Расчет и конструирование железобетонных конструкций одноэтажного промышленного здания

5.dwg

Величина предварительного напряжения арматуры 1295 МПа
Натяжение напрягаемой арматуры механическим способом на упоры
Передаточная прочность бетона R = 28 МПа
на отдельный элементы
Спецификация арматуры
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

5.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ.
Факультет: «Промышленное и гражданское строительство».
Кафедра железобетонных и каменных конструкций.
Дисциплина: «Железобетонные и каменные конструкции».
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ОДНОЭТАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОПИЛЬНОЙ СЕГМЕНТНОЙ ФЕРМЫ
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 выделять 2 случая: случай когда длительно действует снеговая нагрузка относительно малой интенсивности[1] и случай когда кратковременно действует полная снеговая нагрузка. Для здания без фонарей снеговая нагрузка рассматривается как равномерно распределенная с загружением 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.
В курсовом проекте допускается рассчитывать трещиностойкость нижнего пояса как центрально растянутого элемента но величину усилия образования трещин вычисляемую по рекомендациям норм СНиП 52-01-2003 [2] СП 52-102-2004 [4] и дополнительно умножать на коэффициент k=085 учитывающий влияние жесткости узлов. При определении ширины раскрытия трещин в нижнем поясе расчет ведется по рекомендациям [24] как для растянутого элемента с увеличением ширины раскрытия трещин на 15% а в растянутых ненапряженных элементах в 2 раза.
Данные на проектирование
Ферма проектируется предварительно напряженной на пролет 18 м при шаге ферм 6 м тип
кровли холодная расчетная снеговая нагрузка 24кН.м2
Нагрузка от веса покрытия
Нормативная нагрузка Па
К-т надежности по нагрузки
Расчетная нагрузка Па
Рулонный ковер 10 мм
Цементно-песчаная стяжка
(f = 18 кНм3 = 35 мм)
Геометрические схемы стропильных ферм.
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-1400 15 мм с натяжением на упоры:
– расчетное сопротивление растяжению II группы п.с. Rsser = 1400 МПа
– расчетное сопротивление растяжению I группы п.с. Rs = 1170 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 (табл. 22)
– начальный модуль упругостиEs = 2×103 МПа (табл. 29)
Определение нагрузок на ферму
Равномерно распределенную нагрузку от покрытияприкладываем 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: 1) вся снеговая нагрузка по всему пролету и по половине пролета является кратковременно действующей; 2) доля длительно действующей снеговой нагрузки принимаемая равной 05 от полной также прикладывается по всему и по половине пролета фермы.
Нагрузки на покрытие
К-т надежности по нагрузке
Нагрузки от веса покрытия
Ребристые крупноразмрные плиты 3х6
кратковременная (полная)
длительная с к-том 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.
Нумерация элементов и схемы нагружения единичной нагрузкой:
а – фермы пролетом 18 м б – фермы пролетом 21 м.в – фермы пролетом 24 м.
Результаты расчетов сведены в табл. 5.
Усилия в элементах фермы от единичных загружений.
Усилия в элементах кН.
При загружении всего
При загружении половины
Далее получим усилия от действующих нагрузок путем умножения единичных нагрузок на значения узловых нагрузок Fi. Результаты расчета сведены в табл
Усилия в элементах фермы от заданных загружений.
Усилия от постоянной нагрузки
Усилия от длительного действия снеговой нагрузки
Усилия от кратковременного действия снеговой нагрузки
Суммарное опасное кратковременное воздействие
Суммарное опасное длительное воздействие
Проектирование сечений элементов фермы
Нижний растянутый пояс.
Расчет прочности выполняем на суммарное опасное кратковременное усилие.
Определяем площадь сечения растянутой продольной напрягаемой арматуры класса К-1500 при gs3 = 110:
Предварительно принимаем арматуру в виде 7 канатов 9 мм класса К-1500 с площадью
Аs3 = 357 см2. Принимаем сечение нижнего пояса bh = 2522 см.
Расчет нижнего пояса на трещиностойкость.
Отношение модулей упругости арматуры и бетона:
– для канатов класса К-1400:
Величину предварительного напряжения арматуры примнимаем из условия
где Rsser = 1500 МПа. МПа
) От релаксации напряженной арматуры:
) От разности температур напрягаемой арматуры и нижних натяжных устройств при Dt = 65о С:
)Потери от деформаций стальной формы т.к. всю арматуру натягиваем одновременно.
) От деформации анкеров Dl = 2 мм:
где l – длина натягиваемого каната в мм.
Первые потери составят:
) От усадки бетона класса В40
) От ползучести бетона при:
=23-коэф.ползучести.Для бетона класса В30 и относительной влажности воздуха окружающей среды 40-75
При симметричном обжатии элемента напрягаемой арматурой
Значение предварительного напряжения в арматуре вводится в расчет с коэффициентом точности натяжения арматуры gsp =09
Усилие воспринимаемое сечением при образовании трещин:
Поскольку Ncrc =33744 кН Nn = 3490 кН условие трещиностойкости сечения не выполняется.
Определим ширину раскрытия трещин от суммарного действия постоянной и полной снеговой нагрузки и сравним ее с допустимым значением:
Приращение напряжения в растянутой арматуре от полной нагрузки:
Для центрально-растянутых преднапряжерных элементов
Полная ширина раскрытия трещин в элементе Н2 нижнего пояса фермы составит:
Поскольку условия по допустимой ширине раскрытия трещин выполнены принятое количество напрягаемой арметуры-7канатов диаметра 9класса К-1500 с см2
оставляем без изменения
Верхний сжатый пояс.
Усилия в элементах верхнего пояса В1 В4 близки по величине поэтому все элементы верхнего пояса будем армировать одинаково из расчета на усилие в наиболее напряженном элементе В1 для которого N =4501кН в том числе от расчетных значений длительных нагрузок
Ориентировочное значение требуемой площади верхнего пояса:
Несколько в запас принимаем размеры сечения верхнего пояса bh = 2522 см с площадью
А = 550см2 > 2168 см2.
Случайный эксцентриситет:
Принимаем е0 = еа = 10 см.
Расчетная длина в обеих плоскостях l0 = 09×320 = 288 см. Наибольшая гибкость элемента верхнего пояса
то есть необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.
Условная критическая сила:
Поскольку количество арматуры не известнопринимеам в первом приближении
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:
Далее вычисляем:-второй случай внецентренного сжатия случай ”малых” эксцентриситетов.
Т.к. арматура по расчету не требуется и в верхний пояс армируем конструктивноисходя из минимального процнета армирования .Тогда но не менее Принимаем с см2 хомуты принимаем и устанавливаем их с шагом 150ммчто не превышает и не более 500мм.
Растянутый раскос Р1. В данном раскосе возникают усилия
Для обеспечения прочности раскоса необходимая площадь продольной арматуры класса А400 составляет: см2
Предварительно принимаем 410 А400 с см2.Поскольку рассматриваемая ферма бетонируется целиком ширина всех элементов решетки принята b=28см.
Для растянутого раскоса фермы пролетом 18м bxh=25x16 см. Коэффициент армирования (для центрально растянутых элементов).
Ко всем элементам решетки предъявляются требования 3–й категории по трещиностойкости.
Усилие воспринимаемое сечением при образовании трещин:
Т.к. Ncrc>Nn расчет по раскрытию трещин не требуется.
Принимаем армирование раскоса в виде 410А400. Диаметр поперечной арматуры (из условия сварки с продольной) - 5B500 c шагом S=500мм что не превышает Smax=2.b=2.280=560мм и менее 600мм.
Сжатый раскос Р2. Усилия в элементе: кН кН
Ориентировочное значение площади сечения равно:
С учетом технологии изготовления фермы (бетонируется в горизонтальном положении целиком) примем размеры сечения раскоса bxh=25x20 см с площадью см2
Фактическая длина элемента равна 387 см. Расчетная длина при расчете в плоскости фермы (плоскость наибольшей гибкости для принятых размеров сечения раскоса) равна см.
Случайный начальный эксцентриситет см;
Значение то есть необходим учет влияния прогиба элемента на его прочность. Условная критическая сила:
где D – жесткость железобетонного элемента в предельной стадии
для тяжелого бетона;
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 см. 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 0 и при определении Ncr задавались процентом армирования исходя из минимально допустимого диаметра перерасчет не производим.
Оставляем ранее принятую площадь арматуры что соответствует
0 A400. Хомуты 5 В500 устанавливаем с шагом 200 мм. что не превышает
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.
[1] Нагрузка от снега умножается на коэффициент 05 для всех снеговых районов