Проектирование конструкций одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами. Проектирование конструкций одноэтажного промышленного здания. Курсовой проект 2 Пояснительная записка и расчеты Проектирование конструкций одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами
 Скачать 403.5 Kb.
|
 = = 1.2∙1∙1∙88.9/196000∙20∙(3.5-100∙0.0113) ∙  =0.06 мм < 0.4 мм,где φk=1,2- для растянутых элементов, αl=1 – при кратковременном действии нагрузок ,ηs=1 –при стержневой арматуре периодического профиля. Допускаемая ширина кратковременного раскрытия трещин аcr = 0.4мм. Для других раскосов и стоек нужно оставить сечение 20 x 20см и арматуру 4ø12 А-111. поперечная арматура ø3 Вр-1. Г.Нижний пояс. Усилие растяжения Nmax = U2 = 1611 кН, в том числе Nl = 1202.62 кН. Можно взять канат К-7 ø 15мм, для которого Rsp=1080 МПа, γs4=1.15; Rsp,ser=1295 МПа, Еs=180000 МПа. Требуемая площадь сечения растянутой арматуры (каната К-7): Аp= N / (γs4∙Rsp)= (1611∙10) / (1080∙1.15) = 11.97 см 2 . Принимаем 9ø15К-7 с Asp=12.8 см 2 . Проверяют образование трещин: нормативное усилие растяжения Nser =N / γm = 1611 / 1.2 = 1143 кН. К трещиностойкости конструкции предъявляют требования 3-ей категории, при которых допустимо раскрытие трещин: кратковременное а1=0,15 мм и длительное а2 =0,1 мм. В расчетах по образованию и раскрытию трещин учитывают коэффициент точности натяжения арматуры γp = 1. Передаточная прочность бетона Rbp = 24.5 МПа. Величину начального предварительного напряжения арматуры определяют по формуле: σp=Rsp,ser - ∆p. Допустимое отклонение этой величины при механическом способе натяжения арматуры принимают ∆р=0,05∙σp. Предельная величина напряжения арматуры: σp=Rsp,ser / (1+0.05) = 1295 / 1.05 = 1230 МПа. Первые потери напряжения арматуры: - от релаксации напряжения арматуры: σ1= [(0.22∙σp) / Rsp,ser – 0.1] ∙ σp= [(0.22∙1230)/1295 – 0.1] ∙ 1230134 МПа. - от температурного перепада на величину 65 0C при тепловой обработке бетона: σ2= 1,25∙65=81 МПа. - от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств, на величину λ =1,25+0,15∙d = 1.25+0.15∙15 = 3.5 мм. σ3 = λ∙Es / l = 3.5∙180000 / 24000 = 26 МПа. Усилие обжатия бетона с учетом потерь напряжения арматуры: σ1+σ2+σ3=134+81+26=241 МПа. Р01=Аp∙(σp-σ1-σ2-σ3)=12,8∙(1230-241)=12659 МПА∙см 2 = 1265.9кН. Площадь сечения бетона затяжки, необходимая для размещения арматуры 9ø 15 К-7 с требуемыми зазорами между стержнями и обеспечением защитного слоя бетона принята Аb=30∙25=750 см 2. Напряжение обжатия бетона σbp=Р01/Аb=12659/750=16,9МПа. Отношение величины σbp /Rbp =16,9/24,5=0,69<0.85 для бетона класса В35 (при тепловой обработке). Потеря напряжения от быстро натекающей ползучести: σ6= 40∙σbp / Rbp=40∙16.9 / 24.5 = 27.8 МПа. Вторые потери напряжения арматуры: - от усадки бетона, подвергнутого тепловой обработке: σ8=35 МПа. - от ползучести бетона при отношении σbp / Rbp=0.57, σ9 = 150∙α∙σbp =14∙150∙0.85=96.9 МПа. α= 0,85 – при тепловой обработке. Суммарные потери напряжения: σn=σ1+σ2+σ3+σ6+σ8+σ9=134+81+26+27.8+35+96.9=400 МПа. Усилие обжатия бетона с учетом всех потерь напряжения: Р02=Аp∙(σp-σn) = 12.8∙(1230-400)=10624 МПа / см2 = 1062.4кН. Усилие, воспринимаемое сечением, нормальным к продольной оси элемента, при образовании трещин определяют по формуле: N’cr=Rbt,ser∙(Ab+2∙α∙Ap)+P02, при α=Es/Eb=180/19=9.5. N’cr=1.8∙(750+2∙9.5∙12.8) +10624=12411.8 МПа/см’=1241.18 кН. Т.к. N’cr =1241.18 кН > Nser=1143 кН, трещин в сечении нижнего пояса не образуется. 5.5. Расчет узлов фермы. 5.5.1. Опорный узел. В опорных узлах ферм по расчету определяют только поперечную арматуру каркасов. Остальную арматуру устанавливают по конструктивным соображениям, например по формуле, где площадь сечения продольной напрягаемой арматуры класса А-111 можно взять As=0.2∙U1 / Rs= 0.2∙10∙1585.6 / 365=8.68см’ Для 4ø18 А-111 Аs=10,18 см 2.  Рис.5.5.1: Опорный узел. В опорном узле действуют следующие усилия: Nl=1732 kH; U1=1585.6 kH и реакция опоры фермы N=(Na+Nb)∙P=(7.4+2.95)∙67.16=695 кН. Угол между элементами фермы: ctg α =290/127.2=2.28. Требуемую площадь сечения вертикальных поперечных стержней из арматуры ø10…40 мм А-111 с Rsw=265 МПа определяют из условия обеспечения прочности по линии отрыва АВ (см. рис. 6.5.1.). Asw = (U1 – Np – Ns) : (Rsw∙ctg α ) = (1585.6-7735.5-3716) : (295∙2.28) = 6.55 см2, Np = Ap ∙ Rsp ∙ l1 / l2 = 11.97∙1080∙56 / 100 = 7735.5 МПА∙см2 = 773,55 кН. Ns = As ∙ Rs ∙ l1 / l3 = 10.18∙365∙56 / 56 = 3716 МПа∙см2 = 371,6 кН. l1- длина заделки арматуры за линией АВ; l2- 100 cм, необходимая длина заделки арматуры; l3- 35∙d=35∙1.8=56 см, т.ж. для арматуры А-111. Ту же площадь сечения определяют из условия обеспечения прочности на изгиб в наклонном сечении: Asw = [N∙(l4- - a) – (Np+Ns) ∙ (h0 – x/2)] : [0.5∙Rsw∙(l4 - a – 10)], где l4- длина опорного узла; а- расстояние от торца конструкции до центра узла; х - высота сжатой зоны в наклонном сечении: х= (Np+Ns) / ( γb1∙Rb∙b) = (7735.6+3716) / (0.85∙17.55∙30) =25 см. Asw= [665∙10∙(90-17)-(7735.6+3716)∙(45-12.5)] / [0.5∙295∙(90-17-10)] =12.2 Вертикальные хомуты с площадью сечения Asw=12.2 см 2 должны быть размещены на длине проекции наклонного сечения около 58 см (см. рис. 6.5.1.). По сортаменту можно взять 10 ø 12 А-111 с Аsw=13,13 cм 2. Требуемый шаг хомутов, в данном случае пар стержней S=58∙2 /11=10.5см. С таким шагом хомуты устанавливают на всей длине узла. Кроме того, у торца фермы в зоне расположения предварительно напряженной арматуры на длине 0,6∙l2=60 см устанавливают конструктивные вертикальные сварные сетки с шагом 11,5 см, которые должны охватывать все стержни предварительной арматуры. 5.5.2. Промежуточный узел. Наибольшее усилие в растянутом раскосе N=D3=48,22 кН. Растянутая арматура 4ø12 А-111 с Аs=4.52 см 2. Угол между направлением раскоса и вертикалью – tgφ= 276/300=0.92, cosφ =0.73. Требуемую площадь сечения вертикальных поперечных стержней из арматуры ø10…40 А-111 определяют из условия обеспечения прочности по линии отрыва САВ (рис. 6.5.2.) по формуле: Asw= [N∙(χ1 ∙ l1 + 5d)] : [Rsw∙ χ2 ∙ l3 ∙ cos φ] = = [48.22∙10∙(1.1∙42+5∙1.2)] : [300∙0.3∙42∙0.73] = 8.55 см2, где χ1 = 1,1 – коэффициент условия работы узла, χ2 = σs / Rs = N / (As∙Rs) = 48.22∙10 / (4.52∙365) = 0.3. l1=42 см –длина заделки арматуры; l3=35∙d=35∙1.2=42 см. Вертикальные хомуты с Asw=8.55см 2 должны быть размещены на линии отрыва АВ, равной 40 см (рис.6.5.2.). При шаге хомутов 7 см можно разместить стержней n=40∙2/7=12 шт. По сортаменту для 12ø10 А-111, Asw=9.42 см 2 . Требуемая площадь сечения арматуры, окаймляющей узел: As=0.04∙(D1+0.5∙D2) / (n∙Ros) = 0.04∙1.5∙48.22∙10 / (2∙90) = 0.16 см 2, где D1 и D2-усилия в раскосах; n- число окаймляющих стержней; Ros = 9 МПа – ограниченное сопротивление арматуры. Конструктивно следует принимать окаймляющую арматуру ø 10 А-111 с Аs=0.78см 2.  Рис.5.5.2. Промежуточный узел фермы: а) расчетная схема, б) армирование. 6.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛИТЫ ПОКРЫТИЯ ПО ДВУМ ГРУППАМ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ. 6.1. Данные для проектирования. Требуется выполнить расчет и конструирование сборной ЖБ предварительно напряженной ребристой плиты покрытия (рис.7.1.1) размером 3 х 12 м. Для изготовления плиты предусматривают бетон класса В30. Принято армирование плиты – сборной рулонной сеткой, поперечных ребер – такими же сетками, продольных ребер – плоскими сварными сетками и предварительно напряженными стержнями. Натяжение арматуры предусматривают механическим способом на упоры форм. Обжатие бетона осуществляют при передаточной прочности, составляющей 70% проектной. Напрягаемую арматуру принимают из горячекатаной арматурной стали класса А-V. Рулонная сетка полки и плоские сетки продольных ребер – Вр-1, плоские сетки поперечных ребер – Вр-1 и из горячекатаной арматурной стали класса А-111. Петли для подъема плиты – из арматурной стали класса А-1. К трещиностойкости плиты предъявляют требования 3-ей категории. Расчетные характеристики материалов: - бетона класса В30, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении: Rb=17 МПа, Rbt=1.2 МПа, Rb,ser=22 Мпа, Rbt,ser=1.8 МПа, Eb=30000 МПа, - арматуры класса А-V: Rs=680 МПа; Rsc=400 МПа; Rs,ser=785 МПа; Es=190000 МПа ;αs=6.33, - арматуры класса А-111: Rs=Rsc=365 МПа; Es=200000 МПа, - арматура класса Вр-1 диаметром 3 мм: Rs=Rsc=375 МПа, Rsw=300 МПа, - арматура класса Вр-1 диаметром 4 мм: Rs=Rsc=370 МПА, Rsw=295 МПа, - то же диаметром 5 мм: Rs=Rsc=360 МПа, Rsw=290 МПа, - то же при любом диаметре: Es=170000 МПа, αs=5,67 , - арматура класса А-1: Rs=225 МПа  6.2. Определение нагрузок. См. таблицу 2.1. 6.3. Расчет полки плиты. Полка плиты представляет собой однорядную многопролетную плиту, обрамленную ребрами. Средние пролеты рассматривают как плиты защемленные по всему контуру, крайние – как плиты защемленные по трем сторонам и свободно опертые на торцевые ребра. Полку армируют одной сварной сеткой, расположенной посередине ее толщины так, чтобы для арматуры снизу защитный слой бетона был не менее 10 мм (рис. 6.3.1.).  Рис.6.3.1. К расчету полки плиты. Такая схема армирования обеспечивает одинаковую несущую способность как пролетных, так и опорных сечений полки по контурам полей. Пролеты в свету и их соотношения: - для средних пролетов l1=1.41 м; l2=2.71 м. l2 / l1 =2.71/1.41= 1.92; - для крайних пролетов l1=1.285 м; l2=2.71 м. l2 / l1=2.71/1.285=2.11. Расчетная нагрузка на полку, равномерно распределенная по поверхности, состоит из веса водотеплоизоляционного ковра, веса полки и снеговой нагрузки: р=0,18+0,35+1,56+0,065+0,03∙25∙0,95∙1,1+0,7=3,639 кПа. Действие сосредоточенной нагрузки от веса рабочего с инструментом при отсутствии снеговой нагрузки не учитывают, т.к. при такой схеме нагружения и заданных размерах плиты возникают заведомо меньшие изгибающие моменты. ∆As1 и ∆As2 - площадь сечения арматуры на 1м ширины полки соответственно в направлениях l1 и l2 . ∆As2 / ∆As1=0.35. Назначают диаметры стержней арматуры: - в продольном направлении d1=4 мм; - в поперечном направлении d2=3 мм. Тогда значения рабочей высоты сечения равны: h01=1.6 см; h02= 1.25 см; h01=1.4 см; h011=1.75 см. Приняв плечо внутренней пары z=0.95∙h0, получают: z1=1,52 см, z2=1,19 см, z1=1,33 см, z11=1,66 см. Изгибающие моменты в полке определяют с учетом перераспределения усилий вследствие пластических деформаций из уравнения: p∙ l’1∙(3∙l2-l1) / 12=2M1+2M2+2M1+2M’1+M11+M’11 (7.3) ,где M1=As1∙Rs∙zs1; M2=As2∙Rs∙zs2 и т. п. M1=370∙0.0152∙∆As1=5.624∙∆As1; M2=375∙0.0119∙0.35∙∆As1=1.562∙∆As1; M1=M’1=370∙0.014∙∆As1=5.18∙∆As1; M11=M’11=375∙0.0166∙0.35∙∆As1=2.179∙∆As1. Для крайнего пролета моменты имеют такие же значения, за исключением М1=0 (свободная опора). Уменьшение моментов в результате влияния распора для средних пролетов на 20 %, а для крайних на 10 %, из уравнения (7.3) определяют требуемую площадь сечения арматуры. Для среднего пролета: 0,8∙0,003639∙1,41∙1,41∙(3∙2,71-1,41)/12=[(2∙5.624+2∙5.18)∙2.71+(2∙1.562+2∙ ∙2.179)∙1.41]∙∆As1 , Откуда 0,003241=69,107∙∆As1; ∆As1=0.0000469 м2=0.469 см2. ∆As2=0.35∙0.469=0.164 см2. Для крайнего пролета: 0,9∙0,003639∙1,285∙1,285∙(3∙2,71-1,285)/12=[(2∙5.624+5.18+0)∙2.71+(2∙1,562+2∙2,179)∙1,285]∙∆As1, Откуда 0,00308=54,13,1343∙∆As1, ∆As1=0.0000569 м2 =0.569 м 2. ∆As2=0.35∙0.569=0.199 см 2. Армирование полки подбирают по большим площадям. 6.4. Расчет поперечных ребер. Армирование крайних и промежуточных поперечных ребер высотой 150 мм принято одинаковым, поэтому расчет выполняют только для более нагруженных поперечных ребер. По конструктивным соображениям среднее поперечное ребро предусматривают высотой 250 мм с удвоенным количеством арматуры для увеличения пространственной жесткости плиты. 6.4.1. Определение нагрузок и усилий. Расчетная схема показана на рис. 6.4.1.  Рис. 6.4.1. Расчетная схема поперечного ребра. Величина расчетного пролета принятой равной расстоянию между осями продольных ребер = 2.84 м. Расчетная нагрузка на ребро состоит: из нагрузки от полки плиты, собранной с грузовой площади шириной 1,5 м и из веса поперечного ребра. Нагрузка от веса ребра: qd=0.5∙(0.16+0.04)∙(0.15-0.03)∙1∙25∙0.95∙1.1=0.314 кН/м. Нагрузка, собранная с грузовой площади: q1=1.5∙3.639=5.459 кН/м. Общая нагрузка на ребро: q=qd+q1=0.314+5.459=5.773 кН/м. Изгибающий момент в середине пролета: M=q∙l2/8-q1∙a2/6 =5.773∙2.84 2/8-5.459∙0.752/6=5.309 кН∙м. Поперечная сила на опоре: Q=0.5∙(q∙l-q1∙a) = 0.5∙(5.773∙2.84-5.459∙0.75)=6.451 kH. 6.4.2. Подбор сечения арматуры. Поперечное сечение ребра показано на рис. 6.4.2.  Рис. 6.4.2.: Поперечное сечение ребра плиты. Ребро армируют одной плоской сварной сеткой. Рабочая арматура: из стали А-111, остальная - из проволоки класса Вр-1. Учитываемая в расчете ширина полки при h’f=3 см >0,1∙h=1.5 см: b’f=b+2∙l / 6 = 0.16+2∙2.84/6=1.107 м. h’f=0,03 м. Средняя ширина ребра b=0.5∙(0.16+0.04)=0.1 м. Приняв а=2,5 см получают рабочую высоту ребра h0=12,5 см=0,125 м. Поскольку нагрузки малой суммарной продолжительности отсутствуют, принимают γb2=0,9 (/3/, таб. 1.19.). Тогда Rb=0.9∙17=15.3 МПа, Rbt=1.08 МПа. По формулам ω=α – β ∙ Rb, ξr = ω : [1+σsr / σsc,u ∙ (1 - ω / 1.1)], и BR=ξr∙(1-0.5∙ξr) , где α- коэффициент, принимается равным 0,85 (тяжелый бетон); β- коэффициент, принимаемый равным 0,008; ω- относительная высота сжатой зоны бетона, при которой фактическая нулевая линия проходит по арматуре, т.е. значение ω можно рассматривать как коэффициент полноты эпюры напряжений в бетоне, когда фактическая нулевая линия находится в пределах сечения; σsr- условные напряжения в арматуре растянутой зоны, соответствующие деформациям при Rs; σsc,u- напряжения в арматуре сжатой зоны, отвечающие предельному укорочению бетона при центральном сжатии. ω=0,85-0,008∙15,3=0,7276. ξr=0.7276 / [1+365/500∙(1-0.7276/1.1)] = 0.583. BR= 0.583∙(1-0.5∙0.583) = 0.413. Определяют положение границы сжатой зоны из условия: M < Rb∙ b’f∙h’f∙(h0-0.5∙h’f) +Rsc∙A’s∙(h0-a’s) +σsc∙A’sp∙(h0-a’sp). Т.к. M’f=15.3∙1.107∙0.03∙(0.125-0.5∙0.03)+0+0=0.0559 МН∙м > M=0.005309 МН∙м, граница сжатой зоны проходит в полке. Площадь сечения растянутой арматуры вычисляют как для прямоугольного сечения шириной b=b’f=1.107 м. В0=0,005309 / (365∙1,107∙0,125∙0,125)=0,0087<0.414=BR. По таб. 3.2. /3/ v=0.986. As=0.005309 / (365∙0.986∙0.125)=0.000118 м 2=1.18 см 2. Принимают 1ø16 А-111, As=2.01 см 2. Проверяют необходимость постановки расчетной поперечной арматуры по условию: Q <= Qb,u=φb4∙(1+φn) ∙Rbt∙b∙h0’ / c (7.4.2.), где φb4- коэффициент для тяжелого бетона φb4=1.5. При отсутствии продольных сил φn=0, принимая с=0,25∙l=0.25∙2.84=0.71 м, получают: Qb,u=1.5∙(1+0) ∙1.08∙0.18∙0.125∙0.125 / 0.71=0.036 МН. Принимают Qb,u=0.0061 МН и проверяют условие (7.4.2.). Поскольку Q=0.006451 МН >Qb,u=0.0061 МН, поперечная арматура по расчету не нужна и ее назначают в соответствии с конструктивными требованиями. 6.5. Расчет плиты по прочности в стадии эксплуатации. 6.5.1. Определение расчетных усилий. Расчетная схема плиты показана на рис. 6.5.1.,а |