.

1.2 Геометрия и размеры колонн

Расстояние от пола на отметке «0.000» до головки подкранового рельса . Высота надкрановой части ступенчатой колонны определяется из условия:

Высота подкрановой части колонны (средней)

Полная высота колонны (средней):

Для крайних колонн Н₂ = 4,7м; Н₁= 14,65 м

Полная высота колонны (крайней):

Н_с = 19,35м.

Типы колонн

Поскольку Н >10м, принимаем двухветвевые колонны. Размер сечений колонн:

крайних: в подкрановой части h1 ≈(1/10)H1 - для кранов грузоподъёмностью 30т. Тогда h1 ≈(13,45/10) = 1,345м, (примем h₁ = 1300мм (кратно 100 мм.)

В надкрановой части

₂ =

здесь: - привязка кранового пути к разбивочной оси. При Q < 50т, =250 мм.

- привязка осей крайних колонн к разбивочным осям. Поскольку шаг колонн 12м., привязка =250мм.

В_кр - расстояние от оси кранового рельса до торца крана 60мм - минимально допустимый зазор между торцом крана и гранью колонны.

Полученное значение округляется в меньшую сторону кратно 100 мм.

Принимаем h₂ =500мм

Ширина колонны принимается из трёх значений:

 50 см - для шага колонн 12м. Примем b = 500мм.

средних: ₂= 600мм - из условия опирания стропильных конструкций.

0,5м.

Окончательно принимаем ширину средних колонн b=500мм.

Окончательно с учетом конструктивных требований, унификации и стандартизации принимаем типовые колонны по серии КЭ-01-52.

1.3 Определение нагрузок на раму.

Постоянные нагрузки.

Нагрузка от веса покрытия

Таблица 1.

Расчетное опорное давление фермы:

- от покрытия

от фермы

где 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке  

кН - вес фермы.

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

на среднюю:

Наружные панельные стены до отметке 7,2 самонесущие, выше - навесные.

Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления на участке между отметками 7,2…13,8м (-высота панелей, -высота окна):

На участке между отметками 13,8…16,2м:

Расчетная нагрузка от веса подкрановых балок и кранового пути.

Вес подкрановой балки пролетом 12м -115кН, а кранового пути 1,5кН/м. Следовательно, расчетная нагрузка на колонну

.

Расчетная нагрузка от веса колонн.

Крайние колонны:

надкрановая часть

подкрановая часть

Средние колонны:

надкрановая часть

подкрановая часть

Временные нагрузки.

Снеговая нагрузка. Район строительства - г.Рязань, относящийся к II снеговому району, для которого . Расчетная снеговая нагрузка при  и :

на крайние колонны

на средние колонны

Крановая нагрузка. Вес поднимаемого груза Q=300кН. Пролет крана . База крана М=6300мм, расстояние между колёсами К=5100мм, вес тележки ; ;

Расчетное максимальное давление колеса крана при

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

Расчетная поперечная тормозная сила на одно колесо:

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

Вертикальная нагрузка от четырёх кранов на среднюю колонну с коэффициентом сочетаний  равна:

на крайние колонны:

Горизонтальная крановая нагрузка от двух кранов при поперечном торможении:

Горизонтальная сила поперечного торможения приложена к колонне на уровне верха подкрановой балки на отметке 11,1м. Относительное расстояние по вертикали от верха колонны до точки приложения тормозной силы:

для крайних колонн

для средней колонны

Ветровая нагрузка. г.Рязань расположен в I районе по ветровому давлению, для которого . Для местности типа В коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте здания, равен:

на высоте 5м…………………….. 0,5;

то же 10м……………………. 0,65;

« 20м…………………….0,85;

« 40м…………………….. 1,1;

На высоте 18м в соответствии с линейной интерполяцией (Рис.6):

На уровне конька покрытия на высоте 21,92м (отметке 18,32):

На уровне окончания ограждения стеновыми панелями на высоте 19,8м (отметке 16,2м):

Переменное по высоте ветровое давление заменим равномерно распределенным, эквивалентным по моменту в заделке консольной стойки длиной 18м:

При условии  и  значение аэродинамического коэффициента для наружных стен принято:

- с наветренной стороны , с подветренной . Расчетная равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонны до отметки 14,4м при коэффициенте надежности по нагрузке :

с наветренной стороны

с подветренной стороны

Расчетная сосредоточенная ветровая нагрузка выше отметки 14,4 м:

