Расчет стропильной раскосной полигональной фермы пролетом 24 метра

Пояснилка.doc

Компоновка железобетонного каркаса
Предварительное конструирование
Расчет сечений элементов фермы
Нижний растянутый пояс
Растянутый элемент решетки
Результаты расчета снеговой нагрузки в программе «ВЕСТ» пвк «Scad office»
Результаты статического расчета фермы в пвк «Scad office»
Исходные данные для проектирования
Отметка низа стропильных конструкций м.
Условное расчетное сопротивление грунта МПа
Тепловой режим здания
Вид и количество кранов в пролете
По два мостовых крана среднего режима работы в каждом пролете
Грузоподъемность кранов т.
Компоновка железобетонного каркаса.
Каркас одноэтажного производственного здания представляет собой пространственную систему которая условно разделяется на плоские поперечные и продольные рамы.
Поперечные рамы образуются колоннами и стропильными конструкциями в виде ферм или балок а продольные – колоннами плитами покрытия подкрановыми балками и связями.
Монолитные железобетонные фундаменты приняты по [10]в зависимости от глубины сезонного промерзания грунта [7] и высоты колонн [9]. Принимаем следующие марки:
Фундамент под колонну крайнего ряда- Ф8.3.12.1;
Фундамент под колонну среднего ряда Ф8.3.13.1; где
Ф – фундамент под рядовые колонны; 8 – номер типоразмера подошвы фундаментной плиты;3 – количество ступеней плитной части;13– номер типоразмера подколонника;4 – номер типоразмера высоты фундамента.
Железобетонные колонны принимаются защемленными в фундаменте а соединения колонн с ригелем подкрановыми балками а также ригелей с плитами покрытия считаются шарнирными.
Исходя из отметки низа стропильных конструкций и грузоподъемности крана колонны принимаем следующих марок [9]:
Колонна крайнего ряда 2КДП168 - 4.5;
Колонна среднего ряда 6КДП168 - 4.5.
Расшифровка марки изделия – первая цифра – номер типоразмера колонн КДП – колонна двухветвевая с проходом; 156 – высота этажа здания в дециметрах; 4 – порядковый номер характеризующий армирование колонны;5 – условный цифровой индекс обозначающий класс бетона колонны.
Ребристые железобетонные плиты покрытия приняты по [11]. В зависимости от распределенной нагрузки на покрытие приняты следующие марки плит:
для крайнего ряда плит покрытия и плит установленных на светоаэрационный фонарь – 1ПГ12-1АIVТ
для плит покрытия смежных с боковой стенкой фонаря – 3ПГ12-3АIVТ
где ПГ – буквенный индекс обозначающий тип плиты (ПГ – плиты без проемов в полке) первое число – типоразмер плиты второе – длина плиты в м третье – порядковый номер плиты по несущей способности АIV – класс напрягаемой арматуры Т – вид бетона (Т - тяжелый).
Светоаэрационный фонарь принят по [12]. Высота фонаря – 2500 мм.
В качестве основного несущего элемента покрытия выбрана железобетонная раскосная сегментная ферма. Расчет и конструирование фермы были произведены на основе прототипа [13] – стропильной фермы 4ФС24-11AV где 4 - порядковый номер фермы по типоразмерам ФС – наименование изделия (ферма стропильная) 24 – номинальный пролет фермы 11 – порядковый номер фермы по несущей способности AV– класс напрягаемой арматуры.
Предварительное конструирование.
Ферма проектируется предварительно напряженной на пролет 24 метров цельной при шаге ферм 12 м. Вес фермы – 186 т.
В качестве продольной напрягаемой арматуры нижнего принята стержневая горячекатаная арматура периодического профиля класса A800 со следующими расчетными [1] характеристиками:
Расчетное сопротивление арматуры МПа (кгссм2 ):
растяжению для предельного состояния первой группы Rs - 680;
сжатию для предельного состояния первой группы Rsc - 500*;
поперечной растяжению для предельного состояния первой группы Rsw – 545.
растяжению для предельного состояния второй группы Rsser - 785.
Модуль упругости арматуры Es – 190000.
Натяжение арматуры «на упоры».
В качестве ненапрягаемой рабочей арматуры применяется горячекатаная без последующей обработки арматура класса А400С со следующими расчетными [1] характеристиками:
Расчетное сопротивление арматуры класса A400c МПа (кгссм2 ):
растяжению для предельного состояния первой группы Rs - 365;
сжатию для предельного состояния первой группы Rsc - 365;
поперечной растяжению для предельного состояния первой группы Rsw - 290;
растяжению для предельного состояния второй группы Rsser - 400
Модуль упругости арматуры Es - 200000.
В качестве конструктивной – арматура класса А400С и арматурная проволока периодического профиля В500 со следующими расчетными [1] характеристиками:
Расчетные характеристики арматуры класса Вр-I МПа (кгссм2 ):
растяжению для предельного состояния первой группы Rs - 410;
сжатию для предельного состояния первой группы Rsc - 375*;
поперечной растяжению для предельного состояния первой группы Rsw - 290*;
растяжению для предельного состояния второй группы Rsser - 490;
Модуль упругости арматуры Es - 170000.
Бетон тяжелый класса В40 со следующими нормативными [1] характеристиками:
осевому сжатию: Rbn -29 МПа;
осевому растяжению: Rbtn -2.1 МПа.
Твердение бетона происходит в пропарочных камерах.
Предварительно принимаем: сечение верхнего пояса - 350×350 мм нижнего пояса - 380×350 мм сечение элементов решетки - 150×200 мм.
Таблица 1. Нагрузки на покрытие
Нормативная нагрузка Нм2
Коэффициент надежности по нагрузке γf
Расчетная нагрузка Нм2
(собственный вес кровли)
Рулонная пароизоляция 1 слой
Плиты из экструдированного полистирола =50 мм.
Армированная цементно-песчаная стяжка =50 мм.
Праймер битумный =5 мм.
Рулонная гидроизоляция 1 слой
Плиты ребристые железобетонные 12x3 м.
Снеговая (кратковременная)
Снеговая (длительная с понижающим коэффициентом 05)
Рисунок 1. Схема приложения узловых нагрузок.
Узловые нагрузки по верхнему поясу фермы кН:
Постоянная от собственного веса кровли и плит покрытия действующая на узлы:
19: F1=g*a*b*γn=3.34*12*3*05*095=574 кН;
5: F2=g*a*b*γn=3.34*12*3*095=1148 кН;
: F3= F1*21=12054кН;
6: F3=g*11*a*b*γn=3.34*11*6*12*095=1882кН.
Снеговая полная нагрузка в двух вариантах действия вычислена в программе Вест пвк Scad office [приложение А].
Снеговая длительно действующая нагрузка представляет собой полную снеговую нагрузку с понижающим коэффициентом 05[приложение А].
Статический расчет фермы.
Определение расчетных усилий в элементах фермы произведено в программно-вычислительном комплексе Scad office [приложение Б]..
Расчет сечений элементов фермы.
1 Верхний сжатый пояс.
Расчет верхнего пояса ведем на наибольшее усилие в наиболее сжатом элементе 5: N =-1952.737 кН [приложение Б].
Ширину элементов принимаем из условия опирания плит покрытия пролетом 12м – 280 мм. Определим предварительно требуемую площадь сечения верхнего сжатого пояса:
где Rb=296кгссм2=29кНсм2 – нормативное сопротивление бетона класса В40 осевому сжатию (призменная прочность);
Rsc=365 МПа=358кНсм2 - расчетное сопротивление арматуры A400с сжатию для предельного состояния первой группы.
Назначим размеры сечения:
b x h = 35 см x 35см = 1225 см2 > 755.55 см2.
Случайный начальный эксцентриситет:
ea≥l600 = 300см600 = 05 см:
ea≥h30 = 28см30 = 093 см:
Принимаем ea= e0 = 1 см. При ea18 h = 35см8 =438см l0 =09*l=09*300см=270см. Наибольшая гибкость элемента l0h = 270см35см = 771>4. Необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.
Условная критическая сила:
где Eb =36000 Мпа=3600 кНсм2– начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении;
φ1 – коэффициент определяемый по формуле 21 [1] φ1=1+MlM=1+1*699кН*м1415кН*м=149
где – коэффициент принимаемый в зависимости от вида бетона по таблице 30[1]
М - момент относительно растянутой или наименее сжатой границы сечения от действия постоянных длительных и кратковременных нагрузок;
Мl – то же от действия постоянных и длительных нагрузок.
= emin=0.5-0.01*l0h-0.01Rb=0.5-0.01*9.64-0.01*59=01136.
α=EsEb=2*105МПа36*104МПа=556
Is = bh0*(05h-a)2= 0024*35см*35см(05*35см-4см)2 = =5358.15см4 – момент инерции площади сечения арматуры относительно центра тяжести сечения элемента.
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона при γb2 = 09:
sR =Rs - sp=365МПа;
Т.к. αs0 принимаем As=A`s конструктивно по минимальному проценту армирования. По таблице 38 [1] минимальная площадь сечения продольной арматуры в железобетонных элементах от площади сечения бетона для внецентренно сжатых элементов при l0i=270см 8.083см =334 35 равна 01 % (). C учетом требования п.п. 5.17 [1] диаметр продольных стержней внеценренно сжатых элементов монолитных конструкций должен быть не менее 12 мм.
Принимаем 412 А400с с А=452см2.
Поперечную арматуру ставим в соответствии с п.п. 5.22 [1] – во внецентренно сжатых элементах в конструкциях из тяжелого бетона хомуты должны ставиться на расстоянии L ≤ 20d = 120мм. Принимаем 406 А240 с шагом 75 мм.
2 Нижний растянутый пояс.
Расчет прочности выполняется на расчетное усилие в элементе 32 [приложение Б]..
Расчетное значение от постоянной и полной снеговой нагрузки N = 2065328 кН.
Нормативное значение от постоянной и полной снеговой нагрузки N = 161984 кН
Нормативное значение от постоянной длительной снеговой и длительной приложенной к нижнему поясу нагрузки N = 130325 кН
Определим площадь сечения растянутой напрягаемой арматуры:
где Rs=695 МПа=695кНсм2 – расчетное сопротивление арматуры A800 растяжению для предельных состояний первой группы;
γs6 - коэффициент условий работы учитывающий работу арматуры с напряжением выше условного предела текучести[4].
Принимаем 4 стержня 28 класса А800 с А = 2463 см2 сечение нижнего пояса 38x35см.
Напрягаемая арматура окаймлена хомутами. Продольная ненапрягаемая арматура из стали класса A400c (98 A400c с A=4.53 см2.)
Суммарный процент армирования:
Приведенная площадь сечения:
Расчет нижнего пояса на трещиностойкость. Элемент относится к 3й категории. По заданию способ натяжения – механический «на упоры».
Допустимое отклонение р величины предварительного напряжения sp равно:
p = 005sp тогда sp + p = sp + 005sp ≤
где Rsser = 785 МПа - расчетное сопротивление арматуры класса A800 растяжению для предельных состояний второй группы.
sp ≤ 785МПа105 = 74762МПа.
Принимаем sp = 740 МПа.
Определяют потери предварительного напряжения в арматуре при точности натяжения арматуры γsp=1±Δγsp= 09
где Δγsp выбираем со знаком "-" т.к. влияние предварительного напряжения – благоприятное.
)От релаксации напряжений в стержневой арматуре (при механическом способе натяжения на упоры):
)От температурного перепада (разности температуры натянутой арматуры и устройств воспринимающих усилие натяжения при пропаривании или прогреве бетона):
где Δt=65°С – разность между температурой арматуры и упоров.
)От деформации анкеров (в следствие обжатия шайб смятия высажженных головок смещения стержней в зажимах или захватах при механическом натяжении на упоры):
где Δλ=1.25+0.15d=1.25*0.15*28=5.45мм.- смещение стержней в инвентарных зажимах;
l-длина натягиваемого стержня.
)От быстронатекающей ползучести бетона:
Усилие предварительного обжатия P с учетом потерь 123:
где Rbp = 11 Мпа - передаточная прочность бетона [1].
Первые потери составляют:
)От ползучести бетона:
Вторые потери составляют:
Расчетный разброс напряжений при механическом способе натяжения принимают равным:
где p=0.05 nпр=4(428 А800)– число напрягаемых стержней с сечении элемента.
Δγsp=0.01250.1 окончательно принимаем Δγsp=01.
Сила обжатия при коэффициенте точности натяжения арматуры γsp= 09:
Усилие воспринимаемое сечением при образовании трещин:
Rbtser=2.1МПа=021кНсм2 - расчетное сопротивление бетона класса B40 на осевое растяжение для предельных состояний второй группы.
Т.к. Ncrc=882.5кН Nn=1619.84кН то условие трещиностойкости сечения не соблюдается т.е. необходим расчет по раскрытию трещин.
Проверим ширину раскрытия трещин с коэффициентом учитывающим влияние жесткости узлов γi =1.15 от суммарного действия постоянной нагрузки и кратковременного действия полной снеговой нагрузки.
Приращение напряжения в растянутой арматуре от полной нагрузки:
Ширина непродолжительного раскрытия трещин от кратковременного действия полной нагрузки:
- коэффициент принимаемый для растянутых элементов 12;
=12 - для стержневой арматуры;
φl - коэффициент принимаемый при учете продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок равным 16-15=127 кратковременных и непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок – 1
acrc1ult – предельно допустимая ширина раскрытия трещина обеспечивающие сохранность арматуры.
Проверим ширину раскрытия трещин с коэффициентом учитывающим влияние жесткости узлов γi =1.15 от суммарного действия постоянной нагрузки и временно действующей снеговой нагрузки.
Ncrc=882.5кН Nn=130325 Н условие трещиностойкости сечения не соблюдается.
Ширина продолжительного раскрытия трещин от кратковременного действия полной нагрузки:
Требование к трещиностойкости нижнего пояса выполнено.
1 Растянутый элемент решетки.
Расчет прочности выполняется на расчетное усилие в наиболее растянутом элементе (центральная стойка - элемент 1) [приложение Б].
Расчетное значение от постоянной полной снеговой и нагрузки приложенной к нижнему поясу N = 249162 кН.
Нормативное значение от постоянной и полной снеговой нагрузки N =1932 кН
Нормативное значение от постоянной и длительной снеговой нагрузки N = 15446 кН
Определим требуемую площадь сечения растянутой арматуры:
где Rsc=365 МПа=358кНсм2 - расчетное сопротивление продольной арматуры A400с растяжению для предельного состояния первой группы.
Принимаем 4 стержня 16 класса А400с с А = 804 см2 сечение стойки 15x20см.
Процент армирования:
Расчет нижнего пояса на трещиностойкость. Элемент относится к 3й категории.
s =000025*Es МПа=2.5*10-4*2*105= 50 МПа - сжимающие напряжение в ненапрягаемой арматуре вызванное усадкой бетона.
Т.к. Ncrc=293 кН Nn= 1932 кН то условие трещиностойкости сечения не соблюдается т.е. требуется расчет по раскрытию трещин.
φl - коэффициент принимаемый при учете продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок равным 16-15=12 кратковременных и непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок – 1
Ncrc=293кН Nn=15446Н условие трещиностойкости сечения не соблюдается
Требование к трещиностойкости центрального раскоса выполнено.
СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. М. 1984.
СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М. 2003.
СП 52-102-2004. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. М. 2004.
Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01-84).
Байков В.Н. Железобетонные конструкции. М. 1991.
Шерешевский И.А. Конструирование промышленных зданий и сооружений. С.-П. 2001.
СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. М. 1982.
СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М. 1985.
