Проект каркаса здания

эксцентриситет усилия относительно центра тяжести растянутой арматуры:

м > м.

Значение изгибающего момента не корректируется.

Привожу коробчатое сечение к двутавровому.

Проверка условия:

Н = 3570 кН > N = 1261 кН

выполняется, следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке и расчет выполняется для прямоугольного сечения шириной ;

мм

Здесь

По расчету арматура не требуется и назначается конструктивно. Принимаем минимальный процент армирования от площади поперечного сечения стакана

мм².

Устанавливаем с каждой стороны сечения стакана по 612А300

мм²

Поперечную арматуру определяем из расчета на изгибающий момент по наклонному сечению, проходящему через верхнее ребро стакана, и условную ось поворота колонны внизу.

Местоположение оси поворота определяется в зависимости от величины эксцентриситета от нагрузки по верхнему обрезу фундамента с учетом случайного эксцентриситета.

Эксцентриситет усилия



см < см,

но так как то расстояние y от оси колонны до точки, через которую проходит ось поворота,

см

Поперечное армирование должно воспринять полную величину момента от внешней нагрузки.

В качестве поперечного армирования принимаем сварные сетки из арматуры класса А240 ( МПа). Шаг сеток 10 см по всей высоте стакана.

Площадь сечения поперечных стержней одной сетки в направлении действия изгибающего момента определяем по формуле

мм²

100 + 200 + 300 + 400 + 500 + 600 + 700 + 800 + 900 = 4500 мм

Необходимое сечение одного стержня сетки

мм²

Принимаем диаметр стержня 10 мм с мм²

Проверяем прочность стакана на местное сжатие при осевом положении силы кН.

Площадь смятия

см²

Рабочая площадь

см²

< 2,5

МПа

N = 848,4 кН < 5150 кН,

где = 1 при равномерном распределении нагрузки. Прочность бетона на местное сжатие обеспечена, косвенного армирования не требуется.

Рис. 16. Расчет фундамента на поперечную силу

4. Расчет предварительно напряженной балки покрытия

В качестве варианта несущей конструкции покрытия в проекте принята предварительно напряженная двускатная балка марки 1Б8-12-4 пролетом 12 м. Шаг балок в учебных целях принят 12 м. Расчетный пролет балки

м

Рис. 17. К расчету предварительно напряженной балки покрытия

В курсовом проекте требуется произвести расчет балки по I и II группам предельных состояний.

4.1 Исходные данные для расчета

Балка изготавливается из бетона класса В30, подвергнутого тепловой обработке, для которого

МПа, МПа,

МПа, МПа,

МПа.

Передаточная прочность бетона

МПа

Напрягаемая арматура класса А600 с натяжением на упоры механическим способом имеет:

МПа;

МПа;

МПа;

ненапрягаемая продольная и поперечная арматура класса А400:

МПа

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

В сжатой зоне (верхней полке) установлена сжатая арматура 414А400

с см².

4.2 Определение нагрузок

Нормативные нагрузки:

а) постоянная:

от веса покрытия (см. п. 1.3.1)

кН/м,

от собственного веса балки 4,1 тх9,8 = 40,2 кН

кН/м.

Итого 36,64 + 3,35 = 39,69 кН/м;

б) кратковременная (снеговая)

кН/м.

Суммарная нормативная нагрузка

кН/м.

Расчетные нагрузки:

а) постоянная:

от веса покрытия (см. п. 1.3.1)

кН/м,

от собственного веса балки

кН/м (3,75 кН - собственный вес 1,0 м балки).

Итого 45,2 кН/м;

б) кратковременная (снеговая)

кН/м.

Суммарная расчетная нагрузка

кН/м

4.3 Расчет по первой группе предельных состояний

4.3.1 Расчет прочности по нормальным сечениям

Наиболее опасным для двускатных балок является сечение III-III, находящееся на расстоянии от опоры:

см,

где см - полезная высота сечения на опоре; - уклон верхнего пояса балки;

- пролет балки, равный 1200 см.