2. Статический расчет поперечной рамы

Расчет рамы будем выполнять методом перемещений. Основную систему получим введением связей, препятствующих горизонтальному смещению верха колонн. Определение усилий в стойках рамы производим в следующем порядке:

по заданным в размерам сечений колонн определяем их жесткость как для бетонных сечений в предположении упругой работы материала;

верхним концам колонн даем смещения  и по формуле находим реакцию  каждой колонны и рамы в целом

- где n - число колонн поперечной рамы;

- для каждого из нагружений (постоянная, снеговая, ветровая, комплекс крановых нагрузок) составляем каноническое уравнение метода

перемещений, выражающее равенство нулю усилий во введенной (фиктивной) и находим значение;

,  

здесь - коэффициент, учитывающий пространственную работу каркаса здания.

Величина  для случая действия на раму крановой (локально приложенной) нагрузки может быть найдена по приближенной формуле:

,                                                    (1)

где п- общее число поперечников в температурном блоке;

- расстояние от оси симметрии блока до каждого из поперечников,

а- то же - для второй от торца блока поперечной рамы (наиболее нагруженной);

- коэффициент, учитывающий податливость соединений плит покрытия; для сборных покрытий может быть принят равным 0,7; m₂=1, если в пролете имеется только 1 кран, в противном случае m₂=0,7

для каждой стойки при данном нагружении вычисляем упругую реакцию в уровне верха:    

определяем изгибающие моменты М, продольную N и поперечную Q силу в каждой колонне как в консольной стойке от действия упругой реакции  и внешних нагрузок.

Для подбора сечений колонн определяем наибольшие возможные усилия в четырех сечениях: I-I - сечение у верха колонны; II-II - сечение непосредственно выше подкрановой консоли; III-III - то же - ниже подкрановой консоли; IV-IV - сечение в заделке колонны.

.1 Геометрические характеристики колонн

Для крайней колонны: количество панелей подкрановой части n=7, расчетная высота колонны Н=18,15 м, в т.ч. высота подкрановой части H=13,45м, надкрановой части H₂ = 4,7м, расстояние между осями ветвей с = 1,05 м.

Момент инерции надкрановой части колонны

Момент инерции одной ветви

Момент инерции подкрановой части  отношение высоты надкрановой части к полной высоте колонн ; отношении моментов инерции подкрановой и надкрановой части колонн:

Вычисляем вспомогательные коэффициенты:

Реакция верхней опоры колонны от ее единичного смещения:

Для средней колонны:

Момент инерции надкрановой части колонны

Момент инерции одной ветви  

Момент инерции подкрановой части

отношение высоты надкрановой части к полной высоте колонн .

Отношении моментов инерции подкрановой и надкрановой части колонн:

Вычисляем вспомогательные коэффициенты:

Реакция верхней опоры колонны от ее единичного смещения:

Суммарная реакция

.2 Усилия в колоннах от постоянной нагрузки

Каждую из колонн рассчитываем на действие постоянной нагрузки без учета смещения верха.

Продольная сила  на крайней колонне действует с эксцентриситетом .

Момент . В надкрановой части колонны действует также расчетная нагрузка от стеновых панелей толщиной 30 см:  с эксцентриситетом

Момент:

Суммарные значения момента, приложенного в уровне верха крайней колонны:

.

В подкрановой части колонны кроме сил  и , приложенных с эксцентриситетом  действуют:

расчетная нагрузка от стеновых панелей  с эксцентриситетом

расчетная нагрузка от подкрановых балок и кранового пути

расчетная нагрузка от надкрановой части колонны

Суммарное значение момента, приложенного в уровне верха подкрановой консоли:

Вычисляем реакцию верхнего конца колонны:

Изгибающие моменты в сечениях колонны равны:

Продольные силы в крайней колонне:

Поперечная сила

Продольные силы в средней колонне:

2.3 Усилия в колоннах от снеговой нагрузки

Продольная сила  на крайней колонне действует с эксцентриситетом  Момент

В подкрановой части колонны эта же сила приложена с эксцентриситетом , т.е. значение момента составляет

Реакция верхнего конца крайней колонны от действия моментов  равна:

Изгибающие моменты в сечениях крайних колонн:

Продольные силы в крайней колонне:

Поперечная сила в крайней колонне:

Продольные силы в средней колонне:

.4 Усилия в колоннах от ветровой нагрузки

Реакция верхнего конца левой колонны от нагрузки :

Реакция верхнего конца правой колонны от нагрузки :

Реакция введенной связи в основной системе метода перемещений от сосредоточенной силы . Суммарная реакция связи:

Горизонтальные перемещения верха колонн при :

Вычисляем упругие реакции верха колонн:

левой

средней

правой

Изгибающие моменты в сечениях колонн:

левой

средней

правой

Поперечные силы в защемлениях колонн:

левой

средней

правой

.5 Усилия в колоннах от крановых нагрузок

Рассмотрим следующие виды загружений:

.        Вертикальная крановая нагрузка  на крайней колонне и  на средней

2.       на средней колонне и  на крайней

.        Четыре крана с  на средней колонне и  на крайних

.        Горизонтальная крановая нагрузка на крайней колонне

.        Горизонтальная нагрузка  на средней колонне.

Загружение 1. На крайней колонне сила =828,406кН приложена с эксцентриситетом  Момент, приложенный к верху подкрановой части колонны

Реакция верхней опоры левой колонны:

Одновременно на средней колонне действует сила  

с эксцентриситетом , т.е.

Реакция верхней опоры средней колонны:

Суммарная реакция в основной системе

Коэффициент, учитывающий пространственную работу каркаса здания, для сборных покрытий и двух кранах в пролете определим по формуле (1) при

:

Тогда

Упругие реакции верха колонн:

левой:

средней:

правой:

Изгибающие моменты в сечениях колонн:

- левой

средней

правой

Поперечные силы в защемлениях колонн:

левой

средней

правой

Продольные силы в сечениях колонн:

левой

средней

правой

Загружение 2. На крайней колонне сила  приложена с эксцентриситетом  т.е.

Реакция верхней опоры левой колонны:

На средней колонне действует сила  

с эксцентриситетом , т.е.

Реакция верхней опоры средней колонны:

Суммарная реакция в основной системе

Упругие реакции верха колонн:

средней:

правой:

Изгибающие моменты в сечениях колонн:

левой

средней

правой

Поперечные силы в защемлениях колонн:

левой

средней

правой

Продольные силы в сечениях колонн:

левой

средней

правой

Загружение 3. На крайних колоннах сила , определенная с коэффициентом сочетаний (четыре крана), действует с эксцентриситетом  т.е.  

Реакция верхней опоры левой колонны:

Реакция правой колонны , средней колонны  (загружена центральной силой ).

Так как рассматриваемое загружение симметрично, то усилия в колоннах определяем без учета смещения их верха. Изгибающие моменты в сечениях колонн:

левой

средней

Поперечные силы в защемлениях колонн:

левой

средней

правой

Продольные силы в сечениях колонн:

левой

средней

правой

Загружение 4. Реакция верхней опоры левой колонны, к которой приложена горизонтальная крановая нагрузка

В частном случае при  значение  может быть вычислено по упрощенной формуле:

Реакции остальных колонн поперечной рамы в основной системе: ;

Суммарная реакция

Упругие реакции верха колонн:

левой

средней

правой

Изгибающие моменты в сечениях колонн:

левой в точке приложения силы :

-

средней

правой

Поперечные силы в защемлениях колонн:

левой

средней

правой

Загружение 5. Реакция верхней опоры средней колонны, к которой приложена горизонтальная нагрузка

Реакции остальных колонн поперечной рамы в основной системе: ;

Суммарная реакция

Упругие реакции верха колонн:

левой и правой

средней

Изгибающие моменты в сечениях колонн:

левой и правой:

средней в точке приложения силы :

Поперечные силы в защемлениях колонн:

левой и правой

средней

.6 Расчетные сочетания усилий

Значения расчетных сочетаний усилий в сечениях колонн по оси А от разных нагрузок и их сочетаний, а также усилий, передаваемых с колонны на фундамент, приведены в таблице 2. Рассмотрены следующие комбинации усилий:

наибольший положительный момент М_max и соответствующая ему продольная сила;

наибольший отрицательный момент М_min и соответствующая ему продольная сила;

наибольшая продольная сила N_тах и соответствующий ей изгибающий момент.

Значение изгибающих моментов и поперечных сил в загружениях 4 и 5 приняты со знаком ±, поскольку торможение тележек крана может осуществляться в обе стороны.

