Проектирование сборной железобетонной стропильной сегментной фермы одноэтажного промышленного здания

МОЙ ЖБК №2.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра: Железобетонных и каменных конструкций
Специальность 2903 «Промышленное и гражданское строительство»
Проектирование сборной железобетонной стропильной сегментной фермы
одноэтажного промышленного здания
Студент 5 курса З.О. Семенов Д.Н.
Руководитель проекта
Доцент . Чистяков В.А.
Исходные данные для проектирования
Компоновка сегментарной стропильной фермы
1. Нагрузка от веса покрытия.
2. Нагрузки на покрытие
Определение усилий в элементах фермы
1. Усилия в элементах фермы от единичных загружений
2. Усилия в элементах фермы.
Проектирование сечений элементов фермы
1. Нижний растянутый пояс.
2. Расчет нижнего пояса на трещиностойкость.
3. Верхний сжатый пояс.
4. Растянутый раскос Р1.
5. Сжатый раскос Р2.
6. Растянутая стойка С1
В одноэтажных производственных зданиях массового строительства железобетонные стропильные фермы применяются для перекрытий пролётов 18–24 м. Обычно стропильные фермы размещаются вдоль большего расстояния между колоннами с укладкой на них железобетонных панелей покрытия длиной 6–12 м.
К общим достоинствам стропильных ферм по сравнению со стропильными балками относятся существенно меньший расход материалов на сами конструкции возможность пропуска технических коммуникаций в пределах межферменного пространства более простое крепление подвесного транспортного оборудования. Главным недостатком ферм является большая по сравнению с балками высота что приводит к увеличению протяженности ограждающих стеновых панелей и к дополнительным эксплуатационным расходам на отопление и вентиляцию лишнего объема здания.
Фермы с параллельными поясами применяются для устройства плоских кровель. У сегментных ферм верхний пояс имеет ломаное очертание. Вследствие этого в элементах решетки усилия оказываются заметно меньше чем в других фермах. Кроме того сумма длин элементов решетки также сокращается. В результате сегментные фермы по расходу материалов и стоимости более экономичны.
При назначении габаритных размеров высоту ферм в середине пролета обычно принимают от пролета. Ширина поясов из условия опирания панелей покрытия на верхний пояс фермы назначается не менее 20 см при панелях длиной 6 м и не менее 25 см при панелях длиной 12 м. Все размеры сечений рекомендуется назначать кратными 2 см и принимать их не менее 20х16 см для поясов и 10х15 см для элементов закладной решетки.
При реальном проектировании стропильные фермы рассчитываются на совместное действие нагрузки от собственной массы фермы условно сосредоточенной в узлах нагрузки от панелей покрытия и кровли снеговой нагрузки с загружениями и всего пролета с учетом возможного образования снеговых мешков на скатных кровлях и кровлях с фонарями а также нагрузки от подвесных коммуникаций и подвесного транспорта. При выполнении курсового проекта в целях сокращения его объема допускается выполнять статический расчет по упрощенной схеме:
– панели покрытия принимать шириной 3 м с передачей нагрузки в виде сосредоточенных сил прикладываемых к узлам верхнего пояса что исключает влияние местного изгиба. Нормативное значение массы панелей следует принимать по приложению 21;
– значения снеговой нагрузки принимаются по нормам в зависимости от района строительства объекта (см. приложение 16 ).
Следует выделить 2 случая: случай когда длительно действует снеговая нагрузка относительно малой интенсивности и случай когда кратковременно действует полная снеговая нагрузка. Для здания без фонарей снеговая нагрузка рассматривается как равномерно распределенная с загружением 12 и всего пролета фермы.
В железобетонных фермах сопряжение отдельных элементов выполняются как жесткие. Вследствие этого при взаимном смещении при повороте узлов в элементах фермы возникают изгибающие моменты. Установлено что влияние жесткости узлов на величину продольных сил и на величину прогибов фермы несущественно и может не учитываться т.е. вычисление продольных сил и прогибов может вестись по шарнирной схеме. Влияние изгибающих моментов следует учитывать в эксплуатационной стадии где они приводят к заметному увеличению ширины раскрытия трещин в растянутых элементах решетки и увеличивая раскрытие трещин в предварительно напряженном нижнем поясе.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Расчётная снеговая нагрузка: Sн = 08 кНм2.
КОМПОНОВКА СЕГМЕНТАРНОЙ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ
Ферма проектируется предварительно напряженной на пролет 21 м при шаге ферм 6 м тип кровли теплая расчетная снеговая нагрузка 08кН.м2
Таблица 1 Нагрузка от веса покрытия
Коэффициент. надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
- Цементно-песчаная стяжка
(gf = 18кНм3 d=35мм)
- Плитный утеплитель
- Железобетонные ребристые плиты покрытия размером в плане
Геометрические размеры фермы
Рис.1. Геометрическая схема стропильной фермы
Ферма изготовлена из тяжелого бетона класса В30:
– расчетное сопротивление осевому сжатию Rb = 17 МПа
– расчетное сопротивление осевому растяжению Rbt = 115 МПа
– нормативное сопротивление осевому растяжению Rbtn = 175 МПа
– начальный модуль упругости Eb = 325×103 МПа
Напрягаемая арматура нижнего пояса из канатов К-1500 9 мм с натяжением
– расчетное сопротивление растяжению II группы п.с. Rsser = 1500 МПа
– расчетное сопротивление растяжению I группы п.с. Rs = 1250 МПа
– начальный модуль упругости Es = 18×105 МПа
Сжатый пояс и элементы решетки фермы армируются стержнями класса А400:
– расчетное сопротивление растяжениюсжатию I г.п.с. Rs = Rsс = 355 МПа
– начальный модуль упругости Es = 2×103 МПа
– хомуты класса В500
Равномерно распределенную нагрузку от покрытия прикладываем в виде сосредоточенных сил к узлам верхнего пояса. Вес фермы также учитывается в виде сосредоточенных сил приложенных к узлам верхнего пояса. Снеговую нагрузку рассматриваем приложенной в 2-х вариантах:
) вся снеговая нагрузка по всему пролету и по половине пролета является кратковременно действующей;
) доля длительно действующей снеговой нагрузки принимаемая равной 05 от полной также прикладывается по всему и по половине пролета фермы.
Таблица 2. Нагрузки на покрытие
Расчетная нагрузка кНм2
кратковременная (полная)
длительная с коэффициентом 05
Условные расчетные нагрузки по верхнему поясу фермы:
Длительная снеговая: ;
Кратковременная (полная) снеговая:.
Узловые нормативные нагрузки соответственно:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ФЕРМЫ
Для вычисления продольных усилий в элементах фермы определяем сначала усилия от единичных нагрузок.
Принимаем значения усилий от единичных нагрузок приведённые в учебном пособии и определённые с помощью ЭВМ по программе «SHAP»(табл.3).
Усилия в элементах кН.
При загружении всего
При загружении половины
«+» - усилия при растяжении «-» - усилия при сжатии.
Нумерация элементов и схемы нагружения единичной нагрузкой
Рис.2. Элементы стропильной фермы
Далее получим усилия от действующих нагрузок путем умножения единичных нагрузок на значения узловых нагрузок Fi. Результаты расчета сведены в таблицу 4
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ФЕРМЫ
1 Нижний растянутый пояс.
Расчет прочности выполняем на суммарное опасное кратковременное усилие для элемента Н2: N = 48182 кН (таблица 4). Определяем площадь сечения растянутой продольной напрягаемой арматуры класса К1500 (К-7) при :
площадь 1-го каната 9 мм = 051см2
Фактическую площадь напрягаемой арматуры для обеспечения требований по трещиностойкости принимаем на 10 – 15% больше чем требуется по расчету прочности. Принимаем фактическую площадь напрягаемой арматуры:
Предварительно принимаем арматуру в виде 8 канатов 9 класса К1500 (К-7) с площадью:
Принимаем сечение нижнего пояса b х h =250 х 220мм.
2. Расчет нижнего пояса на трещиностойкость
Отношение модулей упругости арматуры и бетона:
Величину предварительного напряжения арматуры принимаем из условия где получим .
Окончательно принимаем .
) От релаксации напряженной арматуры:
) От разности температур напрягаемой арматуры и нижних натяжных устройств при :
)Потери от деформаций стальной формы т.к. всю арматуру натягиваем одновременно.
) От деформации анкеров натяжных устройств при :
где l – длина натягиваемого каната в мм.
Первые потери предварительного напряжения арматуры составят:
) От усадки бетона В30:
где - деформации от усадки бетона принимаем 00002.
) От ползучести бетона:
- коэффициент ползучести бетона. При относительной влажности воздуха окружающей среды (40-75%) для класса бетона В30 .
- напряжения в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой j-й группы стержней напрягаемой арматуры. Для симметрично армированного нижнего пояса фермы: .
- усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь:
- площадь приведенного сечения элемента
Коэффициент армирования
- расстояние между центрами тяжести сечения рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента. При симметричном обжатии элемента напрягаемой арматурой
Значение предварительного напряжения в арматуре вводится в расчет с коэффициентом точности натяжения арматуры gsp =09
Тогда усилие обжатия с учетом полных потерь составит:
Усилие воспринимаемое сечением при образовании трещин:
Поскольку условие трещиностойкости сечения не выполняется и необходим расчет по раскрытию трещин
Расчет по раскрытию трещин.
Определим ширину раскрытия трещин от суммарного действия постоянной и полной снеговой нагрузки и сравним ее с допускаемым значением acrcult:
φ1 – коэффициент учитывающий продолжительность действия нагрузки и принимаемый равным 14 (продолжительное действие нагрузки);
φ2 – коэффициент учитывающий профиль продольной арматуры принимаемый равным 05 (для арматуры периодического профиля и канатной);
φ3 – коэффициент учитывающий характер нагружения принимаемый равным 12 (для растянутых элементов);
s – приращение напряжений в продольной предварительно-напряженной арматуре в сечении с трещиной от внешней нагрузки:
ls - базовое (без учета вида внешней поверхности арматуры) расстояние между смежными нормальными трещинами:
и принимаемое не менее 10ds и 100мм и не более 40ds и 400мм (ds –номинальный диаметр арматуры).
Окончательно принимаем l s= 400мм.
s – коэффициент учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами:
scrc – приращение напряжений в растянутой арматуре сразу после образования нормальных трещин.
Для центрально-растянутых преднапряженных элементов:
Так как scrc>s то коэффициент s = 02.
Ширина раскрытия нормальных трещин acrc1 от продолжительного действия постоянной и длительной снеговой нагрузок в нижнем поясе фермы с учетом изгибающих моментов возникающих в жестких узлах несколько снижающих трещиностойкость что учитывается опытным коэффициентом γi =115
Ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянной и длительной снеговой нагрузок acrc3 и от непродолжительного действия постоянной и полной снеговой нагрузок acrc2 находятся по вышеприведенной формуле для acrc1.При вычислении acrc3: φ1=1 φ2 = 05 φ3 = 12 s= 02
При вычислении acrc2: φ1=10 φ2 = 05 φ3 = 12
Суммарная ширина раскрытия трещин от постоянной и снеговой нагрузок составит:
Поскольку условия по допустимой ширине раскрытия трещин для acrc и для acrc1 выполнены принятое количество напрягаемой арматуры – 8 канатов 9 мм класса К1500(К-7) с площадью . оставляем без изменений.
Рис.3. Сечение нижнего пояса
3. Верхний сжатый пояс
По таблице № 4 видно что усилия в элементах верхнего пояса близки по величине поэтому все элементы верхнего пояса будем армировать одинаково из расчета на усилие в наиболее напряженном элементе В4 для которого в том числе от расчетных значений длительных нагрузок .
Ширину верхнего пояса принимаем из условия опирания плит покрытия пролетом 6м – 250мм. Ориентировочное значение требуемой площади верхнего пояса:
Несколько в запас принимаем размеры сечения верхнего пояса bh = 2522 см
Случайный эксцентриситет:
Расчетная длина в обеих плоскостях . Наибольшая гибкость элемента верхнего пояса то есть необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.
Условная критическая сила:
где D - жесткость железобетонного элемента в предельной стадии:
Поскольку количество арматуры неизвестно принимаем в первом приближении
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:
-второй случай внецентренного сжатия случай «малых» эксцентриситетов.
Т.к. арматура по расчету не требуется и верхний пояс армируем конструктивно исходя из минимального процента армирования . но не менее 210.
Принимаем армирование верхнего пояса в виде 410А400 с . Хомуты 5В500 и устанавливаем их с шагом 150мм что не превышает и не более 500.
Рис.4. Сечение верхнего пояса
4. Растянутый раскос Р1
В данном раскосе возникают усилия (таблица 4):
Для обеспечения прочности раскоса необходимая площадь продольной арматуры класса А400 составляет:
Предварительно принимаем 410мм А400 с . Поскольку рассматриваемая ферма бетонируется целиком ширина всех элементов решетки принята .
Для растянутого раскоса фермы пролетом 21м .
Коэффициент армирования (для центрально растянутых элементов).
Ко всем элементам решетки предъявляются требования по трещиностойкости.
Усилие воспринимаемое сечением при образовании трещин:
Условие трещиностойкости выполняется. Так как. Ncrc > Nn расчет по раскрытию трещин не требуется.
