Расчёт и конструирование сборных и монолитных железобетонных конструкций каркаса одноэтажного производственного здания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполняем расчет от различных загружений каркаса. Составляем таблицу сочетаний усилий в соответствии с ДБН “Нагрузки и воздействия” 1.2-2-06 и нормами на проектирование ж.б. конструкций.

Получив всю информацию о напряженно-деформированной состоянии  всех элементов расчетной схемы, переходим к конструированию колонны

 

Рис.3.2.8.Расчетная схема колонны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет и конструирование колонны по оси Б.

Расчет и конструирование  колонны проводим в пк “Лира” приложение “Лир-АРМ”

Задаемся типами материалов колонны:

Бетон тяжелый класса В 20, подвергнутый тепловой обработке  при атмосферном давлении,  R_b=11,5 МПа;  R_bt=0,9 МПа;  E_b=27×10³ МПа (СНиП 2.03.01-84, табл.13 и 18). Арматура класса  А-III, d>10 мм,  R_S=R_SC=365 МПа,  E_S=2×10⁵ МПа. Поперечная арматура класса А I, R_S=225 МПа, R_Sw=175 МПа, E_s=2.1×10⁵ МПа (СНиП 2.03.01-84, табл.22 и 29).

Производим расчет и  получаем требуемые площади арматуры.

 

Рис.4.1.Расчетная схема колонны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.Конструирование.

 

 

 

 

Рис.4.1.1. Армирование надкрановой и подкрановой части колонны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4.1.2. Армирование сечений колонны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Проектирование  фундамента под колонну по  оси Б

 

5.1. Сведения о материалах

 

Условное расчетное  сопротивление грунта  R₀=0,22 МПа. Глубина заложения фундаментов по условиям промерзания грунтов  Н₁=1,65 м.

Определение глубины заложения фундамента в зависимости от глубины промерзания грунта основания:

,

где: - коэффициент, принимаемый для Крыма равным 0,7;

- коэффициент учета теплового режима здания (для неотапливаемого промышленного здания);

.

 

 Бетон тяжелый класса  В12,5,  R_b=7,5МПа,  R_bt=0,66 МПа,  g_b2=1,1; арматура из горячекатаной стали класса A-II,  R_S=280 МПа. Вес единицы объёма материала фундамента и грунта на его обрезах

 

5.2. Определение усилий .

Для определения значений усилий действующих на верхний срез фундамента в расчетной схеме (пк “Лира”) заменим подкрановую часть колонны рассчитываемого фундамента стержнем типа “КЭ-10”, численно описывающий геометрическую характеристику и жесткость сквозного сечения.

- жесткость элемента на осевое  сжатие.

- жесткость элемента на изгиб в плоскости y

- жесткость элемента на изгиб  в плоскости z

- первая координата ядра сечения

- вторая координата ядра сечения 

 - первая координата ядра сечения

- вторая координата ядра сечения

q – погонный вес (для автоматического определения собственного веса)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт выполняем на наиболее опасную комбинацию расчётных  усилий

 

Расчётные значения усилий	Нормативные значения усилий
M = 1487,0 кН×м	Mn = 1293,1 кН×м
N = 2507,9 кН	Nn = 2180,8 кН
Q = 103,7 кН	Qn = 90,2  кН

 

 

Нормативное значение усилий определено делением расчётных усилий на усреднённый коэффициент надёжности по нагрузке .

 

Определение геометрических размеров фундамента.

Глубину стакана фундамента принимаем H_an = 120 см, что должно быть не менее:

H_an ³0,5+0,33×h=0,5+0,33×1,4=0,962 м, где h=1,4 м – больший размер сечения всей колонны; не менее H_an³1,5×b_col=1,5×0,6=0,9 м, где b_col=0,6 м – больший размер сечения ветви; и не менее  H_an³30d=30×2,8=84 см, где d=2,8 – диаметр продольной арматуры колонны. Расстояние от дна стакана до подошвы фундамента принято 250 мм, тогда минимальная высота фундамента  H_f=1200+250=1450 мм. Принимаем H_f=1800 мм (кратно 300 мм), тогда глубина заложения фундамента  H₁=1500+150=1950 мм.

Фундамент трёхступенчатый, высота ступеней принята 300 мм, высота подколонника 1200 мм.

Предварительно площадь подошвы  фундамента определяем как для центрально нагруженного по формуле:

 

где 1,05 – коэффициент, учитывающий  наличие момента.

Назначая соотношение сторон фундамента  b/a=0,8, получаем:

,  b₁=0,8 × 3,88 = 3,1м.

 

Принимаем размеры подошвы a´b=4,2´3,3 =13,86 м².

Момент сопротивления подошвы:

Так как заглубление фундамента меньше 2 м, ширина подошвы больше 1 м, необходимо учитывать нормативное давление на грунт по формуле:

.

 

 

Определим расчётную  высоту фундамента из условия прочности  на продавливание по формуле:

 м

где h=1,4 м – больший размер сечения колонны

b_col=0,6 м – больший размер сечения ветви

R_bt=R_bt · γ_b2=1,1·0,66=0,726 МПа = 726 кН/м²

 

Полная высота фундамента Н=0, 33+0,05=0,38 м < 1,5 м, следовательно, принятая высота фундамента достаточна.