Учитывая, что колонны находятся в условиях внецентренного сжатия, в комбинацию усилий N_тах включены и те нагрузки, которые увеличивают эксцентриситет продольной силы.

Таблица 2. Расчетные усилия в левой колонне (ось А) и их сочетания (изгибающие моменты в кН·м, силы - в кН).

Крановая (от 2х кранов) Мна левой колонне4

,9-82,753

,7780

,139

,525825,406

,865-30,675

,608825,406

,865-17,607

Крановая (от 2х кранов) Мна правой колонне6

,9-36,956

,2600

,170

,153248,932

,039-55,587

,028248,932

,039-7,863

Крановая  на левой колонне10

,940,111

36,0990

40,111

36,0990

105,202

94,6820

10,804

Крановая  на средней колонне12

,94,286

3,8570

4,286

3,8570

16,553

14,8980

0,912

3. Проектирование стропильной безраскосной фермы покрытия

.1 Данные для проектирования

Ферма проектируется предварительно напряженной на пролет 24м, при шаге ферм 12м. Ферма изготовлена из тяжелого бетона класса В40: ; ; ; ;

Напрягаемая арматура нижнего пояса - семипроволочные канаты Æ15 К-7 из проволоки диаметром 5мм ; ; ; расчетная площадь поперечного сечения каната .

Ненапрягаемая арматура верхнего пояса, стоек и узлов:

стержневая класса A-III:

;  при ;

;  при ;

.

проволочная класса Вр-I:

;  при ;

;  при ;

;  при ;

.

.2 Определение нагрузок на ферму

Равномерно распределенную нагрузку от покрытия согласно таблице 1. прикладываем в виде сосредоточенных сил к узлам верхнего пояса. Вес фермы 142кН также учитывается в виде сосредоточенных сил, приложенных к узлам верхнего пояса. Снеговую нагрузку рассматриваем приложенной в двух вариантах:

) вся снеговая нагрузка по всему пролету и по половине пролета является кратковременно действующей;

) доля длительно действующей снеговой нагрузки, принимаемая равной 0,5 от полной также прикладывается по всему и по половине пролета фермы.

Таблица 3 Нагрузки на покрытие.

Постоянная - кровля - ребристые плиты

ферма

,27

,1

,1

,8

Узловые расчетные нагрузки по верхнему поясу фермы:

Постоянная:

Длительная снеговая:

Кратковременная (полная) снеговая:

Узловые нормативные нагрузки соответственно:

3.3 Определение усилий в элементах фермы.

Для вычисления продольных усилий в элементах фермы определяем сначала усилия от единичных нагрузок. Это можно сделать методом вырезания узлов, построением диаграммы Кремона, с помощью ЭВМ и другими способами. Для облегчения выполнения курсового проекта в табличной форме приводятся продольные усилия в элементах фермы пролетом 24м от единичных нагрузок, определенные с помощью ЭВМ в программе «ЛИРА 9.0». Нумерация элементов приведена на рисунке. Усилия от действующих нагрузок получаются умножением единичных усилий на значения узловых нагрузок . Результаты расчета сведены в таблице 5. В графы 4,5,6,7 занесены усилия от нормативного и расчетного значений длительной и полной кратковременной снеговой нагрузки.

Таблица 4 Усилия в элементах фермы от единичных загружений.

«+» - усилия при растяжении

«-» - усилия при сжатии

Загружение всего пролета фермы единичной нагрузкой.

Загружение половины пролета фермы единичной нагрузкой.

Таблица 5. Усилия в элементах фермы

3.4 Расчет нижнего пояса по I-ой группе предельных состояний.

.4.1 Подбор площади сечения продольной напрягаемой арматуры

Нижний пояс испытывает внецентренное растяжение от совместного действия усилий. Сечение пояса ; ,

Требуемая площадь сечения напрягаемой арматуры в случае малых эксцентриситетов  находим по формуле:

,

Принимаем по 6Æ15 К-7  у верхней и нижней граней нижнего пояса.. Коэффициент армирования сечения

В нижнем поясе конструктивно предусматривается установка у верхней и нижней граней пояса П-образных сварных сеток С1 (продольные стержни - Æ8 Вр-I и поперечными - Æ5 Вр-I).

.4.2 Определение потерь предварительные напряжения

Величину начального предварительного напряжения принимаем равной .

Коэффициент точности натяжения арматуры , где  при механическом способе натяжения арматуры.

