Metodichka_KP_2_ZhB

αe = Es . Ecm

Момент инерции сечения арматуры относительно центра тяжести бетонного сечения Is определяется приближенно по формуле:

где ρl – коэффициент продольного армирования, принимаемый равным

где Asc, Ast – площадь поперечного сечения наиболее и наименее сжатой/растянутой арматуры соответственно, принимаемые изначально по конструктивным требованиям исходя из минимального процента армирования.

Если NEd >NB, то следует увеличить размеры сечения.

Затем, определившись с расчетным сочетанием внутренних усилий в надкрановой части колонны, используя общий либо упрощенный деформационные методы расчета осуществляется подбор необходимой площади арматуры.

Площадь продольной арматуры должна быть не менее минимальной площади, определяемой конструктивными требованиями, а также не должна превышать более чем в 2 раза площади, принятые при расчете NB; в случае превышения площади более чем в 2 раза расчет повторяется, принимая увеличенные значения площади продольной арматуры.

Помимо этого, в случаях, когда

l'0 ≥ l0 ; i' i

где l’0 – расчетная длина надкрановой части из плоскости изгиба;

i' – радиус инерции поперечного сечения надкрановой части при расчете из плоскости изгиба; необходимо рассчитывать надкрановую часть на прочность из плоскости изгиба (в

плоскости, перпендикулярной плоскости действия момента) на действие продольной силы со случайным эксцентриситетом.

4.2. Расчет подкрановой части колонны

Расчет подкрановой части сплошной колонны осуществляется так же, как и накрановой части; разница в расчетах заключается в отличии коэффициента μ для определения расчетной длины l0 (ввиду разности закреплений концов подкрановой и надкрановой частей). Расчет подкрановой части сквозных двухветвевых колонн имеет ряд существенных отличий.

Для определения величин внутренних усилий в элементах подкрановой части сквозной двухветвевой колонны (ветви колонны и промежуточные распорки) ее расчетную схему принимают в виде однопролетной многоэтажной рамы с

40

абсолютно жесткими ригелями (Рисунок 15). Нулевые точки моментов принимаются посередине пролета каждого из элементов.

Рис. 15. Расчетная схема подкрановой части двухветвевой колонны.

В элементах ветвей сквозной двухветвевой колонны действуют продольные силы и изгибающие моменты. Расчетная продольные сила NEd,c в сжатой (наиболее сжатой) и растянутой (наименее сжатой) ветвях колонны определяются по формуле:

NEd,c = NEd ± MEd ;

2 co

где NEd – наибольшая расчетная продольная сила в расчетном сечении подкрановой части колонны;

сo – расстояние между ветвями колонны в осях;

MEd – расчетный изгибающий момент в сечении колонны (необходимость учета эффектов второго порядка определяется также, как и для надкрановой части колонны).

41

При этом, для проверки необходимости учета эффектов второго порядка, приведенный радиус инерции сечения подкрановой части двухветвевой колонны в плоскости изгиба определяется по формуле:

где n – число панелей подкрановой части сквозной двухветвевой колонны;

hв – высота сечения ветви подкрановой части сквозной двухветвевой колонны.

Момент инерции сечения подкрановой части сквозной двухветвевой колонны определяется по формуле:

Момент инерции сечения арматуры относительно середины сечения определяется предварительно задавшись коэффициентом армирования ρ=0,01..0,015 по формуле:

Расчетный изгибающий момент от местного изгиба в сечениях ветвей подкрановой части сквозной двухветвевой колонны определяется

M0Ed,c = ±VEd s ;

4

где VEd – расчетная поперечная сила в рассматриваемом сечении колонны; s – расстояние между осями поперечных распорок.

Подбор продольной арматуры в ветвях подкрановой части сквозной двухветвевой колонны осуществляется из расчета ветвей как внецентренно сжатых (внецентренно растянутых) элементов прямоугольного поперечного сечения. Эксцентриситет приложения продольной силы определяется по формуле:

Ветви колонн испытывают действие разных по знаку, но равных по величине изгибающих моментов, поэтому армирование подбирается симметричным.

