- •1.1. Компоновка поперечной рамы.
- •1.2 Определение постоянных и временных нагрузок на поперечную раму.
- •2. Проектирование стропильных конструкций. Безраскоснаяферма.
- •3. Оптимизация стропильной конструкции.
- •4.Проектирование колонны.
- •5. Расчёт и конструирование монолитного внецентренно нагруженного фундамента под колонну.
- •6. Список использованной литературы:
3. Оптимизация стропильной конструкции.
Программа системы АОЖ-ЖБК [11] позволяет выполнить оптимизацию проектируемой стропильной конструкции, по критерию относительной стоимости стали и бетона, при этом за единицу автоматически принимается относительная стоимость рассчитанного варианта по индивидуальному заданию.
Варьируемыми параметрами могут быть: тип стропильной конструкции и соответствующие типы опалубочных форм, класса бетона, класса ненапрягаемой и напрягаемой арматуры.
На основе анализа рассчитанных ЭВМ вариантов можно выбрать оптимальный вариант стропильной конструкции, отвечающий нормативным требованиям.
Задание на оптимизацию стропильной конструкции записывается в соответствующем контрольном талоне с учетом следующих требований:
Тип стропильной конструкции должен соответствовать заданному пролёту;
Для задаваемого типа стропильной конструкции можно одновременно варьировать до трёх типов опалубочной формы;
№4
Для каждого из заданных типов опалубочной формы можно варьировать до трёх классов бетона, класс ненапрягаемой арматуры и до двух классов напрягаемой арматуры.
С учетом трёх кратной возможности обработки информации по этапу проектирования рекомендуется при первом заполнении контрольного талона составить задание на серию расчетов для заданного типа стропильной конструкции с различными типами опалубочных форм, классов бетона и арматуры, а в последующих расчётах можно для сравнения варьировать другие типы стропильных конструкций.
4.Проектирование колонны.
4.1. Определение расчётных комбинаций усилий и продольного армирования.
Рис.6 Эпюры изгибающих моментов в сечениях колонны по оси Б.
Определение основных сочетаний расчётных усилий в сечении 3-3 колонны по оси А. Таблица1.3
Nо |
Загружения и усилия |
Расчетные сочетания усилий. | ||||
N Mmax |
N Mmin |
Nmax Mmax(Mmin) |
Nmin Mmax(Mmin) | |||
1 |
Загружения |
1+ (10+20) |
1+(8+18) |
1+(10+20) |
1+(12+20)
| |
У С И Л И Я |
N |
1189,845 |
1189,845 |
1189,845
|
840,903 | |
M |
254,2945 |
-255,5695 |
254,5945 |
36,618 | ||
N1 |
715,80 |
715,80 |
715,80 |
715,80 | ||
Ml |
0 |
0 |
0 |
0 | ||
Nsh |
474,045 |
747,045 |
747,045 |
125,103 | ||
Msh |
254,2945 |
-255,5695 |
254,2945 |
36,618 | ||
2 |
Загружения |
1+4+(8+20)+22 |
1+2+(10+18)+23 |
1+2+4+(10+18)+23 |
1+(10+18)+23 | |
У С И Л И Я |
N |
1205,944 |
1205,944 |
1545,51 |
715,80 | |
M |
254,6 |
-256,7 |
-33,68 |
21,92 | ||
N1 |
715,80 |
715,80 |
715,80 |
715,80 | ||
Ml |
0 |
0 |
0 |
0 | ||
Nsh |
490,144 |
490,14 |
799,348 |
112,592 | ||
Msh |
254,6 |
-256,7 |
247,63 |
21,92 |
Неблагоприятные комбинации расчётных усилий в сечении 4-4 для основных сечений нагрузок с учётом требования [7]. Расчёт продольной арматуры выполняем согласно требованиям пп. 3.1, 3.50, 3.54, 3.55, 3.62 [3].
Расчётные характеристики бетона и арматуры. Бетон тяжёлый класса В25, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении, Rb=14,5 МПа, Rbt=1.05 МПа, Eb=27000 МПа. Продольная рабочая арматура класса A-III, Rs=Rsc=365МПа, Es=200000Мпа.
Размеры сечения подкрановой части колонны b=400 мм, h=800 мм. Назначаем для продольной арматуры а=а′=40 мм, тогда ho=h-а′=800-40=760 мм.