Серия 1.424.1-10. Колонны железобетонные двухветвевого сечения с проходами в уровне крановых путей для одноэтажных производственных зданий высотой 156; 168 и 180 м с мостовыми опорными кранами грузоподъемностью до 50 т.
Серия 1.412.1-6. Фундаменты монолитные на естественном основании под типовые железобетонные колонны одноэтажных и многоэтажных производственных зданий. 1989.
Серия 1.465.1-15. Плиты покрытий железобетонные ребристые размером 3×12 м для одноэтажных зданий.
Серия 1.464.2.-35.93. Фонари светоаэрационные одноярусные прямоугольные. 1993.
Серия 1.463.1-16. Фермы стропильные железобетонные сегментные для покрытий одноэтажных производственных зданий пролетами 18 и 24 м (в опалубочных формах ферм серии ПК-01-12978). 1988.
Результаты расчет снеговой нагрузки в программе Вест программно-вычислительного комплекса «Scad office»
Расчет выполнен по нормам проектирования "СНиП 2.01.07-85* с изменением №2
Нормативное значение снеговой нагрузки
A - Открытые побережья морей озер и водохранилищ пустыни степи лесостепи тундра
Средняя скорость ветра зимой
Средняя температура января
Неутепленная конструкция с повышенным тепловыделением
Коэффициент надежности по нагрузке f
Единицы измерения : кНм2
Нормативное значение
Отчет сформирован программой ВеСТ версия: 11.3.1.1 от 19.03.2010
Результаты статического расчета в программно-вычислительном комплексе «Scad office»
Рисунок 2. Расчетная схема фермы
Собственный вес фермы
Снеговая кратковременная нагрузка вариант 1
Снеговая кратковременная нагрузка вариант 2
Снеговая длительно действующая нагрузка вариант 1
Сосредоточенная нагрузка приложенная к нижнему поясу вариант 1
Сосредоточенная нагрузка приложенная к нижнему поясу вариант 2
Нормативная нагрузка от собственного веса фермы
Нормативная нагрузка от веса кровли
Снеговая кратковременная нормативная нагрузка вариант 1
Снеговая длительно действующая нормативная нагрузка вариант 1
Единицы измерений: кН м.
Список узловэлементов: 1-33
Список загруженийкомбинаций: 1 2 3 4 5 6 7 8
Старые РСУ" с фиксированными коэффициентами
L1+L2+0.9*L3+0.95*L7
L1+L2+0.9*L3+0.95*L8
Отчет сформирован программой Результаты расчета версия: 11.3.1.1 от 13.05.2010

Графика.dwg

Геометрическая схема фермы
Заполнение зазоров в узлах сборных жб конструкций производить бетоном класса Б15 на мелком щебне или гравии. Перед замоноличиванием необходимо тщательно очистить зазоры. 2. Монтажные сварные швы выполнять- ручной сваркой. Сварные швы выполняются электродом Э42.
Ферма изготавливается из тяжелого бетона класса В40. 2. Напрягаемая арматура класса А800- стержневая
периодического профиля
Способ создания предварительного напряжения в арматуре - механический
Открытые поверхности закладных изделий должны быть защищены антикоррозийными покрытиям
согласно требованиям СНиП 2.03.11-85. 2. Плоские каркасы и сетки изготавливать с помощью контактной точечной сварки. Сварку производить во всех точках пересечения стержней. 3. Пространственные арматурные каркасы следует образовывать из плоских каркасов путем приварки сварочными клещами соединительных стержней к продольным стержня плоских каркасов. 4. Фермы следует изготавливать в горизонтальном положении в стальных формах
удовлетворяющим ГОСТ 25781-83. 5. Проектное положение арматурных изделий и величину защитного слоя бетона следует обеспечивать прокладками из плотного цементно-песчаного раствора или с помощью пластмассовых фиксаторов. Применение стальных фиксаторов не допускается. 6. Отпуск натяжения арматуры необходимо производить плавно
применяя специальные приспособления или предварительный разогрев концевых участков стрежней с последующей обрезкой из газовой или электросваркой
Ведомость расхода рабочей арматуры