Принимаем армирование раскоса в виде 410А400. с Диаметр поперечной арматуры (из условия сварки с продольной) - 5B500 с шагом 150мм что не превышает и не более 500мм.
Рис.6. Сечение раскоса Р1
Ориентировочное значение площади сечения равно:
С учетом технологии изготовления фермы (бетонируется в горизонтальном положении целиком) примем размеры сечения раскоса для ферм пролетом 21 м и шагом колонн 6м с площадью .
Фактическая длина элемента равна 404см.
Расчетная длина при расчете в плоскости фермы (плоскость наибольшей гибкости для принятых размеров сечения раскоса) равна .
Случайный начальный эксцентриситет ;
Значение то есть необходим учет влияния прогиба элемента на его прочность.
Условная критическая сила:
где D – жесткость железобетонного элемента в предельной стадии
Поскольку площадь сечения раскоса принята с большим запасом площадь арматуры назначим минимально возможной. В сжатых элементах продольную арматуру следует устанавливать в количестве не менее конструктивного минимума а в элементах решетки стропильных ферм кроме того не менее 410 A400. Примем именно эту арматуру 410 A400 с ; коэффициент армирования
Расстояние: . Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона (см. расчет верхнего пояса).
Далее вычисляем т.е. имеем 1–й случай внецентренного сжатия (случай больших эксцентриситетов).
Поскольку и при определении задавались процентом армирования исходя из минимально допустимого диаметра перерасчет не производим.
Оставляем ранее принятую площадь арматуры что соответствует 410 A400. Хомуты 5 В500 устанавливаем с шагом 150мм что не превышает и не более 500мм.
Рис.6. Сечение раскоса Р2
6. Растянутая стойка С1.
В данной стойке возникают усилия :
Nкр= 703кН; Nnкр= 5.86кН; Nnl = 543кН.
Так как суммарные кратковременные и длительные воздействия не значительные расчет не производим
Конструктивно принимаем продольную арматуру 4n10А400 с Аs=314см2. Диаметр поперечной арматуры (из условия сварки с продольной) - 5B500 с шагом 150мм что не превышает и не более 500мм.
Поскольку рассматриваемая ферма бетонируется целиком ширина всех элементов решетки принята b = 25см. Для растянутой стойки b х h = 25 х 16см.
Рис.7. Сечение стойки С1
СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М.: ГУП ЦПП 2003
СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные понятия. М.: ФГУП ЦПП 2004.
СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: ФГУП ЦПП 2005.
СП 52-102-2004. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. М.: ФГУП ЦПП 2005.
Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры. (К СП 52-101-2003). М.: ФГУП ЦПП 2005.
Пособие по проектированию предварительно напряженного железобетонных конструкций из тяжелого бетона (К СП 52-102-2003). М.: ФГУП ЦПП 2005.
СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. Госстрой России ГУП ЦПП 1995.
СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат 1983.
Байков В.Н. Сигалов Э.Е. «Железобетонные конструкции. Общий курс». М.: Стройиздат 1991.
Программный комплекс ЛИРА – WINDOWS для расчета конструкции по прочности. Киев 1996.
Георгиевский О.В. Правила выполнения архитектурно-строительных чертежей.

МОЙ ЖБК.dwg

Бетон: B40. 2. Натяжение арматуры механическим способом на упоры формы; 3. Усилия натяжения одного каната N=spAs1=1100·1
Напрягаемая арматура
Стропильная ферма М 1:50
Спецификация арматуры на отдельные элементы
Разрез III-III М 1:10
Стропильная ферма (М1:50)
Сечения фермы (М1:10)
Натяжение напрягаемой арматуры механическим способом на
Московский Государственный Строительный Университет
Кафедра железобетонных и каменных конструкций
Курсовой проект №2 по жб конструкциям
Кафедра железобетонных конструкций
Курсовой проект №2 по Жб конструкциям
Стропильная ферма М1:50
Примечание 1. Бетон В30. 2. Натяжение арматуры механическим способом на упоры формы. 3. Усилие натяжения одного каната N=sspAsl=1100*1.416*(10) =155кН

Таблица 4.doc

Усилия в элементах фермы
Усилия от постоянной нагрузки
Усилия от длительного действия снеговой нагрузки
Усилия от кратковременного действия снеговой нагрузки
Суммарное опасное кратковременное усилие
Суммарное опасное длительное усилие
Нижний растянутый пояс
«+» - усилия при растяжении «-» - усилия при сжатии.