Определяем потери предварительного напряжения в арматуре нижнего пояса при коэффициенте точности натяжения .

Первые потери.

От релаксации напряжений в натянутой арматуре

От перепада температур натянутой арматуры и натяжных устройств при

От деформации анкеров натяжных устройств

,

где ;

 расстояние между наружными гранями упоров.

Для определения потерь  от быстронатекающей ползучести последовательно определяем:

напряжение в арматуре с учетом вычисленных потерь

усилие в арматуре с учетом вычисленных потерь

напряжение в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры при

,

где

коэффициент

уровень обжатия

потери от быстронатекающей ползучести

Итого первые потери

Усилие обжатия с учетом первых потерь при

Вторые потери.

От усадки бетона класса В40, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении

От ползучести бетона при

, где

Итого вторые потери

Полные потери

Усилие обжатия с учетом полных потерь и

.4.3 Проверка нижнего пояса по прочности в стадии изготовления

Наибольшие усилия в нижнем поясе при обжатии возникает в первой панели:

;

,

где  и усилие в первой опорной панели от единичной нагрузки по схеме 2;

Усилие обжатия с учетом первых потерь.

Эксцентриситет продольной силы в сечении 1-ой панели

,

что близко к величине случайного эксцентриситета . При этих условиях нижний пояс рассматриваем как сжатый со случайным эксцентриситетом элемент при прочности бетона . В соответствии с таблицей 15 СНиП 2.03.01-84 коэффициент условий работы бетона в стадии обжатия .

При гибкости  и отношении  принимаем коэффициент . Поскольку в стадии обжатия прочность нижнего пояса обеспечивается только бетоном, проверку выполняем из условия

,

тогда , следовательно, прочность нижнего пояса при обжатии обеспечена.

.4.4 Проверка прочности наклонных сечений нижнего пояса по поперечной силе

Максимальная поперечная сила от расчетных нагрузок при  равна , соответствующая ей нормальная сила .

Минимальная поперечная сила, воспринимаемая бетоном:

Т.к. , то по расчету поперечная арматура не нужна. По конструктивным соображениям принимаем в нижнем поясе хомуты Æ4 Вр-I с шагом 300мм.

.4.5 Расчет нижнего пояса по II-ой группе предельных состояний

Расчет нижнего пояса по образованию трещин.

Наиболее невыгодное сочетание нагрузок при :

; ; .

Геометрические характеристики приведенного сечения:

определено выше, при определении потерь

,

где

,

где  коэффициент, учитывающий влияние неупругих деформаций бетона растянутой зоны в зависимости от формы сечения, для прямоугольного .

Момент внешних сил относительно ядровой точки сечения

, принимаем

Момент усилия обжатия относительно ядровой точки:

Момент, воспринимаемый сечением при образовании трещин:

,

нормальные трещины в нижнем поясе не образуются.

.5 Расчет сечения верхнего пояса

Верхний пояс испытывает внецентренное сжатие, в связи с чем необходимо учитывать гибкость и длительность действия нагрузки.

Наибольшие усилия от расчетных нагрузок при :

; ;

; .

Размеры сечения ; ; .. Расчетная длина стержня , где наибольшее фактическое расстояние между узлами верхнего пояса; гибкость возникает необходимость учитывать влияние прогиба элемента на его несущую способность.

Случайные эксцентриситеты:

; ;

Принимаем наибольшее значение случайного эксцентриситета

Расчетный эксцентриситет

Определяем условную критическую силу и коэффициент увеличения начального эксцентриситета продольной силы.

)

)

) , где для тяжелого бетона

) В первом приближении принимаем коэффициент армирования верхнего пояса

)

) , принимаем

)

)

) Коэффициент увеличения начального эксцентриситета

) Расчетный эксцентриситет продольной силы

) Вспомогательные коэффициенты

;

Требуемая площадь сечения арматуры верхнего пояса

Коэффициент армирования , что незначительно отличается от принятого в первом приближении.

Принимаем симметричное армирование, располагая по 2Æ14 А-III  у верхней и нижней граней пояса.

Выполним проверку прочности верхнего пояса из плоскости фермы. При этом учитываем только продольную силу со случайным эксцентриситетом ; условие прочности для этого случая

При отношении  и гибкости стержня  принимаем коэффициент

Так как  и промежуточные стержни в сечении отсутствуют, то коэффициент .