Изгибающий момент от расчетной нагрузки в сечении III-III

кНм

Высота балки в сечении III-III (на расстоянии 469 см от опоры или на расстоянии 484 см от торца балки)

Сечение III-III Расчетное сечение

Рис. 18 Сечение III-III и расчетное сечение

Полезная высота сечения

см

Величина предельного напряжения арматуры с учетом точности ее натяжения

МПа

Относительная деформация в растянутой от внешней нагрузки арматуре при достижении в ней напряжения, равного расчетному сопротивлению (для арматуры с условным пределом текучести)

Предельная относительная деформация бетона

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона по формуле

Проверяем положение границы сжатой зоны:

т.е. граница сжатой зоны проходит в ребре, поэтому расчет следует производить следующим образом:

Относительная высота сжатой зоны бетона

Коэффициент условий работы определяется по формуле:

мм²

Принимается 916А600с мм²

Далее следует проверить прочность сечения балки по середине пролета (сечение IV-IV).

Изгибающий момент в этом сечении от расчетной нагрузки

кНм

Полезная высота сечения

см.

Определяем значение при :

Так как , расчет ведем с учетом коэффициента :

Высота сжатой зоны

Проверяем условие



т.е. прочность сечения обеспечена.

4.3.2 Расчет прочности по наклонным сечениям

Расчет на поперечную силу необходимо производить в сечениях, где осуществляется переход опорного ребра балки в стенку, начинается уширение стенки, происходит смена шага поперечных стержней. Для двускатной балки расчет производим как для элемента, сжатая грань которого наклонена под углом к продольной оси, а растянутая - параллельна ей. Вначале определяем по наибольшей поперечной силе в сечении I-I интенсивность поперечного армирования (шаг хомутов) на участке длиной от опоры, затем увеличиваем шаг поперечных стержней на участке . В средней части на участке шаг поперечного армирования назначаем по конструктивным требованиям. При расчете по наклонному стеканию целесообразно рассматривать фактическое загружение балки.

Рис. 19. Схема нагружения балки и эпюра поперечных сил

Сосредоточенная нагрузка от плит покрытия на балку

кН,

где = 3,0 м - номинальная ширина плиты покрытия;

= 0,95 - коэффициент надежности по назначению здания.

Поперечные силы в сечениях балки равны:

на опоре (см. рис. 18):

кН

В сечении под первым грузом

кН;

кН

В сечении под вторым грузом:

кН;

кН

Для учета положительного влияния предварительного напряжения на несущую способность бетона по поперечной силе (коэффициент ) необходимо определить величину усилия предварительного обжатия Р с учетом потерь предварительного напряжения в арматуре.

Первые потери:

а) от релаксации напряжений арматуры при электротермическом способе натяжения

МПа;

б) от температурного перепада

МПа;

в) от деформации анкеров

, так как они должны быть учтены при определении значений полного удлинения арматуры.

Сумма первых потерь равна

МПа.

Вторые потери:

а) от усадки бетона класса В30

МПа;

б) от ползучести бетона

Так как передаточная прочность бетона принята равной 70 % от класса бетона, то значения коэффициента ползучести и начального модуля упругости принимаются для бетона класса В30.

= 2,3; = МПа;

Геометрические характеристики приведенного сечения :

Для упрощения расчета высота свесов полок усредняется (см. рис. 17).

Площадь сечения бетона

мм²

Площадь приведенного сечения

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани балки

мм³

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до нижней грани балки

мм.

