билет № 21

1

Билет № 21

1.Основы проектирования предварительно напряженной железобетонной двухскатной балки покрытия двутаврового сечения. Покажите расчетную схему и расчетные сечения по подбору арматуры. Приведите схему размещения рабочей и конструктивно принимаемой арматуры. Какие классы арматуры используются для изготовления таких балок

Балки покрытий могут иметь пролет 12 и 18 м, а в отдельных конструкциях — пролет 24 м. Очертание верхнего пояса при двускатном покрытии может быть трапе - циевидным с постоянным уклоно м, ломаным или криво линейным ( р и с . 13.33, а . . . в ) . Шаг балок покрытий — 6 или 12 м. Изготавливают из бетона В25 – В40; армат уры А400,

А500С, В500.

Наиболее экономичное поперечное сечение балок покрытий — двутавровое со стенкой, толщин у которой (60... 100 м м ) устанавливают главным образом из условий удобства размещения армат урных каркасов, обеспеченния прочности и трещиностойкости. У опор толщина стенки плавно увеличивается и устраивается уширение в виде вертикального ребра жесткости. Стенки балок в средней час ти пролета, где поперечные силы незначительны, могут иметь отверстия круглой или многоуголь ной формы, что несколько уменьшает расход бетона, создает технологические удобства для сквозных прово док и различных коммуникаций.

Высот у сечения балок в середине пролета принимают 1/10... 1/15 l. Высот у сечения двускатной трапециевидной балки в середине пролета определяют уклон верхнею пояса (1 :12) и типовой размер высоты сечения на опо ре (800 мм или 900 мм). В балках с ломаным очертанием верхнего пояса благодаря несколько большему уклон у верхнего пояса в крайней четверти пролета достигается большая высота сечения в пролете при сохранении ти пового размера — высоты сечения на опоре. Балки с криволинейным верхним поясом приближаются по очерта нию к эпюре изгибающих моментов и теоретически несколько выгоднее по расходу материалов; однако ус ложненная форма повышает стоимость их изготовления.

Ширину верхней сжатой полки балки для обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже прини мают 1/50...1/60 l. Ширину нижней полки для удобного размещения продольной растян утой армат уры — 250... 300 мм.

Двускатные балки выполняют из бетона класса В25... В40 и армируют напрягаемой проволочной, стержневой и канатной армат урой ( р и с . 13.34). При армировании высокопрочной пров олокой ее располагают группами по 2 шт. в -вертикальном положении, что создает удобства для бетонирования балок в вертикальном положении. Стенк у балки армируют сварными каркасами, продоль ные стержни которых являются монтажными, а попереч ные— расчетными, о беспечивающими прочность балки по наклонным сечениям. Приопорные участки балок для предотвращения образования продольных трещин при отп уске натяжения армат уры (или для ограничения ши рины их раскрытия) усиливают дополнительными по перечными стержнями, кото рые приваривают к стальным закладным деталям. Повысить трещиностойкость приопорного участка балки можно созданием двухосного предварительного напряжения (натяжением также и по - перечных стержней ).

Двускатные балки двутаврового сечения для ограни чения ширин ы раскрытия трещин, возникающих в верх ней зоне при отп уске натяжения армат уры, целесооб разно армировать также и конструктивной напрягаемой армат урой , размещаемой в уровне верха сечения на опоре ( р и с , 13.35). Этим

уменьшаются эксцентриситет силы обжатия и предварительные растягивающие на - пряжения в бетоне верхней зоны.

Двускатные балки прямоугольного сечения с часто расположенными отверстиями условно называют решет чатыми балками ( р и с . 13.36). Типовые решетчатые балки в зависимости от значения расчетной на грузки имеют градацию ширины прямоугольного

2

сечения 200, 240 и 280 мм, Для крепления плит покрытий в верхнем поя се балок всех типов заложены стальные детали.

Балки покрытия рассчитывают как свободно лежа щие; нагрузки от плит передаются через ребра. При п яти и больше сосредоточенных силах нагрузк у заменяют эквивалентной равномерно распределенной. Для двускатной балки расчетным оказывается сечение, распо ложенное на некотором расстоянии х от опоры. Так, при уклоне верхнего пояса 1 : 1 2 и высоте балки в середи не пролета h = l/12, высота сечения на опоре составит h o п — = l/24 , а на расстоянии от опоры

hx =(l+2x)/24

Если принять рабочую высот у сечения балки h0 = βhx , изгибающий момент при равномерно распреде ленной нагрузке

Mx =qx(l -x)/2,

то площадь сечения продольной армат уры

Аsx = M x /(Rs ζh0 ) = 12q x ( l - x ) / [ Rs ζβ(l+2x)]

Расчетным будет то сечение балки по ее длине, в ко тором As x достигает максимального значения. Для оты скания этого сечения приравнивают н улю производн ую

dАsx /dх = 0.

Отсюда, полагая, что — величина постоянная и диф ференцируя, получают

2х2 + 2x1 — l2 = 0.

Из решения квадратного уравнения находят x=0,37l . В общем случае расстояние от опоры до расчетного се чения x=0,35...0,4l.

Если есть фонарь, то расчетным может оказаться се чение под фонарной стойкой. Поперечн ую армат уру определяют из расчета проч ности по наклонным сечениям.

Затем выполняют расче ты по трещиностойкости, прогибам, а также расчеты прочности и трещиностойкости на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже. При расчете прогибов трапециевидных балок следует учиты вать , что они имеют переменн ую по длине жесткость.

Для расчета балок покрытий на ЭВМ разработаны программы, согласно которым можно выбрать оптималь ный вариант конструкции. Варьируя переменными пара метрами (класс бетона, класс арматуры, размеры по перечного сечения, степень натяжения армат уры и др.), ЭВМ выбирает для заданного пролета и нагрузки луч ший вариант балки по расходу бетона, армат уры, стои мости и выдает данные для констру ирования.

Балки двутаврового сечения экономичнее решетча т ы х по расходу армат уры приблизительно на 1 5 % , п о расходу бетона — приблизительно на 1 3 % . П р и наличии подвесных кранов и грузов расход стали в балках уве личивается на 20...30 %.

3

2. Приведите все системы связей, располагаемых в ОПЗ со стальным каркасом. Укажите назначение связей

Связи – это важные элементы стального каркаса, которые необходимы для:

–обеспечения неизменяемости пространственной системы каркаса и устойчивости его сжатых элементов,

–восприятия и передачи на фундаменты некоторых нагрузок (ветровых, горизонтальных от кранов);

4

–обеспечения совместной работы поперечных рам при местных нагрузках (например крановых);

–создания жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормальных условий эксплуатации;

–обеспечения условий высококачественного и удобного монтажа.

Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способности в продольном направлении (воспринимая при этом некоторые нагрузки), а также устойчивости колонн их плоскости поперечных рам.

Для выполнения этих функций необходимы хотя бы один жесткий вертикальный диск по длине температурного блока и система продольных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск к последнему. В жесткие диски включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость. Решетка чаще проектируется крестовой (рис а), элементы которой работают на растяжение при любом направлении сил, передаваемых на диск, и треугольной (рис б), элементы которой работают на растяжение и сжатие. Схема решетки выбирается так, чтобы ее элементы было удобно крепить к колоннам (углы между вертикалью и элементами решетки близки к 450 ). При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно устройства диска в виде двухшарнирной решетчатой рамы, а в верхней – использование подстропильной фермы (рис в). Распорки и решетка при малых высотах сечения колонн (например, в верхней части) располагаются в одной плоскости, а при больших высотах (нижняя части колонны) – в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях. На связевые диски передаются крутящие моменты, и поэтому при расположении вертикальных связей в двух плоскостях они соединяются решетчатыми горизонтальными связями.

5

При размещении жестких дисков (связевых блоков) вдоль здания нужно учитывать возможность перемещений колонн при температурных деформациях продольных элементов (рис а). Если поставить жесткие диски по торцам здания (б), то во всех продольных элементах возникают значительные температурные усилия.

При небольшой длине здания 60 м ставится вертикальная связь в одной панели (рис а). По торцам здания крайние колонны соединяем между собой гибкими верхними связями.

Рис. Расположение связей между колоннами в зданиях а — коротких (или температурных отсеках); б — длинных; 1 — колонны; 2 — распорки; 3 — ось

температурного шва; 4 — подкрановые балки; 5 — связевый блок; 6 — температурный блок; 7 — низ ферм; 8 — низ башмака

Вследствие относительно малой жесткости надкрановой части колонны расположение верхних связей в торцевых панелях лишь незначительно сказывается на температурных напряжениях. Верхние торцевые связи иногда делают в виде крестов (рис б), что целесообразно с точки зрения монтажных условий и однотипности решения.

Вертикальные связи между колоннами ставят по всем рядами колонн здания, располагать их следует между одними и теми же осями.

Связи, кроме условных поперечных сил, возникающих по потере устойчивости колонн из плоскости поперечных рам, воспринимают также усилия от ветра, направленного на торец здания и от продольных воздействий мостовых кранов. Усилие от продольных воздействий мостовых кранов воспринимается подкрановыми балками. Далее сила раскладывается на направление колонны и распорки, затем усилие передается на фундамент.

6

1-распорка в коньке, 2-поперечные связевые фермы, 3- продольная связевая ферма, 4- растяжка

по нижнему поясу

В точке А гибкий элемент связей 1 не мажет воспринимать сжимающую силу, и поэтому FВТ передается более короткой и достаточно жесткой распоркой 2 в т. Б. Здесь сила раскладывается на направление колонны и растянутого элемента 3, который передает усилие в т. В. В этой точке усилие воспринимается колоннами и подкрановыми балками 4, передающими силу FВТ на связевой блок в точку Г. Аналогично работают связи и на силы продольных воздействий кранов FКП .

Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают:

устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм,

перераспределение местных нагрузок (крановых) проложенных к одной из рам, на соседние рамы,

удобства монтажа,

заданную геометрию каркаса,

восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок.

Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего, верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных (рис 1,2).

7

Рис. 1. Связи между фермами а — по верхним поясам ферм; б — по нижним

поясам ферм; в — вертикальные; 1 — распорка в коньке; 2 — поперечные связевые фермы; 3 — продольная свяэевая ферма; 4 — растяжка по нижнему поясу;

5 — вертикальные связи

Рис. 2. Связи между фонарями

Для закрепления плит и прогонов от продольных смещений устраиваются поперечные связи по верхним поясам ферм, которые целесообразно располагать в торцах с тем, чтобы они (вместе с поперечными горизонтальными связями по нижним поясам ферм и вертикальными связями) обеспечивали пространственную жесткость покрытия.

8

В зданиях с мостовыми кранами необходимо обеспечить горизонтальную жесткость каркаса как поперек, так и вдоль здания. При работе мостовых кранов возникают усилия, вызывающие поперечные и продольные деформации каркаса цеха.

Горизонтальные силы от мостовых кранов воздействуют в поперечном направлении на одну плоскую раму или две-три смежные. Связи обеспечивают совместную работу системы плоских рам, вследствие чего поперечные деформации каркаса от действия сосредоточенной силы значительно уменьшаются.

Поперечные связи закрепляют продольные, а в торцах здания они необходимы и для восприятия ветровой нагрузки, направленной на торец здания.

Стойка фахверка передают ветровую нагрузку FВФ в узлы поперечной горизонтальной торцовой фермы, поясами которой служат нижние пояса торцовой и смежной с ней стропильных ферм.

Опорные реакции торцовой фермы FВТ воспринимаются связями между колоннами и передаются на фундамент.

В длинных зданиях, состоящих из нескольких температурных блоков, поперечные связевые фермы по верхним и нижним поясам ставят у каждого температурного шва.

3. Укажите данные (по результатам инжинерно-геологических изысканий), необходимые для обоснования проектного решения фундаментов сооружения ПГС (структурно-устойчивые грунты).

Каждая площадка имеет свои специфические инженерно-геологические условия, являющиеся частью природных условий, которые должны учитываться при проектировании и строительстве сооружений

Данные, необходимые для обоснования проектного решения фундаментов (на структурно-устойчивых грунтах):

В инженерно-геологическом отчете подробно освещается геоморфология (рельеф) района или участка, где проводилась инженерно-геологическая съемка или разведка, уделяется внимание геодинамическим процессам, которые могут развиваться в рассматриваемом районе, в т. ч. после изменения условий окружающей среды вследствие застройки территорий.

Основную часть отчета занимает подробное освещение напластования грунтов, рассматриваемых сверху вниз, и их физико-механических свойств. При этом обращается внимание на возможные изменения этих свойств во время строительства от метеорологических факторов, а также под воздействием тяжелых машин и механизмов, применяемых строителями при устройстве котлованов и фундаментных работах.

9

В отчете приводятся нормативные и расчетные характеристики грунтов для расчетов оснований и фундаментов по деформации и прочности (устойчивости). Кроме того, в нем должны содержаться сведения о грунтах, прорезаемых фундаментами, необходимые для расчета крепления стен котлованов.

Особо должен быть отмечен режим подземных вод каждого водоносного горизонта — появление подземных вод при бурении, установившийся их уровень и прогноз наиболее высокого положения уровня подземных вод в период строительства и эксплуатации сооружения. На основании лабораторных определений устанавливается агрессивность среды грунтовых вод и грунтов по отношению к бетону и в некоторых случаях к стали.

В заключении (или выводах) отчета подводится итог анализу полученных материалов и даются рекомендации по оценке грунтов как основания сооружения, по выбору типа фунадаментов (на естественном основании, свайные фундаменты и др.) и прогноз изменения окружающей среды. Эти рекомендации инженера-геолога не являются обязательными для проектировщика, однако в той или иной степени учитываются при проектировании.

После выводов в отчете помещаются приложения, к которым относятся данные лабораторных и полевых испытаний грунтов в виде таблицы и графиков, план участка с горизонталями, с расположением скважин и других выработок, а также существующих сооружений, колонки по выработкам, выполненным при настоящих и предшествующих изысканиях, геолого-литологические разрезы (продольные и поперечные). В некоторых случаях даются карты срезки на заданной глубине и кровли несущего слоя, инженерногеологического районирования и др.

Правильный учет материалов, содержащихся в инженерногеологическом отчете, позволяет находить наиболее рациональные решения при проектировании фундаментов и подземных частей сооружений.

4. Приспособления для подъема и временного закрепления колонн

На колонны до их подъема при монтаже навешивают лестницы и закрепляют хомуты для навески подмостей. Колонны массой до 10 т стропят фрикционными захватами, а большей массы - штыревыми. Фрикционный рамочный захват (рис. 2.17 а) состоит из двух металлических балочек (из которых

одна съемная), вилочных стяжек и шарниров. На колонну надевают захват со снятой балочкой и, закрепив ее на месте, натяжением тросов при подъеме траверсы обжимают колонну, которая держится в захвате вследствие трения, возникающего между балочками и поверхностью колонн. Фрикционный захват после установки колонны и опускания траверсы под действием собственного веса скользит вниз, где его раскрывают.

Штыревые захваты бывают с местной и дистанционной расстроповкой (рис. 2.17 б-з). Отверстия для штырей в колоннах образуют при их изготовлении. В большинстве случаев штыре вые захваты с дистанционной расстроповкой оборудуют тросиками, но в некоторых случаях на захватах (рис. 2.17 в) устанавливают небольшие электродвигатели, которые выдвигают штырь.

Если монтаж ведут «с колес», колонны поднимают в горизонтальном положении, отводят в сторону и на весу переводят в вертикальное положение. Для этого используют два штыревых захвата, которые располагают ниже и выше центра тяжести колонн (рис. 2.17 д, е).

Для уменьшения длины стрелы крана, используемого для подъема колонн, ее оснащают вилчатым оголовком (рис. 2.17 ж), что позволяет использовать более легкие краны, а также ограничивать раскачивание колонн при установке. При подъеме тяжелых колонн для лучшего их направления на опору и предупреждения раскачивания рекомендуется применять жесткие манипуляторы, закрепляемые у основания стрел (рис. 2.17, и).

Колонны поднимают одним из уже описанных способов: поворотом или скольжением. В обоих случаях для предохранения оснований тяжелых колонн от скалывания и улучшения скольжения на них закрепляют башмаки (рис. 2.18, а). При доставке колонн на железнодорожных платформах или специальных вагонетках последние оборудуют поворотными башмаками и опорными шарнирами.

Устанавливаемые колонны одноэтажных производственных зданий следует выверять до снятия с них стропов или захватов. Выверяют совпадение осей колонны с осями здания по рискам, нанесенным на

10

фундамент и колонну. При необходимости колонну смещают специальными домкратами (рис. 2.18, б) или чуть приподнимают краном над опорой и разворачивают до совмещения рисок.

После совмещения осей колонны с осями здания проверяют, точно ли вертикально ее положение, для чего рекомендуется устанавливать два теодолита, направленные на вертикальные оси, нанесенные на две смежные плоскости колонны. Поводя трубой теодолита снизу вверх, устанавливают степень отклонения колонны от вертикали. Исправляют положение колонны подкосами, расчалками и кондукторами.

По окончании выверки и исправления положения колонн их временно закрепляют в проектном положении и снимают стропы или захваты. Временное закрепление колонн необходимо для придания им устойчивости до окончательного закрепления и может быть осуществлено клиньями, распорками, расчалками, подкосами, кондукторами. Например, колонны высотой до 12 м, установленные в стаканы фундаментов, закрепляют не менее чем четырьмя клиньями, изготовленными из металла, высушенных твердых пород дерева или железобетона (рис. 2.18. г).