Проверяем условие прочности  т.е. устойчивость верхнего пояса из плоскости фермы обеспечена

.6 Расчет опорного узла фермы

Подбираем дополнительную продольную ненапрягаемую арматуру, компенсирующую понижение расчетного усилия в напрягаемой арматуре из-за недостаточной анкеровки последней в узле по формуле:

Принимаем 4Æ16 А-III .

Требуемая длина анкеровки ненапрягаемой арматуры  больше ее фактической длины заделки . В дальнейших расчетах принимаем требуемую длину заделки за линию АВ равной .

Для напрягаемой арматуры из проволоки класса Вр-II длина анкеровки, обеспечивающая полное использование арматуры по прочности, составляет 1000мм.

Площадь поперечных стержней подбирается для двух схем разрушения: от отрыва по линии АВ и от изгиба по наклонному сечению АС.

Расчет на отрыв по наклонному сечению АВ.

Принимаем в опорном узле два каркаса, располагая их у противоположных граней узла; шаг поперечных стержней в каркасе 100мм. Тогда наклонное сечение АВ будет пересекать  стержней (из общего количества пересекаемых стержней исключаем те, которые расположены ближе 100мм от точки А).

Требуемая площадь сечения одного поперечного стержня

где  усилие в напрягаемой арматуре с учетом неполного использования ее прочности на длине заделки ;

усилие в ненапрягаемой арматуре;

угол наклона линии АВ.

Принимаем Æ8 А-III

Расчет на изгиб по наклонному сечению АС.

Требуемая площадь одного поперечного стержня

где  высота сжатой зоны;

длина приопорного узла;  угол наклона приопорной панели верхнего пояса;расстояние от центра тяжести сжатой зоны до равнодействующей усилий в поперечной арматуре узла;

Принимаем в опорном узле поперечные стержни Æ6 А-III с шагом 100мм.

здание тоннель колонна нагрузка

4. Расчет прочности двухветвевой колонны крайнего ряда

Для проектируемого здания принята сборная железобетонная колонна. Бетон- тяжелый класса В20, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении.; ;

Арматура - класса А-ЙЙЙ ; ;

.1 Надкрановая сплошная часть колонны

Расчет проводится для сечения ЙЙ-ЙЙ. В результате статического расчета поперечной рамы (табл.2) имеем следующие сочетания усилий:

1)      М₁=134,193 кН•м г_b2= 1,1

N₁=914,047 кН

2)      М₂= -0,638 кН•м г_b2= 1,1

N₂=692,431кН

3)      М₃=154,348 кН•м

N₃=938,671 кН г_b2= 0,9

Для 1-го и 2-го сочетаний г_b2= 1,1 так как в них входят усилия от кратковременных нагрузок непродолжительного действия (крановые, ветровые). Для 3-го сочетания г_b2= 0,9, так как в него входят только усилия от постоянной и снеговой нагрузок. В данном курсовом проекте выбираем одно наиболее неблагоприятное с точки зрения несущей способности колонны сочетание. Таковым является третье сочетание.

Геометрические характеристики надкрановой части колонны:

; ;

Рабочая высота сечения

Эксцентриситет продольной силы:

Свободная длина надкрановой части при наличии крановой нагрузки в третьем сочетании:

Радиус инерции сечения:

.

Гибкость верхней части колонны:

в расчете прочности сечения необходимо учесть увеличение эксцентриситета продольной силы за счет продольного изгиба. Для этого вычисляем:

.

Момент от постоянной и длительно действующей части временной нагрузки в соответствии с таблицей расчетных сочетаний получаем, что:

,

где  коэффициент, учитывающий длительно действующую часть снеговой нагрузки, .

Продольная сила:

.

;

,

знак "+" перед силами  и принят в связи с положительным значением момента .

, где  для тяжелого бетона.

Так как площадь арматуры надкрановой части колонны неизвестна, зададимся количеством арматуры, исходя из минимального процента армирования.

В связи с тем, что арматура во внецентренно сжатых элементах при  принимаем :

, тогда

.

Условная критическая сила:

.

 устойчивость надкрановой части колонны обеспечена.

Коэффициент продольного изгиба:

Эксцентриситет продольной силы относительно оси, проходящей через центр тяжести растянутой арматуры с учетом влияния продольного изгиба,

.

В случае симметричного армирования сечения  высота сжатой зоны

Относительная высота сжатой зоны

Характеристика сжатой зоны бетона

,

Граничная относительная высота сжатой зоны

,

, следовательно, имеем случай «больших» эксцентриситетов.

армируем сечение верхней части колонны конструктивно, исходя из минимального процента армирования. Принимаем 3Æ18 А-III с .

Количество стержней выбираем с тем расчетом, чтобы наибольшее расстояние между ними не превышало 400мм, а именно - 3шт.

Поперечная арматура принята класса А-III Æ6мм (из условия сварки с продольной рабочей арматурой Æ18мм). Шаг поперечных стержней , что удовлетворяет требованиям норм  и .

Проверяем необходимость расчета надкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной к плоскости поперечной рамы.

Т.к. расчет из плоскости рамы не производится.

.2 Подкрановая двухветвевая часть колонны

Расчет производится для сечений III-III и IV-IV, т.е. на восемь сочетаний усилий

Наиболее невыгодным является сочетание №6 таким образом всё армирование подкрановой части колонны определяется при его расчете.

Геометрические характеристики подкрановой части колонны:

, ;

Размеры сечения ветви:

, , .

Расстояние между осями ветвей:

Количество панелей:

Среднее расстояние между осями распорок:

Высота сечения распорки:

Расчет на шестое сочетание.

Так как в данном сочетании усилий снеговая нагрузка присутствует, знак "-" при вычислении эксцентриситета не учитываем.

, т.к. в данном сочетании присутствует крановая нагрузка, то .

Приведенный момент инерции сечения:

Приведенная гибкость:

 в величине эксцентриситета необходимо учесть прогиб элемента.

Момент от постоянной и длительно действующей части временной нагрузки в соответствии с таблицей расчетных сочетаний получаем, что:

,

где  коэффициент, учитывающий длительно действующую часть снеговой нагрузки, .

Продольная сила:

.

;

,

;

,

следовательно принимаем .

Зададимся предварительным процентом армирования , где площадь сечения арматуры, принятой в виде 3Æ18мм А-III.

Тогда

Критическая сила:

Коэффициент продольного изгиба:

Определяем усилия в ветвях колонны: поперечная сила в сечении IV-IV для сочетания №6 .

Случайный эксцентриситет продольной силы  принимается наибольшим из следующих значений:

1.     

2.     

3.     

Поскольку эксцентриситет , в расчетах используем , тогда.

Итак, для сочетания №6, на одну ветвь имеем:

, т.к , то

 принимаю

- случай внецентренного сжатия (малых эксцентриситетов). Для симметричного армирования ветви:

т.е. арматура по расчету не требуется, сечение нижней части колонны армируем конструктивно, исходя из минимального процента армирования. Принимаем 3Æ18 А-III с .

При расчете из плоскости рамы при наличии вертикальных связей между колоннами :

необходим расчет прочности подкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной к плоскости поперечной рамы.

Расчет производим на сочетание усилий №6, но . Случайный эксцентриситет . Т.к. расчет производится из плоскости рамы, т.е. из плоскости действия внешней нагрузки, изменяются функции сторон рассматриваемого сечения IV-IV. А именно:

 высота сечения

 ширина сечения

Рабочая высота сечения

следовательно принимаем .

В подкрановой части колонны с каждой стороны, параллельной плоскости поперечной рамы, установлено по 4Æ18 А-III: , тогда

Критическая сила:

Коэффициент продольного изгиба:

Эксцентриситет продольной силы:

Следовательно, арматура подобранная при расчете подкрановой части колонны в плоскости поперечной рамы, больше чем достаточно для обеспечения прочности колонны при работе из плоскости рамы.

Поперечную арматуру в ветвях принимаем Æ6 А-III с шагом , что не превышает сечение ветви .

.3 Промежуточная распорка

Максимальная поперечная сила, действующая в сечениях подкрановой части колонны .

Изгибающий момент в распорке:

Поперечная сила в распорке:

Эпюры моментов и поперечных сил в распорке:

Размеры сечения распорки:

Площадь продольной рабочей арматуры при симметричном армировании:

Принимаем конструктивно 3Æ16 А-III с .

Поперечная сила, воспринимаемая бетоном (для тяжелого бетона),

,

следовательно, поперечную арматуру принимаем конструктивно в виде Æ6мм А-III.

Шаг принимается в пределах

Окончательно поперечную арматуру принимаем конструктивно в виде Æ6мм А-III с шагом S=100мм.

5. Расчет фундамента под крайнюю колонну

Грунты основания - однородные. Преобладающий компонент - суглинок полутвердый. Удельный вес грунта . Условное расчетное сопротивление грунта  (согласно заданию). Усилия, передающиеся с колонны на фундамент, соответствуют сочетанию №7 для сечения IV-IV.

Для сочетания №7 имеем: , ,

Материалы фундамента:

бетон класса В15, ; ;

арматура класса А-III, .

.1 Определение геометрических размеров фундамента

Высота фундамента определяется из условий:

обеспечения заделки колонны в фундаменте: для двухветвевой колонны в плоскости рамы

;

;

обеспечения анкеровки рабочей арматуры колонны

,

где 0,25м - минимальная толщина дна стакана (0,2м) с учетом подливки под колонну (0,05м).

, где ; .

Расчетная глубина промерзания в районе г. Рязани равна . Глубина заложения фундамента должна быть не менее . Принимаем высоту фундамента , что кратно 50мм и больше , . Глубина заложения фундамента при этом составит .

Размеры подошвы фундамента.

Площадь подошвы ,

где коэффициент 1,05 учитывает наличие изгибающего момента;

нормативное значение продольной силы с учетом усредненного коэффициента надежности по нагрузке :;

Зададимся соотношением большей стороны подошвы к меньшей , тогда

;

.

Принимаем , кратным 0,3м

Уточняем площадь

Момент сопротивления

Уточняем нормативное давление на грунт:

, при  и

Здесь для суглинка; ;

Уточняем размеры подошвы

;

Принимаем

Устанавливаем размеры фундамента.

Высота фундамента .

Размеры стакана в плане: , , что на 0,6м больше соответствующих размеров поперечного сечения колонны. Толщина стенки стакана по верху .

Вынос подошвы фундамента за грань стакана:

- устраиваем 2 ступень

вылет верхней ступени принимаем

Высота стакана .

Глубина стакана

Толщина дна стакана

Проверяем достаточность принятой высоты подошвы фундамента из условия обеспечения ее прочности на продавливание подколонником. С учетом обязательного подстилающего слоя под подошвой толщиной 100мм из бетона класса В7,5 и , тогда

Следовательно принятая высота ступеней  достаточна.

.2 Расчеты прочности элементов фундамента

Определение краевых ординат эпюры давления

Момент в уровне подошвы

Нормативная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах

Расчет арматуры подошвы фундамента.

а) в плоскости поперечной рамы

Подбор арматуры производим в 3-ех сечениях фундамента, которые в расчетной схеме отражают изменение пролетов и высот сечения консолей.

Сечение I-I

Рабочая высота подошвы

Сечение II-II

Рабочая высота подошвы

Сечение III-III

Рабочая высота подошвы

Подбор арматуры фундамента.

Принимаем шаг стержней  и задаемся расстоянием от края подошвы до первого стержня , тогда количество стержней  определяется по формуле

В направлении длинной стороны подошвы принимаем арматуру 14Æ12 А-III с .

Процент армирования :

в сечении I-I

в сечении II-II

в сечении III-III

Т.к. , то количество принятой арматуры оставляем без изменения.

б) из плоскости поперечной рамы

Производим расчет только для одного сечения IV-IV:

Задания  и , тогда

Принимаем арматуру 17Æ12 А-III с .

Поскольку длина подошвы превышает 3м, каждый 2-ой стержень в продольном направлении не доводим до конца на  (с округлением в меньшую сторону кратно 5 см).

Список литературы

1. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции.

. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.

. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений.

. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. - М.: Стройиздат, 1991

. Кумпяк О.Г. и др. Железобетонные конструкции. Часть1. - М.: Изд-во АСВ, 2003

. Горбатов С.В. и др. Расчет и конструирование железобетонных конструкций одноэтажных промышленных зданий. - М.: МГСУ, 2001

. Заикин А.И. Железобетонные конструкции одноэтажных промышленных зданий. - М.: Изд-во АСВ, 2002

. Шеришевский И.А. Конструирование промышленных зданий и сооружений. - Л.: Стройиздат, 1979

. Фролов Ф.К. и др. Проектирование железобетонных, каменных и армокаменных конструкций. - М.: Изд-во АСВ, 2004

. Георгиевский О.В. Справочное пособие по строительному черчению. - М.: Изд-во АСВ, 2003