Сечения ветвей колонн также должны также проверяться на прочность с учетом возможного продольного изгиба и случайного эксцентриситета как центрально сжатый элемент по максимальной продольной силе (третья комбинация усилий) в плоскости, перпендикулярной плоскости действия моментов, то есть в плоскости оси продольного ряда колонн.

Расчет промежуточной поперечной распорки подкрановой части сквозной двухветвевой колонны заключается в подборе необходимого количества продольной и поперечной арматуры.

42

Подбор арматуры осуществляется на действие следующих внутренних уислий:

- изгибающий момент:

MEd, p = ±VEd s ;

2

- поперечная сила:

Распорки, как и ветви подкрановой части двухветвевых колонн армируются симметрично.

4.3. Расчет консолей колонн

Размеры (рисунок 16) и армирование консолей колонн определяется, в первую очередь, величиной выноса консоли l. Для крепления подкрановой балки необходим выступ консоли за грань балки не менее чем на 80 мм. Расстояние между внутренней гранью надкрановой части колонны и осью подкранового пути определяется габаритами крана, привязкой оси приложения нагрузки к разбивочной оси λ, и может быть принято

l = λ + c+ bп.б. / 2+80− h2.

Рис. 16. Размеры консоли колонны

Принятые геометрические размеры консоли должны соответствовать следующим требованиям:

- угол наклона нижнего скоса консоли составляет 45о;

43

-вылет консоли l и рабочая высота сечения d у внутренней грани подкрановой части колонны должны соответствовать условию l≤0,9d;

-высота сечения у свободного края консоли должна составлять не менее 1/3 высота консоли h в месте примыкания к колонне.

Продольное и поперечное армирование консоли колонны осуществляется исходя из расчета на действие изгибающего момента и поперечной силы как жестко закрепленного консольного балочного элемента.

РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТА ПОД КОЛОННУ ОДНОЭТАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

Расчет и конструирование отдельно стоящего фундамента стаканного типа под сборные железобетонные колонны осуществляется в следующей последовательности:

1.Определяются габариты элементов фундамента (подколонника и плитной части) и глубина заложения.

2.Определяются расчетные внутренние усилия и армирование элементов фундамента.

5.1 Назначение размеров элементов фундамента

Высота отдельно стоящего фундамента стаканного типа под колонну назначается из конструктивных условий, исходя из требований, обеспечивающих достаточную прочность заделки колонны в фундаменте, прочность плитной части фундамента на продавливание при монтаже, возможность выверки колонны при установке, а также из условий глубины заложения фундамента, диктуемых глубиной сезонного промерзания грунтов и конструктивным решением здания (отметка верха фундамента, наличие подвалов/технологических приямков и т.д.).

Глубина заделки колонны в фундамент зависит от величины эксцентриситета продольной силы от расчетных нагрузок, определяемых без учета веса фундамента и веса грунта на его уступах. Кроме того, глубина заделки колонны должна удовлетворять требованиям достаточной анкеровки рабочей арматуры колонны в стакане фундамента после ее замоноличивания. Минимальная длина зоны анкеровки определяется согласно п.11.2.32 норм [9] и составляет от 25 до 35 диаметров продольной рабочей арматуры колонны.

Полная глубина стакана принимается равной глубине заделки колонны плюс 50 мм. Толщина дна стакана должна быть не менее 200 мм. Зазор поверху между колонной и внутренней поверхность стакана не менее 75 мм, а понизу – не менее 50 мм. Толщина стенок армированного стакана принимается не менее 200 мм.

Расчет фундамента осуществляется в соответствии с ТКП EN 45-5.01-67-2007 - Фундаменты плитные. Правила проектирования.

44

Приложение 1 Пример расчета конструкций поперечной рамы здания

1 Общие положения

Курсовой проект "Одноэтажное промышленное здание" выполнен на основании:

-задания на курсовое проектирование;

-действующих нормативных документов Республики Беларусь.