Определим сначала площадь сечения продольной арматуры со стороны менее растянутой грани (справа) при условии симметричного армирования от действия расчетных усилий в сочетании N и Mmin: N=646.24 кН, М=|Mmin|=124.15 кНм; N1=517.11 кН, М1 =0; Nsh = 0 кН, Мsh = 107.51 кНм.
Поскольку имеются нагрузки непродолжительного действия, то вычисляем коэффициент условий работы бетона γb1 согласно п. 3.1 [3]:
а) момент от действия постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, кроме нагрузок непродолжительного действия (ветер, кран) относительно оси, проходящей через более растянутый стержень арматуры(γb2=0,9):
МI=(N-Nsh)(ho-a')/2+(M-Msh)=(646.38 – 0)(0,56 – 0,04)/2+(124.15-107.51)=184.7кНм
б) то же от всех нагрузок (γb2=1,1):
МII = N(ho - a')/2 + M = 646.24·0,26 + 124.15 = 292.2 кНм.
Т.к. МI< 0,82МII, то расчет выполняем по случаю б).
γb1=0,9 МII/ МI=1.42>1,1 => γb1= 1,1. Rb=1,1·17=18,7 Мпа, Rbt=1,1·1,2=1,32 МПа
Расчётная длина подкрановой части колонны при учёте нагрузок от кранов равна lo=7.8 м. Так как lo/h =7.8/0.6=13 > 4, то расчёт производим с учётом прогиба элемента, вычислим Ncr по формуле (98) [3]. Для этого находим ео=M/N=124.15·10/646.24·10= =161.57 мм > еа=h/30=600/30=20 мм; так как ео/h=161.57/600=0.269>e,min=0.5-0.01lo/h-0.01Rb=0.5-0.01·13-0.01·18,7=0.183, принимаем е=ео/h=0.269;=1,013;1=1+β·М1l/M1= =1+1·134.45/10342.2=1,013≤1+β=2 . =Es/Eb=210000/27000=6,987; = 0,004
Коэффициент будет равен: = 1/(1-N/Ncr) = 1/(1-646.8/9996) = 1.07.
Вычислим значение эксцентриситета с учётом прогиба элемента по формуле: e=eo+(ho-a′)/2=161.57·1.07+260= 432.73 мм. Необходимое продольное армирование определим согласно п. 3.62 [3]; R=0.583. Вычислим значения коэффициентов:
№5
n=N/(Rbbho)=646.38·10³/(14,5·400·760)=0.155; m1=Ne/(Rbbho²)=646.38·10³·432.73/(14,5·400·760²) =0.12 =a/ho=40/760=0.0714.
Т.к n<R, то
Поскольку по расчёту арматура не требуется, то сечение ее назначаем в соответствии с конструктивными требованиями табл. 47 [3]:As=As′=0.002·b·h =0.002·400·760=608 мм². Тогда получим =(As+As′)/(bh)=(608+608)/(400·800) = 0.0038, что незначительно отличается от предварительного принятого =0,004, следовательно, расчёт можно не уточнять, а окончательно As=As′=608мм².
Определим площадь сечения продольной арматуры со стороны наиболее растянутой грани (слева0 для несимметричного армирования с учетом, что со стороны сжатой грани (справа) должно удовлетворяться условие As′ ≥ As,fact= Asn=608 мм2 . Вэтом случае расчетные усилия возьмем из сочетания N и Mmax : N=646.39 кН, М=124.15 кНм; Nl=517.11 кН, М1=0; Nsh=0 кН, Мsh=107.51 кНм .
МI=(646.39-0)(0,56-0,04)/2+(124.15-107.51)=184.7 кНм;
МII=646.39·0,26+124.15=292.21 кНм; γbl =0,9 МII/ МI=1.42>1,1=> γbl =1,1;
φ1 =1+β МI/ МII=1,46≤2; μ=0,0038;
η=1.1; ео=М/Ν=192.1 мм; е=192.1·1.1+260=471.3 мм;
Аs'= (Nе-αRRbbho2)[Rsc(ho - a')]= (646.39·103·471.3 – 0,413·14,5·400·7602)/(280·520)=
- 3499.
Поскольку по расчету не требуется сжатая арматура, то площадь сечения растянутой находим по формулам (128) и (129) [3], оставляя минимальное сечение арматуры As′=As,fact=608мм2.
αm=[Ne - Rsc·A's,fact(ho - a')]/(Rbbho2)=[646.39·103·471.3 – 280·608·520] /(14,5· 400· 7602)=0,0909
ξ=0,097; Аs=( ξ Rbbho- N+ Rsc·A's,fact)/Rs=(0,0909·18,7·400·560 – 646.39·103+365·448)/365= - 279.59 мм2
Аs< Аs¸min=608мм2=> принимаю минимальное конструктивное армирование Аs=Аsл=608мм2
Проверим принятое армирование сечения 4-4 на остальные сочетания расчетных усилий:Nmax и Mmax
N=804.39 кН, М=| Mmax|=0 кНм;Nl=517.11 кН, Ml=0: Nsh=0 кН, Msh=0 кНм
Проверку прочности сечения выполняем по пп. 3.61 и 3.62 [3], т.к. фактическое армирование симметричное. Принимаем γbl =0.9 и Rb=0.9·17=15.3МПа, е=ео/h=0 Ncrc=19350 кН; η=1,04; е=260 мм.
Высота сжатой зоны х=N/(Rbb)=804.39·103/(15.3·400)=131.44 мм; ξŖ=0,582; ho=560мм;
ξŖ ho=325.92 мм; х< ξŖ => прочность сечения проверяется по ф.(108)
Ne≤Rbbx(ho – 0,5х)+ Rsc·A's(ho - a');
804.39·0,26≤15.3·400·131.44(560-0,5·131.44)+365·608·520; 201.1 кНм<482.64 кНм.
Так же обеспечена прочность и при действии расчетных усилий в сочетании Nmin и Mmax, при N=517.11 кНи М=107.5 кНм Nl=517.11кНм, М1=0 ,Nsh=0 кН, Мsh=107.51 кНм, γbl =0.9 поскольку в этом случае ео=207.88мм ,то Ncrc=3855.4 кН, η=1,155, е=500.1мм.
Высота сжатой зоны х=N/(Rbb)=517.11·103/(15.3·400)=84.5 мм; ξŖ=0,582; ho=560мм;
ξŖ ho=325.92 мм; х< ξŖ => прочность сечения проверяется по ф.(108)
Ne≤Rbbx(ho – 0,5х)+ Rsc·A's(ho - a'); ·
517.11·0,5001≤15.3·400·84.5(560-0,5·84.5)+365·448·520; 258.6кНм<352.77кНм.
4.2. Конструирование продольной и поперечно арматуры и расчёт подкрановой консоли.
Анализируя результаты расчёта всех опасных сечений колонны, целесообразно в надкрановой части принять симметричную продольную арматуру по 2 16A-III (Asл=Asп = 509 мм² > 448 мм²).
В подкрановой части колонны принимаем симметричную арматуру по 3 16 A-III (Asл= Asп=763мм²> 608 мм²). Поперечную арматуру в надкрановой и подкрановой частях колонны по условию свариваемости принимаем 5мм класса Вр-I, которая должна устанавливаться в каркасах с шагом 300 мм (не более 20d=20·18=360 мм).
Выполним проверку принятого продольного армирования на прочность в плоскости, перпендикулярной раме, при действии максимальных продольных сил.
Для надкрановой части колонны имеем:N=828.84 кН; Nl=541.56 кН; Nsh=0 (табл 1.1). Поскольку нет нагрузок непродолжительного действия, то расчётные сопротивления бетона принимаем с b2=0,9(при заданной влажности 70%). Размеры сечения: b=600 мм, h=400 мм. Назначая а=а′=40 мм, получим ho=h-а=400-40=360 мм.
Расчётная длина надкрановой части колонны lo=5,85 (табл. 1.1). Так как lo/h=5850/400= 14,625 > 4, то необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность. Находим значение случайного эксцентриситета:
еаh/30=400/30=13.33 мм; еа H2/60=3900/600=6,5 мм; еа10 мм. Принимаем еа = 13,33 мм. Тогда соответствующие значения изгибающих моментов будут равны: M=Nеа=828.84·10³·13,33= 11.65 кН·м; Ml=Nlеа=541.56·10³·13.33= 7.22 кН·м.
Для определения Ncr вычисляем:
M1l = Nl(ho-а′)/2+Ml = 541.56·(0.36-0.04)/2+0 =86.65 кН·м; M1 = N(ho-а′)/2+M = =828.84·(0.36-0.04)/2+0=132.61 кН·м; l=1+86.65/132.61=1.65 < 2; =(As+A′s)/(bh)=(509+509)/(600·400)=0.00424; т. к. еа/h=13.33/400= 0.0333 < е,min= 0.5-0.01·14,625-0.01·17=0.2, принимаем е=е,min=0.2
=1/(1-828.84/5882)=1,164;
е=еа+(ho-а′)/2=13,33·1,164+(360-40)/2=175.5мм.
№6
Проверку прочности сечения выполняем по формулам пп. 3.61 и 3.62 [3]. Определяем х = N/(Rbb) = 828.84·10³/(15,3·600) = 90.29 мм. Так как х<Rho=0.582·360 = 209,52 мм, то прочность сечения по условию (108) [3]:Rbbx·(ho-0.5x)+RscA′s·(ho-а′) = 15,3·600·90.29·(360--0,5·90.29)+365·509·(360-40)=320.42 кН·м > Nе=828.84·0,1755=145.46 кН·м, т.е. прочность надкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной поперечной раме, обеспечена.
При проверке прочности подкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба, учитываем только угловые стержни по 2 16 A-III (As =A′s= 509 мм²). В этом случае имеем размеры сечения: b = 800 мм, h=400 мм и расчётную длину lo=5.64 м (табл. 1.1), а расчётными усилиями будут: N = 1559.64 кН; Nl=633.52 кН; Nsh=667.57 кН. Поскольку в данном примере отношение lo/h = 5640/400 = 14.1 > 13, то необходимо учесть влияние прогиба на прочность элемента
Находим значение случайного эксцентриситета еа ≥h/30=400/30=13.33 мм; еа≥Н1/600= = 7050/600 = 11,75 мм; еа ≥ 10 мм. Принимаем еа = 11,75 мм. Тогда соответствующие значения изгибающих моментов будут равны:
M = Nеа=1559.64·10³·11,75 = 18.33 кН·м; Ml = Nlеа = 633.52·10³·11.75 = 7.44 кН·м
Для определения Ncr вычислим:
M1l =Nl(ho-а′)/2+Ml=633.52·(0,36-0,04)/2+7.44=108.8кН·м; M=N(ho-а′)/2+M=1559.64·(0.36- -0.04)/2+18.33=267.87кН·м; l=1+108.8/267.87=1.41<2; =(As+A′s)/(bh)= =(628+628)/(800·400)=0.0039; т.к. еа/h=11,75/400=0.029< е,min=0.5-0.01·14.1-0.01·15.3=0206, принимаем е=0,206. Ncr=9405.1 кН; =1/(1-1559.64/9405.1) = 1.199;
е = еа+(ho-а′)/2 = 11,75·1,199+(360-40)/2 = 174.09 мм.
Проверку прочности сечения выполняем по форм. пп. 3.61 и 3.62 [3].
Определяем х=N/(Rbb)=1559.64·10³/(15.3·800)=127.4 мм. Т.к. х < Rho =0.582·360= 209.52мм, то прочность проверяем по условию (108) [3];
Rb·b·x·(ho-0.5x)+Rsc·A′s·(ho-а′) = 15.3·800·127.4·(360-0,5·127.4)+365·628·(360-40) = 535.4кН·м > Nе =1559.64·0,17409= 271.5 кН·м, т.е. прочность подкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной поперечной раме, обеспечена.
Расчёт прочности подкрановой консоли (рис. 4,5) производим на действие нагрузок от собственного веса подкрановых балок и максимального вертикального давления от двух сближенных мостовых кранов с учётом коэффициента сочетания =0,85, или Q=G6+Dmax·=48.4+205.7·0.85=215.985 кН.
Проверяем прочность консоли на действие поперечной силы при возможном разрушении по наклонной полосе в соответствии с п. 3.99 [3]. Поскольку 2.5Rbtbho=2.5·1.2·400·1210=1452 H>Q=215.985 H, то по расчёту не требуется поперечной арматуры. По конструктивным требованиям принимаем хомуты диаметром 6мм класса А-I, устанавливаемые с максимально допустимым шагом 150 мм.
Для обеспечения прочности консоли в вертикальном сечении на действие изгибающего момента определяем площадь сечения продольной арматуры по форм. (208) [3]: As=Ql1/(hoRs)=496.35·10³·500/(121·280)=448 мм². Принимаем 312A-III (As=462мм²).
Рис.7. К расчету подкрановой консоли.