При

расстояние от оси колонны до оси поворота колонны «у» принимаем:

Требуемая площадь всех поперечных стержней класса S240 одной сетки в направлении момента

(4.11)

Где

- сумма расстояний от торца колонны до поперечных стержней сеток.

Согласно конструктивным требованиям принимаем 7 сеток 46 S240

().

Рисунок 4.5 Схема армирования стаканной части фундамента

Рисунок 4.6 Схема армирования стаканной части фундамента



5. Расчет и конструирование ребристой плиты покрытия

5.1 Исходные данные

Требуется рассчитать предварительно напряженную ребристую плиту покрытия с номинальными размерами в плане 3х12 м и высотой поперечного сечения 450 мм для 3 снегового района (г. Барановичи) по двум группам предельных состояний. Класс по условиям эксплуатации конструкции ХС 1.

Принято армирование плиты -- сварной рулонной сеткой, ребра -- плоскими сварными каркасами и предварительно напряженными стержнями.

Напрягаемую арматуру принимают из горячекатаной арматурной стали класса S1400. Рулонная сетка полки -- из арматурной проволоки класса S500, сварные каркасы в ребрах плиты: продольные и поперечные стержни - из арматуры класса S500. Петли для подъема плиты приняты из стали класса S500 и установлены в продольных ребрах на расстоянии 0,8 м от торца плиты.

Плита изготавливается из тяжёлого бетона класса С⁴⁰/₅₀ с механическим натяжением арматуры на упоры короткого стенда (l=12,5м) и с использованием инвентарных зажимов. Обжатие бетона осуществляют при передаточной прочности, составляющей 70% от проектной.. Разность температур напрягаемой арматуры и упорного устройства Т=65С.

Расчетные характеристики бетона С⁴⁰/₅₀ согласно таблице 6.1 [2]:

Модуль упругости бетона, принимаемый по таблице 6.2 [2] для марки бетонной смеси по удобоукладываемости Ж3:

так как плита заводского изготовления, бетон подвергнут тепловой обработке и значение приведённого модуля упругости следует умножать на коэффициент 0,9.

Расчетные характеристики бетона С³⁰/₃₇ численно равного передаточной прочности согласно таблице 6.1 [2]:

Расчетные характеристики арматуры согласно таблицам 6.5, 6.6 [2]:

- ненапрягаемая арматура S500: - для сетки плиты и - для каркаса ребер ; ; - для сетки плиты и - для каркаса ребер

- напрягаемая арматура S1400:

;

- поперечную в ребрах класса S240 c расчетными характеристиками: ; ; [4, табл. П3];

Конструкция плиты показана на рисунке 4.1.

Рисунок 5.1 Конструктивная схема плиты

5.2 Определение нагрузок на плиту

На плиту действуют постоянные и переменные нагрузки. Постоянные нагрузки включают вес водотеплоизоляционного ковра и собственный вес плиты. Переменную нагрузку создает вес снегового покрова. Вес 1 м² снегового покрова для г. Барановичи (III снеговой район) по рисунку 3.2 [1]. Расчетная снеговая нагрузка:

При определении расчётных воздействий (нагрузок) учитываем коэффициент надёжности по назначению .

Подсчёт нагрузок сведён в таблицу 4.1.

Таблица 5.1

Постоянная нагрузка

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН / м2	Коэффициент безопасности по нагрузке, ? F	Расчетная нагрузка, кН / м2
1	2	3	4	5
1	Железобетонные ребристые плиты покрытия с учетом за- ливки швов (3х12)	2,05	1,35	2,768
2	Обмазочная пароизоляция	0,05	1,35	0,068
3	Утеплитель (готовые плиты) ? ? 4 кН / м3, ? ? 200 мм	0,80	1,35	1,080
4	Армированная цементно- песчаная стяжка ? = 20 мм	0,42	1,35	0,567
5	Гидроизоляционный ков?р	0,15	1,35	0,203
	Итого	gsd ? 4,686

Напряженно-деформированное состояние ребристой плиты в целом имеет сложный характер, поэтому в практических расчетах плиту расчленяем на отдельные элементы - полку, поперечные и продольные ребра и рассчитываем их как самостоятельные элементы.

5.3 Расчет полки плиты

Расстояние между осями поперечных ребер равно 0,99 м (рисунок 4.1).

Полка представляет многопролетную конструкцию с наибольшими размерами поля (расчётных пролётов в свету):

Так как соотношение:

плиту рассчитываем как балочную с расчётным пролетом

Расчетная постоянная нагрузка на 1 м² полки согласно таблице 4.1 составит:

Расчетный изгибающий момент при действии постоянной и снеговой нагрузок (1 вариант):

Расчетный изгибающий момент в полке при действии постоянной равномерно распределенной нагрузки и временной сосредоточенной нагрузки от веса рабочего с инструментом :

Так как то в расчет принимаем .

Полезная высота плиты

Для арматуры S500 при

:

Тогда

Коэффициент относительного изгибающего момента:

Коэффициент :

Требуемая площадь сечения арматуры класса S500:

В соответствии с требуемой площадью сечения арматуры принимаем сварную сетку из стержней Ш 8 мм класса S500 и шагом 125 мм продольных стержней () и шагом 250 мм поперечных стержней ().

5.4 Расчет поперечного ребра

Поперечное ребро можно рассматривать как балку на двух свободных опорах с расчетным пролетом, равным расстоянию в свету между осями продольных ребер . Расчетная схема ребра приведена на рисунке 4.2.

