Министерство образования Республики Беларусь Белорусская государственная политехническая академия Кафедра „ Железобетонные и каменные конструкции " РАСЧ Е Т Н О - П ОЯ С Н И Т ЕЛ Ь Н А Я З А П И С К А к курсовому проекту на тему: "Одноэтажное каркасное промышленное здание " по дисциплине: "Железобетонные и каменные конструкции " Исполнитель: студент гр. 111222 Иванов И.И. Руководитель: Иванов И.И. Минск 2001 г Ра СОДЕРЖАНИЕ Введение. .............................................................................................................................. 3 1.1. Задание на проектирование ..................................................................................... 5 1.2. Определение генеральных размеров поперечной рамы цеха. .............................. 6 2. Установление нагрузок на поперечную раму цеха. .................................................. 7 2.1. Нагрузка от собственного веса конструкции покрытия ....................................... 7 2.2. Снеговая нагрузка..................................................................................................... 9 2.3. Ветровая нагрузка ................................................................................................... 10 2.4. Крановая нагрузка .................................................................................................. 12 3. Статический расчёт рамы. ......................................................................................... 14 4. Расчет стропильной двускатной балки..................................................................... 14 4.1. Задание на проектирование. .................................................................................. 14 4.2. Предварительное назначение размеров балки ..................................................... 14 4.3. Определение площади рабочей арматуры. .......................................................... 15 4.4. Определение потерь ............................................................................................... 17 4.5. Расчёт прочности наклонных сечений по поперечной силе. ............................. 19 4.6. Расчёт по образованию трещин нормальных к оси балки. ................................. 22 Расчёт конька балки........................................................................................................... 24 4.7. Расчёт балки на трещиностойкость при транспортировке и монтаже. ............. 25 4.8. Расчёт балки по образованию трещин, наклонных к продольной оси элемента.30 5. Расчёт и конструирование колонны крайнего ряда. ............................................... 33 5.1. Исходные данные: .................................................................................................. 33 5.2. Расчёт надкрановой части колонны. ..................................................................... 33 5.3. Расчёт подкрановой части колонны. .................................................................... 38 6. Расчёт внецентренно нагруженного фундамета под крайнюю двухветвевую колонну. ............................................................................................................................... 42 6.1. Конструктивное решение. Основные геометрические размеры. ....................... 42 6.2. Определение нагрузок и усилий, действующих на основание и фундамент ... 43 6.3. Определение размеров подошвы фундамента. .................................................... 44 6.4. Расчёт тела фундамента. ........................................................................................ 45 Литература .......................................................................................................................... 53 ВВЕДЕНИЕ. В разрабатываемом курсовом проекте рассчитывается железобетонный каркас одноэтажного производственного здания согласно основным принципам расчета, конструирования и компоновки железобетонных конструкций. Сбор нагрузок осуществляется в соответствии со СНиП 2.01.07-85 'Нагрузки и воздействия', а расчет конструкций — в соответствии со СНиП 2.03.0184* 'Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования'. Сравнительно большие пролеты современных промышленных зданий наиболее экономично перекрывать ж/б балками, так как ж/б фермы получатся очень трудоёмкими и более сложными в монтаже. Для уменьшения нагрузок вместо применявшихся долгое время и продолжающих применяться сейчас тяжелых железобетонных плит покрытия в проекте применяется легкое покрытие из лёгкого ж/б с использованием эффективного утеплителя. Применявшиеся ранее железобетонные подкрановые балки были очень недолговечны и быстро выходили из строя вследствие плохого восприятия динамической нагрузки. Сейчас они полностью вытеснены стальными подкрановыми балками. Под предельным понимается такое состояние конструкции, после достижения которого ее дальнейшая нормальная эксплуатация становится невозможной вследствие потери способности сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получения недопустимых перемещений и местных повреждений. Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности — предельные состояния первой группы и по пригодности к нормальной эксплуатации — предельные состояния второй группы. Расчет по предельным состояниям первой группы должен обеспечит необходимую прочность и устойчивость конструкции, чтобы предотвратить: хрупкое, вязкое или иного характера разрушение; потерю устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций т.п.) или ее положение (расчет конструкции на опрокидывание, скольжение, всплытие и т.д.); усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под действием многократно повторяющейся нагрузки — подвижной или пульсирующей: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и перекрытий под неуравновешенные машины и т. п.); разрушение от совместного действия силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (агрессивная среда, попеременное замораживание и оттаивание и т. п.). Расчет по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить: образование в конструкциях трещин и их чрезмерное или длительное раскрытие (если по условиям эксплуатации образование или длительное раскрытие трещин недопустимо); чрезмерное перемещения (прогибы, углы поворота и перекоса, колебания). Расчет по предельным состояниям конструкций в целом, а также отдельных ее элементов производится для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации, причем расчетные схемы должны соответствовать принятым конструктивным решениям. При расчете по предельным состояниям учитывают следующие факторы: нагрузки и воздействия, их вероятные отклонения (в основном превышение) от средних значений, неблагоприятное сочетание нагрузок постоянных и временных (длительных, кратковременных и особых); механические характеристики бетона и арматуры (временное сопротивление, предел текучести), изменчивость этих характеристик, условия работы материалов; общие условия работы конструкций, условия ее изготовления, агрессивность среды и т.п. В расчетных формулах отклонения нагрузок учитываются коэффициентом надежности по нагрузке f, изменчивость механических характеристик материалов — коэффициентами надежности по бетону b и арматуре s, условия работы — коэффициентами bi, si, степень ответственности зданий и сооружений — коэффициентами надежности по назначению конструкций n = 0.8 1. На коэффициент n умножаются расчетные нагрузки или усилия либо делятся расчетные сопротивления материалов или несущая способность элемента. Таким образом, расчетом по предельным состояниям гарантируется, что за расчетный период эксплуатации сооружения не наступит ни одно из недопустимых предельных состояний для конструкции в целом и для отдельных ее частей. 1.1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ Запроектировать в сборном железобетоне одноэтажное промышленное здание по исходным данным. Исходные данные Таблица 1.1 Схема поперечной рамы здания Пролет, м 22 Шаг колонны, м 9 Количество шагов колонны 16 Высота до оголовка подкранового рель- 12 са, м Грузоподъемность крана, тс Несущая стропильная конструкция 16 Двускатная балка Сопротивление грунта, МПа 0.24 Район строительства Казань Напрягаемая арматура AIIIв Утеплитель z = 12 см = 300 кг/м3 Требуется: 1. На основании эскизного проектирования выбрать основной вариант конструктивного решения здания. 2. Произвести статический расчет поперечной рамы цеха. 3. Рассчитать железобетонные конструкции: — предварительно напряженную стропильную конструкцию; — колонну крайнего ряда; — фундамент под колонну. 1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕНЕРАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ЦЕХА. Компоновку поперечной рамы начинают с установления основных габаритных размеров элементов конструкций в плоскости рамы. Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса и расстоянием от головки кранового рельса до низа конструкций покрытия. Высота от уровня рельса до низа стропильных ферм h2 hк 100+f, кратна 200 мм h2 2300 100 + 250 2650 мм Принимаем h2=2700 мм Размер верхней части колонны — Нв h2+ hб , где hбвысота подкрановой балки (принимаем 1200 мм) Нв 2700+1200 3900 мм Высота цеха от уровня пола до низа балки H= h1 +h2=12000+2700=14700 Высота нижней части колонны — Нн H – Нв + 0,15 14.7-3,9+0,15 10.95 м Привязку нижней грани колонны к разбивочной оси принимаем 250 мм Высота сечения верхней части колонны назначаем h2 = 600 мм. Высота сечения нижней части колонны h1 зависит от принятой привязки грани колонны к разбивочной оси и от привязки кранового рельса и равна их сумме. Высота сечения нижней части колонны будет равна h2 1200 мм. 1 1 1 1 Ширина сечения колонны равна b h2 1200 600 480 20 25 20 25 Принимаем b=500 мм Рис. 1. Генеральные размеры поперечной рамы цеха. 2. УСТАНОВЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ПОПЕРЕЧНУЮ РАМУ ЦЕХА. На поперечную раму цеха действуют постоянные нагрузки от веса ограждающих и несущих конструкций здания, временные от мостовых кранов и атмосферные воздействия снега ветра. На здание может действовать одновременно несколько нагрузок и возможно несколько комбинаций их с учетом отсутствия некоторых из них или возможного изменения схем их приложения. Поэтому раму рассчитывают на каждую из нагрузок отдельно, а затем составляют расчетную комбинацию усилий при невыгодном сочетании нагрузок. При этом значения нагрузок должны подсчитываться отдельно, если даже они имеют одинаковые схемы распределения на конструкции, но отличаются по длительности воздействия. 2.1. НАГРУЗКА ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЯ Постоянные нагрузки на ригель рамы от веса кровли, стропильных ферм и связей по покрытию принимаются обычно равномерно распределенными по длине ригеля. Постоянные нагрузки зависят от типа покрытия, которое может быть тяжелым или легким, утепленным или не утепленным. В данном курсовом проекте применяется тип покрытия ж/б плиты. Покрытие состоит из ж/б плит, опирающихся непосредственно на балки, пароизоляции, теплоизоляционного слоя водоизоляционного ковра, защитного слоя. защитным. Нагрузка от покрытия определяется суммированием отдельных элементов его значения, которых сведены в таблицу: Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2 покрытия Табл.1.2 № 1 2 3 4 5 6 7 8 Наименование нагрузки Нормативная Н/м2 I Постоянная Бранирующий слой из гравия втопленного в битумную мастику 300 кг/м3 Гидроизоляционный ковер из 3х слоев рубероида на битумной мастике 200 кг/м3 Цементно-песчаная стяжка, = 3 см = 2000 кг/м3 Утеплитель минераловатный = 12 см = 300 кг/м3 Пароизоляция из одного слоя рубероида = 50 кг/м3 Выравнивающий слой из цементного р-ра =20 мм =2000 кг/м3 Сборная ж/б ребристая плита, = 70 мм = 2500 кг/м3 Собственная масса балки ИТОГО 9 ВСЕГО f n Расчетная, Н/м2 300 1.3 0.95 370,5 200 1,2 0,95 228 600 1,3 0,95 741 360 1,1 0,95 376,2 50 1,2 0,95 57 400 1,3 0,95 494 1750 1,1 0,95 1828,75 631,31 1,1 0,95 659,72 4291,31 II Временная Снеговая нагрузка г. Казань 1500 5791,31 Расчетная нагрузка на погонный метр балки: qмрасч g∙B 6550,17·9 58,95 кН/м. Нормативная нагрузка на погонный метр балки: qмn gn∙B 5791,31·9 52,12 кН/м. 4755,17 1,4 0,95 1795 6550,17 2.2. СНЕГОВАЯ НАГРУЗКА Расчетная погонная снеговая нагрузка на балку определяется по формуле: s sо∙μ∙B∙γn∙γf , где so — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемая в зависимости от района строительства. Город Казань расположен в IV–ом снеговом районе. Нормативное значение снеговой нагрузки so 1.5 кПа; μ — коэффициент, учитывающий конфигурацию покрытия; для расчета рамы принимается μ = 1; γf — коэффициент надежности по нагрузке, для снега принимаемый в зависимости от отношения нормативной нагрузки от веса покрытия к нормативному значению веса снегового покрытия. Отношение gn/so = 5,79/1.5 = 3.86 > 0.8, следовательно, γf = 1.4; B — шаг стропильных конструкций. Определим расчетную погонную снеговую нагрузку на балку: s sо∙μ∙B∙γn∙γf = 1.5∙1∙9∙0.95∙1.4 = 17.955 кН/м; Определим нормативную погонную снеговую нагрузку на балку: sn sо∙μ∙B= 1.5∙1∙9= 13.5 кН/м. ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА 2.3. Расчет поперечных рам здания выполняется только на статическую составляющую ветровой нагрузки ,соответствующей установившемуся напору на здание. Характер распределения статической составляющей ветровой нагрузки определяется по формулам: с наветренной стороны (напор) wm = wokcγnγf , где wo — нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от района строительства. Город Казань расположен в II–ом ветровом районе, wo 0.30 кПа; k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления в зависимости от высоты здания с — аэродинамический коэффициент; c 0.8 для наветренной стороны, c 0.6 для подветренной стороны. Погонная ветровая нагрузка на колонну равна: qw = wokcγf B = 0.30k0.8(0.6)1.4 9, кН/м т.к k меняется в зависимости от высоты, то и qw будет также изменяться в зависимости от высоты. Для упрощения расчёта фактическую ветровую нагрузку заменяем эквивалентной, равномерно распределенной по высоте колонны. Величину эквивалентной нагрузки находим из условия равенства изгибающих моментов в защемлённой стойке от фактической эпюры ветрового давления и от равномерно распределённой нагрузки. Ветровую нагрузку на шатёр (от низа до верха балки), заменяем сосредоточенной силой W, приложенной в уровне низа балки: qнаветр. 0.31.40.890.300.75 2.268 кН/м; qнаветр. 0.31.40.890.301.0 3.024 кН/м; qнаветр. 0.31.40.890.301.1175 3.38 кН/м; W=0.5(3.38+3.52) 1.8=6.21 кН W’=W0.6/0.8=4.66 кН M qв (hв hн ) 2 2M 2 321.61 qв 2.92 кН / м 2 2 (hв hн ) (3.9 10.95) 2 qв' qв' 0.6 0.6 2.92 2.19 кН / м 0.8 0.8 2 M 5 2.268 2.65 5 2.268 7.65 0.5 5 0.756 5 5.15 4.7 3.024 12.5 3 2 0.5 4.7 0.356 5 10.15 321.61 кН м 3 Рис. Схема нагрузок на крайнюю колонну. КРАНОВАЯ НАГРУЗКА 2.4. Производственные здания часто оборудуются большим числом мостовых кранов в каждом пролете. Одновременная работа всех кранов в режиме их максимальной грузоподъемности, отвечающая наиболее неблагоприятному воздействию на поперечную раму, маловероятна. Поэтому при расчете однопролетных рам крановую нагрузку учитывают только от двух кранов наибольшей грузоподъемности с учетом коэффициента сочетаний. Вертикальная крановая нагрузка передается на подкрановые балки в виде сосредоточенных сил Fmax и Fmin при их невыгодном положении на подкрановой балке. Расчетное давление на колонну, к которой приближена тележка, определяется по формуле: Dmax = γn∙γf∙ψ∙∑Fmax∙yi; на противоположную колонну: Dmin = γn∙γf∙ψ∙∑Fmin∙yi, где γf = 1.1 — коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок; ψ = 0.85 — коэффициент сочетаний при совместной работе двух кранов для групп режимов работы кранов 1К–6К; Fmax — наибольшее вертикальное давление колес на подкрановую балку; Принимаем следующие характеристики для крана Q = 16т: Fmax = 185 кН, база крана А = 4400 мм, ширина крана В = 6300 мм, масса тележки 53 кН, масса крана 310 кН. B A Fmax Fmax Fmax 0.300 0.789 1 Fmax 0.511 Рис. 3. . Минимальное давление колес крана можно определить по формуле Fmin = (Q G)/n0 Fmax, где Q — грузоподъемность крана в т; G — полный вес крана с тележкой; n0 — число колес на одной стороне крана. Fmin = ( 310 160 ) / 2 185 = 50 кН. Dmax = 0.951.10.851852.60 = 427.25 кН; Dmin = 0.951.10.85502.60 = 115.47 кН. При торможении тележки крана на колонны рамы действует горизонтальная поперечная нагрузка. Нормативная горизонтальная поперечная сила Тоn действующая вдоль моста крана, при гибком подвесе определяется по формуле Тоn = 0.05(Q + Gт)/n0, где Gт — вес тележки. Тоn = 0.05(160 + 53)/2=5.325 кН. Расчетное горизонтальное давление на колонну от двух сближенных кранов равно: Т = γn∙γf ∙ψ∙Ткn∙∑ yi = 0.95∙1.1∙0.85∙5.325∙2.60 = 12.30 кН. 3. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РАМЫ. Статический расчёт рамы выполняется на основании собранных выше нагрузок и по определённым ранее размерам поперечной рамы цеха. Статический расчёт необходим нам для дальнейшего расчёта колонны и фундамента. Расчет производим на комплексе ЛИРА, с использованием программы подготовки файла исходных данных kp2. Результаты расчета приведены в приложении 1. 4. РАСЧЕТ СТРОПИЛЬНОЙ ДВУСКАТНОЙ БАЛКИ. 4.1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ. Рассчитать и законструировать предварительно-напряжённую двускатную балку для покрытия промышленного здания. Расстояние между разбивочными осями здания L 22 м; шаг балок В 9 м. Балка изготавливается из бетона В40 с тепловой обработкой; армирование напрягаемая арматура AIIIв, натягиваемая механическим способом. Конструктивная арматура из стали класса АIII. Расчетные данные. Принимаем класс бетона B40: Eb 36000 МПа Rb 22 МПа Rb ,ser 29 МПа Rbt 1.4 МПа Rbt , ser 2.10 МПа Принимаем арматуру AIIIв: Es 180000 МПа Rs ,ser 540 МПа Rs 490 МПа Принимаем арматуру AIII: Es 200000 МПа Rs ,ser 390 МПа Rsw 390 МПа Rs 365 МПа Rsc 200 МПа sp Rs ,ser 540 МПа Rsc 365 МПа 4.2. Rsw 290 МПа ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ РАЗМЕРОВ БАЛКИ В общем случае размеры сечений балок назначаются из следующих соображений: высота сечения по средине балки h 1 / 10…1 / 15 L; уклон верхнего пояса 1 / 12; ширина верхней сжатой полки bf' 1 / 50…1 / 60 L (обычно 300500 мм); ширина нижнего пояса 300400 мм с учётом удобства размещения всей напрягаемой арматуры; толщина стенки b 60…120 мм; уклоны скосов полок 3045о; высота сечения на опоре типовых балок 790 мм. Приняты следующие размеры сечения балки: b 'f 40 см , h'f 20,5 см , b f 30 см , h f 21см ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ РАБОЧЕЙ АРМАТУРЫ. 4.3. Высота балки в коньке равна 170 см. Определим расчётный пролёт l0 2200 2.5 2 2 0.5 (60 25 2.5) 2162.5 см Определим наиболее опасное сечение x 0.37lo 0.37 21.625 8.0 м Момент в наиболее опасном сечении равен qx 58.95 8.0 M (lo x) (21.625 8.0) 3212.86 кН м 2 2 Граничная высота сжатой зоны бетона равна: 0.6916 R 0.718 , где SR 50 0.6916 (1 ) 1 (1 ) 1 500 1.1 1.1 0.85 0.008 Rb b 2 0.85 0.008 22 0.9 0.6916 Высота балки в опасном сечении 1 h 79 (800 16,25 2,5) 147 см 12 Для арматуры класса АIIIв SR RS SP 490 540 50 МПа Определяем положение нейтральной оси М П Rb b2 b 'f h 'f h0 0,5h 'f Rsc As' z s h0 = h - a = 114 - 9 = 138 см zs = h0 - a' = 138 - 8 = 130 см М П 22 100 0,9 40 20,5 138 0,5 20,5 365 100 6.16 130 2366.44 кН м М П 2344.66 кН м М x 3212.86 кН м — при таком соотношении н.о. проходит в ребре. Имеем второй случай расчета тавровых сечений. h' M (b 'f b)h 'f Rb (h0 f ) As Rsc z s 2 Определяем m 2 bh0 Rb b 2 20.5 ) 365 100 6.16 130] 2 m 0.316 22 100 0,9 10 1382 По m =0.316 находим 0,393 и 0.803 R 0.393 0.718 — сечение непереармировано. Можем продолжать расчет. bh0 Rb b 2 (b 'f b)h 'f Rb b 2 As Rsc Asp Rsp s 6 3212.86 105 [( 40 10) 20.5 22 100 (138 10 0.393 138 22 100 0.9 (40 10) 20.5 22 100 0.9 6.16 365 100 45.05 см 2 490 100 1.14 где s 6 — коэффициент, который учитывает работу стали за пределами условного предела текучести, определяется по формуле 0.393 1 1.14 1,15 s 6 1 2 1 , s 6 1,15 1,15 1 2 0.718 R где — коэффициент, принимаемый равным 1,15 для арматуры класса AIIIв Принимаем s 6 1.14 Для обеспечения трещиностойкости преднапряженной железобетонной балки площадь рабочей арматуры увеличим на 10% Аsp 45.05 4.505 49.56 см2 Окончательно принимаем 16Ø20 AIIIв с Аsp = 50.29 см2 Определение геометрических характеристик сечения Для арматуры класса AIII α = Es / Eb = 200000 / 36000 = 5,56 Для арматуры класса A-IIIв α = Es / Eb = 180000 / 36000 = 5,0 Определяем площадь приведенного сечения Ared bi hi 40 20.5 21 30 10 (147 21 20.5) 5 50.29 5.56 6.16 2790.70 см 2 Определяем статический момент железобетонной балки относительно оси, проходящей по линии грани сечения 20.5 S red bi hi yi 40 20.5 147 5.56 6.16 147 8 10 147 20.5 21 2 21 147 20.5 21 21 30 21 5 50.29 9 203579.99 см 3 2 2 Определяем расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения S 203579.99 y0' 147 72.95 74.05 cм y0 red 72.95 см Ared 2790.70 Определяем момент инерции приведенного сечения 40 20.53 20.5 2 I red I i Ai y 40 20.5 74.05 5.56 6.16 (74.05 8) 12 2 2 2 i 30 213 21 (147 20.5 21)3 10 30 21 72.95 5 50.29 (72.95 9) 2 12 2 12 2 (147 20.5 21) 10 (73.75 72.95) 2 8003589.58 см 4 Определение упругого момента сопротивления балки I 8003589.58 109713.36 см 3 а) для нижней растянутой грани сечения Wred red y0 72.95 I 8003589.58 108083.59 см 3 б) для верхней сжатой грани сечения W red' red' y0 74.05 4.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ Определение потерь предварительного напряжения арматуры в балке при механическом способе натяжения. Натяжение на упоры. I. Первые потери 1. Потери от релаксации напряжений проволочной арматуры 1 0.1 sp 20 0.1 540 20 34 МПа 2. Потери от температурного перепада 2 1,25t 1,25 65 81,25МПа где Δt — разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров (вне зоны нагрева) , воспринимающих усилие натяжения, ºС. 3. Потери от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств l 4.25 3 Es 180000 33.33МПа l 22950 где Δl — смещение стержней в инвентарных зажимах, определяемое по формуле l 1,25 0,15d 1,25 0,15 20 4.25 мм d — диаметр стержня, мм l — длина натягиваемого стержня, мм Определение коэффициента точности натяжения Значение предварительного натяжения в арматуре вводится с коэффициентом точности натяжения арматуры γsp, определяемым по формуле sp 1 sp 1 0,1 0,9. Знак «плюс» принимается при неблагоприятном влиянии предварительного натяжения, знак «минус» — при благоприятном. Значения Δγsp при механическом способе натяжения арматуры принимаются равными 0,1. Определение суммарных первичных потерь los1 1 2 3 34 81.25 33.33 148.58МПа Определение усилия обжатия балки преднапряженной арматурой P1 sp Asp sp los1 0.9 50.29 540 148.58 100 1771.61Кн Определение эксцентриситета действия силы P1 eop y0 a 72.95 9 63.95 см Определение расчётно-изгибающего момента в середине балки от собственной массы в период ее распалубки q l 2 5.7 21.6252 М с .в . с .в . 0 333.19 кН м 8 8 Нормативный момент М 333.19 М сn.в. с.в. 273.11кН м fсс 1.22 Определяем напряжения в бетоне балки на уровне центра тяжести сечения от действия собственной массы балки и усилия обжатия Р1 bp 3 3 5 P1 eop M с.в. P1 y0 a 1771.6110 1771.6110 63.95 273.1110 Ared I red 2790.70 8003589.58 72.95 9 13.22 МПа Rbp = (0,7–0,8)B = 0,8 · 40 = 32 МПа bp 13.22 0.41 Rbp 32 Определяем расстояние до верхней и нижней ядровых точек rяв n Wred 109713.36 39.31см Ared 2790.70 n 1,6 bp Rbp rян n ' Wred 108083.59 38.73 см Ared 2790.70 1.6 0.41 1.19 1 bp — напряжение в железобетонной балке на уровне центра тяжести сечения Rbp — передаточная прочность бетона Определяем упругопластический момент сопротивления для верхней и нижней граней сечения ' W pl Wred Wpl' Wred γ — зависит от формы и размеров сечения и принимается равным 1,5 Wpl 1.5 109713.36 164570.34 см3 Wpl' 1.5 108083.59 162125.39 см3 4. Определение от быстронатекающей ползучести bp 6 40 bp 0,85 40 0.41 0085 13.94 МПа при Rbp Rbp где α — коэффициент принимаемый по формуле 0,25 0,025Rbp 0,25 0,025 32 1.05 0.8 bp 0.41 0.8 Rbp 0,85 — коэффициент, учитывающий термообработку. Определяем полные первые потери los1 1 2 3 6 148.58 13.94 162.52МПа II. Вторые потери 1. Потери от усадки бетона По табл.5 СниП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции» принимаем 8 40МПа 2. Потери от ползучести бетона bp 9 150 bp 150 0.85 0.41 52.28МПа 0,75 при Rbp Rbp α — коэффициент, учитывающий тепловую обработку бетона, принимаемый равным 0,85. Определение вторых потерь los2 8 9 40 52.28 92.28МПа Определяем суммарные потери los los1 los2 162.52 92.28 254.80МПа Величина обжатия балки с учетом полных потерь P2 sp Asp sp los 0.9 50.29 540 254.80 100 1290.84 Кн 4.5. РАСЧЁТ ПРОЧНОСТИ НАКЛОННЫХ СЕЧЕНИЙ ПО ПОПЕРЕЧНОЙ СИЛЕ. В сечении х1: Поперечная сила равна Q q(l0 / 2 x1 ) 58.95 ( 21.625 0.4375) 611.61 кН 2 Размеры балки в сечении 1-1 (х1=437.5 мм): h h оп i (a x1 25) 79 (170 79) (16.25 43.75 2.5) 84.2 см 1100 h o h a sp 84.2 9 75.2 см b 10 см Коэффициент f , учитывающий влияние свесов сжатой полки: f 0.75(b'f b)h'f / (bh0) 0.75(400 100)205 / (100*752) 0.61>0.5. В дальнейшем принимаем f 0.5 Влияние продольного усилия обжатия N P2 1290.84 кН. n 0.1 N 0.11290.84 103 1.36 0.5, Rbt b h0 b 2 1.4 100 0.9 10 75.2 следовательно, принимаем f 0.5 n 0.5. Параметр 1 + f + n 1 + 0.5 + 0.5 2> 1.5, следовательно, принимаем 1.5. В расчетном сечении Q b b 2 1 f n R bt bh 02 / c b , но менее b3 1 n R bt bh 0 . Q b 2 1.5 1.4 100 10 75.2 2 / 75.2 315.84 кН > 0.6 1.5 1.4 100 10 75.2 94.752 кН На приопорном участке принимаем хомуты из трёх ветвей 10 мм из арматуры класса A–III с шагом S 150 мм, что удовлетворяет условию: S 150 < h / 3 842 / 3 281 мм. Усилие, воспринимаемое хомутами у опоры на единицу длины балки: qsw RswAsw / S 290100 2,36 /15 4562,67 Н/см. Длина проекции опасной наклонной трещины: c0 b 2 1 f n Rbt b 2 b h02 qsw 2 1.5 1.4 100 10 0.9 75.22 68.45 см h 0 75.2 см. 4562.67 Принимаем с0 = 752 мм. Поперечное усилие Qsw = qswс0 = 456,30.752 = 312.31 кН. Поперечная сила, воспринимаемая хомутами и бетоном в наклонном сечении с длинной проекции опасной наклонной трещины с0 752 мм: Qb,sw = Qb + Qsw = 315,84 + 312.31 = 628,15 кН > Q 611.61 кН, т.е. прочность сечения на действие поперечной силы Q обеспечена. В сечении х2: Поперечная сила равна Q q(l0 / 2 x1 ) 58.95 ( 21.625 4.325) 382.44 кН 2 Размеры балки в сечении 2-2 (х2=4325 мм): h h оп i (a x 2 25) 79 (170 79) (16.25 432.5 2.5) 116.33 см 1100 h o h a sp 116.33 9 107.33 см b 10 см Коэффициент f , учитывающий влияние свесов сжатой полки: f 0.75(b'f b)h'f / (bh0) 0.75(400 100)205 / (100*1073,3) 0.43<0.5. В дальнейшем принимаем f 0.43 Влияние продольного усилия обжатия N P2 1290.84 кН. n 0.1 N 0.11290.84 103 0.95 0.5, Rbt b h0 b 2 1.4 100 0.9 10 107.33 следовательно, принимаем f 0.43 n 0.5. Параметр 1 + f + n 1 + 0.43 + 0.5 1.93> 1.5, следовательно, принимаем 1.5. В расчетном сечении Q b b 2 1 f n R bt bh 02 / c b , но менее b3 1 n R bt bh 0 . Q b 2 1.5 1.4 100 10 107.332 / 138.15 350.22 кН > 0.6 1.5 1.4 100 10 107.33 135.24 кН На втором участке принимаем хомуты из трёх ветвей 10 мм из арматуры класса A–III с шагом S 300 мм, что удовлетворяет условию: S 150 < h / 3 1163,3 / 3 388 мм. Усилие, воспринимаемое хомутами у опоры на единицу длины балки: qsw RswAsw / S 290100 2,36 /30 2281,33 Н/см. Длина проекции опасной наклонной трещины: c0 b 2 1 f n Rbt b 2 b h02 qsw 2 1.5 1.4 100 10 0.9 107.332 138.15 см h 0 107.33 см. 2281.33 Принимаем с0 = 1381,5 мм. Поперечное усилие Qsw = qswс0 = 228,11,38 = 315,17 кН. Поперечная сила, воспринимаемая хомутами и бетоном в наклонном сечении с длинной проекции опасной наклонной трещины с0 1381,5 мм: Qb,sw = Qb + Qsw = 350,22 + 315,17 = 665,39 кН > Q 382.44 кН, т.е. прочность сечения на действие поперечной силы Q обеспечена. В сечении х3: Поперечная сила равна Q q(l0 / 2 x3 ) 58.95 ( 21.625 8.65) 127.50 кН 2 Размеры балки в сечении 3-3 (х3=8650 мм): h h оп i (a x1 25) 79 (170 79) (16.25 865 2.5) 152.11 см 1100 h o h a sp 152.11 9 143.11 см b 10 см Коэффициент f , учитывающий влияние свесов сжатой полки: f 0.75(b'f b)h'f / (bh0) 0.75(400 100)205 / (100*1431,1) 0.32<0.5. В дальнейшем принимаем f 0.32 Влияние продольного усилия обжатия N P2 1290.84 кН. n 0.1 N 0.11290.84 103 0.72 0.5, Rbt b h0 b 2 1.4 100 0.9 10 143.11 следовательно, принимаем f 0.32 n 0.5. Параметр 1 + f + n 1 + 0.32 + 0.5 1.82> 1.5, следовательно, принимаем 1.5. В расчетном сечении Q b b 2 1 f n R bt bh 02 / c b , но менее b3 1 n R bt bh 0 . Q b 2 1.5 1.4 100 10 143.112 / 2 143.11 300.53 кН > 0.6 1.5 1.4 100 10 143.11 180.32 кН На третьем участке из конструктивных соображений принимаем хомуты из трёх ветвей 10 мм из арматуры класса A–III с шагом S 300 мм, что удовлетворяет условию: S 150 < h / 3 1521.1 / 3 507 мм. РАСЧЁТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН НОРМАЛЬНЫХ К ОСИ БАЛКИ. 4.6. Расчёт по образованию трещин производится из условия: M r M crc где: Мr — момент внешних сил Mcrc — момент, воспринимаемый сечением, нормальным к продольной оси элемента, при образовании трещин и определяемый по формуле M crc R bt ,ser Wpl M rp , Момент сил обжатия относительно верхней ядровой точки: M rp P(eop rяв ) 1290.84 103 (63.95 39.31) 1332.92 кН м Момент, воспринимаемый сечением балки в стадии эксплуатации непосредственно перед образованием трещин M crc 2.1100 164570.34 1332.92 105 1678.52 кН м < M 3445.93 n Мr= M max max 2824.53 кН м элемент работает с трещинами. f ,ср 1.22 Ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, acrc, следует определять по формуле: acrc= acrc,1- acrc,2+ acrc,3 где a crc ,i l s 20(3.5 100 )3 d Es — коэффициент равный 1.0 — коэффициент, принимаемый равным для стержневой арматуры периодического профиля 1.0 l — коэффициент, принимаемый равным при учёте: кратковременных нагрузок и непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок 1,0 продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок для конструкций из тяжёлого бетона 0,8 s — приращение напряжений от действия внешней нагрузки, определяемое по M n max Pz формуле s A sp z h 'f 2 h f z h 0 1 0 2( f ) 1.8 — для тяжёлого бетона 1 1.5 f 1.0 1 5( ) es,tot 11.5 5 10 h0 n M max 2824.53 105 0.51 bh02 Rb , ser 10 1382 29 100 f (b 'f b)h 'f bh0 h ' f ' 5.56 As (40 10) 20.5 6.16 2 2 0 . 45 0.47 10 138 20.5 ) 0.44 2h0 2 138 es ,tot — эксцентриситет силы P относительно центра тяжести площади сечения арматуры S f (1 ) 0.47 (1 M 2824.53 2.19 м P 1290.84 es ,tot / h0 2.19 / 1.38 1.59 1.2 / ls 1.2 / 1.1 1.09 es ,tot ls 1.1 — коэффициент, принимаемый равным для стержневой арматуры периодического профиля при нагрузке непродолжительного действия. ls 1.6 15 — при нагрузке продолжительного действия Asp 50.29 0.049 0.02 ' ' bh0 (b f b)( h f asp ) 10 138 (40 10) (20.5 9) В дальнейшем принимаем 0.02 1 1.5 0.47 0.28 1.0 1 5(0.51 0.44) 219 1.8 11.5 5 10 0.002 5 138 20.5 2 138 0.47 0.28 z 138 1 124.36 см 2 ( 0 . 47 0 . 28 ) 5 2824.53 10 1290.84 103 124.36 s 194.94 МПа 50.29 124.36 194.94 a crc,1 1.0 1.0 1.0 20 (3.5 100 0.02) 3 20 0.088 мм — ширина раскрытия 180000 трещин от непродолжительного действия полной нормативной нагрузки. Определим ширину раскрытия трещин от непродолжительного действия длительной нагрузки, т.е. a crc, 2 1.5 9 21.6252 n M ln M max M shn 2824.53 ( ) 2035.39 кН м 8 Mn 2035.39 105 2 l 0.37 bh0 Rb , ser 10 1382 29 100 M 2035.39 1.58 м P 1290.84 es ,tot / h0 1.58 / 1.38 1.14 1.2 / ls 1.2 / 1.1 1.09 es ,tot В дальнейшем принимаем es ,tot / h0 1.14 1 1.5 0.47 0.39 1.0 1 5(0.37 0.44) 11.5 1.14 5 1.8 10 0.002 5 20.5 2 138 0.47 0.39 z 138 1 120.19 см 2 ( 0 . 47 0 . 39 ) 5 2035.39 10 1290.84 103 120.19 s 80.06 МПа 50.29 120.19 80.06 acrc, 2 1.0 1.0 1.0 20 (3.5 100 0.02) 3 20 0.036 мм 180000 Определим ширина раскрытия трещин от длительного действия длительной нагрузки, т.е. a crc ,3 es ,tot / h0 1.58 / 1.38 1.14 1.2 / ls 1.2 / 0.8 1.5 В дальнейшем принимаем e s , tot / h 0 1.5 l 1.6 15 0.02 1.3 ' 5.56 (b 'f b)h 'f As (40 10) 20.5 6.16 2 2 0 . 15 0.53 f 10 138 bh0 h ' f 20.5 ) 0.49 2h0 2 138 1 1.5 0.53 0.31 1.0 1 5(0.37 0.49) 11.5 1.5 5 1.8 10 0.002 5 20.5 2 138 0.53 0.31 z 138 1 123.64 см 2 (0.53 0.31) 5 2035.39 10 1290.84 103 123.64 s 70.67 МПа 50.29 123.64 70.67 acrc,3 1.0 1.3 1.0 20 (3.5 100 0.02) 3 20 0.042 мм 180000 Ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента равна acrc= acrc,1- acrc,2+ acrc,3=0.088-0.036+0.042=0.094 мм <0.3 мм f (1 ) 0.53 (1 РАСЧЁТ КОНЬКА БАЛКИ Усилие действующее в коньке 2М Д tg ho 0.5h 'f ql 02 58.95 21.625 2 3445.93 кНм 8 8 h0 h a 170 9 161 см 1 tg 12 2 3445.93 105 1 Д 380.98 кН 161 0.5 20.5 12 Определим требуемую площадь арматуры, которая будет удерживать верхний пояс от отрыва Д 380.98 103 As 10.44 см 2 Rs 365 100 Принимаем 6 16AШ (As = 12.06 cм2). где М 4.7. РАСЧЁТ БАЛКИ НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ И МОНТАЖЕ. в Отрицательный момент, действующий на балку M M кон св (e op rя ) Определим геометрические характеристики в сечении а-а: (170 79) 150 91.4 см Высота сечения h 79 1100 Рабочая высота сечения h 0 h a sp 91.4 9 82.4 см Отношение модулей упругости s E s 180000 5.0 Eb 36000 s E s' 200000 5.56 Eb 36000 Площадь приведенного сечения балки: Ared 40 20.5 21 30 (91.4 20.5 21) 10 5 50.29 5.56 6.16 2234.70 см 2 Статический момент сечения относительно нижней грани: S red 40 20.5 (91.4 30 21 20.5 91.4 20.5 21 ) (91.4 20.5 21) 10 21 2 2 21 5.56 6.16 (91.4 8) 5 50.29 9 101206.52 см 3 2 Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до нижней грани: у0 S red 101206.52 45.29 см Ared 2234.70 Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до верхней грани: у0' h y0 91.4 45.29 46.11см Момент инерции приведенного сечения относительно центра тяжести сечения: 40 20.53 20.5 2 I red I i Ai y 40 20.5 46.11 5.56 6.16 (46.11 8) 12 2 2 2 i 30 213 21 (91.4 20.5 21)3 10 30 21 45.29 5 50.29 (45.29 9) 2 12 2 12 2 (91.4 20.5 21) 10 (45.95 45.29) 2 2353510.91см 4 Момент сопротивления приведенного сечения: Wred I red 2353510.91 51965.35 см 3 y0 45.29 I red 2353510.91 51041.23 см 3 ' y0 46.11 W ' red Эксцентриситет усилия предварительного обжатия относительно центра тяжести приведенного сечения: eop y0 asp 45.29 9 36.29 см Сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия: bp bp Rbp P1eop M свн P1 1771.61103 1771.61103 273.11105 eop 36.29 13.63 МПа Ared I red 2234.70 2353510.91 13.63 0.43 32 n 1.6 bp Rbp 1.6 0.43 1.17 1.0 принимаем n 1.0 Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до верхней ядровой точки: rяв n Wred 51965.35 1.0 23.25 см Ared 2234.70 Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до нижней ядровой точки: rян n W ' red 51041.23 1.0 22.84 см Ared 2234.70 Момент сопротивления приведенного сечения относительно центра тяжести сечения для нижней растянутой грани с учётом неупругих деформаций бетона: Wpl Wred 1.5 51965.35 77948.03 см3 Момент сопротивления приведенного сечения относительно центра тяжести сечения для верхней сжатой грани с учётом неупругих деформаций бетона: W ' pl W ' red 1.5 51041.23 76561.85 см3 Момент образования трещин равен M crc Rbt ,serWpl' 2.1100 76561.85 160.78 кН м Действующий момент в сечении равен M M свкон P1 (eop rяв ) 5.7 (1.5 0.025) 2 1771.61 (0.3629 0.2325) 237.22 кН м 2 M 237.22 кН м M crc 160.78 кН м элемент работает с трещинами и ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента увеличиваем на 10 % т.е. acrc = 0.094 + 0,0094 = 0.1 мм < 0.3 мм Определение кривизны железобетонных элементов на участках с трещинами в растянутой зоне должна определяться по формуле: 1 1 1 1 1 r r 1 r 2 r 3 r 4 1 — кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки, на которую про r 1 изводится расчет по деформациям. 1 — кривизна от непродолжительного действия постоянных и длительных r 2 нагрузок. 1 — кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагру r 3 зок. 1 — кривизна, обусловленная выгибом элемента вследствие усадки и ползуче r 4 сти бетона от усилия предварительного обжатия и определяемая по формуле: 1 b b h0 r 4 ' 1 1 1 Кривизна , и определяется по формуле: r 1 r 2 r 4 N tot s b 1 M s , r h 0 z E s A sp ( f )bh 0 E b h 0 E s A sp 1 1 при этом и вычисляются при значениях s и , отвечающих непродол r 1 r 2 1 жительному действию нагрузки, а – при s и , отвечающих продолжительному дей r 3 ствию нагрузки. Коэффициент s для элементов из тяжелого бетона определяется по формуле: s 1.25 ls m 1 m2 , но не более 1,0 (3.5 1.8 m )es , tot / h 0 ls — коэффициент, учитывающий влияния длительности действия нагрузки. m R bt ,ser Wpl M r M rp < 1.0 1 Определим кривизну от непродолжительного действия всей нагрузки — r 1 ls 1.1 b 0.9 m Rbt , serW pl M r M rp 2.10 100 164570.34 0.08 1.0 2824.53 105 1332.92 105 s 1.25 1.1 0.08 1 0.082 (3.5 1.8 0.08) 1.38 0.86 5 0.86 0.9 1 2824.53 10 6 5 r 1 138 124.36 18 10 50.29 (0.47 0.28) 10 138 36 10 0.45 1290.84 103 0.86 8.75 10 6 см 1 138 18 106 50.29 Определим кривизну от непродолжительного действия постоянных и длительных 1 нагрузок — r 2 M = 2035.39 кН м m Rbt , serW pl M r M rp 2.10 100 164570.34 0.10 1.0 2035.39 105 1332.92 105 s 1.25 1.1 0.10 1 0.10 2 (3.5 1.8 0.10) 1.09 0.87 2035.39 105 0.87 0.9 1 6 5 r 2 138 120.19 18 10 50.29 (0.47 0.39) 10 138 36 10 0.45 1290.84 103 0.87 8.55 10 6 см 1 6 138 18 10 50.29 Определим кривизну от продолжительного действия постоянных и длительных 1 нагрузок — r 3 M = 2035.39 кНм f 0.53 Z=123,64 см 0.15 0.31 s 1.25 0.8 0.10 1 0.102 (3.5 1.8 0.10) 1.5 0.97 2035.39 105 0.97 0.9 1 6 5 r 3 138 123.64 18 10 50.29 (0.53 0.31) 10 138 36 10 0.15 1290.84 103 0.97 1.26 10 5 см 1 138 18 106 50.29 Определим кривизну, обусловленную выгибом элемента вследствие усадки и ползу- 1 чести бетона от усилия предварительного обжатия — r 4 b b' 1 b b Es Es h0 h0 r 4 ' b 6 8 9 13.94 40 52.28 106.22 МПа b' 0 1 106.22 100 4.28 106 см 1 6 r 4 18 10 138 Полная кривизна равна: 1 1 1 1 1 (8.75 8.55 12.60 4.28) 106 8.52 106 см 1 r r 1 r 2 r 3 r 4 Определим прогиб балки по формуле f f1 f 2 f 3 f 4 где: f1 1 1 2 1 6 2 l0 8.75 10 2162.5 4.09 см 10 r 1 10 f2 5 1 2 5 6 2 l0 8.55 10 2162.5 4.16 см 48 r 2 48 11 1 f 3 l02 12.60 106 2162.52 7.35 см 8 r 3 8 11 1 f 4 l02 4.28 106 2162.52 2.50 см 8 r 8 8 Прогиб балки равен: f f1 f 2 f 3 f 4 4.09 4.16 7.35 2.50 4.78 см няется. 1 l0 8.65 см условие выпол250 4.8. РАСЧЁТ БАЛКИ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН, НАКЛОННЫХ К ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ ЭЛЕМЕНТА. Расчёт по образованию трещин, наклонных к продольной оси элемента, должен производится из условия mt b 4 R bt,ser где b 4 — коэффициент условий работы бетона, определяемый по формуле 1 mt / R b,ser , но не более 1,0 b4 0.2 B здесь — коэффициент, принимаемый равным для тяжёлого бетона 0,01 В — класс бетона по прочности на сжатие. Значения главных растягивающих и главных сжимающих напряжений в бетоне определяются по формуле x y xy2 mc ( mt ) 2 2 — нормальное напряжение в бетоне на площадке, перпендикулярной проx дольной оси элемента, от внешней нагрузки и усилия предварительного обжатия. P x 2 A red A red — площадь приведенного сечения. В сечении II-II (х=437,5 мм): Q = 611.61 кН h = 84.2 см x y 2 Ared 40 20.5 21 30 (84.2 20.5 21) 10 5 50.29 5.56 6.16 2162.70 см 2 P2 1290.84 103 596.87 Н / см 2 5.97 МПа Ared 2162.7 y — нормальное напряжение в бетоне на площадке, параллельной продольной оси элемента, от местного действия опорных реакций, сосредоточенных сил и распределенной нагрузки, а также усилия обжатия вследствие предварительного напряжения хомутов и отогнутых стержней. y 0 x xy — касательное напряжение в бетоне от внешней нагрузки и усилия обжатия вследствие предварительного напряжения отогнутых стержней. QS xy red ,1 I red b Статический момент сечения относительно нижней грани: 20.5 84.2 20.5 21 S red 40 20.5 (84.2 ) (84.2 20.5 21) 10 21 2 2 21 30 21 5.56 6.16 (84.2 8) 5 50.29 9 90210.32 см 3 2 Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до нижней грани: у0 S red 90210.32 41.71 см Ared 2162.7 Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до верхней грани: у0' h y0 84.2 41.71 42.49 см Момент инерции приведенного сечения относительно центра тяжести сечения: 40 20.53 20.5 2 I red I i Ai y 40 20.5 42.49 5.56 6.16 (42.49 8) 12 2 2 2 i 30 213 21 (84.2 20.5 21)3 10 30 21 41.71 5 50.29 (41.71 9) 2 12 2 12 2 (84.2 20.5 21) 10 (42.35 41.71) 2 1892685.44 см 4 21.5 S red1 40 20.5 42.49 5.56 6.16 (42.49 8) 2 42.49 20.5 3 (42.49 20.5) 10 30035.87 см 2 3 611.6110 30035.87 xy 9.71 МПа 1892685.44 10 5.97 5.97 2 mc x x 2xy 9.71 13.14 МПа Rb , ser 29 МПа 2 2 2 2 2 2 5.97 5.97 2 mt x x 2xy 9.71 7.17 МПа 2 2 2 2 Расчёт по образованию трещин, наклонных к продольной оси элемента, должен производится из условия mt b 4 R bt,ser 2 1 mt / Rb,ser 2 1 13.14 / 29 0.96 1.0 0.2 B 0.2 0.01 40 mt 7.17 МПа b 4 Rbt , ser 0.96 2.10 2.016 МПа элемент работает с трещинами. Ширина раскрытия трещин, наклонных к продольной оси элемента, при армировании хомутами, нормальными к продольной оси, должна определяться по формуле: b4 0.6 sw d w dw Es 0.15E b (1 2w ) h0 A 2.36 w sw 0.016 bs 10 15 Q Qb (611.61 315.84) 103 sw S 15 249.99 МПа Aswh0 2.36 75.2 0.6 249.99 100 1 1.15 acrc 1.5 0.028 см 0.03 см 1 7 5 2 10 0.15 36 10 (1 2 5.56 0.016) 75.2 Длина зоны передачи усилий определяется по формуле: sp lp p p d 15d p 0.25 p 10 R bp 540 l p 0.25 10 20 285 мм 15d 300 мм 32 Принимаем длину зоны передачи усилий равной l p 300 мм a crc l 5. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ КРАЙНЕГО РЯДА. 5.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: Бетон тяжелый класса В 30, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении Rb = 17 МПа; Eb = 29 10 3 МПа, Rbt = 1.2 МПа. В расчетное сопротивление бетона Rb следует ввести коэффициент условий работы бетона b2: при учете постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, кроме крановых и ветровых, b2 = 0.9; при учете постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, включая крановые и ветровые нагрузки, b2: =1.1. Продольная арматура класса AIII, Rs = 365 МПа, Rsc = 365 МПа, Еs =200103 МПа. Поперечная арматура (хомуты) класса A-I, Rs = 225 МПа, Rsw = 175 МПа, Еs =200103 МПа. 5.2. РАСЧЁТ НАДКРАНОВОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ. Размеры прямоугольного сечения: ширина b = 500 мм, высота h = 600 мм, а = а'= 40 мм, полезная высота h0 = h а = 600 40 = 560 мм. Подбор арматуры производим по расчетным усилиям: Mmax 223.3 кНм; N 708.8 кН; Q 46.75 кН Mmin 37.95 кНм; N 521.0 кН; Q 35.25 кН Nmax 726.0 кН; M 192.9 кНм; Q 33.46 кН Усилия от длительно действующей нагрузки Nℓ = 551.6 кН, Mℓ = 163 кНм. Радиус инерции сечения: I h2 600 2 i 173.2 мм. A 12 12 Расчетная длина надкрановой части колонны с учета крановой нагрузки ℓо = 2Нв = 23.9 = 7.8 м. Так как = ℓo / i 7800 / 173.2 = 45.03 > 14, необходимо учесть влияние прогиба на эксцентриситет продольной силы. Эксцентриситет продольной силы при первой комбинации усилий: eo = M / N = 223.3 / 708.8 = 0.32 м. Случайный эксцентриситет 1 1 ea h 600 20 мм; 30 30 1 7800 l0 13 мм; ea 600 600 ea 10 мм. Принимаем eа = 2 cм. Условная критическая сила равна: 6.4 E I 0.11 N cr 2 b 0.1 J s 0 0.1 где 6.4 29 109 90 104 0.11 0.1 7 104 6433.84 кН, 2 7.8 1.754 0.1 0.53 I bh3 / 12 0.50.63 / 12 90104 м4 ℓ 1 + M1ℓ / M1 1 + 1306.42 / 406.59 1.754 M1ℓ Mℓ + Nℓ(h / 2 a) 163.0 + 551.6(0.6 / 2 0.04) 306.42, кНм M1 M + N(h / 2 a) 222.3 + 708.8(0.6 / 2 0.04) 406.59, кНм eo / h 0.32 / 0.60 0.53 > e,min 0.5 0.01ℓo / h 0.01Rbb2 = 0.5 0.017.8 / 0.6 0.01171.1 0.183, принимаем 0.53 Es / Eb 200103 / 29103 6.9, Is (As + A's)(h / 2a)2 bh0(h / 2a)2 6.90.0050.50.6(0.3 0.04)2 = 710–4 м4 Коэффициент 1 / (1 N / Ncr) 1 / (1 708.8 / 6433.84) 1.12 e eo + eа+0.5h a 0.321.12 +0.02+ 0.50.6 0.04 0.638 м Граничное значение высоты сжатой зоны: 0.7 R 0.526 sr 365 0.7 1 1 1 1 sc,u 1.1 400 1.1 где 0.008Rbb2 0.85 0.008171.1 0.7 sr Rs 365 МПа sc,u 400 МПа, при b2 > 1 тогда R R(1 0.5 R) 0.526(1 0.50.526) 0.388 Определяем площадь арматуры в сжатой зоне: 2 N e r Rb b 2 h0 b As Rsc h0 a 708.8 103 0.638 0.388 17 106 1.1 0.56 2 0.5 36.12 см 2 0. 6 365 10 0.56 0.04 Площадь сечения арматуры A'sназначается по конструктивным соображениям. Согласно СНиП минимальный процент армирования – 0.2% A's 0.002bh0 0.0025056 5.6 см 2 Принимаем: 316 AIII с A's 6.03 см 2 Уточняем значение : N e Rsc As h0 a 708.8 103 63.8 365 100 5.6 56 4 0.118; Rb b 2 h02 b 17 100 1.1 56 2 50 соответствующее значение 0.126, тогда R b 2 h0 b N R As b As' sc Rsc Rs 17 100 1.1 0.126 56 50 708.8 103 36500 5.6 4.26 см 2 . 365 100 36500 Площадь сечения арматуры Asназначается по конструктивным соображениям: принимаем: 314 AIII с As 4.62 см2 Коэффициент армирован ия равен: A As' 4.62 6.03 s 0.00355 т.е.0.355% bh 50 60 Так как мы задались min 0.5 % и получили 0.355 % (сходимость близкая), дальнейший расчёт не производим. Выполним расчёт по второму сочетанию нагрузок. Mmin 37.95 кНм; N 521.0 кН; Q 35.25 кН Усилия от длительно действующей нагрузки Nℓ = 521,0 кН, Mℓ =37,95 Нм. Эксцентриситет продольной силы при первой комбинации усилий: eo = M / N = 37,95 / 521 = 0.073 м. Случайный эксцентриситет 1 1 ea h 600 20 мм; 30 30 1 7800 l0 13 мм; ea 600 600 ea 10 мм. Принимаем eа = 2 cм. Условная критическая сила равна: 6.4 E I 0.11 N cr 2 b 0.1 J s 0 0.1 6.4 29 109 90 104 0.11 0.1 7 104 8844.12 кН, 2 7.8 2 0.1 0.183 3 3 4 4 где I bh / 12 0.50.6 / 12 9010 м ℓ 1 + M1ℓ / M1 1 + 1173.41 / 173.41 2 M1ℓ Mℓ + Nℓ(h / 2 a) 37.95 + 521.0(0.6 / 2 0.04) 173.41, кНм M1 M + N(h / 2 a) 37.95 + 521.0(0.6 / 2 0.04) 173.41, кНм eo / h 0.073 / 0.60 0.12 < e,min 0.5 0.01ℓo / h 0.01Rbb2 = 0.5 0.017.8 / 0.6 0.01171.1 0.183, принимаем 0.183 Es / Eb 200103 / 29103 6.9, Is (As + A's)(h / 2a)2 bh(h / 2a)2 6.90.0050.50.6(0.3 0.04)2 –4 4 = 710 м Коэффициент 1 / (1 N / Ncr) 1 / (1 521 / 8844.12) 1.06 e eo + eа+0.5h a 0.0731.06 +0.02+ 0.50.6 0.04 0.357 м Граничное значение высоты сжатой зоны: 0.7 R 0.526 sr 365 0.7 1 1 1 1 sc,u 1.1 400 1.1 где 0.008Rbb2 0.85 0.008171.1 0.7 sr Rs 365 МПа sc,u 400 МПа, при b2 > 1 тогда R R(1 0.5 R) 0.526(1 0.50.526) 0.388 Определяем площадь арматуры в сжатой зоне: 2 N e r Rb b 2 h0 b As Rsc h0 a 521103 0.357 0.388 17 106 1.1 0.56 2 0.5 50.14 см 2 0. 6 365 10 0.56 0.04 Площадь сечения арматуры A'sназначается по конструктивным соображениям. Согласно СНиП минимальный процент армирования – 0.2% A's 0.002bh0 0.0025056 5.6 см 2 Принимаем: 316 AIII с A's 6.03 см 2 Уточняем значение : N e Rsc As h0 a 521103 35.7 365 100 5.6 56 4 0.03; Rb b 2 h02 b 17 100 1.1 56 2 50 соответствующее значение 0.03, тогда R b 2 h0 b N R As b As' sc Rsc Rs 17 100 1.1 0.03 56 50 521 103 36500 5.6 4.37 см 2 . 365 100 36500 Площадь сечения арматуры Asназначается по конструктивным соображениям. As 0.002bh0 0.0025056 5.6 см 2 Принимаем: 316 AIII с As 6.03 см 2 Коэффициент армирования равен: A As' 2 6.03 s 0.004 т.е.0.4% bh 50 60 Так как мы задались min 0.5 % и получили 0.4 % (сходимость близкая), дальнейший расчёт не производим. Выполним расчёт по третьему сочетанию нагрузок. N мах 726.3 кН М 192.9 кНм Q 33.46 кН Усилия от длительно действующей нагрузки Nℓ = 551,6 кН, Mℓ =163 Нм. Эксцентриситет продольной силы при первой комбинации усилий: eo = M / N = 192,9 / 726,3 = 0.266 м. Случайный эксцентриситет 1 1 ea h 600 20 мм; 30 30 1 7800 l0 13 мм; ea 600 600 ea 10 мм. Принимаем eа = 2 cм. Условная критическая сила равна: 6.4 E I 0.11 N cr 2 b 0.1 J s 0 0.1 6.4 29 109 90 104 0.11 0.1 7 104 6818.69 кН, 2 7.8 1.803 0.1 0.43 I bh3 / 12 0.50.63 / 12 90104 м4 ℓ 1 + M1ℓ / M1 1 + 1306.42 / 381.74 1.803 M1ℓ Mℓ + Nℓ(h / 2 a) 163.0 + 551.6(0.6 / 2 0.04) 306.42, кНм M1 M + N(h / 2 a) 192,9 + 726,3(0.6 / 2 0.04) 381.74, кНм eo / h 0.266 / 0.60 0.43 > e,min 0.5 0.01ℓo / h 0.01Rbb2 = 0.5 0.017.8 / 0.6 0.01171.1 0.183, принимаем 0.43 где Es / Eb 200103 / 29103 6.9, Is (As + A's)(h / 2a)2 bh(h / 2a)2 6.90.0050.50.6(0.3 0.04)2 = 710–4 м4 Коэффициент 1 / (1 N / Ncr) 1 / (1 726.3 / 6818.69) 1.12 e eo + eа+0.5h a 0.2661.12 +0.02+ 0.50.6 0.04 0.578 м Граничное значение высоты сжатой зоны: R 1 где sr 1 sc,u 1.1 0.7 0.526 365 0.7 1 1 400 1.1 0.008Rbb2 0.85 0.008171.1 0.7 sr Rs 365 МПа sc,u 400 МПа, при b2 > 1 тогда R R(1 0.5 R) 0.526(1 0.50.526) 0.388 Определяем площадь арматуры в сжатой зоне: 2 N e r Rb b 2 h0 b As Rsc h0 a 726.3 103 0.578 0.388 17 106 1.1 0.56 2 0.5 37.82 см 2 0. 6 365 10 0.56 0.04 Площадь сечения арматуры A'sназначается по конструктивным соображениям. Согласно СНиП минимальный процент армирования – 0.2% A's 0.002bh0 0.0025056 5.6 см 2 Принимаем: 316 AIII с A's 6.03 см 2 Уточняем значение : N e Rsc As h0 a 726.3 103 57.8 365 100 5.6 56 4 0.107; Rb b 2 h02 b 17 100 1.1 56 2 50 соответствующее значение 0.113, тогда R b 2 h0 b N R As b As' sc Rsc Rs 17 100 1.1 0.113 56 50 726.3 103 36500 5.6 1.92 см 2 . 365 100 36500 Площадь сечения арматуры Asназначается по конструктивным соображениям. Принимаем: 216 AIII с As 4.02 см 2 Коэффициент армирования равен: A As' 4.02 6.03 s 0.00335 т.е.0.335% bh 50 60 Так как мы задались min 0.5 % и получили 0.335 % (сходимость близкая), дальнейший расчёт не производим. Окончательно принимаем: 316 AIII с As 6.03 см 2 316 AIII с A's 6.03 см 2 5.3. РАСЧЁТ ПОДКРАНОВОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ. Она состоит из двух ветвей: высота всего сечения h 1200 мм, b 500 мм, сечение ветвей: ширина bс = 500 мм, высота hс = 300 мм, h0 = 260 мм; расстояние между осями распорок s 2.5 м. Подбор арматуры производим по расчетным усилиям в сечении II: Mmax 522.4 кНм; N 1639 кН; Q 74.50 кН Mmin 400.0 кНм; N 1358 кН; Q 18.22 кН Nmax = 1639 кН; M = 522.4 кНм; Q 74.50 кН Усилия от длительно действующей нагрузки Nℓ = 1097 кН, Mℓ = 83.22 кНм. Расчетная длина подкрановой части колонны ℓо = 1.5Нн 1.510.95 = 16.425 м. c2 0.95 2 i2 6.925 10 2 м 2 2 2 3 0.95 3c 41 2 2 2 4 1 2 2 2 1 . 0 0 . 25 4 . 38 b n в Так как = ℓo / i 16.425 / 0.263 = 62.42 > 14, необходимо учесть влияние прогиба на эксцентриситет продольной силы. Выполним расчёт подкрановой части колонны по первому сочетанию нагрузок. Находим усилия в сечениях ветвей колонны: Nc N / 2 M / c Эксцентриситет продольной силы при первой комбинации усилий: eo = M / N = 522.4 /1639 = 0.319 м. Условная критическая сила равна: 6.4 E I 0.11 N cr 2 b 0.1 J s 0 0.1 6.4 29 109 1.731102 0.11 0.1 9.73 104 3542.92 кН, 2 16.425 1.46 0.1 0.336 где I 2bв hв i 2 = 20.250.56.925102 1.731102 м4 H н 10.95 4.38 S 2.5 ℓ 1 + M1ℓ / M1 1 + 1604.395 / 1300.925 1.46 M1ℓ Mℓ + Nℓс/2 83.32 + 10970.95/2 604.395, кНм M1 M + Nс/2 522.4 + 16390.95/2 1300.925, кНм eo / с 0.319 / 0.95 0.336 > e,min 0.5 0.01ℓo / с 0.01Rbb2 = 0.5 0.0116.425 / 0.95 0.01171.1 0.14, принимаем 0.336 n Es / Eb 200103 / 29103 6.9, Is bh(c / 2)2 6.90.0050.50.25(0.95/2)2 9.7310–4 м4 Коэффициент 1 / (1 N / Ncr) 1 / (1 1639 / 3542.92) 1.86 Nc N / 2 M / c Продольные силы в наружной ветви: Nc1 1639/2 – 522.41.86/0.95 203.30 кН, во внутренней ветви: Nc2 1639/2 522.41.86/0.95 = 1842.30 кН. Изгибающий момент ветвей колонны равен: Mc Qs / 4 74.502.5 / 4 46.56 кНм. eo Mc / Nc2 45.56 / 1842.30 0.025 м e eo + hc / 2 a 0.025 + 0.25 / 2 0.04 0.11 м. Ветви колонны испытывают действие одинаковых изгибающих моментов разных знаков, поэтому подбираем симметричную арматуру. Тогда при RscA'c = AsRs N c 2 /( Rb b 2 bh0 ) 1842.30103 / (171061.10.50.21) 0.94 0.7 R 0.526 sr 365 0.7 1 1 1 1 sc,u 1.1 400 1.1 где 0.008Rbb2 0.85 0.008171.1 0.7 sr Rs 365 МПа sc,u 400 МПа, при b2 > 1 Принимаем для расчёта R 0.526 ,=> N e Rb b 2 h02 b As As Rsc h0 a 1842.30 103 0.11 0.390 17 106 1.1 0.212 0.5 6.74 см 2 6 365 10 0.21 0.04 принимаем: 416 AIII с A's As 8.04 см2. Производим расчет промежуточной распорки. Изгибающий момент в распорке равен сумме моментов в двух ветвях, примыкающих к рамному узлу снизу и сверху: Mp = QS /2 74.52.5 / 2 93.125 кНм. Сечение распорки прямоугольное: b = 500 мм, h = 400 мм, ho = 360 мм. Армируем сечение двойной симметричной арматурой: Mp 93.125 103 As As 7.97 cм 2 . 6 Rsc h0 a 365 10 0.36 0.04 Принимаем 416 AIII с As 8.04 см2 Поперечная сила в распорке Qp = 2Mp/ c = 293.125 / 0.95 196.05 кН. Так как b 3 Rbt bh0 b , 2 0.6 1.2 10 6 0.5 0.36 1.1 142.56 < Qp 196.05 кН, то необходим расчёт поперечной арматуры. Принимаем поперечную арматуру класса АI 26 c Rsw =175 МПа. Поперечную арматуру устанавливаем с шагом 100 мм. g sw C0 RSW ASW 175 100 0.57 997.5 Н / см S 10 b , 2 Rbt b , 2bh02 g sw 2 1.2 100 1.1 50 36 2 130.96 см 997.5 C w 2h0 2 36 72 см Принимаем Сw = 72 см Qb Qsw g swCw b , 2 Rbt bh02 b , 2 Cw 997.5 72 2 1.2 100 50 36 2 1.1 309.42 кН > 72 Qp = 196.05 кН → условие выполняется. Устанавливаем хомуты 6AI с шагом 100 мм. Выполним расчёт подкрановой части колонны по второму сочетанию нагрузок. Находим усилия в сечениях ветвей колонны: Nc N / 2 M / c Эксцентриситет продольной силы при первой комбинации усилий: eo = M / N = 400 /1358 = 0.295 м. Условная критическая сила равна: 6.4 E I 0.11 N cr 2 b 0.1 J s 0 0.1 6.4 29 109 1.731102 0.11 0.1 9.73 104 3440.35 кН, 2 16.425 1.58 0.1 0.311 где I 2bв hв i 2 = 20.250.56.925102 1.731102 м4 H н 10.95 4.38 S 2.5 ℓ 1 + M1ℓ / M1 1 + 1604.395 / 1045.05 1.58 M1ℓ Mℓ + Nℓс/2 83.32 + 10970.95/2 604.395, кНм M1 M + Nс/2 400 + 13580.95/2 1045.05, кНм eo / с 0.295 / 0.95 0.311 > e,min 0.5 0.01ℓo / с 0.01Rbb2 = 0.5 0.0116.425 / 0.95 0.01171.1 0.14, принимаем 0.311 n Es / Eb 200103 / 29103 6.9, Is bh(c / 2)2 6.90.0050.50.25(0.95/2)2 9.7310–4 м4 Коэффициент 1 / (1 N / Ncr) 1 / (1 1358 / 3440.35) 1.65 Nc N / 2 M / c Продольные силы в наружной ветви: Nc1 1358/2 – 4001.65/0.95 15.74 кН, во внутренней ветви: Nc2 1358/2 4001.65/0.95 = 1373.74 кН. Изгибающий момент ветвей колонны равен: Mc Qs / 4 18.222.5 / 4 11.388 кНм. eo Mc / Nc2 11.388 / 1373.74 0.008 м e eo + hc / 2 a 0.008 + 0.25 / 2 0.04 0.093 м. Ветви колонны испытывают действие одинаковых изгибающих моментов разных знаков, поэтому подбираем симметричную арматуру. Тогда при RscA'c = AsRs N c 2 /( Rb b 2 bh0 ) 1373.74103 / (171061.10.50.21) 0.7 0.7 R 0.526 sr 365 0.7 1 1 1 1 sc,u 1.1 400 1.1 где 0.008Rbb2 0.85 0.008171.1 0.7 sr Rs 365 МПа sc,u 400 МПа, при b2 > 1 Принимаем для расчёта R 0.526 ,=> N e Rb b 2 h0 b As As Rsc h0 a 2 1373.74 103 0.093 0.390 17 106 1.1 0.212 0.5 5.33 см 2 0 365 106 0.21 0.04 Площадь сечения арматуры A's Asназначается по конструктивным соображениям. A's As 0.002bch0 0.0025021 2.1 см2 принимаем: 212 AIII с A's As 2.26 см2. Производим расчет промежуточной распорки. Изгибающий момент в распорке равен сумме моментов в двух ветвях, примыкающих к рамному узлу снизу и сверху: Mp = QS /2 18.222.5 / 2 22.775 кНм. Сечение распорки прямоугольное: b = 500 мм, h = 400 мм, ho = 360 мм. Армируем сечение двойной симметричной арматурой: Mp 22.775 103 As As 1.95 cм 2 . 6 Rsc h0 a 365 10 0.36 0.04 Принимаем 48 AIII с As 2.01 см2 Поперечная сила в распорке Qp = 2Mp/ c = 222.775 / 0.95 47.95 кН. Так как b 3 Rbt bh0 b , 2 0.6 1.2 10 6 0.5 0.36 1.1 142.56 > Qp 47.95 кН, то расчёт поперечной арматуры не нужен. По конструктивным соображениям устанавливаем хомуты 6AI с шагом 100 мм. Окончательно принимаем продольную арматуру: В ветвях - 416 AIII с A's As 8.04 см2. В распорке - 416 AIII с A's = As 8.04 см2 Окончательно принимаем поперечную арматуру: В ветвях – устанавливаем хомуты 6AI с шагом 20d мм, равным 2016 =320 мм В распорке - устанавливаем хомуты 6AI с шагом 100 мм 6. РАСЧЁТ ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННОГО ФУНДАМЕТА ПОД КРАЙНЮЮ ДВУХВЕТВЕВУЮ КОЛОННУ. 6.1. КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ. Глубина заложения фундамента назначается не менее 1.5 м. Для возможности выполнения работ нулевого цикла до установки колонн принимается фундамент с высоким расположением стакана. Отметка верха фундамента 0.150 м. Глубина заделки колонны в стакан фундамента: 1. hз 0.5 + 0.33hн 0.5 + 0.331.2 0.896 м; 2. hз 1.5b 1.50.5 0.75 м. Бетон класса В 20. Продольная рабочая арматура класса АIII растянутой ветви должна быть заведена за верхнюю грань стакана фундамента на длину не менее 30d 3016 480 мм. Таким образом, минимальная высота фундамента Нmin 0.896 + 0.25 1.146 м. Окончательно принимается Нф 1.5 м, что больше Нmin и соответствует требуемой глубине заложения фундамента. Требуемые размеры подколонника: hп hк + 275 + 2200 1200 + 150 + 400 1750 мм; bп bк + 275 + 2200 500 + 150 + 400 1050 мм. В данном случае принимаются следующие размеры подколонника (кратные 300 мм): hп 1800 мм, bп 1200 мм. 6.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК И УСИЛИЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ОСНОВАНИЕ И ФУНДАМЕНТ Расчёт оснований по деформациям производится на основное сочетание нагрузок с коэффициентом надёжности по нагрузке f l, расчет фундамента по прочности — на основные (или особые) сочетания нагрузок с коэффициентами надежности по нагрузке f > l. Наибольшие усилия от расчетных нагрузок (при f = 1 и f > 1), передаваемых колонной в уровне верха фундамента, приведены ниже. N 1639 кН; M 522.4 кНм; Q 74.50 кН Усилия, действующие относительно оси симметрии подошвы фундамента (без учета собственного веса фундамента и грунта на нем), определяем по формулам: M = МI–I QI–IHф Gстeст; N = NI–I + Gст, где МI–I, NI–I, QI–I — усилия в уровне верха фундамента; Сст — нагрузка от веса стены. Нормативная нагрузка от массы стеновых панелей Gст=29.16 кН Эксцентриситет е стеновых панелей 750 мм. Момент от веса стены: Mw 29.160.75 21.87 кНм Расчётные усилия в уровне подошвы фундамента: M = 522.4 74.501.5 29.160.75 612.28 кНм; N = 1639 + 29.16 1668.16 кН. Нормативные усилия в уровне подошвы фундамента определяем приближенно: M 612.28 M ser 501.87 кНм m,ser 1.22 N 1668.16 N ser 1367.34 кН m,ser 1.22 6.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА. Размеры подошвы фундаментов для зданий, перечисленных в табл. 19 СНиП II1574, определяются из условия, чтобы: 1) среднее давление на грунт под фундаментами проектируемых зданий не превышало расчетного давления на основание R; 2) краевое давление не превосходило 1.2 R; 3) в зданиях, оборудованных кранами грузоподъемностью менее 75 т, минимальное краевое давление Pmin 0. Расчет внецентренно загруженного фундамента ведется методом последовательного приближения. Расчетное давление на основание и средний удельный вес фундамента и грунта: R0 240 кПа. Требуемые размеры подошвы фундамента: Аф Nser / (1,2R0 срH) 1367,34 / (1,2240201.65) 5.36 м2, где ср — средний удельный вес материала фундамента и грунта (принимаемый обычно 20 кН / м3); Н — глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки земли около фундамента. Назначаем отношение сторон подошвы фундамента: m b / l 0.8. Тогда: Аф 5.36 l 2.59 м. m 0.8 Назначаем ℓ 2.7 м, b 2.70.8 2.16 м. Принимаем подошву фундамента 2.7x2.4. Площадь подошвы фундамента Аф 2.72.4 6.48 м2. Момент сопротивления подошвы фундамента Wф 2.42.72 / 6 2.916 м3. Напряжения в грунте (предполагаем линейное распределение напряжений): max N / Aф M / Wф 1668.16 / 6.48 612.28 / 2.916 257.43 209.97 кПа; p min рmax 257.43 + 209.97 467.4 кПа > 1.2 R0 =1.2240 =288 кПа рmin 257.43 209.97 47.46 кПа > 0. Необходимо увеличить размеры фундамента. Принимаем подошву фундамента 3.3x3.0. Площадь подошвы фундамента Аф 3.33 9.9 м2. Момент сопротивления подошвы фундамента Wф 33.32 / 6 5.445 м3. Напряжения в грунте (предполагаем линейное распределение напряжений): max N / Aф M / Wф 1668.16 / 9.9 612.28 / 5.445 168.50 112.45 кПа; p min рmax 168.50 + 112.45 280.95 кПа < 1.2 R0 =1.2240 =288 кПа рmin 168.50 112.45 56.05 кПа > 0. Условия выполняются, значит размеры подошвы приняты верно. 6.4. РАСЧЁТ ТЕЛА ФУНДАМЕНТА. Он включает расчёт на продавливание и установление высоты плитной части, а также размеров ступеней фундамента; расчёт подколонника и его стаканной части; определение необходимой площади сечения арматуры у подошвы фундамента. Назначаем высоту ступени равной h = 40 см. L h 3.3 1.8 Определим вынос консоли c ф п 0.75 2 2 Высота подколонника будет равна Нп = 1.5 0.4 = 1.1 м Принимаем толщину защитного слоя а = 4 см, тогда рабочая высота нижней ступени будет равна h0 h a 40 4 36 см. Размер нижнего основания пирамиды продавливания равен: b bп 2h0 120 2 36 192 см Средняя линия пирамиды продавливания равна b bп 192 120 bср 156 см 2 2 Продавливающая сила равна F Pmax A bф b 3 1.92 A (c h0 ) (0.75 0.36) 0.9594 м 2 2 2 F 0.9594 280.95 269.54 кН Величина поперечной силы, воспринимаемая бетоном равна b ,3 Rbt b , 2bср h0 0.6 0.9 100 1.1156 36 333.59 кН > F = 269.54 кН При расчете подколонника и его стаканной части площадь сечения продольной арматуры определяем из расчета на внецентренное сжатие стенок стакана по нормальному сечению АА, проходящему по торцу колонны e0 M / N 612.28 / 1668.16 0.37 м Расчет ведем для второго случая сжатия: е = е0 + h / 2 а = 0.37 + 1.8 / 2 0.06 = 1.21 м. Площадь сечения продольной арматуры As A's (Ne b , 2 RbS0 )/(Rszs) (1668.161031.21 1.111.51001079460) / (2251001.68) < 0, где S0 = 0.5(bпh02 aстbстzs) = 0.5(1201742 13565168) = 1079460 см3. Минимальная площадь сечения продольной арматуры As As' 0.0005bп hп Аs 0.0005180120 10,8 см2. Принимаем 616АI (Аs 12,06 см2). Поперечное армирование стакана принимаем в виде горизонтальных сварных сеток. Поперечная арматура подколонника в наклонном сечении В—В определяется по расчету на момент от действующих сил относительно оси, проходящей через точку К. Расстояние у от оси колонны до условной оси поворота колонны и площадь сечения поперечной арматуры стенок стакана Аw при hн / 6 < e0 < hн / 2, у 0,7e0: при e0 hн / 2; уhн / 2: Aw M Qh з N 0.7e0 Gст (ест у ) ; Rs z w h 0.8 M Qhз N п Gст (ест у ) 2 ;, Aw Rs z w при e0< hн / 6 поперечное армирование стенок стакана назначают конструктивно. где Aw — площадь сечения всех поперечных стержней одной сетки; zw — расстояние от торца колонны до поперечных стержней сеток; 0,8 — коэффициент, учитывающий влияние продольной арматуры. В нашем случае e0 = 0.37 м < hн / 6 = 1.8/6 = 0.3 м, то есть поперечное армирование необходимо определять расчетом. Устанавливаем 7 сеток поперечного армирования с шагом по высоте 100 мм. z = 0.85 + 0.75 + 0.65 + 0.55 + 0.45 035 0.25 = 3.85м. у 0,7e0 = 0,737 = 25.9 см Aw M Qhз N 0.7e0 Gст (ест у ) Rs z w 612.28 105 74.50 103 90 0.7 37 1668.16 103 29.16 103 (75 25.9) 3.02 см 2 ; 225 100 385 ; Принимаем для сетки арматуру 410 A-I. As = 3.14 см2. При определении площади сечения арматуры подошвы фундамента площадь поперечного сечения рабочей арматуры определяется из расчета на изгиб консольного выступа фундамента в сечениях по граням ступеней фундамента и по грани колонны (см. рис. 3.1). Напряжения в грунте (предполагаем линейное распределение напряжений): max срН + Nser / Aф Mser / Wф 201.65 + 1367.34 / 9.9 501.87 / 5.445 171.11 92.17 p min кПа; рmax 171.11 + 92.17 263.28 кПа < 1.2 R0 =1.2240 =288 кПа рmin 171.11 92.17 78.94 кПа. > 0. Арматура, укладываемая параллельно большей стороне фундамента, определяется по изгибающему моменту, действующему в сечении II: M1 = 0.125( Lф hп ) 2 Pmax bф = 0.125(3.31.8)2263.283 = 222.14 кНм; α = (1 – 0.5) = M1 / ( в , 2 Rbbh20) 222.14105 / (1.111.5100270362) 0.05; v = 1 – 0.5 = 0.975; Аs 222.14 / (2251030.9750.36) = 28.13 cм2 Принимаем 1616AI (As = 32.176 cм2). Арматуру устанавливаем с шагом 14x20 1x12. Арматура, укладываемая параллельно меньшей стороне фундамента, определяется по изгибающему моменту в сечении IIII: M2 = 0.125( Bф bп ) 2 Pcp Lф = 0.125(31.2)292.173.3 = 123.19 кНм; α = (1 – 0.5) = M2 / (( в , 2 Rbbh20) 123.19105/ (1.111.5100300362) 0.025; v = 1 – 0.5 = 0.987; Аs 123.19 / (2251030.9870.36) 142710-6 м2 = 15.41 cм2 Принимаем 2310AI (As = 18.055 cм2). Арматуру устанавливаем с шагом 20x15 2x11. Приложение 1 Кафедра "Железобетонные и каменные конструкции" Cтатический расчет одноэтажной рамы по КП "Одноэтажное производственное здание " Працуто М.И. гр. 112157 (шифр расчета - MI) *** Общие данные по расчету *** 1 - Количество пролетов 22.00 - Pазмер пролета в осях, м 10.95 - Расстояние от обреза фунд-та до верха консоли, м 3.90 - Высота надкрановой части колонны, м 1.20 - Высота подкрановой балки, м 250.0 - Привязка крайней колонны, мм 29000.0 - Модуль упругости бетона колонн, МПа *** Форма и размеры сечения колонн, мм *** 5 - Код сечения подкрановой части КРАЙНЕЙ колонны - сквозное (коробчатое) 500.0 1200.0 - Ширина и высота сечения подкрановой части 250.0 - Высота сечения ветви подкрановой части колонны 600.0 - Высота сечения надкрановой части *** Нагрузки *** 75.52 - Нагрузка от собственного веса подкрановой части КРАЙНЕЙ колонны, KH 30.57 - Нагрузка от собственного веса надкрановой части КРАЙНЕЙ колонны, KH 462.74 - Нагрузка на крайнюю колонну от собственного веса покрытия, KH 0.140 - Эксцентриситет ee приложения относительно оси надкрановой части, m 58.32 - Нагрузка от собственного веса парапетной панели, KH 390.96 - Нагрузка от собственного веса стеновой панели, KH 300.000 - Толщина стеновых панелей, мм 79.17 - Нагрузка от собственного веса подкрановой балки, KH 0.400 - Эксцентриситет ее приложения относит. оси подкрановой части крайней колонны, m 174.68 - Нагрузка на крайнюю колонну от веса снегового покрова, KH 6.21 - Сосредоточенная активная нагрузка от давления ветра W, kH 2.92 - Распределенная активная нагрузка от давления ветра w, kH/m 4.66 - Сосредоточенная пассивная нагрузка от давления ветра W', kH 2.19 - Распределенная пассивная нагрузка от давления ветра w', kH/m 427.25 115.47 - Крановая нагрузка (Dmax Dmin), KH 12.30 - Haгрузка от торможения крана, KH Працуто М.И. гр. 112157 Кафедра "Железобетонные и каменные конструкции" Cтатический расчет одноэтажной рамы для КП-2 "Одноэтажное производственное здание" РАЗДЕЛ 9.УСИЛИЯ/НАПРЯЖЕНИЯ/ В ЭЛЕМЕНТАХ 3. 4.2001 10:34:27 Працуто М.И. НИИАСС ЛИРА-ПК (В. 1.0 ) 1 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------I У С И Л И Я / Н А П Р Я Ж Е Н И Я / В Т,ТМ,ТММ I -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------I 2 I 1-1: 1-2: 3-1: 3-2: 4-1: 4-2: I I 1 : 1 : 3 : 3 : 4 : 4 : I I 2 : 2 : 4 : 4 : 5 : 5 : -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------I 1- I I I N I-109.73 -102.18 -55.164 -54.223 -54.223 -52.106 I I M I 8.3324 -26.790 16.305 12.456 12.456 3.7954 I I Q I-3.2075 -3.2075 -3.2075 -3.2075 -3.2075 -3.2075 I I 2- I I I N I-17.468 -17.468 -17.468 -17.468 -17.468 -17.468 I I M I -.7351 -2.2539 2.9865 2.8200 2.8200 2.4455 I I Q I -.1387 -.1387 -.1387 -.1387 -.1387 -.1387 I I 3- I I I M I 37.451 3.6006 3.6006 2.0197 2.0197 I I Q I-4.6900 -1.4926 -1.4926 -1.1422 -1.1422 -.3538 I I 4- I I I M I-35.035 -4.5249 -4.5249 -2.7778 -2.7778 I I Q I 3.9853 1.5873 1.5873 1.3245 1.3245 .7332 I I 5- I I I N I-42.725 -42.725 I I M I 3.3046 13.470 -3.6204 -2.5064 -2.5064 I I Q I .9283 .9283 .9283 .9283 .9283 .9283 I I 6- I I I N I-11.547 -11.547 I I M I-9.1664 .9986 -3.6204 -2.5064 -2.5064 I I Q I .9283 .9283 .9283 .9283 .9283 .9283 I I 7- I I I M I-8.7734 .1447 .1447 1.1220 1.1220 I I Q I .8144 .8144 .8144 .8144 -.4156 -.4156 I I 8- I I I M I-6.1711 -1.6207 -1.6207 -1.1220 -1.1220 I I Q I .4156 .4156 .4156 .4156 .4156 .4156 I 9. РАЗДЕЛ 11. РАСЧЕТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ УСИЛИЙ И УНИФИКАЦИЯ. 11. 21. 4.1998 9:28:28 Працуто НИИАСС ЛИРА-ПК (В. 1.0) 1 -----------------------------------------------------------------------------------------I РАСЧЕТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ УСИЛИЙ(НАПРЯЖЕНИЙ) В Т ТМ И ТММ I -----------------------------------------------------------------------------------------: ЭЛМ:СЧ:ПР:КР:СН:КС: N P: M P: Q P: N Д: М Д: Q Д: НОМЕРА ЗАГРУЖЕНИЙ Р.С.У. I -----------------------------------------------------------------------------------------I 1 1 1 1 1 :-109.7 45.78 -7.897 -109.7 8.332 -3.207 1 3 I I 2 2 K :-135.8 -40.00 1.822 -109.7 8.332 -3.207 1 2 4 6 7 I 6 2 K :-163.9 52.24 -7.450 -109.7 8.332 -3.207 1 2 3 5 7 I 13 2 K :-120.1 -39.34 1.947 -109.7 8.332 -3.207 1 4 6 7 I 18 2 K :-163.9 -28.78 1.822 -109.7 8.332 -3.207 1 2 4 5 I 29 2 K :-148.1 -28.12 1.947 -109.7 8.332 -3.207 1 4 5 7 8.332 -3.207 1 3 .254 -109.7 8.332 -3.207 1 2 4 41.37 -7.553 -109.7 8.332 -3.207 1 2 3 .777 -109.7 8.332 -3.207 1 4 7.597 -3.346 -109.7 8.332 -3.207 1 2 I I I 7 I I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 14= 1 30= 1 I I 1 1 1 51 1 :-109.7 45.78 -7.897 -109.7 I 52 2 :-125.4 -23.86 I 56 2 :-125.4 I 63 1 :-109.7 -26.70 I 68 1 :-127.2 I I I I I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 64=51 79=63 80=51 I I 1 2 1 2 2 K :-128.2 -33.45 -.694 -102.1 -26.79 -3.207 1 2 4 6 8 I 6 2 K :-156.3 -11.99 -4.214 -102.1 -26.79 -3.207 1 2 3 5 8 I 14 1 1 3 I 18 2 K :-156.3 -22.22 -.694 -102.1 -26.79 -3.207 1 2 4 5 8 I I :-102.1 -23.18 -4.700 -102.1 -26.79 -3.207 I I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 30=14 I I 1 2 1 52 2 :-117.8 -32.89 -1.903 -102.1 -26.79 -3.207 1 2 4 I 56 2 :-117.8 -25.57 -4.675 -102.1 -26.79 -3.207 1 2 3 I 64 1 :-102.1 -23.18 -4.700 -102.1 -26.79 -3.207 1 3 I 68 1 :-119.6 -29.04 -3.346 -102.1 -26.79 -3.207 1 2 I I I I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 80=64 I I 3 1 1 1 2 :-70.88 22.23 -4.675 -55.16 16.30 -3.207 1 2 I 14 1 :-55.16 19.90 -4.700 -55.16 16.30 -3.207 1 3 I 18 1 :-72.63 19.29 -3.346 -55.16 16.30 -3.207 1 2 3 I I I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 6= 1 30=14 I I 3 1 1 51 2 :-70.88 22.23 -4.675 -55.16 16.30 -3.207 1 2 I 64 1 :-55.16 19.90 -4.700 -55.16 16.30 -3.207 1 3 I 68 1 :-72.63 19.29 -3.346 -55.16 16.30 -3.207 1 2 3 I I I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 56=51 80=64 I I 3 2 1 1 2 :-69.94 16.81 -4.360 -54.22 12.45 -3.207 1 2 18 1 :-71.69 15.27 -3.346 -54.22 12.45 -3.207 1 2 I I I 3 IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 6= 1 14= 1 30= 1 I I 3 2 1 51 2 :-69.94 16.81 -4.360 -54.22 12.45 -3.207 1 2 68 1 :-71.69 15.27 -3.346 -54.22 12.45 -3.207 1 2 3 I I I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 56=51 64=51 80=51 I I 4 1 1 1 2 :-69.94 16.81 -4.360 -54.22 12.45 -3.207 1 2 18 1 :-71.69 15.27 -3.346 -54.22 12.45 -3.207 1 2 3 I I I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 6= 1 14= 1 30= 1 I I 4 1 1 51 2 :-69.94 16.81 -4.360 -54.22 12.45 -3.207 1 2 68 1 :-71.69 15.27 -3.346 -54.22 12.45 -3.207 1 2 3 I I I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 56=51 64=51 80=51 I I 4 2 1 2 2 :-52.10 3.795 -3.525 -52.10 3.795 -3.207 1 3 I 6 1 :-69.57 6.240 -3.346 -52.10 3.795 -3.207 1 2 I 14 2 :-67.82 5.996 -3.650 -52.10 3.795 -3.207 1 2 I I 3 I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ 18= 6 30=14 I I 4 2 1 52 2 :-52.10 3.795 -3.525 -52.10 3.795 -3.207 1 3 I 56 1 :-69.57 6.240 -3.346 -52.10 3.795 -3.207 1 2 I 64 2 :-67.82 5.996 -3.650 -52.10 3.795 -3.207 1 2 I I I IЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ I 68=56 80=64 3 ЛИТЕРАТУРА 1) Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. 2) Дрозд Я. И., Пастушков Г. П. Предварительно напряжённые железобетонные конструкции. 3) СНиП 2.03.0184 Строительные нормы и правила Ч. II. Нормы проектирования. Бетонные и железобетонные конструкции. 4) СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия/Госстрой СССР. – М.: ЦИТП, Госстроя СССР, 1987. 5) Конспект лекций.