 

Определяем краевое давление на основание. Изгибающий момент в уровне подошвы фундамента:

Нормативна нагрузка от веса фундамента и грунта на его  обрезах:

G_f = a × b × H₁ × g × g_n = 4,2× 3,3 × 1,95 × 20 × 0,95 = 513,5кН

При условии что:

 

 

Принимаем размеры подошвы a´b=4,5´3,6 =16,2 м²

Момент сопротивления  подошвы:

 

Нормативна нагрузка от веса фундамента и грунта на его  обрезах:

G_f = a × b × H₁ × g × g_n = 4,5× 3,6 × 1,95 × 20 × 0,95 =600,2 кН

_{Проверка напряжений в основании показывает, что размеры подошвы  фундамента достаточны.}

_{Учитывая значительное заглубления фундамента, принимаем его  конструкцию с  подколонником стаканного типа и плитой переменной высоты. Толщина стенок стакана назначают 425мм > 0,2∙h=0,2∙1400=280мм. Зазор между колонной и стаканом поверху 75 мм, понизу 50мм. Высоту ступеней фундамента назначают}

_{Высота подколонника 1200мм}

_{Размеры ступеней в плане:}

_{a1=4,5м b1=3,6м}

_{a2=3,0м b2=2,4м}

_{Размеры подколонника:}

_{a3=2,4м  b3=1,5м}

_{Высота  плитной  части фундамента 60см. Проверяем достаточность принятой высоты плитной части из расчета на продавливание.}

Расчет на продавливание  по условию:

,

условие на продавливание выполняется.

Проверяем прочность фундамента на раскалывание:

,следовательно проверяем по формуле:

,прочность на раскалывание обеспечена.

 

5.3. Расчет арматуры фундамента

 

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

;

где

.

Напряжение в грунте в сечении I-I, II-II, III-III (см. рис.6.1):

Изгибающие моменты, возникающие в сечениях I-I, II-II, III-III от реактивного давления грунта как в консоли, для расчета арматуры, укладываемой параллельно стороне  а , определяют по формулам:

;

;

.

Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента:

;

;

.

Назначаем шаг стержней 200 мм, на ширине фундамента b=3,6 м параллельно длинной стороне а  укладываем  18 Æ18 А-II c A_S=45,8 см². Процент армирования

 

 

Определяем изгибающий момент и  площадь сечения арматуры, укладываемой параллельно стороне  b:

;

.

При шаге стержней 200 мм принимают 23 Æ16 A-II c A_S=46,3см². процент армирования

 

5.4. Расчет подколонника.

Продольное армирование  подколонника и его стаканной  части определяем из расчета на внецентренное  сжатие коробчатого сечения стаканной  части в плоскости заделанного торца колонны (IV-IV) и расчета на внецентренное сжатие прямоугольного сечения подколонника в месте примыкания его к плитной части фундамента Размеры коробчатого сечения стаканной части, преобразованное в эквивалентное двутавровое:

b=1,4 м;  h=2, 4 м;  =1,5 м;  =0,425 м;  =0,04 м;  =2,36 м; =0,04/2,36=0,017.

Расчетное усилие в сечении IV-IV при g_f>1:

 

Эксцентриситет продольной силы:

.

Расстояние от центра тяжести сечения растянутой арматуры до силы N:

Проверяем положение  нулевой линии. Так как

> N=2292.9 кН, нулевая линия проходит в полке, и сечение рассчитываем как прямоугольное шириной  b_f’=150 см.

Принимаем симметричное армирование, тогда высота сжатой зоны:

.

Сечение симметричной арматуры:

, т.е. продольная арматура по расчету не нужна. Назначаем в соответствии с конструктивными требованиями не менее 0,04 % площади поперечного сечения подколонника: A_S=A_S’=0,0005×150×240=18 см². Принимаем с каждой стороны подколонника  6Æ18 A-II c A_S=A_S’=18,85 см². У длинных сторон подколонника принимаем продольное армирование  8 Æ18 A-II.

Прочность сечения V-V не проверяем, так как усилия от полученных ранее отличаются незначительно.

Поперечное армирование подколонника определяем по расчету на момент от действующих усилий относительно оси, проходящей через точку поворота колонны.

Так как  0,5×h_c=0,5×1,4=0,67 > e₀=0,61 м > h_c/6=1,4/6=0,23 м, поперечное армирование определяют по формуле:

,

  Sz_i=7.5+22.5+37.5+52.5+67.5+82.5+97.5+112.5=480 cм – сумма расстояний от точки поворота колонны до сеток поперечного армирования подколонника при шаге сеток 150 мм и расстоянии от верха стакана до верхней сетки 75 мм.

Необходимая площадь  сечения одного рабочего стержня (при  четырех стержнях в каждой сетке):  A_SW=4.5/8=0,5625 см². Принимаем  Æ9 A-I c A_SW=0,636см².

 

 

5.5 Конструирование.

 

 

Рис. 5.5.1. Схема армирования фундамента.

6.Расчет сборной предварительно напряженной арки пролетом 36м.

 

6.1. Данные для проектирования.

Бетон тяжелый класса В30 ( при ; ; при ; ; для бетона естественного твердения ;

; ).

Предварительно напрягаемая  арматура затяжки – высокопрочная  проволока периодического профиля класса Вр-II ( ; ; ); натяжение арматуры производится механическим способом на упоры с применением инвентарных зажимов.

Ненапрягаемая арматура класса А-III Ø 10-40 мм ( ; ; ).

Затяжка относится к  конструкциям  3-й категории трещиностойкости.  Прочность бетона к моменту отпуска  натяжных устройств (передаточная прочность) принимается .

6.2. Расчетный пролет и нагрузки.

Расчетный пролет арки  ,

где а – расстояние от торца арки до точки опирания на колонну.

Расчетная постоянная нагрузка на 1 м с учетом веса арки

 Расчетная временная нагрузка при , для г.Севастополя

 

 

 

6.3. Геометрические характеристики и усилия в сечениях арки.

Арку рассчитываем как двухшарнирную с затяжкой. Из соображений унификации блоков ось арки выполняем по круговому очертанию.

Варианты загружения и статическая схема арки приведены  на рис. 6.1.