Рисунок 5.2 Расчетные схемы поперечного ребра

Постоянная расчетная нагрузка (собирается с грузовой полосы, равной расстоянию между поперечными рёбрами l₁=1,0 м) на ребро:

- от собственного веса ребра (без учета полки)

- передаваемая плитой

- снеговая

Изгибающий момент в пролете:

Поперечная сила у опор:

Расчетные усилия в ребре от постоянной нагрузки и сосредоточенной нагрузки от веса рабочего с инструментом :

Наиболее невыгодной по изгибающему моменту и поперечной силе является 1 комбинация нагрузок.

Поперечное ребро армируется одним плоским каркасом. Рабочая арматура класса S500.

Принимаем с=30 мм. Соответственно, рабочая высота сечения:

Отношение , следовательно, расчетная ширина полки.

Предполагая, что нейтральная ось проходит по нижней грани полки, определим область деформирования для прямоугольного сечения шириной и положение нейтральной оси при расчете тавровых сечений:

и

что указывает на то, что сечение находится в области деформирования 2, для которой

.

Определяем момент и сравниваем его с моментом :

следовательно, нейтральная ось проходит в полке. Расчет ведем как для прямоугольного сечения с .

Для арматуры S500 при :

‰

Тогда

Коэффициент относительного изгибающего момента:

Коэффициент :

Требуемая площадь сечения продольной рабочей арматуры:

По конструктивным соображениям принимаем 1Ш12S500 с .

Прочность железобетонных элементов на действие поперечных сил при отсутствии поперечной арматуры согласно требованиям норм [4] проверяем по условию:

где - расчетная поперечная сила от внешних воздействий;

- поперечная сила, воспринимаемая поперечным ребром без поперечного армирования.

где k - коэффициент:

, так как k >2, то принимаем k=2.

- коэффициент продольного армирования:

, так как отсутствуют осевые силы.

При этом V_Rd,ct не менее:

где

Проверяем условие:

Условие выполняется, расчет поперечной арматуры не производим, арматуру устанавливаем конструктивно. Принимаем Ш6 S500 с шагом 150 мм.

5.5 Расчет прочности нормальных сечений продольного ребра в стадии эксплуатации

Погонную нагрузку на плиту от веса кровли и снега собирают с грузовой площади шириной, равной ширине плиты, и суммируют с нагрузкой от веса конструкции. Таким образом нагрузки на плиту будут составлять:

- при основной комбинации

- при нормативной (редкой) комбинации

- при практически постоянной комбинации

- при частой комбинации

Расчетный пролет ребра по осям опор (рисунок 4.3):

Рисунок 5.3 Расчетная схема продольного ребра

Расчетный изгибающий момент:

- при основной комбинации

- при нормативной (редкой) комбинации

- при практически постоянной комбинации

- при частой комбинации

5.5.1 Предварительное определение площади сечения продольной арматуры

Определим площадь поперечного сечения напрягаемой арматуры A_p, расположенной в растянутой зоне, методом предельных усилий.

Поперечное сечение плиты приводится к тавровой форме и в расчет вводится вся ширина полки, т.к.

.

Рабочая высота сечения ребра:

Проверяем условие, определяющее положение нейтральной оси:

Следовательно, граница сжатой зоны проходит в полке, и расчет ведем как прямоугольного сечения с шириной .

Определим граничное значение относительной высоты сжатой зоны сечения:

Где - характеристика сжатой зоны бетона, определяемая:

= k_с 0,008 ·f_cd· =0,85-0,008 ·26,7·0,85=0,668

у_pm - величина предварительного напряжения арматуры. При подборе арматуры, когда неизвестно напряжение у_sm, допускается величину у_sm принимать равной 0,6 f_pd.

у_lim =f_pd +400- 0,6f_pd =0,4f_pd +400=0,4•1120+400=848 Мпа

у_sc.u =500 МПа при длительном действии нагрузки.

При относительная высота сжатой зоны:

Вычисляем значение коэффициента г_sn (п.п. 9.1.4 [2]):

Принимаем г_sn ==1,15.

Требуемая площадь напрягаемой арматуры

Принимаем 405 S1400, A_st = 7,84 см².

5.5.2 Определение геометрических характеристик сечения продольных ребер

Сечение ребристой панели приводим к эквивалентному (по площади и моменту инерции) тавровому сечению.

Рисунок 5.4 Поперечное сечение продольного ребра плиты

Площадь бетонного сечения плиты:

Статический момент бетонного сечения:

Расстояние от нижней грани до центра тяжести бетонного сечения:

Расстояние от верхней грани до центра тяжести бетонного сечения:

Момент инерции бетонного сечения:

При отношении приведенная площадь сечения:

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани ребра:

Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения:

Расстояние от верхней грани до центра тяжести приведенного сечения:

Расстояние от точки приложения силы обжатия до центра тяжести приведенного сечения:

Момент инерции приведенного сечения:

Момент сопротивления:

- относительно нижней грани

- относительно верхней грани

Внешний периметр поперечного сечения плиты:

.

5.5.3 Предварительное напряжение арматуры и его потери

Арматура натягивается на упоры механическим способом, а обжатие бетона производится усилием напрягаемой арматуры при достижении прочности

Предварительное напряжение назначают с учетом допустимых отклонений значения предварительного напряжения p таким образом, чтобы выполнялись условия:

где - начальное контролируемое предварительное напряжение арматуры;

- величина допуска, на которую могут отклоняться значения преднапряжения ( при механическом способе натяжения);

- нормативное напряжение напрягаемой арматуры (для стали S1400 ).

Принимаем , тогда

Проверим условия:

Условия выполняются.

Определяем потери предварительного напряжения в напрягаемой арматуре.

Технологические потери

1. Потери от релаксации напряжений арматуры:

2. Потери от температурного перепада, определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилие натяжения при прогреве бетона. Для бетона класса определяются по эмпирической формуле:

где Т - разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров (вне зоны прогрева), воспринимающих усилие натяжения; принимается Т = 65 С.

3. Потери от деформации анкеров:

где =12500мм - длина натягиваемого стержня;

- обжатие опрессованных шайб, принимаемое равным 2мм;

- модуль упругости напрягаемой арматуры.

4. Потери, вызванные деформациями стальной формы:

Данный вариант изготовления конструкции предусматривает натяжение арматуры на упоры стенда, поэтому потери от деформации формы равны нулю.

5. Потери, вызванные трением напрягаемой арматуры об огибающие приспособления, принимаем равными нулю, т.к. напрягаемая арматура прямолинейна.

6. Потери, вызванные упругой деформацией бетона:

где - отношение модулей упругости стали и бетона;

- коэффициент армирования сечения;

- расстояние между центрами тяжести бетонного сечения и напрягаемой арматуры;

- площадь бетонного сечения;

- момент инерции бетонного сечения;

- усилие предварительного напряжения с учетом потерь, реализованных к моменту обжатия бетона:

Усилие предварительного обжатия, действующее непосредственно после передачи предварительного обжатия на конструкцию должно быть не более:

где;

- условие выполняется.

Максимальные напряжения в бетоне в момент обжатия:

Условие выполняется.

Эксплуатационные потери

1. Реологические потери предварительного напряжения, вызванные ползучестью и усадкой бетона, а также длительной релаксацией напряжений в арматуре следует определять по формуле:

где - потери, вызванные ползучестью, усадкой и релаксацией напряжений на расстоянии х от анкерного устройства в момент времени t.

- ожидаемые относительные деформации усадки бетона к моменту времени t.

- физическая часть усадки при высыхании бетона, определяем по табл. 6.3[2] при относительной влажности среды .

- химическая часть усадки, обусловленная процессами твердения вяжущего:

- коэффициент, определяющий скорость физической усадки:

- коэффициент ползучести бетона за период времени от t₀ до t=100 суток, принимается по рис. 6.1 [2]. При (где u - периметр сечения).

- напряжения в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от практически постоянной комбинации нагрузок, включая собственный вес:

- начальное напряжения в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от действия предварительного обжатия (с учетом первых):

- изменение напряжений в напрягаемой арматуре в расчетном сечении, вызванные релаксацией арматурной стали, для вычисления которых сначала определяем - напряжения в арматуре, вызванные натяжением (с учетом первых потерь в t= t₀) и от действия практически постоянной комбинации нагрузок.

Для вычисления сначала определяем - напряжения в арматуре, вызванные ее натяжением и действием практически постоянной комбинации нагрузок:

Принимаем при уровне напряжений по таблице 9.2 [2] потери начального предварительного напряжения от релаксации арматуры составляют 1,5%, т.е:

то данную величину принимаем равной нулю. Тогда потери напряжения по формуле (4.64) составят:

Потери усилия по формуле (4.63):

Тогда среднее значение усилия предварительного обжатия с учетом всех потерь составит:

Это значение должно удовлетворять условиям:

Условия выполняются.

5.5.4 Проверка прочности нормального сечения по фактическому армированию

Проверку несущей способности нормального сечения плиты производим по упрощенному деформационному методу с использованием расчетной параболическилинейной диаграммы деформирования бетона и расчетной диаграммы «напряжения - относительные деформации» для высокопрочной арматуры при учете влияния предварительного напряжения.

Фактическое значение полезной высоты сечения d в соответствии с расположением стержней:

.

Полная величина относительных деформаций предварительно напряженной арматуры:

Для бетона класса С ⁴⁰?₅₀ предельные деформации .

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона, отвечающее условному пределу текучести f_pd:

Предполагая, что нейтральная ось проходит по нижней грани полки, определим область деформирования сечения плиты:

Согласно таблице 6.7 [3], при таком положении нейтральной оси сечение находится в области деформирования 1а. С помощью формул таблицы 6.6 [3] находим величину усилия, воспринимаемого бетоном, расположенным в пределах высоты полки:

Величина расчетного усилия, воспринимаемого растянутой арматурой:

Поскольку, то нейтральная ось располагается в пределах ребра. В этой связи дальнейший расчет производим с учетом тавровой формы сечения.

Определяем величину сжимающего усилия, воспринимающего бетоном при = 0,167 - величине относительной высоты сжатой зоны сечения, соответствующей границе между областями деформирования 1а и 1б. Для этого вычисляем: -используя формулы прил.6, величину продольного усилия, воспринимаемого ребром таврового сечения,

-используя формулы прил.7, величину относительной деформации бетона на уровне нижней грани полки

-величину продольного усилия, воспринимаемого свесами таврового сечения (см. прил.7)

Величина сжимающего продольного усилия, воспринимающего сечением при =0,167:

Поскольку - сечение работает в области деформирования 1а и так как величина усилия, воспринимаемого бетоном, нелинейно связана с высотой сжатой зоны, то дальнейший расчет выполняем методом последовательных приближений путем определения величины относительной высоты сжатой зоны по линейной интерполяции в зависимости от величины усилий.

На первом шаге приближений имеем

На втором шаге приближений

На третьем шаге приближений

На четвертом шаге приближений

На пятом шаге приближений

Поскольку - дальнейшее уточнение не производим.

Находим величину изгибающего момента, воспринимающего бетоном ребра таврового сечения

Находим величину изгибающего момента, воспринимающего бетоном свесов таврового сечения

374,897

Величина изгибающего момента, воспринимаемого тавровым сечением

т.е. прочность плиты по нормальному сечению обеспечена.

5.6 Расчет прочности наклонных сечений

Рассчитываем наклонное сечение на приопорном участке. При расчете принимаем

b_w = 2•100 = 200 мм = 0,2 м.

Поперечная сила:

Рабочая высота плиты d=h-с=390мм.

Поперечная сила, воспринимаемая железобетонным элементом без поперечного армирования:

но не менее

где

Принимаем k = 1,72.

Поскольку условие выполняется, то расчет поперечной арматуры производить не будем. Принимаем конструктивно Ш6 S500 с шагом 150мм, что не превышает при h=450мм и h/2=450/2=225мм и не более 150мм, в средней зоне S=300 мм, что не превышает 3/4h= 3/4•450=338 мм.

5.7 Расчет прочности плиты в стадии изготовления и монтажа

В стадии изготовления и монтажа в качестве внешней нагрузки на плиту действует усилие в напрягаемой арматуре Р_mt (усилие обжатия бетона). Учитывая, что при подъеме плиты в местах установки монтажных петель возникают моменты, которые растягивают верхнюю зону плиты, то моменты от усилия Р_mt и собственного веса суммируют (рисунок 4.5). Петли установлены в продольных ребрах на расстоянии 0,8 м от торцов плиты.

Рисунок 5.5 Расчетная схема плиты в стадии изготовления и монтажа

Определяем усилие Р_mt в напрягаемой арматуре в стадии после обжатия:

Р_mt=r_sup• Р_mo - 330•10³•A_p=1,1•725,09-330•10³•784•10^-6=538,88кН

Момент от собственного веса плиты:

Момент от усилия предварительного обжатия:

Р_mt•z_ср= 538,88•0,2209=119,04кН • м

Для арматуры S500 при Е_s=2•10⁵ МПа, ‰

Тогда и

Коэффициент

где d=h-c=45-2,2=42,5см - расстояние от нижней грани ребра до центра тяжести арматуры верхней зоны сечения.

Вычисленному коэффициенту б_m соответствует значение коэффициента

Требуемая площадь сечения продольной рабочей арматуры:

( складывается из арматуры продольных стержней сетки плиты и сечения продольных стержней каркаса продольных ребер 218 S500 ), - следовательно, принятой арматуры достаточно для обеспечения прочности сечения плиты в местах установки монтажных петель.

5.8 Расчет по образованию нормальных трещин в стадии эксплуатации

Так как рассчитываемая плита по условиям эксплуатации относится к классу ХC1 и эксплуатируется в закрытом помещении, то согласно табл.5.1 [2] в конструкции допускается образование трещин. Данный расчет производится на действие частой комбинации нагрузок (г_f=1) для выяснения необходимости проверки раскрытия трещин.

Определяем момент трещинообразования:

Сравним с моментом от действия частой комбинации нагрузок:

Таким образом, нормальные трещины в стадии эксплуатации при низшем пределе усилия предварительного обжатия не образуются, и расчет по раскрытию трещин не производим.

5.9 Расчет по образованию трещин, наклонных к продольной оси плиты в стадии эксплуатации

Выполняется для выяснения необходимости расчета ширины раскрытия наклонных трещин и сводится к определению главных растягивающих и главных сжимающих деформаций по формулам для двухосного напряженного состояния.

Наклонные трещины не образуются, если выполняется условие

,

где: - коэффициент поперечных деформаций бетона при сжатии (коэффициент Пуассона), принимаемый равным 0,2;

- относительные деформации, соответствующие исчерпанию прочности бетона на растяжение, которые допускается принимать равными

.

Появление наклонных трещин наиболее вероятно в двух характерных сечениях, расположенных на приопорном участке плиты (рис.2.6): сечение I-I у грани опоры и сечение II-II в конце зоны анкеровки напрягаемой арматуры. Трещиностойкость этих сечений проверяем на уровне центра тяжести, т.е. при.

Для определения длины зоны передачи преднапряжения вычисляем следующие характеристики:

- напряжения сцепления арматуры с бетоном

,

где: =2,7 - для стержней периодического профиля;

=0,7 - принимается по рекомендациям п.11.2.33 [1];

- предельные напряжения сцепления по контакту напрягаемой арматуры с бетоном

,

где =1,4 - для стержней периодического профиля;

Рисунок 5.6 К расчету трещиностойкости наклонных сечений.

- напряжения в арматуре непосредственно после ее отпуска с упоров

- базовая дина зоны передачи напряжений

здесь: =1,0 - при постепенной передаче усилия обжатия,

=0,25 - для стержневой арматуры.

-изгибающий момент от частой комбинации нагрузок в конце базовой дины зоны передача напряжений

где ;

- напряжения в арматуре от действия частой комбинации нагрузок

здесь - коэффициент приведения бетонного сечения к приведенному ();

- предварительные напряжения в арматуре с учетом всех потерь

Расчетную длину анкеровки напрягаемой арматуры следует определять по формуле 11.6 [1]

Так как то принимаем . Тогда

Расчет образования трещин в сечении I-I

Так как между линией действия опорной реакции и рассматриваемым сечением поперечная нагрузка может отсутствовать, то принимаем для сечения I_I

.

Усилие обжатия меняется по длине зоны передачи напряжений линейно от нуля в начале зоны до расчетной величины в конце и в рассматриваемом сечении равно

Ввиду малой величины принимаем изгибающий момент от внешней нагрузки в сечении равным нулю. Тогда нормальные напряжения в уровне центра тяжести сечения

Напряжения от местного действия опорной реакции должны учитываться на длине участка по обе стороны от точки приложения силы. Так как , то необходим учет этих напряжений

здесь и .

Статический момент части сечения, расположенной выше центра тяжести, относительно оси проходящей через центр тяжести сечения

.

Касательные напряжения в сечении

Главные растягивающие и главные сжимающие напряжения в уровне центра тяжести сечения

Общие относительные деформации в наклонном сечении плиты от совместного действия главных растягивающих и главных сжимающих напряжений

Условие выполняется, наклонные трещины не образуются.

Расчет образования трещин в сечении II-II

Поперечная сила в сечении

.

Усилие обжатия бетона в конце зоны анкеровки

Изгибающий момент в сечении от частой комбинации внешней нагрузки

.

Нормальные напряжения в уровне центра тяжести сечения от совместного действия усилия обжатия сечения и внешней нагрузки

Так как то принимаем .

Касательные напряжения в сечении

Главные напряжения в рассчитываемом сечении

Общие относительные деформации в наклонном сечении плиты

Из выполнения данного условия следует, что наклонные трещины в сечении 2-2 в стадии эксплуатации появляться не будут.

5.10 Расчет по образованию нормальный трещин в стадии изготовления

Момент от собственного веса плиты при ее подъеме в сечении, совпадающем с местом установки монтажной петли

,

где: g=2,05 кН/м². табл. 2.1,

b=3,0м - ширина плиты,

l₁ - расстояние от торца панели до места установки монтажной петли (рис. 2.1)

Расчет по образованию нормальных трещин в зоне сечения, растянутой от действия усилия предварительного обжатия в стадии изготовления, производится из условия

,

здесь: М_sk - момент от собственного веса плиты при ее подъеме, принимается со знаком минус, так как его направление противоположно моменту от усилия обжатия;

f_ctm - значение средней прочности бетона на осевное растяжение в момент предварительного обжатия бетона, т.е. при классе бетона С³⁰/₃₇.

Следовательно, в стадии изготовления в верхней зоне плиты трещины не образуются.

5.11 Расчет плиты по деформациям

Прогибы предварительно напряженной плиты определяются суммированием прогибов от внешней нагрузки (изгибающего момента от частой комбинации нагрузок ) и выгиба от усилия предварительного обжатия бетона .

Усилие предварительного обжатия бетона при нижнем пределе его значения

Прогиб плиты в середине пролета

Предельно допустимый прогиб

.

Таким образом, максимальный прогиб в середине пролета плиты не превышает допустимый.



6. Расчет преднапряженной двухскатной балки по I и II группам предельных состояний

6.1 Исходные данные

Требуется рассчитать двухскатную балку покрытия, пролетом 18 м, для третьего снегового района (г. Барановичи) по 2-м группам предельных состояний. На балку опираются плиты покрытия размером в плане 3 х 12 м, по которым уложена рулонная кровля.

Балка эксплуатируется в закрытом помещении. Класс по условиям эксплуатации конструкции ХС1 (RH=50%). Изготовление балки предусмотрено в рабочем положении из тяжелого бетона класса . Бетон подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении. Марка бетонной смеси по удобоукладываемости Ж3.

Обжатие бетона происходит при передаточной прочности, составляющей 70% от проектной . Режим передачи предварительного напряжения на бетон или отпуск напрягаемой арматуры принят плавный.

В качестве напрягаемой арматуры применена арматурная проволока класса S1400. Натяжение напрягаемой арматуры производится на упоры механическим способом с применением инвентарных зажимов. Разность температур напрягаемой арматуры и опорным устройством принято равным .

Ненапрягаемая арматура (продольная и поперечная) принята класса S500. Сварные сетки изготавливаются из проволоки класса S500.

Расчетные характеристики материалов:

- для бетона класса

- для арматурной проволоки класса S1400:

; ;

- для арматурных стержней класса S500

; ;

6.2 Определение расчетного пролета балки

Расчетный пролет балки принимается меньше пролета здания, для которого она предназначена. Обычно за расчетный пролет принимается расстояние между центрами опирания ее на колонны. В случае типового крепления балки к колонне расчетный пролет балки принимается равным:

(6.1)

где - номинальный пролет здания.



6.3 Определение нагрузок

Таблица 6.1

Сбор нагрузок на 1 м² покрытия

№	Вид нагрузки	Нормативная, кПа	f	Расчетная, кПа
1	Гидроизоляционный ковёр	0,15	1,35	0,203
2	Цементно - песчаная стяжка = 20 мм, = 21 кН/м3.	0,42	1,35	0,567
3	Утеплитель - плиты минераловатные, = 200 мм, = 4 кН/м3.	0,8	1,35	1,080
4	Обмазочная пароизоляция	0,05	1,35	0,068
5	Собственная масса железобетонных плит покрытия с учетом заливки швов 12х3 м	2,05	1,35	2,768
Итого:	=3,47	=4,686
6	Снеговая нагрузка для района III	1,6	1,5	=2,40
Всего: (g+q)d=7,086

При общем весе балки G=104kH средний вес одного погонного метра балки:

(6.2)

Погонную нагрузку на балку от веса кровли и снега собирают с грузовой площади шириной равной шагу балок и суммируют с нагрузкой от веса конструкции. Таким образом, с учетом выше изложенного расчетные сочетания на балку будут:

- при основной комбинации воздействий:

первого вида:

(5.3)

второго вида:

(5.4)

- при нормативной (редкой) комбинации нагрузок:

(6.3)

- при частой комбинации нагрузок:

(6.4)

- при постоянной комбинации воздействий:

(6.5)

6.4 Расчетные сечения балки и определение усилий в расчетных сечениях

В связи с тем, что высота и толщина стенки балки переменны по длине пролета, при ее расчете необходимо рассматривать несколько характерных сечений (рисунок 6.1):

- сечение 1-1 - на опоре.

- сечение 2-2 - в месте резкого изменения ширины стенки балки (в этом сечении производится проверка прочности и трещиностойкости наклонных сечений).

- сечение 3-3 - в месте установки подъемной петли (используется при расчете прочности балки в стадии изготовления).

- сечение 4-4 - посередине балки.

Изгибающие моменты в сечении балки вычисляем по выражению:

(6.6)

где - расстояние от оси опоры до рассматриваемого сечения.

Вычисленные значения изгибающих моментов в расчетных сечениях балки приведены в таблице 6.2 и отображены на рисунке 6.1.

Таблица 6.2

Изгибающие моменты в сечениях

Расчетные сечения балки	, м		Значения моментов в кНм при воздействиях
			Основной комбинации	Нормативной комбинации	Частой комбинации	Практически постоянной комбинации
1-1	0	0	0	0	0	0
2-2	0,550	0,031	396,618	313,8	268,65	250,6
3-3	2,350	0,133	1516,26	1199,64	1027,05	958,02
4-4	8,825	0,500	3284,3	2598,49	2224,66	2075,13

Рисунок 6.1 Эпюра изгибающих моментов в расчетных сечениях балки

Поперечные силы на опоре:

- при основной комбинации нагрузок:

(6.7)

- при нормативной (редкой) комбинации воздействия:

(6.8)

6.5 Расчет прочности нормальных сечений балки в стадии эксплуатации

6.5.1 Определение положения расчетного нормального сечения балки

За расчетное принимаем сечение 4-4, находящееся на расстоянии 8,825 от опоры. Высота сечения в наиболее опасном сечении балки h=1640мм.

Ориентировочно назначаем рабочую высоту сечения. Расстояние от центра тяжести растянутой напрягаемой арматуры до нижней грани балки принимаем ориентировочно с учетом диаметра арматурных стержней, величины защитного слоя и расположении арматуры в сечении. Эту величину можно назначать, также ориентируясь на типовые чертежи балок.

Принимаем , тогда d=h-c=1640-100=1540мм.

6.5.2 Предварительный подбор напрягаемой арматуры балки

Предполагая, что сжатая ненапрягаемая арматура не требуется, то есть , определяем площадь поперечного сечения напрягаемой арматуры , расположенной в растянутой зоне, методом предельных усилий.

Проверяем условие, определяющее положение нейтральной оси:

Следовательно, граница сжатой зоны проходит в верхней полке и расчет ведем как прямоугольного сечения с шириной b=b'=0,24м.

Определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны сечения:

(6.9)

где ;

- коэффициент, зависящий от вида бетона (для тяжелого бетона );

- величина предварительного напряжения арматуры. Допускается при подборе арматуры, когда неизвестно принимать равным , тогда:

(5.12)

- предельные напряжения в растянутой зоне бетона при длительном действии нагрузки.

Определяем коэффициент

(6.10)

Коэффициенту соответствует

Так как , то разрушение будет по растянутой арматуре.

Вычисляем значение коэффициента

(6.11)

где - коэффициент, принимаемый равным для арматуры класса S1400

Принимаем .

Требуемая площадь напрягаемой арматуры:

(6.12)

Принимаем 104Ш5 S1400 с , располагая их в нижней части сечения, как показано на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 Расчетное сечение балки

6.5.3 Определение геометрических характеристик сечения

Геометрические характеристики определяем для сечения 4-4 и вычисляем в табличной форме (таблица 5.3).

Коэффициенты приведения арматуры к бетону:

(6.13)

Таблица 6.3

Геометрические характеристики сечения 4-4

№ эл.	Наименование сечения	Аi, см2	а i, см	Si= Аi· а i	Ii= Si· а i	Ici (относительно собственной оси)
1	Верхний пояс	1008	143	144144	20612592	3750768
2	Стенка	2208	82	181056	14846592	0
3	Нижний пояс	720	15	10800	162000	3232080
4	Геометрические характеристики бетонного сечения	=3936	-	=336000	=35621184	6982848
6	Верхняя ненапрягаемая арматура (бs·Asc)	19,56	161	3149,16	507014,76	-
7	Нижняя напрягаемая арматура (бр·Aр)	129,48	15	1942,2	29133	-
8	Геометрические характеристики приведенного железобетонного сечения	4085,04	-	341738,76	36179990,76	6982848

Расстояние от нижней грани балки до центра тяжести:

- бетонного сечения:

- железобетонного (приведенного) сечения:

Расстояние от верхней грани балки до центра тяжести:

- бетонного сечения: h-z_c=164-85,37=78,63 см

- железобетонного (приведенного) сечения: h-z_c=164-83,66=80,34 см

Момент инерции сечения относительно центра тяжести:

- бетонного сечения:

- железобетонного (приведенного) сечения:

Момент сопротивления сечения относительно нижней грани:

- бетонного сечения:

- железобетонного (приведенного) сечения:

Момент сопротивления сечения относительно верхней грани:

- бетонного сечения:

- железобетонного (приведенного) сечения:

Расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести напрягаемой арматуры:

- бетонного сечения:

z_cp=z_c-c=85,37-15=70,37 см

- железобетонного (приведенного) сечения:

z_cp=z_c-c=83,66-15=68,66 см

Расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести верхней арматуры:

- бетонного сечения:

Z_cs=h-z_c-c₁=78,63-3=75,63 см

- железобетонного (приведенного) сечения:

Z_cs=h-z_c-c₁=80,34-3=77,34 см

Периметр поперечного сечения:

6.5.4 Предварительные напряжения в арматуре. Потери предварительного напряжения

Предварительное напряжение в арматуре назначается таким образом, чтобы выполнялись условия:

(6.14)

где - начальное контролируемое напряжение арматуры;

- допустимое отклонение предварительного напряжения; при механическом способе натяжения арматуры .

Принимаем , тогда.

Проверяем выполнение условий 6.17:

Определяем потери предварительного напряжения напрягаемой арматуры.

Технологические потери

1.1. Потери от релаксации напряжений стержневой арматуры при механическом способе натяжения:

1.2. Потери от температурного перепада для бетона класса

(6.15)

1.3. Потери, вызванные деформацией стальной формы при натяжении на упоры, принимаются равными 0, т.е. .

1.4. Потери, вызванные трением напряженной арматуры об огибающее приспособление, по условиям изготовления конструкций принимается равными 0, т.е. .

1.5. Потери предварительного напряжения от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств:

(6.16)

где - смещение стержней в инвентарных зажимах:

Дl = 1,25+0,15•Ш = 1,25+0,15•5 = 2 мм;

Ш - диаметр напрягаемой арматуры;

- длина напрягаемой арматуры (расстояние между наружными гранями упоров стендов):

L=L+1000мм=18000+1000=19000мм.

1.6. Потери, вызванные упругой деформацией бетона при его обжатии:

(6.17)

где

- усилие предварительного напряжения с учетом потерь, проявившихся к моменту обжатия бетона:

(6.18)

Усилие предварительного обжатия бетона с учетом проявившихся технологических потерь:

(6.19)

Проверяем условие ограничения напряжений в напрягаемой арматуре:

(6.20)

Напряжение в бетоне в момент обжатия:

(6.21)

Проверяем условия ограничения напряжений в бетоне:

- возможность образования продольных трещин:

- верхняя граница ползучести:

Эксплутационные потери

2.1. Эксплутационные потери (реологические потери) предварительного обжатия конструкции, вызванные усадкой и ползучестью бетона, а также длительной релаксацией напряжений в арматуре:

(6.22)

где - потери предварительного напряжения в арматуре, вызванные усадкой и ползучестью бетона и релаксацией в арматуре:

(6.23)

- ожидаемые (прогнозируемые) относительные деформации усадки бетона к моменту времени суток:

(6.24)

- физическая часть усадки, вызванная испарением из бетона влаги, определяется по таблице 6.3 [4] при относительной влажности среды и марки бетонной смеси по удобоукладываемости ЖЗ:

- химическая часть усадки, обусловленная процессами твердения вяжущего (усушка бетона):

(6.25)

- коэффициент, определяющий скорость физической усадки:

- коэффициент ползучести бетона за период времени от до суток; принимается по рисунку 6.1 [7]:

при

- напряжения в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от практически постоянной комбинации нагрузок:

(6.26)

- начальные напряжения в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от действия усилия предварительного обжатия:

(6.27)

- изменение напряжений в напрягаемой арматуре, вызванные релаксацией арматурных сталей.

Для вычисления сначала определяем - напряжения в арматуре, вызванные ее натяжением и действием практически постоянной комбинации нагрузок:

(6.28)

Принимаем при уровне напряжений по таблице 9.2 [7] потери начального предварительного напряжения от релаксации арматуры составляют 1,5%, т.е:

(6.29)

Тогда:

Среднее значение усилий предварительного обжатия бетона с учетом всех потерь должно удовлетворять условиям:

Условия выполняются.

6.5.5 Проверка прочности нормального сечения по фактическому армированию

Проверку несущей способности нормального сечения балки производим по сечению 4-4 по упрощенному деформационному методу.

Фактическое значение полезной высоты сечения в соответствии с расположением арматуры: d=h-c=1640-100=1540 мм

Расчетное сечение балки показано на рисунке 6.3.Находим величину усилия воспринимаемого бетоном полки

Величина расчетного усилия, воспринимаемого растянутой арматурой

Поскольку F_st=2626,23 кН < F_сс=2822,32 кН, нейтральная ось располагается в пределах высоты полки. В этой связи дальнейший расчет производим с учетом прямоугольной формы сечения.

Расчетная высота сжатой зоны:

Расчетная относительная высота сжатой зоны:

Определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны сечения:

(6.30)

где ;

- коэффициент, зависящий от вида бетона (для тяжелого бетона );

- величина предварительного напряжения арматуры. Допускается при подборе арматуры, когда неизвестно принимать равным , тогда:

Страница:

•  1 
•  2 
•  3 

дипломная работа "Проект основных несущих конструкций одноэтажного промышленного здания" скачать

Подобные документы

• Проектирование ребристого монолитного междуэтажного балочного перекрытия многоэтажного промышленного здания

  Компоновка конструктивной схемы здания. Проектирование поперечного сечения плиты. Расчет полки ребристой плиты, ее прочности, нормального сечения к продольной оси, плиты по предельным состояниям второй группы. Потери предварительного напряжения арматуры.
  
  курсовая работа [244,3 K], добавлен 20.07.2012
  

• Монолитное железобетонное ребристое перекрытие промышленного здания

  Разработка проекта балочной плиты и обоснование компоновки монолитного балочного перекрытия промышленного здания. Расчет площади сечения арматуры в плите. Определение площади сечения арматуры в главной и второстепенной балке. Расчет армирования колонны.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 05.06.2014
  

• Расчет и конструирование ребристой плиты перекрытия 1,5х6 м

  Характеристика параметров плиты, условия ее эксплуатации. Определение усилий в элементах плиты и геометрических характеристик приведенного сечения плиты. Расчет продольных ребер плиты по образованию трещин. Конструирование арматуры железобетонного ригеля.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 14.06.2011
  

• Проектирование ребристого монолитного железобетонного перекрытия с балочными плитами

  Элементы перекрытия и их компоновка. Расчет балочных плит. Расчетные пролеты и сбор нагрузок. Подбор сечения арматуры и конструирование плиты. Метод предельного равновесия. Статический расчет и подбор сечения рабочей арматуры. Полезная высота сечения.
  
  курсовая работа [88,3 K], добавлен 05.12.2017
  

• Расчёт железобетонной плиты перекрытия

  Определение арматуры монолитной балочной плиты для перекрытия площади. Расчет и конструирование второстепенной балки, ребристой плиты перекрытия, сборной железобетонной колонны производственного здания и центрально нагруженного фундамента под нее.
  
  дипломная работа [798,0 K], добавлен 17.02.2013
  

• Расчет и конструирование металлических конструкций многоэтажного производственного здания

  Компоновка и второстепенная балка перекрытия: подбор сечения, проверка прочности. Подбор сечения балки в виде сварного двутавра. Расчет сварных швов, прикрепляющих пояса к стене. Проверка местной устойчивости элементов колонны, размеры опорной плиты.
  
  курсовая работа [328,0 K], добавлен 04.10.2014
  

• Проектирование многопустотной железобетонной плиты перекрытия

  Варианты разбивки балочной клетки. Сбор нагрузок на перекрытие. Назначение основных размеров плиты. Подбор сечения продольной арматуры. Размещение рабочей арматуры. Расчет прочности плиты по сечению наклонному к продольной оси по поперечной силе.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.03.2009
  

• Расчет железобетонного монолитного каркаса промышленного здания

  Расчет и конструирование многопустотной предварительно напряженной плиты перекрытия. Определение геометрических характеристик поперечного сечения ригеля, подбор продольной арматуры. Расчет средней колонны, монолитного перекрытия и кирпичного простенка.
  
  курсовая работа [2,2 M], добавлен 07.04.2014
  

• Расчет многопролетной плиты монолитного перекрытия

  Расчет монолитного варианта перекрытия. Компоновка конструктивной схемы монолитного перекрытия. Характеристики прочности бетона и арматуры. Установка размеров сечения плиты. Расчет ребристой плиты по образованию трещин, нормальных к продольной оси.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 16.01.2016
  

• Расчёт многопустотной плиты перекрытия

  Конструирование плиты перекрытия. Определение грузовой площади для колонны. Проверка плиты на монтажные усилия. Определение расчётного пролёта плиты при опирании её на ригель таврового сечения с полкой в нижней зоне. Расчет фундамента под колонну.
  
  курсовая работа [528,4 K], добавлен 12.09.2012
  

• Сборная железобетонная панель перекрытия

  Расчет и конструирование многопустотной железобетонной плиты перекрытия. Расчёт прочности наклонного сечения. Расчет плиты по образованию трещин. Потери предварительного напряжения арматуры. Расчет плиты по перемещениям. Расчет стропильной ноги.
  
  курсовая работа [342,6 K], добавлен 19.06.2015
  

• Проектирование здания транспортного назначения

  Проектирование плиты перекрытия и сборной колонны здания. Расчётный пролёт и нагрузки. Компоновка поперечного сечения плиты. Расчёт прочности ригеля по сечениям, нормальных к продольной и наклонной осям. Конструирование арматуры ригеля и фундамента.
  
  курсовая работа [465,1 K], добавлен 02.06.2013
  

• Расчёт железобетонных конструкций

  Предварительное назначение размеров железобетонных элементов подземного здания. Расчётные и нормативные характеристики арматуры и бетона. Расчет и подбор прочности рабочей арматуры полки ребристой плиты перекрытия, колонны, столбчатого фундамента.
  
  курсовая работа [123,8 K], добавлен 01.02.2011
  

• Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного здания

  Расчет и конструирование монолитного ребристого перекрытия. Определение расчетных размеров монолитной железобетонной плиты перекрытия и второстепенной балки. Выбор площади сечения арматуры в плите. Геометрические размеры и опоры второстепенной балки.
  
  курсовая работа [352,1 K], добавлен 18.12.2010
  

• Проектирование трехэтажного каркасного здания

  Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия. Расчет ребристой плиты по предельным состояниям. Определение усилий в ригеле поперечной рамы. Характеристики прочности бетона и арматуры. Поперечные силы ригеля. Конструирование арматуры колонны.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 28.04.2015
  

• Конструирование сборной предварительно-напряженной плиты перекрытия

  Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия. Определение размеров плит, расчет прочности продольных ребер по нормальным сечениям. Определение параметров расчетного сечения и площади арматуры. Анкеровка обрываемых стержней. Конструирование ригеля.
  
  курсовая работа [415,3 K], добавлен 27.07.2014
  

• Проектирование сборного перекрытия

  Компоновка конструктивной схемы сборного перекрытия. Расчет и конструирование многопустотной плиты: конструктивное решение, статический расчет. Подбор продольной и поперечной арматуры, определение геометрических характеристик сечения. Прогибы плиты.
  
  курсовая работа [2,2 M], добавлен 12.12.2010
  

• Железобетонные конструкции многоэтажного промышленного здания

  Расчет плиты монолитного ребристого перекрытия. Расчет рабочей арматуры продольных ребер. Проверка прочности плиты по сечениям, наклонным к ее продольной оси. Конструирование сборной железобетонной колонны. Расчет центрально нагруженного фундамента.
  
  курсовая работа [94,8 K], добавлен 21.03.2016
  

• Строительный проект перекрытий промышленного здания

  Компоновка поперечной рамы. Расчет крайней колонны прямоугольного сечения. Конструирование двускатной балки покрытия. Определение потерь предварительного напряжения арматуры. Проверка трещиностойкости и прочности колонны в стадиях подъема, монтажа.
  
  курсовая работа [423,7 K], добавлен 02.09.2015
  

• Железобетонные конструкции

  Характеристика предварительно напряжённой ребристой плиты. Вычисление изгибающих моментов в расчётных сечениях ригеля. Проверка нижней ступени на восприятие поперечной силы без поперечной арматуры. Определение требуемой площади сечения арматуры.
  
  курсовая работа [3,9 M], добавлен 14.12.2017
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам