Строительные конструкции. 8
Содержание
1. Задание на курсовое проектирование
2. Компоновка элементов здания 3
2.1 Выбор колонн 4
2.2 Выбор двухскатной балки 5
2.3 Плиты покрытия 5.1
2.4 Подкрановые балки.........................
3. Статический расчет панели 6
4. Назначение размеров для расчета панели 8
4.1 Характеристики прочности арматуры 8
4.2 Характеристики прочности бетона 9
5. Расчет прочности по первой группе предельных состояний 10
5.1 Расчет прочности по нормальным сечениям 10
5.2 Расчет прочности по наклонным сечениям 12
6. Расчет панели оп предельным состояниям второй группы 13
6.1 Геометрические характеристики приведенного сечения 13
6.2 Потери предварительного напряжения арматуры 14
6.3 Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси 16
6.4 Расчет по образованию трещин, наклонных к продольной оси 17
6.5 Определение кривизны панели на участках с трещинами в растянутой зоне 18
6.6 Определение прогиба панели 18
7. Выбор крана для монтажа панели 19
Список используемой литературы 21
2. Компоновка элементов здания
Здание двухпролетное. Пролет здания 12 м., шаг колонны 12 м.. Снеговая нагрузка по V географическому району. Здание проектируют из типовых элементов с соблюдением норм строительного проектирования и единой модульной системы.
В целях сохранения однотипности элементов покрытия колонны крайнего ряда располагают так, чтобы разбивочная ось ряда колонн проходила на расстоянии 250мм. От наружной грани колонн при шаге колонны больше 6м. Крайние поперечные разбивочные оси смещают от оси торцевых колонн на 500мм.
Рисунок 1. Компоновочная схема здания
1-колонна крайнего ряда; 2-колонна среднего ряда; 3-двускатная балка покрытия; 4-подкрановая балка; 5-ребристая плита покрытия; l-пролет здания; lK-шаг колонн; l-расстояние от разбивочной оси колонны до оси подкрановой балки, равно 0,75 м; LK-пролет мостового крана; H, HB, HH, hB, hH- размеры колонны
2.1 Выбор колонн
Для одноэтажного двухпролетного здания, имеющих пролет до 24 м., высотой до 10,8 м., без фонаря, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью Q = 100 кН среднего режима работы, при шаге колонн 12 м. используются колонны прямоугольного сечения. Выбираем крайние колонны марки КП Ι – 21 и средние марки КП I – 24.
Основные показатели колонны КП Ι – 21:
КП – колонна прямоугольная;
Ι – номер
выпуска серии рабочих
21 – номер
колонны по несущей
Вид колонны – крайняя;
Высота колонны над отметкой пола Н = 9,6м.
Размеры колонны:
Нк = 10600мм;
Н1 = 6400мм;
Нв = 4200мм;
b = 500мм;
Һв = 600мм;
Һн = 800мм;
Һ1 = 900мм;
Һ2 = 550мм;
m = 10,4т;
отметка головки рельса – 6,95м.
Основные показатели колонны КП Ι – 24:
КП – колонна прямоугольная;
Ι – номер выпуска серии рабочих чертежей;
24 – номер колонны по несущей способности.
Вид колонны – средняя;
Высота колонны над отметкой пола Н = 9,6м.
Размеры колонны:
Нк = 10600мм;
Н1 = 6400мм;
Нв = 4200мм;
b = 500мм;
Һв = 600мм;
Һн = 800мм;
Һ1 = 900мм;
Һ2 = 700мм;
m = 11,7т;
отметка головки рельса – 6,95м
2.2 Выбор двускатной балки
Основные показатели типовых двухскатных балок двутаврового сечения принимаем:
Пролет – 18 м;
Расчетная нагрузка на покрытие 3,5-6,5 кН/м2;
Ширина полки:
верхняя 400 мм;
нижняя 270 мм;
Высота сечения:
на опорах 800 мм;
в середине пролёта 1540 мм;
Ширина ребра 120мм;
Высота полки:
верхняя 220мм;
нижняя 300 мм;
Объем бетона 3,64 м3;
Масса балки 9,1 т.
2.3. Плиты покрытия
Принимаем основные характеристики ребристых плит покрытия:
Размеры в плане мм;
Высота мм;
Масса кг
А
2.4. Подкрановые балки
Применение железобетонных подкрановых балок рационально при мостовых кранах грузоподъемностью до 300 кН. сечение –двутавровое; шаг – 12 м;
3. Статический расчет панели
Нормативная нагрузка от собственного веса плиты , кН/м2.
,
где - см. выше;
м/c2 – ускорение свободного падения.
Расчетная нагрузка от веса снегового покрова , кН/м2.
,
где - расчетное значение веса снегового покрова;
- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытии.
1- три слоя рубероида по
Рисунок 1. Кровля с рубероидной гидроизоляцией (тип 1)
Панели опираются на ригели, балки покрытий и стены. Расчетный пролет панели принимают равным расстоянию между осями ее опор, при опирании по верху ригелей:
,
где м.
Панели в расчетной схеме представляют собой однопролетные балки, свободно лежащие на опорах, загруженные равномерно распределенной нагрузкой. На 1 м длины панели нагрузка составляет
,
где: - нагрузка на 1 м2;
- ширина панели (номинальный размер).
Максимальный изгибающий момент в середине пролета
Максимальная поперечная сила (у опоры)
.
Нормативная нагрузка, кН/м2 |
Коэффициент надежности по нагрузке, gf |
Расчетная нагрузка, кН/м2 | |
|
I. Постоянная нагрузка | |||
|
0,20 |
1,1 |
0,22 |
Толщиной 30 мм, плотностью 2000 кг/м3 |
0,60 |
1,3 |
0,78 |
|
0,60 |
1,3 |
0,78 |
битумной мастике |
0,05 |
1,1 |
0,055 |
|
1,1 |
3.1086 | |
Итого постоянная нагрузка |
4.276 |
4.9436 | |
II. Временная нагрузка | |||
|
2,24 |
0,7 |
3,2 |
Всего полная нагрузка |
6,516 |
8.1436 | |
Рисунок 2. Эквивалентное сечение плиты
Общая высота сечения .
Рабочая (расчетная) высота определяется по формуле
,
где - толщина защитного слоя бетона;
Толщина полки
.
Ширина ребра принимается
.
Расчетная ширина полки принимается равной
4.1. Характеристики прочности арматуры
Ребристая предварительно напряженная панель армируется стержневой арматурой класса Ат-VI с электротермическим натяжением на упоры форм. Принимаются значения нормативного сопротивления Rsn = 980 МПа, расчетного сопротивления Rs = 815 МПа, модуля упругости Es = 190000 МПа.
Предварительное напряжение арматуры принимается равным
.
Проверяем выполнение условия
,
где при электротермическом способе натяжения
где l – длина натягиваемого стержня, м (расстояние
между наружными
Предельное отклонение предварительного напряжения в арматуре
.
где np - число напрягаемых стержней в сечении элемента (плиты).
Возможные производственные отклонения от заданного значения предварительного напряжения арматуры учитываются в расчетах коэффициентом точности натяжения арматуры
При проверке по образованию трещин в верхней зоне при обжатии принимается
Предварительное напряжение с учетом точности натяжения
МПа
- Характеристики прочности бетон
а
Бетон тяжелый класса В50, соответствующий напрягаемой арматуре А-V. Призменная прочность нормативная МПа, расчетная МПа, коэффициент условий работы бетона , нормативное сопротивление при растяжении МПа, расчетное МПа, начальный модуль упругости бетона МПа.
5 Расчет прочности по первой группе предельных
состояний
Расчет панелей производится:
а) по нормальному сечению элемента, то есть сечению, перпендикулярному к продольной оси, с целью определения площади сечения бетона и площади поперечного сечения продольной арматуры:
б) по наклонному сечению на приопорных участках панели с целью определения площадей сечения поперечных и наклонных стержней.
- Расчет прочности по нормальным сечениям
По назначенным расчетным
.
В зависимости от находим = 0,982 и = 0,035.
Вычисляем характеристику сжатой зоны бетона:
;
Вычисляем граничную высоту сжатой зоны:
,
где - напряжения в арматуре с условным пределом текучести с учетом накопившихся остаточных деформаций
МПа,
где МПа.
Коэффициент условий работы, учитывающий сопротивление напрягаемой арматуры выше условного предела текучести:
,
где - для арматуры класса Ат-VI.
Т.к. > , принятого для данного класса бетона, то принимаем .
Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры:
.
Согласно сортамента проволочной и стержневой арматурной стали окончательно величина расчетной площади = 616 мм2 диаметре = 14 мм и число = 4 стержня.
Площадь всего бетона в поперечном сечении:
Насыщение поперечных сечений панелей арматурой оценивают коэффициентом армирования
,
Величина называется процентом армирования.
Предельный процент
,
где - граничная относительная высота сжатой зоны бетона;
.
Минимальный процент
армирования в панелях устанавл
Рисунок 3. Расчетная схема
Определяем форму сжатой зоны в расчетном сечении. Если нейтральная линия проходит в полке, то выполняется условие:
;
;
.
Условие выполняется, расчет производим как для прямоугольного сечения шириной из условия:
;
;
.
при этом высота сжатой зоны определяется:
;
.
Рисунок 4. Форма сжатой зоны в расчетном сечении панели
при расположении границы сжатой зоны в полке;
5.2 Расчет прочности по наклонным сечениям
Прочность наклонного сечения, определяемая работой бетона на растяжение, окажется достаточной, если
;
,
где: - опытный коэффициент для бетонов: тяжелого и мелкозернистого, равный 0,6.
Данное условие соблюдается, в элементе не появляются наклонные трещины.
Поперечные стержни сварных каркасов ставят согласно конструктивным требованиям: на приопорных участках, равных ¼ пролета, с шагом не более 150 мм. На остальной части пролета устанавливается поперечная арматура с шагом 337,5 мм. Минимальный диаметр поперечных стержней 5 мм.
Рисунок 5. Расчетная схема
6 Расчет панели по предельным состояниям
второй группы
6.1 Геометрические характеристики приведенного сечения
Схема приведенного сечения
Отношение модулей упругости:
.
Площадь приведенного сечения:
Статический момент площади приведенного сечения относительно нижней грани:
где - площадь i-й части сечения;
- расстояние от центра тяжести i-й части сечения до крайнего растянутого волокна.
Расстояние от нулевой линии до крайнего растянутого волокна определяется по формуле
.
Момент инерции приведенного сечения
,
где - момент инерции i-й части сечения относительно оси, проходящей через центр тяжести этой части сечения;
- площадь i-й части;
- расстояние от крайнего растянутого волокна до центра тяжести i-й части.
Момент сопротивления
.
Момент сопротивления приведенного сечения по верхней зоне
.
Расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны (верхней), до центра тяжести приведенного сечения
.
Расстояние от ядровой точки, наименее удаленной от растянутой зоны (нижней), до центра тяжести приведенного сечения
,
где
Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне
,
где g=1,75 для таврового сечения с полкой в сжатой зоне.
Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне в стадии изготовления и обжатия элементов
,
где g=1,5 для таврового сечения с полкой в растянутой зоне
- Потери предварительного напряжения арматуры
Начальные предварительные напряжения в арматуре не остаются постоянными, с течением времени они уменьшаются. Различают первые потери предварительного напряжения в арматуре, происходящие при изготовлении элемента и обжатии бетона, и вторые потери, происходящие после обжатия бетона.
Первые потери
1 Потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на упоры зависят от способа натяжения и вида арматуры при механическом способе натяжения, стержневой арматуры
.
2 Потери от температурного перепада, т.е. от разности температуры натянутой арматуры и устройств, воспринимающих усилие натяжение при пропаривании или прогреве бетона:
,
где: Dt = 65 °С – разность между температурой арматуры и упоров, воспринимающих усилия натяжения.
3 Потери от деформации
анкеров, расположенных у
При электротермическом способе натяжения потери от деформаций анкеров в расчете не учитываются, так как они учтены при определении значения полного удлинения арматуры .
4 Потери от трения арматуры о стенки каналов или поверхность конструкции при натяжении на упоры
,
где q - суммарный угол поворота оси на криволинейном участке, рад;
5 Потери от деформации стальных форм при изготовлении предварительно напряженных элементов с натяжением арматуры домкратами. Принимаем при электротермическом натяжении, так как потери от деформации формы учтены при определении полного удлинения арматуры
6 Потери от быстронатекающей ползучести бетона зависят от условий твердения, уровня напряжений и класса бетона; развиваются они при обжатии (и в первые 2-3 ч после обжатия). При естественном твердении:
Усилие обжатия
.
Эксцентриситет этого усилия относительно центра тяжести приведенного сечения:
Напряжение в бетоне при обжатии:
.
Устанавливаем величину передаточной прочности бетона из условия:
;
.
Принимаем =50 МПа. Тогда отношение .
;
где: a = 0,75 - коэффициенты, принимаемые при передаточной прочности.
Вторые потери
7 Потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на упоры не учитываются, т.е. .
8 Потери от усадки бетона и укорочения элемента зависят от вида бетона, способа натяжения арматуры, условий твердения (натяжение на упоры, бетон естественного твердения) .
9 Потери от ползучести бетона (следствие соответствующего укорочения элемента) зависят от вида бетона, условий твердения, уровня напряжений:
;
где: a=1 - при естественном твердении бетона.
При натяжении арматуры на упоры учитывают:
первые потери – от релаксации напряжений в арматуре, температурного перепада, деформации анкеров, трения арматуры об огибающие приспособления, деформации стальных форм, деформации бетона от быстронатекающей ползучести
;
вторые потери – от усадки и ползучести
.
Суммарные потери при любом способе натяжения
.
Усилие обжатия с учетом полных потерь
6.3 Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси
Расчет производится из условия:
;
;
Вычисляем момент образования трещин по приближенному способу ядровых моментов
;
где Mrp – ядровый момент усилия обжатия;
;
где gsp – коэффициент точности натяжения при благоприятном влиянии предварительного натяжения.
Условие не выполняется, трещины, нормальные к продольной оси образуются. Следовательно, расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси, производим.
Проверим, образуются ли начальные трещины в верхней зоне плиты при ее обжатии при значении коэффициента точности натяжения при обжатии, gsp
Расчетное условие
;
где Rbtp – сопротивление бетона растяжению, соответствующее передаточной прочности бетона Rbp=1,55 МПа.
Условие удовлетворяется, начальные трещины не образуются.
- Расчет по образованию трещин, наклонных к продольной оси
Расчет по образованию трещин, наклонных к продольной оси панели, должен производиться из условия
;
где - коэффициент, учитывающий влияние двухосного напряженного состояния “сжатие – растяжение” на прочность бетона
, принимаем =1
Значения главных
;
. Нормальное напряжение
,
где - момент инерции приведенного сечения относительно центральной оси;
- расстояние от нулевой линии до крайнего растянутого волокна.
принимается равным нулю,
так как отсутствует