Курсовой проект предусматривает разработку рабочих чертежей следующих железобетонных конструкций:

- колонны крайнего ряда по продольной оси;

-фундамента под колонну;

-балки (фермы) покрытия. Исходные данные:

-2 пролета по 18 (24) м;

-отметка головки кранового рельса 9.8 м;

-длина здания 108 м;

-шаг крайних колонн 6 м;

-шаг средних колонн 12 м;

-в каждом пролёте по два мостовых крана грузоподъёмностью 20/5 т;

-тип стропильной конструкции покрытия – балка двускатная трапециевидная с постоянным уклоном верхнего пояса (полигональная ферма с верхним поясом трапециевидного очертания);

-условия эксплуатации – ХС4;

-нормативное значение снеговой нагрузки – 1.15 кПа;

-нормативное значение ветрового давления – 0.24 кПа;

-сопротивление грунта основания – 0.25 кПа.

45

Краткая характеристика объекта проектирования

Одноэтажное промышленное здание отапливаемое, по длине разбито на два температурных блока длиной 48 и 60 м. По конструктивному исполнению здание каркасного типа. Несущими конструкциями каркаса являются сборные железобетонные колонны, балки (фермы) и плиты покрытия.

Тип колонн и геометрические размеры поперечного сечения колонн и балок (элементов ферм) устанавливаются в соответствии с исходными данными из условия обеспечения прочности и жесткости конструкций (п. 2).

Плиты покрытия ребристые высотой 300 мм, шириной 2980 мм, длиной 5970 мм.

Подкрановые балки – железобетонные предварительно напряженные высотой 1,4 м (высота балки назначена из условия жесткости h=(1/8…1/10)∙l, где l – пролет подкрановой балки).

Наружные стены из навесных керамзитобетонных однослойных панелей толщиной 300 мм, высотой 1.2 м, длиной 6 м. Остекление ленточное высотой 3.6 м с отметкой низа +1.200. Поперечные стены в здании отсутствуют.

Фундаменты под колонны железобетонные монолитные стаканного типа. Опирание стеновых панелей осуществляется на фундаментные балки. Геометрические размеры фундаментов устанавливаются в соответствии с исходными данными из условия обеспечения прочности и жесткости конструкции фундамента и основания (п. …).

Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечиваются: в поперечном направлении поперечными рамами, образованными колоннами, жестко защемленными в фундаменте, и балками (фермами) покрытия; в продольном направлении теми же колоннами, жестким диском покрытия, подкрановыми балками и стальными связями. Вертикальные связи по колоннам выполнены из металлических уголков: по колоннам крайних рядов связи запроектированы крестовыми (шаг колонн 6 м), между колоннами среднего ряда – портальными (шаг колонн 12 м). Связи по колоннам установлены ниже уровня подкрановых балок в середине температурных блоков.

2 Компоновка здания

2.1 Определение размеров колонн

Высота надкрановой части ступенчатой колонны (рис. 1)

Нв ≥ Нкр+hпб+hр+а1 = 2.4+1.4+0.12+0.1 = 4.02 м,

где Нкр – высота крана [1];

hпб – высота подкрановой балки;

hр – высота кранового рельса (для крана грузоподъемность 20 т применяют рельсы типа КР-70, hр=120 мм) [2];

46

а1 – расстояние между верхом крана и низом конструкции покрытия (принимается не менее 100 мм).

Высота подкрановой части колонны

Нн ≥ Нокр–hпб–hр+а2 = 9.8–1.4–0.12+0.15 = 8.43 м,

где Нокр – отметка головки кранового рельса (по заданию);

а2 – расстояние от уровня чистого пола (отм. +0.000) до обреза фундамента (принимается равным 150 мм).

Полная высота ступенчатой колонны от обреза фундамента до верха оголовка

Нк = Нв+Нн = 4.02+8.43 = 12.45 м

Окончательно назначаем полную высоту колонны из условия, что габаритный размер здания Н=НК–а2 кратен модулю 0.6 м. Тогда НК=12.75 м

Уточняем Hв=12.75–8.43=4.32м

а1=4.32–2.4–1.4–0.12=0.4м

Колонны крайних и среднего рядов запроектированы сквозными двухветвевыми исходя из условия: высота колонны HК=12.75 м > (10.8+0.15)=10.95 м.

Размеры поперечного сечения колонны крайнего ряда по осям А, В:

надкрановая часть – ширина b=500 мм, высота hВ=380 мм;

подкрановая часть – ширина b=500 мм, высота hН=1000 мм, высота сечения ветви hвет=200 мм, высота сечения распорки hрасп=300 мм.

Размеры поперечного сечения колонны среднего ряда по оси Б:

надкрановая часть – ширина b=500 мм, высота hВ=600 мм;

подкрановая часть – ширина b=500 мм, высота hН=1400 мм, высота сечения ветви hвет=300 мм, высота сечения распорки hрасп=500 мм.

Расстояние между осями распорок колонн 1800 мм.

47

2.2 Привязка колонн и подкрановых балок к разбивочным осям

Привязка колонн крайних рядов к продольным разбивочным осям принята нулевой исходя из условий: высота от пола до низа стропильных конструкций H=12.3м < 14.4 м, шаг крайних колонн 6 м, грузоподъемность кранов Q=20 т < 30 т.

Привязка колонн к поперечным осям в торцах температурных блоков 500 мм.

Для всех остальных колонн основного каркаса центрально-осевая привязка.

Расстояние от продольной разбивочной оси крайнего ряда колонн до оси подкрановой балки составляет

λ = b1+hВ/2+c-а = 260+380+60-0 = 700 мм,

где b1 – размер крана, определяемый по [1];

hВ – высота поперечного сечения надкрановой части колонны;

с – требуемый зазор между габаритом крана и гранью колонны, минимальный зазор равен 60 мм;

а – привязка колонны к продольной разбивочной оси.

Расстояние от продольной разбивочной оси среднего ряда колонн до оси подкрановой балки составляет

λ = b1+hВ/2+c = 260+600/2+60 = 620 мм

Расстояние от продольной разбивочной оси крайнего и среднего рядов колонн до оси подкрановой балки принимаем равным минимальному значению 750 мм.

48

3. Расчет поперечной рамы здания

Расчет поперечной рамы здания производим в программе SCAD, теоретической основой которой является метод конечных элементов в форме метода перемещений. Для расчета принимаем поперечную раму по оси "4". Колонны и балку (элементы фермы) покрытия представляем в виде стержневых элементов. Принимаем шарнирное сопряжение балки (фермы) с колоннами и жесткое сопряжение колонн с фундаментами в уровне их обрезов. (Сопряжение стоек и раскосов фермы с поясами шарнирное.) Для расчета принимаем раму по средней оси "3". Расчетная схема элементов поперечной рамы здания приведена на рис. 2.

Условные обозначения:

Hк - высота колонны, Hк=12.75 м;

Нн - высота нижней (подкрановой) части колонны, Нн=8.43 м;

Нв - высота верхней (надкрановой) части колонны, Нв=4.32 м;

e1 - расстояние между осями нижней и верхней частей колонны, e1=310 мм;

e2 - расстояние от оси нижней части колонны крайнего ряда до оси подкрановой балки, e2=250 мм;

e3 - расстояние от оси верхней части колонны крайнего ряда до середины площадки опирания балки (фермы) покрытия на колонну, e3=0 мм;

e4 - расстояние от оси верхней части колонны среднего ряда до середины площадки опирания балки (фермы) покрытия на колонну, e4=150 мм;

λ - расстояние от продольной разбивочной оси среднего ряда колонн до оси подкрановой балки, λ=750 мм;

L - пролет поперечной рамы (расстояние между продольными разбивочными осями), L=18 м.

Рис. 2. Расчетная схема элементов поперечной рамы

49