Реферат: 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. РАСЧЕТ КОЛОНН ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

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 Расчет крайней колонны

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:

/>

/>

--PAGE_BREAK--

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.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

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.

При съёме с опалубки и транспортировании:

Нагрузка от веса колонны с учётом коэффициента динамичности

/>

/>

Изгибающие моменты в расчётных сечениях 1-1, 2-2, 3-3:

/>

3). Проверка прочности колонны в расчётных сечениях:

а) сечение 1-1:

/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--

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.

При монтаже:

Нагрузка от веса колонны с учётом коэффициента динамичности />:

/>

Изгибающие моменты в расчётных сечениях 1-1, 2-2, 3-3:

/>

/>определяем на расстоянии Х от левой опоры:

/>

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

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.

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

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. –55с.

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.

Руководство по расчёту статически неопределимых железобетонных конструкций [Текст]: Научно-исследовательский институт бетона и железобетона Госстроя СССР – М.: Стройиздат, 1975. – 192 с.

ГОСТ 23837-79. Здания промышленных предприятий одноэтажные. Габаритные схемы.

Справочник проектировщика. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства. – М.: Стройиздат, 1981.

Шерешевский, И.А. Конструирование промышленных зданий и сооружений / И.А. Шерешевский. – Л.: Стройиздат, 1979.

Трепененков, Р.Н. Альбом чертежей конструкций и деталей промышленных зданий / Р.Н. Трепененков. – М.: Стройиздат, 1980.

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.

Серия 1.424.1-5. Колонны железобетонные прямоугольного сечения для одноэтажных производственных зданий высотой 8,4-14,4 м. – М.: ЦИТП, 1985.

Серия 1.426.1-4. Балки подкрановые железобетонные под мостовые опорные краны общего назначения грузоподъемностью до 32 т. Вып. 1. – М.: ЦИТП, 1984.

Серия 1.412-1/77. Монолитные железобетонные фундаменты под типовые колонны прямоугольного сечения одноэтажных промышленных зданий. – М.: ЦИТП, 1978.

Вилков, К.И. Одноэтажная рама промздания в сборном железобетоне: учеб. пособие / К.И. Вилков, Н.И. Смолин. – Горький: ГИСИ, 1990.

Справочник проектировщика промышленных жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. Кн. 1. – М.: Стройиздат, 1972.

Улицкий, И.И. Железобетонные конструкции (расчет и конструирование) И.И. Улицкий и др. – Киев: «Будивельник», 1973.

Руководство по производству и применению