Определение усилий в сечениях ригеля от расчетных нагрузок в табличной форме. Проверка принятой высоты сечения. Построение эпюры арматуры. Расчетные схемы и длины колонн. Расчет сборных элементов колонн резервуара на усилия в период транспортирования.
Аннотация к работе
Грунт: нормативная нагрузка находится по формуле ? b=17 КН/м??0,4 м=6,8 КН/м?, где b - толщина слоя грунта; коэффициент надежности равен 1,3; расчетная нагрузка =5,1 КН/м??1,3=6,63 КН/м?; тогда расчетная погонная нагрузка =6,63КН/м??6 м=39,78 КН/м ; Высоту сечения ригеля определим по опорному моменту при граничном значении относительной высоты сечения сжатой зоны: ??=0,35; =0,289; = = = 0,4361 м=43,61 см, где - расчетное сопротивление бетона сжатию, МПА, - запас по материалу, - ширина сечения ригеля. Расчет ж/б элементов с поперечной арматурой на действие поперечной силы для обеспечения прочности по наклонной трещине должен производится по наиболее опасному наклонному сечению из условия: Вычислим проекцию расчетного наклонного сечения на продольную ось С по формуле: где ; Изгибающий момент, воспринимаемый арматурой 2 O 18, А III; =5,09 см?: ригель арматура нагрузка сечение Растягивающее усилие N воспринимается стальными стыковыми стержнями, сжимающее - бетоном между торцом ригеля и колонной и сварными швами между закладными деталями консоли колонны и ригеля.
Введение
Железобетонные конструкции являются базой современной строительной индустрии. Их применяют: в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве - для зданий различного назначения; в транспортном строительстве - для метрополитенов, мостов, туннелей; в энергетическом строительстве - для гидроэлектростанций, атомных реакторов; в гидромелиоративном строительстве - для плотин и ирригационных устройств; в горной промышленности - для надшахтных сооружений и крепления подземных выработок и т. д. Такое широкое распространение в строительстве железобетон получил вследствие многих его положительных свойств: долговечности, огнестойкости, стойкости против атмосферных воздействий, высокой сопротивляемости статистическим и динамическим нагрузкам, малых эксплуатационных расходов на содержание зданий и сооружений и др. Почти повсеместное наличие крупных и мелких заполнителей, в больших количествах идущих на приготовление бетона, делает железобетон доступным к применению практически на всей территории страны.
По способу возведения различают: железобетонные конструкции сборные, изготовляемые преимущественно на заводах стройиндустрии и затем монтируемые на строительных площадках; монолитные, полностью возводимые на месте строительства; сборно-монолитные, в которых рационально сочетается использование сборных железобетонных элементов заводского изготовления и монолитных частей конструкций.
В настоящее время сборные железобетонные конструкции в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации строительства, хотя следует отметить, что и монолитный бетон с каждым годом получает все большее признание.
1. Расчетные данные
Размеры в плане, м : 18?24
Высота, м : 4,8
Класс бетона : В25
Класс арматуры : А-III
Расчетное сопротивление грунта ,КПА :250
Объемная масса грунта , КН/м? : 17
Расчетный угол внутреннего трения , градус : 35
Временная нагрузка на призме разрушения V, КН/м? : 30
Резервуар проектируем в г. Красноярске.
Данные для проектирования.
Бетон тяжелый класса В25.
Расчетное сопротивление бетона сжатию =14,5 МПА. Нормативное сопротивление бетона сжатию =1,05 МПА. Начальный модуль упругости бетона =30000 МПА.
Арматура: Класс арматуры А-III. Расчетное сопротивление растяжению =365МПА. Модуль упругости арматуры =210000 МПА.
2. Проектирование ригелей
2.1 Расчетные пролеты и нагрузки
Расчетные средние пролеты ригеля принимаем равными расстоянию между осями колонн, =6,0 м.
Расчетный пролет крайних ригелей =5,8 м.
Мы имеем ригель таврового сечения полками вниз. Передача нагрузки от перекрытия происходит через торцовые ребра ребристых панелей или нижнюю поверхность пустотных, поэтому нагрузка считается равномерно распределенной.
Определим величину нагрузок на 1 пог. м ригеля, т.е. В=6 м.
Снег: расчетная снеговая нагрузка равна =180 кг/м??10 м/с?=1800 Н/м?=1,8 КН/м?;
тогда расчетная погонная нагрузка: =1,8 КН/м??6 м=10,8 КН/м;
Грунт: нормативная нагрузка находится по формуле ? b=17 КН/м??0,4 м=6,8 КН/м?, где b - толщина слоя грунта; коэффициент надежности равен 1,3; расчетная нагрузка =5,1 КН/м??1,3=6,63 КН/м?; тогда расчетная погонная нагрузка =6,63КН/м??6 м=39,78 КН/м ;
Утеплитель: = ? b=4 кг/м??0,01 м=0,044 КН/м??0,1 м=0,044 КН/м?, где - плотность утеплителя, а b - толщина слоя утеплителя; коэффициент надежности равен 1,2; расчетная нагрузка =0,044 КН/м??1,2=0,04 КН/м?; расчетная погонная нагрузка =0,04 КН/м??6 м=0,264 КН/м ;
Гидроизоляция: = ? b=1000 кг/м??0,01 м=10 КН/м??0,01 м=0,1 КН/м?, где - плотность рубероида (по СП «Тепловая защита зданий»), а b - толщина слоя рубероида; коэффициент надежности 1,2; расчетная нагрузка =0,1 КН/м??1,2=0,12 КН/м?; расчетная погонная нагрузка =0,12 КН/м??6 м=0,72 КН/м ;
2.2 Определение усилий в сечениях ригеля от расчетных нагрузок в табличной форме
Исходные данные заносим в программный комплекс «SCAD». Полученные схема загружения, значения изгибающих моментов и поперечных сил заносим в виде таблицы 2.
Высоту сечения ригеля определим по опорному моменту при граничном значении относительной высоты сечения сжатой зоны: ??=0,35; =0,289; = = = 0,4361 м=43,61 см, где - расчетное сопротивление бетона сжатию, МПА, - запас по материалу, - ширина сечения ригеля.
Высота получилась меньше заданной (80 см), при дальнейших расчетах будем использовать данную высоту сечения ригеля, при этом будет запас прочности, который мы можем использовать и при производстве работ уменьшить марку бетона.
Тогда высота сечения сжатой зоны , где а - расстояние от растянутой грани сечения до центра тяжести растянутой арматуры.
Проверим прочность наклонной полосы между наклонными трещинами по условию: Q?0,3 , где =1 5 ;
=1- =1-0,01?14,5=0,885;
для тяжелого бетона =0,01.
Проверим значение величины коэффициента
М/ =21599000/14,5?100?30?49,61??0,9=0,29 0,44, где М - максимальный момент в пролете.
Окончательно принимаем сечение ригеля: =30?80 см.
2.4 Подбор сечений продольной арматуры по изгибающим моментам
В пролетах ( =215,99 КН м)
= / 21599000/14,5?100?30?43,61??0,9=0,29.
По значению найдем ??=0,824(определяем по приложению методички).
Определим площадь сечения продольной арматуры: = / ?? =21599000/365?100?0,824?43,61=16,47 см?.
По сортаменту арматуры принимаем 2 O 28 А III ( =12,32 см?), 2 O 18 А III ( =5,09 см?), ? =17,41 см?.
Количество верхней арматуры вычислим по величине опорного изгибающего момента.
На опоре =251,03 КН м)
= / =25103000/14,5?100?30?43,61??0,9=0,34.
По значению найдем ??=0,78.
Определим площадь сечения продольной арматуры: = / ?? =25103000/365?100?0,947?43,61=20,22 см?.
Принимаем по сортаменту 2 O 28, А III ( =12,32 см?) и 2 O 25, А III ( =9,82 см?); общая площадь =22,14 см?.
2.5 Расчет прочности наклонных сечений по поперечной силе
На средней опоре: Q=309,2 КН.
Расчет ж/б элементов с поперечной арматурой на действие поперечной силы для обеспечения прочности по наклонной трещине должен производится по наиболее опасному наклонному сечению из условия:
Вычислим проекцию расчетного наклонного сечения на продольную ось С по формуле:
где ;
- коэффициент, учитывающий влияние вида бетона.
Н см.
; .
Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки с продольной арматурой диаметром 28 мм и принимаем равным =8 мм ( =0,503 см?) класса А-I, =225 МПА, число каркасов два =1,01 см?.
Шаг поперечных стержней =150 мм, поскольку h=496 450 и =150= h/5=10 см.
Принимаем шаг поперечных стержней на приопорных участках длиной l/4-S=150 мм, в средней части пролета S=3 h/4= 32см.
2.6 Построение эпюры арматуры
Пролеты. Рабочая арматура принята 2 O 28, А III 2 O 18, А III; =17,41 см?. по конструктивным требованиям не менее 50 % от сечения продольной рабочей арматуры в пролете должно быть доведено до опор.
Обрываем 2 O 28, А III.
Определим изгибающий момент, воспринимаемый всем сечением арматуры в пролете: ;
;
??= ;
;
КН м.
Изгибающий момент, воспринимаемый арматурой 2 O 18, А III; =5,09 см?: ригель арматура нагрузка сечение
;
??= ; ;
КН м.
Арматура 2 O 18, А III 2 O 28, А III , =17,41 см?.
;
??= ; ;
КН м.
Арматуру 2 O 28, А III; =12,32 см? .
;
??= ; ;
КН м.
Арматура 2 O 25, А III 2 O 28, А III , =22,14см?.
;
??= ; ;
КН м.
Арматура 2 O 25, А III, =9,82см?.
;
??= ; ;
КН м.
2.7 Определение длины заделки стержней рабочей арматуры за места теоретического обрыва
В целях экономии арматурной стали часть продольных стержней обрываем согласно изменению огибающей эпюры моментов. Сечение ригеля, в котором отдельные растянутые стержни не нужны, называют местом теоретического обрыва. Обрываемые стержни заводят за место теоретического обрыва на длину заделки , определяемую по формуле:
где - диаметр обрываемого стержня.
Площадь поперечной арматуры 2 O8 А-I
Принимаем большее из полученных значений. Эпюру моментов считаем симметричной.
2.8 Проектирование опорного стыка
Расчет опорного стыка проводим на действие усилий от опорного изгибающего момента М=265,54 КН? м и поперечной силы Q=231,99 КН.
Растягивающее усилие N воспринимается стальными стыковыми стержнями, сжимающее - бетоном между торцом ригеля и колонной и сварными швами между закладными деталями консоли колонны и ригеля.
Бетон класса В25, ; стыковые стержни из арматуры класса А-III, ; сварной шов выполняется электродами Э-42, , толщина закладных пластин . Определим площадь сечения надопорных стыковых стержней при величине а=1,5 см;
;
соответствует ;
Принимаем арматуру 4O28 А-III; .
Суммарная длина сварных швов соединительных стержней при и
При четырех стыковых стержнях и двусторонних швах длина шва с учетом непровара по конструктивным требованиям.
Длина шва крепления нижних закладных деталей ригеля к стальной пластине консоли: по металлу шва по металлу границы оплавления
;
где ; - сила трения; - коэффициент трения стали о сталь.
Принимаем большее значение . При этом
Длина шва с каждой стороны с учетом непровара
Вылет консоли с учетом зазора между ригелем и колонной принимаем 20 см, размер закладной детали 15 см.
2.9 Особенности расчета прочности ригеля таврового сечения с полкой в растянутой зоне
При проектировании ригеля таврового сечения необходимо дополнительно рассчитывать свесы полок на действие местных нагрузок от панелей перекрытия.
Расчет полки ригеля. Определим нагрузку на полку ригеля на 1 пог. м:
Эксцентриситет приложения нагрузки: см.
Изгибающий момент в полке:
Вычислим коэффициент:
По определим коэффициент .
Площадь сечения арматуры:
Примем арматуру 4 O 6, В1 (шаг 250 мм); .
Полки ригеля армируем сварными каркасами К-2, гнутыми по профилю полок.
3. Проектирование сборных железобетонных колонн
Рассчитываемый железобетонный резервуар имеет жесткую конструктивную схему. Колонны каркаса работают только на восприятие вертикальных нагрузок от перекрытий.
Ввиду незначительного влияния и для сокращения объема вычислений не учитываем изгибающие моменты, возникающие в сечениях колонн при неравномерном загружении ригелей.
Сечения колонн назначаем квадратные с размерами 40?40 см.
3.1 Определение расчетных усилий
Грузовая площадь, с которой собирается нагрузка от каждого перекрытия и покрытия на колонну, .
Т.к. расчетную схему с прикладываемой к ней распределенной нагрузкой мы считали в программе SCAD, то возьмем оттуда значение максимальной силы, действующей на колонну: (см. рисунок выше).
3.2 Расчетные схемы и длины колонн
Колонну рассчитываем как стойку, жестко защемленную в фундаменте и шарнирно-неподвижно опертую на уровне перекрытия. Расчетная длина этой колонны .
Класс бетона колонн В25 ( =14,5 МПА). Арматура в колоннах класса А-III; =365 МПА; .
3.3 Расчет колонн на прочность
По и отношению длительной нагрузки к общей нагрузке, принимаемому в данном курсовом проекте равным 1, находим и (по таблице методички).
Определим , предварительно задав :
где
Требуемая площадь продольной арматуры
Т.к. площадь продольной арматуры получилась меньше 0, конструктивно принимаем минимальный диаметр 4 O 12, А-III; . Поперечные стержни в колоннах резервуара O8, А-I с шагом .
3.4 Расчет сборных элементов колонны резервуара на усилия в период транспортирования и монтажа
Рассмотрим сборный элемент колонны, длиной во весь резервуар.
Исходные данные: - длина сборного элемента колонны - 535 см;
- размеры поперечного сечения - 40?40 см;
- продольная рабочая арматура колонны 4 O 12, А-III; ; =365 МПА; a=a’=4 см. Класс бетона В25 ( =14,5 МПА).
Подъем сборного элемента колонны при монтаже осуществляется стропом.
В период транспортирования колонны опираются на подкладки, установленные на расстоянии 1 м (1/5 от длины колонны) от торцов элемента. В момент подъема сборный элемент, захваченный за консоли на расстоянии 1 м от верхнего торца, нижним шарнирно-неподвижно опирается на горизонтальную площадку.
Расчетный собственный вес погонного метра колонны при коэффициенте динамичности :
где - удельный вес бетона.
Расчетный собственный вес погонного метра колонны при коэффициенте динамичности :
Нагрузка от собственного веса колонны в начальный момент подъема изза незначительного угла к горизонту принимается равной .
Изгибающие моменты в характерных сечениях колонны равны: при транспортировании:
при монтаже:
Вычислим изгибающий момент, воспринимаемый сечением колонны при симметричном армировании (
где
Прочность сечений обеспечена, т.к.
3.5. Расчет консоли колонн
Исходные данные: - расчетная сила, передаваемая ригелем на консоль колонны:
Определим вылет консоли из условия обеспечения ее прочности на смятие в месте опирания ригеля:
С учетом зазора требуемая длина вылета консоли принимаем вылет консоли кратным 5 - . По конструктивным соображениям принимаем вылет консоли 25 см.
Находим требуемую рабочую высоту консоли в сечении у грани колонны:
Полная расчетная высота консоли у грани колонны (при а=3,5 см):
Получили минимальную рабочую высоту консоли, равную которая может выдерживать воспринимаемую нагрузку. Далее, с учетом запаса, будем принимать расчетную высоту консоли , а рабочую высоту консоли
Определим необходимое количество рабочей арматуры по изгибающему моменту, увеличенному на 25 % в сечении у грани консоли:
Принимаем 2 O 18, А-III; .
Поперечное армирование консолей выполняем в виде отгибов и горизонтальных стержней, поскольку Поперечная сила, воспринимаемая бетоном консоли:
Отгибы по расчету не требуются - устанавливаем конструктивно.
Примем отгибы 2O16, А-III; , что отвечает конструктивным требованиям норм.
Армирование горизонтальными хомутами выполняем из арматуры O 10, А-III с шагом 10 см, что не более h/4=36,5/4=9 см и 15 см.
4. Проектирование фундамента
4.1 Расчет фундамента на продавливание
В данном курсовом проекте мы проектируем низкий фундамент, т.е. у которого стакан заглублен в плитную часть или у которого расстояние от дна стакана до плитной части меньше расстояния от грани колонны до грани подколонника.
Расчет плитной части низкого фундамента на продавливание колонной обязателен в каждом конкретном случае, т.к. этим расчетом проверяется принятая высота фундамента.
Проверка фундамента по прочности на продавливание колонной от дна стакана производится от действия только продольной силы из условия:
где - расчетная продольная сила в уровне торца колонны, определяемая по формуле:
где - коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть фундамента через стенки стакана за счет сцепления бетона колонны с фундаментом.
но не должно быть меньше 0,85;
где - расчетное сопротивление бетона замоноличивания стакана, принимается по СНИП 2.03.01-84 с учетом соответствующих коэффициентов условий (обычно применяется бетон В12,5 с ); - площадь боковой поверхности колонны в пределах ее заделки в стакан, м?; - расчетная нагрузка в уровне обреза фундамента, КН;
где - рабочая высота пирамиды продавливания, равная расстоянию от дна стакана до плоскости расположения растянутой арматуры;
Приступаем к расчету.
;
;
Итак, . Это говорит о том, что на плитную часть фундамента продольная сила передает только 32,6 % от всей своей нагрузки. Но, в условии сказано, что коэффициент должен быть не менее 0,85. Значит принимаем далее :
м;
Условие выполняется, следовательно, высота фундамента подобрана правильно.
4.2 Подбор арматуры
Фундаменты считаем с помощью программы «SCAD».
Данные, необходимые для расчета: - класс бетона В25;
- объемная масса грунта - 17 КН/м?;
- расчетный угол внутреннего трения - 35 град.;
- нагрузка на фундамент - 608,81 КН (из которых вес колонны 20 КН)
- класс арматуры А-III.
Получаем: нижняя арматурная сетка С-1 выполнена стержнями O10 мм с шагом 200?200 мм.
Верхнюю арматурную сетку между колоннами в данном курсовом не проектируем.
Подколонник армируем двумя сетками С-2, принимая продольную арматуру конструктивно O10 AIII с шагом 100 мм.
Стенки стакана армируем сетками С-3, диаметр принимаем O8 AI с шагом 150 мм.
Список литературы
1. Расчет неразрезного ригеля и колонны многоэтажного здания: методические указания к курсовому проекту для специальностей 270102, 270106, 270112 / КРАСГАСА. Красноярск, 2005. 44с.
2. Проектирование фундаментов неглубокого заложения: методические указания к курсовому проекту для студентов специальностей 270102, 270105, 270114, 270115. Красноярск: СФУ, 2008. 62 с.
3. Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат. 1991. - 767 с.:ил.
4. Ухов С. Б., Семенов В. В., Знаменский В. В., Тер-Мартиросян З. Г., Чернышев С. Н. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учеб. пособие для строит. спец. вузов - 4-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2007. - 566с.:ил.
5. ГОСТ 27215-87. Плиты перекрытий железобетонные ребристые высотой 400 мм для производственных зданий промышленных предприятий. Технические условия.
6. ГОСТ 28984. Модульная координация размеров в строительстве. Основные положения.
7. СНИП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.
8. СТО 4.2-07 2008. Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности.