Расчет прочности крайней колонны одноэтажной рамы промышленного здания
Расчет прочности крайней колонны одноэтажной рамы промышленного здания
Нижегородский
государственный
архитектурно-строительный
университет
Институт
открытого дистанционного образования
Курсовая
работа
РАСЧЕТ
ПРОЧНОСТИ КРАЙНЕЙ КОЛОННЫ ОДНОЭТАЖНОЙ РАМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ В СБОРНОМ
ЖЕЛЕЗОБЕТОНЕ
г. Нижний Новгород – 2010г
1.1 Общие указания
по расчету
Расчет железобетонных
колонн поперечника одноэтажной рамы промышленного здания по несущей способности
состоит из следующих этапов:
-
определения
сечения продольной арматуры;
-
проверки
прочности на усилия при съеме с опалубки, транспортировании и монтаже;
-
проверки
прочности на внецентренное сжатие из плоскости рамы поперечника;
-
расчета
подкрановых консолей.
1.2.1 Расчёт
продольной арматуры
Площадь продольной
арматуры колонн определяется из расчета сечений их на внецентренное сжатие в
плоскости рамы поперечника по наиболее невыгодным расчетным сочетаниям усилий:
maxM®N, min M®N, maxN®±M
При этом можно принимать
симметричное и несимметричное армирование колонн. Несимметричное армирование
применяют в крайних колоннах рам поперечника промышленных зданий, а также при
большой разнице абсолютных значений положительных и отрицательных моментов в
расчетных сечениях. При небольшой разнице этих моментов и в средних колоннах — всегда
применяют симметричное армирование. Рабочую арматуру колонн при внецентренном
сжатии принимают классов A400
или
А300 диаметром не менее 16 мм. Сечение I-I (подкрановая часть колонны) Размеры сечения:
Высота h = 500 мм, ширина b = 400 мм, a = a' = 50 мм, рабочая высота h0 = 500 – 50 = 450 мм. Бетон тяжелый класса В15, Rb = 8,5 мПа; Eb = 24,0*103 мПа. Продольная
арматура класса А400, RS=RSC=355 мПа; поперечная - класса А240, ES=2×105 мПа.
2. Усилия. Наиболее
невыгодные комбинации усилий:
а) из первых основных
сочетаний без учёта крановой нагрузки:
М1 = +44,76 кН×м и -45,83 кН×м при N1 = 340,02 кН;
б) из вторых основных
сочетаний - с учетом крановой нагрузки:
М2 = +89,32 кН×м и -31,76 кН×м при N2 = 741,67 кН.
Для данных комбинаций
усилий принимаем симметричное армирование колонны и для расчета имеем следующие
комбинации усилий:
а) первая комбинация усилий
без учёта крановой нагрузки.
М1 = ±45,83 кН×м; N1 = 340,02 кН;
б) вторая комбинация
усилий с учетом крановой нагрузки:
М2 = ±89,32 кН×м; N2 = 741,67 кН.
Для обеих комбинаций
длительная часть усилий:
Mдл = Mпост = +1,25 кН×м; Nдл = Nпост = 340,02 кН.
3. Расчетная длина и
гибкость колонны
Расчетная длина подкрановой
части колонны в плоскости поперечной рамы:
а) для первой комбинации
усилий без учёта крановой нагрузки:
lон = 1,2 ´ HК=1,2´11,0 = 13,2 м;
(для однопролетных зданий
без учета крана lон = 1,5´ HК)
б) для второй
комбинации усилий при учете крановой нагрузки:
lон = 1,5 ´ Hн = 1,5 ´ 6,9 = 10,35 м.
Гибкость колонны:
а) ; б) ,
следовательно, необходимо
учитывать влияние прогиба колонны на величину эксцентриситета приложения
продольных сил.
4.
Определение эксцентриситетов приложения продольных сил
Величина
случайного эксцентриситета:
Принимаем ; Принимаем;
Величина
расчётного эксцентриситета:
;
Колонна является
элементом статически неопределимой конструкции – поперечной рамы. Поэтому,
согласно п.4.2.6 [3] принимаем величину эксцентриситета приложения продольных
сил без учёта случайного эксцентриситета:
е01 = ест01
= 135 мм, е02 = ест02 = 120 мм.
5. Определение величин
условных критических сил
Величину условной
критической силы определяем по формуле (6.24):
где D – жесткость железобетонного
элемента, определяемая для элементов прямоугольного сечения по формуле (3.89)
[4]:
а) первая комбинация
усилий:
Эксцентриситет приложения
длительной части нагрузки:
Моменты внешних сил
относительно растянутой арматуры сечения: - от действия всей нагрузки:
- от действия длительной
части нагрузки
Коэффициент, учитывающий
влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:
Суммарный коэффициент
армирования для арматуры и принимаем равным 0,005, исходя из
при гибкости
(табл. 5.2).
Отношение модулей
упругости материалов:
Жёсткость колонны:
Условная критическая
сила:
б) вторая комбинация
усилий:
Моменты внешних сил относительно
растянутой арматуры сечения:
-
от действия всей
нагрузки:
-
от действия
длительной части нагрузки
Коэффициент, учитывающий
влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:
Суммарный коэффициент
армирования принимаем
равным 0,004, при гибкости
(табл. 5.2 [4]).
Жёсткость колонны:
Условная критическая
сила:
6. Учет влияния прогиба и
определение величин эксцентриситетов «е»
Влияние прогиба колонны
на величину эксцентриситета приложения продольного усилия учитываем путем
умножения величины на
коэффициент, определяемый по формуле 6.23:
(2)
а) первая комбинация
усилий:
Эксцентриситет приложения
продольной силы относительно растянутой арматуры :
б) вторая комбинация
усилий:
7. Определение площади
сечения арматуры
Граничное значение
относительной высоты сжатой зоны бетона:
,
где:
а) первая комбинация усилий:
Определяем параметры d, am и an :
Т.к. , площадь сечения симметричной арматуры
определяем по формуле:
Принимаем
.
б) вторая комбинация
усилий:
Т.к. , то:
Принимаем
По конструктивным
требованиям в колоннах при b(h) ³ 250мм диаметр продольных стержней должен быть не менее 16мм
(п.5.17 [4].
Тогда
Арматуру подбираем по
большей из трёх площадей, полученных при расчёте:
Назначаем с каждой
стороны сечения
A400 с
Сечение II-II (надкрановая часть колонны).
1. Размеры сечения
Размеры сечения:
Бетон тяжелый класса B15, арматура класса A400 (та же, что в
сечении I-I).
2. Усилия
Невыгодные комбинации расчетных усилий выбираем из вторых основных
сочетаний–с учетом крановой нагрузки:
Для данных комбинаций
усилий принимаем для надкрановой части колонны несимметричное армирование и для
расчёта имеем следующие комбинации усилий.
а) М1 = +89,51
кН*м; N1 = 257,23 кН;
б) M2 = +86,51 кН*м; N2 = 368,04 кН.
В том числе длительная
часть нагрузки:
3. Расчетная длина и
гибкость колонны
При учёте в расчёте
крановой нагрузки:
Без учёта крановой
нагрузки:
Гибкость:
Следовательно необходимо
учитывать влияние прогиба на величину эксцентриситета продольных сил.
4.
Определение эксцентриситетов продольных сил
Величина
случайного эксцентриситета продольных сил:
Принимаем
Величина
расчётного эксцентриситета:
;
;
Т.к. поперечная рама –
статически неопределимая конструкция при определении эксцентриситета приложения
продольных сил не учитываем величину случайного эксцентриситета (п.4.2.6 [3]):
е01 = ест01
= 348 мм, е02 = ест02 = 235 мм.
5. Определение величин
условных критических сил
а) первая комбинация
усилий:
Эксцентриситет приложения
длительной части нагрузки:
Моменты внешних сил
относительно растянутой арматуры сечения:
- от действия всей
нагрузки:
- от действия длительной
части нагрузки
Коэффициент, учитывающий
влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:
Суммарный коэффициент
армирования =0,004, исходя
из
при гибкости (табл. 5.2).
Жёсткость колонны:
Условная критическая
сила:
б) вторая комбинация усилий:
Эксцентриситет приложения
длительной части нагрузки:
Моменты внешних сил
относительно растянутой арматуры сечения:
- от действия всей
нагрузки:
- от действия длительной
части нагрузки
Коэффициент, учитывающий
влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:
Жёсткость колонны:
Условная критическая
сила:
6. Учет влияния прогиба и
определение величин эксцентриситетов «е»
а) первая комбинация
усилий:
Эксцентриситет приложения
продольной силы относительно растянутой арматуры :
б) вторая комбинация
усилий:
7. Определение площади
сечения арматуры
Если
то формулах для расчёта
арматуры вместо подставляют 0,4,
а вместо - 0,55.
а) первая комбинация
усилий:
Площадь сечения сжатой
арматуры:
Принимаем
Так как принятая площадь
сечения сжатой арматуры
значительно превышает её
значения, вычисленное по формуле:
то площадь сечения
растянутой арматуры определяем по формуле (3.107 [4]):
б) вторая комбинация
усилий:
Арматуру подбираем по
большей из трёх площадей, полученных при расчёте по обеим комбинациям усилий
для каждой из арматур.
Сжатую арматуру подбираем
по
Растянутую арматуру - по
Принимаем сжатую арматуру
на внешней стороне сечения А400
с
растянутую арматуру на
внутренней стороне сечения А400
с
1.2.2 Проверка
прочности колонны при съёме с опалубки, транспортировании и монтаже
Помимо расчета на эксплутационные усилия, колонны проверяются на
прочность как изгибаемые элементы от действия усилий, возникающих при съеме их
с опалубки после изготовления, а также транспортировании и монтаже. Нагрузкой
здесь является собственный вес колонны с учетом коэффициентов динамичности: при
транспортировании -
1,6, подъеме и монтаже -
1,4, с учетом коэффициента надежности по нагрузке gf=1,1 (п.1.9).
Отрыв и съем с опалубки, складывание и транспортирование колонн
производятся обычно после достижения бетоном 70% проектной прочности, т.е. Rb0=0,7Rb. Строповка при съеме колонн, а также укладка их при складировании и
транспортировании производятся в положении «плашмя» траверсой за две точки. При
этом петли для съема с опалубки располагаются обычно на расстояниях: два метра
от низа колонны и 0,4 метра выше верха консоли. В этих же местах располагаются
и опоры колонн при их складировании и транспортировании. Для одинаковых
расчетных схем колонн – съема с опалубки и транспортирования – более невыгодной
при проверке прочности является последняя, так как коэффициент динамичности (кдин)
здесь равен 1,6 вместо 1,4 для съема с опалубки. Монтаж колонн может
выполняться сразу же после их изготовления и транспортирования. Поэтому здесь в
расчет принимается прочность бетона, составляющая 70% от проектной прочности.
Строповка при монтаже колонн осуществляется в положении «на ребро» за одну
точку инвентарными приспособлениями вставляемое в отверстие, расположенное на
расстоянии 600 мм от верха консоли.
1. При съёме с опалубки и
транспортировании :
1) Нагрузка от веса колонны с учётом
коэффициента динамичности
2) Изгибающие моменты в расчётных
сечениях 1-1, 2-2, 3-3:
3). Проверка прочности
колонны в расчётных сечениях:
а) сечение 1-1:
Несущую способность
определяем как для балки с двойной симметричной арматурой без учёта работы
сжатого бетона.
Следовательно, прочность
колонны по сечению 1-1 обеспечена.
б) сечение 2-2:
Рисунок 1. Расчётная
схема и эпюра моментов для крайней колонны при съеме с опалубки и
транспортировании
Следовательно, прочность
колонны по сечению 2-2 обеспечена.
б) сечение 3-3:
;
.
Следовательно, прочность
колонны по сечению 3-3 обеспечена.
2. При монтаже:
1) Нагрузка от веса колонны с учётом
коэффициента динамичности :
2) Изгибающие моменты в расчётных
сечениях 1-1, 2-2, 3-3:
определяем на расстоянии Х от левой опоры:
3) Проверка прочности колонны в
расчётных сечениях:
а) сечение 1-1:
Несущую способность
определяем как для балки с двойной симметричной арматурой без учёта работы
бетона. При этом полагаем, в запас прочности,
(по меньшей величине
площади сечения арматуры с одной стороны)
Следовательно, прочность
колонны по сечению 1-1 не обеспечена, поэтому увеличиваем количество арматуры с
внешней стороны надкрановой части колонны и принимаем
Тогда:
Прочность колонны по
сечению 1-1 обеспечена.
б) сечение 2-2:
Проверку несущей
способности колонны в сечении 2-2 не производим, т.к. высота сечения здесь , что в 2,76 раза больше, чем в
сечении 1-1, а величина момента больше всего в 1,32 раза. Поэтому прочность
колонны по сечению 2-2 заведомо обеспечена.
в) сечение 3-3:
Следовательно, прочность
колонны по сечению 3-3 обеспечена.
Рисунок 2. Расчётная
схема и эпюра моментов для крайней колонны при монтаже
На основании выполненных
расчётов колонны в стадии эксплуатации и проверки её несущей способности на
усилия, возникающие при съёме опалубки, транспортировании и монтаже
окончательно принимаем армирование крайней колонны :
- подкрановая часть: - с каждой стороны сечения;
- надкрановая часть: - с внутренней стороны сечения,
- с внешней стороны
сечения.
Рисунок 3. Армирование поперечных
сечений крайней колонны
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
СНиП 2.01.07-85*.
Нагрузки и воздействия [Текст]: утв. Госстроем России 29.05.2003: взамен СНиП II-6-74: дата введения 01.01.87. – М.:
ГУП ЦПП, 2003. – 44 с.
2.
СНиП 52-01-2003.
Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения [Текст]: утв.
Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и
жилищно-коммунальному комплексу от 30.06.2003: взамен СНиП 2.03.01-84: дата
введ. 01.03.2004. –М.: ГУП НИИЖБ, 2004. – 26
3.
СП-52-101-2003.
Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры
[Текст]: утв. Государственным комитетом Российской Федерации по строительству и
жилищно-коммунальному комплексу от 30.06.2003: взамен СНиП 2.03.01-84: дата
введ. 01.03.2004. – М.: ГУП НИИЖБ, 2004. – 55 с.
4.
Пособие по
проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжёлого бетона без
предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003) / ЦНИИПромзданий,
НИИЖБ. – М.: ОАО ЦНИИПромзданий, 2005.
5.
Руководство по
расчёту статически неопределимых железобетонных конструкций [Текст]:
Научно-исследовательский институт бетона и железобетона Госстроя СССР – М.:
Стройиздат, 1975. – 192 с.
6.
ГОСТ 23837-79.
Здания промышленных предприятий одноэтажные. Габаритные схемы.
7.
Справочник
проектировщика. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для
промышленного строительства. – М.: Стройиздат, 1981.
8.
Шерешевский, И.А.
Конструирование промышленных зданий и сооружений / И.А. Шерешевский. – Л.:
Стройиздат, 1979.
9.
Трепененков, Р.Н.
Альбом чертежей конструкций и деталей промышленных зданий / Р.Н. Трепененков. –
М.: Стройиздат, 1980.
10.
Байков, В.Н.
Железобетонные конструкции. Общий курс [Текст]: учеб. для вузов / В.Н. Байков,
Э.Е. Сигалов. Изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 767 с.: ил.
11.
Серия 1.424.1-5.
Колонны железобетонные прямоугольного сечения для одноэтажных производственных
зданий высотой 8,4-14,4 м. – М.: ЦИТП, 1985.
12.
Серия 1.426.1-4.
Балки подкрановые железобетонные под мостовые опорные краны общего назначения
грузоподъемностью до 32 т. Вып. 1. – М.: ЦИТП, 1984.
13.
Серия 1.412-1/77.
Монолитные железобетонные фундаменты под типовые колонны прямоугольного сечения
одноэтажных промышленных зданий. – М.: ЦИТП, 1978.
14.
Вилков, К.И.
Одноэтажная рама промздания в сборном железобетоне: учеб. пособие / К.И.
Вилков, Н.И. Смолин. – Горький: ГИСИ, 1990.
15.
Справочник
проектировщика промышленных жилых и общественных зданий и сооружений.
Расчетно-теоретический. Кн. 1. – М.: Стройиздат, 1972.
16.
Улицкий, И.И.
Железобетонные конструкции (расчет и конструирование) И.И. Улицкий и др. –
Киев: «Будивельник», 1973.
Руководство по производству и
применению
|