Момент инерции приведенного сечения относительно центра тяжести

Усилие обжатия с учетом первых потерь равно

Н

Так как в верхней зоне напрягаемая арматура отсутствует (), то

мм

Вычислим изгибающий момент в середине пролета балки от собственного веса балки, возникающий при ее изготовлении балки в вертикальном положении:

кНм

Напряжение обжатия бетона на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры

МПа

Напряжение бетона на уровне арматуры при

мм;

< 0

Расстояние между центрами тяжести напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения

мм

Коэффициент армирования



МПа

Вторые потери предварительного напряжения

= + = 40 + 62,6 = 100,6 МПа

Суммарная величина потерь напряжения

97,4 + 100,6 = 198 МПа > 100 МПа

Напряжение с учетом всех потерь равно

= 540 - 198 = 342 МПа

Усилие обжатия с учетом всех потерь напряжений Р определяется при значении напряжений в ненапрягаемой арматуре, равных , условно принимаемых равными вторым потерям, т. е. = = 100,6 МПа, а поскольку , напряжение :

Н = 614 кН

Предварительно принимаем поперечную арматуру диаметром 12 мм, класса А400 (МПа) в двух каркасах (n = 2), шаг поперечных стержней в приопорной зоне мм. Проверим прочность наклонного сечения с длиной проекции, равной расстоянию от опоры до первого груза м.

Высота поперечного сечения в конце наклонного сечения равна

мм

Площадь поперечного сечения балки без учета свесов сжатой полки будет

мм²

Отношение

Значения для этого сечения:

Н/мм.

Полезная высота опорного сечения равна

мм

Невыгоднейшее значение вычисляем по формуле (3.68) [6]

мм < = 1850 мм

Принимаем = 448 мм.

Полная и рабочая высота поперечного сечения на расстоянии = 1528 мм от опоры следующая:

мм; мм

Значение для этого сечения

= 1 + 1,6 0,34 - 1,16 0,34² = 1,41

при мм²;

Поперечная сила, воспринимаемая бетоном

Н.

Принимается = = 1528 мм < 2 .

Н.

Значение поперечной силы на расстоянии 464 мм от опоры

кН;

кН кН,

т.е. прочность наклонного сечения на 44 % ниже расчетной поперечной силы в этом сечении.

При реальном проектировании целесообразно повысить класс бетона до В35, тогда

кН кН

Проверяется прочность наклонного сечения с длиной проекции, равной расстоянию от опоры до второго груза м.

Полная и рабочая высоты поперечного сечения на расстоянии 5,85 м от опоры:

мм;

мм.

Поскольку < = 3850 мм, принимается = 3063 мм.

Полная и полезная высоты поперечного сечения на расстоянии = 3063 мм от опоры:

мм;

мм.

Значение для этого сечения без учета сжатых свесов

= 1 + 1,6 0,29 - 1,16 0,29² = 1,37

при мм²;

Поперечная сила, воспринимаемая бетоном,

Н.

Так как > 2 = 2 955,3 = 1910,6 мм, длина проекции наклонной трещины принимается равной = 1910,6 мм.

Тогда

Н

56,3 + 923 = 979,3кН > 274 кН

Так как запас прочности велик, возможно увеличить шаг поперечных стержней.

Таким образом, шаг поперечных стержней мм принимается на участке от опоры до первого груза равным мм. В средней части балки шаг поперечной арматуры мм ( мм).

Интенсивность поперечного армирования при шаге хомутов 300 мм равна

Н/мм² > 0,25

Поскольку

мм < мм,

значение определяется по формуле

Q_sw = 0,75[q_sw1c₀ - (q_sw1 - q_sw2)(c - l₁₎]

Н = 307,01 кН

Следовательно,

56,3 + 307,01 = 363,31 кН > 288,6 кН

Рис. 20. К расчету поперечной арматуры

4.4 Расчет по второй группе предельных состояний

4.4.1 Определение величины момента образования трещин

Приведенный момент сопротивления по растянутой грани

мм³.

Расстояние до верхней ядровой точки

мм.

Момент образования трещин

Нмм

Значения см. в п. 4.3.2.

Коэффициент при и

Момент от нормативной нагрузки в сечении III-III

Следовательно, в сечении III-III образуются трещины, нормальные к продольной оси балки, и необходимо выполнить расчет по определению ширины раскрытия трещин.

4.4.2 Определение ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной оси балки

Ширина раскрытия нормальных трещин определяется по формуле

где - коэффициент, учитывающий продолжительность действия нагрузки и принимаемый равным:

1,0 - при непродолжительном действии нагрузки;

1,4 - при продолжительном действии нагрузки;

0,5 - учитывает профиль арматуры;

1,2 - для растянутых элементов; вычисляются при расчетном усилии для второй группы предельных состояний и 1 - для изгибаемых.

- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами. Допускается принимать , если соблюдаются условия: .

В противном случае определяется по формуле



где ;

кНм.

Так как - эксцентриситет обжимающего усилия Р относительно центра тяжести растянутой арматуры, то

м.

Коэффициент приведения

тогда

.

При , и находим

Для определения напряжения в арматуре определим плечо пары внутренних сил:

мм,

МПа;

= 173,9 МПа < МПа.



Определим приращение напряжений в арматуре при действии постоянных и длительных нагрузок (при )

кН/м;

после чего найдем

кНм;

МПа.

Приращение напряжений в арматуре при образовании трещин

МПа.

Так как

< 0,68,

следовательно, проверяется только непродолжительное раскрытие трещин.

Коэффициент, учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами, равен:

Базовое расстояние между трещинами



мм

Высота зоны растянутого бетона может быть определена для двутавровых сечений следующим образом:

мм³.

Далее определяем расстояние от растянутой грани сечения балки до ее центра тяжести:

мм;

с учетом неупругих деформаций определяем высоту растянутой зоны сечения балки

мм < 2a = 2 90 = 180 мм.

Площадь растянутой зоны сечения балки определяется из формулы

мм².

Таким образом, в результате расчетов ширина раскрытия трещин:

мм;

мм < = 0,4 мм

Используемая литература

1. Железобетонные конструкции. Проектирование одноэтажного производственного здания с крановыми нагрузками: учеб. пособие / СПб Гос. архит.-строит. ун-т. Шоршнев Г.Н., Ерохин М.П., Конев Ю.С.- СПб, 2009. - с.

2. Железобетонные конструкции. Проектирование одноэтажного производственного здания с крановыми нагрузками: учеб. пособие / Шоршнев Г.Н., Конев Ю.С., Г.П. Яковленко. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, СПб, 1993. - 83 с.

3. Пособие по проектированию предварительно напряженных конструкций. Железобетонные конструкции из тяжелого бетона (к СП52-102-2003). - М., 2005

4. Примеры расчета железобетонных и каменных конструкций / В. М. Бондаренко, В.И. Римшин. - М.: Высшая школа, 2006.

5. Примеры расчета железобетонных конструкций/ Учебное пособие для строительных техникумов по спец. «Промышленное и гражданское стр-во». А.П. Мандриков. - М.: Стройиздат, 1979 - 419 с., ил.

6. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие/ А.Б. Голышев, В.Я. Бачинский, В.П. Полищук и др.; Под. Ред. А.Б. Голышева. - К.:Будiвельник. 1985. - 496 с.

7. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства / В.Н. Спиридонов, В.Т. Ильин, И.С. Приходько и др.; Под общ. ред. / Г.И. Бердичевского. - М.: Стройиздат, 1981. - 488 с. (Справочник проектировщика).

8. ГОСТ 25628-90 Колонны железобетонные для одноэтажных зданий предприятий.

9. ГОСТ 3332-54 Краны мостовые электрические общего назначения грузоподъемностью от 5 до 50 т среднего и тяжелого режимов работы. Основные размеры и параметры.

10. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. М. Стройиздат. 1985.

11. СНиП2.01.07-85*. Нагрузки воздействия. - М., 2004.

12. СНиП 2.02.01-84. Основания зданий и сооружений. М. Стройиздат.,1984.

Размещено на Allbest.ru