2.2 Ветровая нагрузка.

,

где =1,3 – коэффициент перегрузки

2.3 Снеговая нагрузка.

,

где =1,4 – коэффициент надежности по нагрузке

3. Статический расчет рамы.

Р ама 1 раз статически неопределима. Определяем усилия по формулам строительной механики.

Так как ветровая нагрузка может действовать в различных направлениях, то аналогичная эпюра имеет место при обратном направлении ветра.

Рассмотрим колонну «А», на которую действует знакопеременный момент.

Вертикальные нагрузки

,

Ригель

=

=

4. Подбор арматуры в колонне. Два сечения 1-1 и 2-2. Составление схемы армирования колонны.

Для изготовления ж/б колонн в данном курсовом проекте используем бетон класса В20 и арматуру класса AII.

Данные классы бетона и арматуры имеют следующие прочностные характеристики:

Из статического расчета следует, что колонна работает под действием знакопеременного момента и нормальной силы, приложенной внецентренно.

Для определения количества арматуры в каждом из намеченных сечений колонны следует выполнить расчет при двух комбинациях усилий и , и (рис. 11).

Все сечения колонны находятся в состоянии внецентренного сжатия. При расчете железобетонных элементов различают два характерных случая внецентренного сжатия:

• случай больших эксцентриситетов;

• случай малых эксцентриситетов.

Установить какой случай имеет место затруднительно, так как значение определить невозможно. Однако можно предварительно ориентироваться по эксцентриситету , где

;

N – сжимающая сила в рассматриваемой комбинации;

N_кр – критическая сила;

 - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в бетоне. Его наличие обуславливается тем, что под воздействием нормальной силы, внецентренно приложенной по отношению к оси элемента, стойка может потерять устойчивость. Кроме того, т. к. бетон является упругопластичным материалом, может произойти деформация бетона со стороны сжатой зоны, что приведет к изгибу стойки и увеличению начального эксцентриситета е₀.

Определив значение , можно определить какой случай имеет место по следующим признакам:

– большие эксцентриситеты, тогда

– малые эксцентриситеты, тогда

, - полезная высота сечения колонны

= 3…5 см, - толщина защитного слоя для промышленных колонн

Для прямоугольных сечений определяется следующим образом:

Где

- модули упругости арматуры и бетона соответственно

– приведенная высота колонны

;

0,45

– коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки

;

5963,37 кН

1,07

;

Имеет место случай больших эксцентриситетов, соответственно все следующие расчёты ведутся для этого случая.

Случай больших эксцентриситетов характеризуется тем, что к моменту исчерпания несущей способности элемента напряжения в растянутой арматуре А_s и сжатой арматуре A^’_s достигают расчетных сопротивлений R_s и R^’_s , а в сжатой зоне бетона – R_пр.

Сечение рассчитывается на случай больших эксцентриситетов, если выполняются условия и . При невыполнении первого из этих условий напряжение в растянутой арматуре не достигает значения , а при невыполнении второго – в сжатой арматуре не достигается .

Подбор арматуры и начинается с комбинации, у которой величина будет максимальной. Составим уравнение проекций сил на продольную ось:

И уравнение моментов относительно центра тяжести растянутой арматуры А_S:

(2)

Так как расчет идет по первому предельному состоянию, то = и  =  . На основании этого выразим из уравнения (2)

(3)

Задаёмся _, для бетона В20 и арматуры АII =0,632

,

где

14,42

В формулах (2) и (3) значение е равно:

см

Зная , подбирем  арматуры и их количество

= 15,2 (4  22 мм)

Для того чтобы определить , необходимо найти значение , соответствующее принятой сжатой арматуре =

Так как расчет ведется по первому предельному состоянию то соотношение (2) примет следующий вид:

(2)

Определим – момент воспринимаемый сжатой зоной бетона

(4)

< 0, тогда:

Зная , подбирем  арматуры и их количество

= 15,2 (4  22 мм)

Правила армирования колонны.

Колонна армируется продольной вертикальной арматурой d=16…40мм, минимальное число стержней – 4: 2 с одной, 2 с другой стороны. Продольная арматура может устанавливаться в 1 или 2 ряда с каждой стороны, с соблюдением расстояния между стержнями не менее наибольшего диаметра продольной арматуры d_s и 25 мм. Выполнив подбор арматур в расчётных сечениях 1-1 и 2-2, по сортаменту определяем фактическое число стержней и диаметр, сводим в таблицу.

Арматура в первом сечении подобрана по максимальным моментам. Так как моменты по высоте колонны уменьшаются, в целях экономии часть стержней можно оборвать, то есть построить эпюру материалов.

Сечение	Левая грань			Правая грань
	As, см2	Сортамент	, см2	, см2	Сортамент	, см2
1-1	14,43	4  22	15,2	14,42	4  22	15,2
2-2	-	2  22	7,6	-	2  22	7,6

Для обеспечения устойчивости продольной арматуры в колонне предусматривается установка хомутов. У опоры d=15см – 3-4 ступеньки, дальше через s, s <1 5…20 .

Центральная прокладка обеспечивает центральное приложение нагрузки.

Сетка косвенной арматуры предотвращает образование вертикальных трещин от действия сосредоточенной нагрузки.

1. Диаметр хомутов назначают не менее четверти диаметра стержней продольной арматуры d_sw и не менее = 4 мм.

2. Расстояние между поперечными стержнями (шаг хомутов) не должно превышать при сварных каркасах 20 диаметров продольной арматуры, при вязанных – 15 диаметров, а также 500 мм.

5. Расчет и проектирование фундамента.

В данном курсовом проекте используется фундамент стаканного типа, с несколькими ступенями и прямоугольной подошвой.

Фундамент вытянут в плоскости изгибающего момента.

Размеры фундамента определяются по усилиям от нормативных нагрузок. Предполагается, что фундамент абсолютно жесткий, а давление на грунт условно принимают изменяющимся по линейному закону.

В данном курсовом проекте для изготовления фундамента принимаются бетон класса В20 и арматура класса АII. Данные материалы имеют следующие прочностные характеристики:

На ж/б фундамент действуют нагрузки (сечение 1-1):

=	=
N = 486,96 кН	N = 486,96 кН

Определение площади подошвы фундамента и высоты из условия продавливания и жесткого сцепления

– нормативная вертикальная нагрузка от веса стены, определяется по формуле:

Где

= 0,2 м – толщина стены;

= 12 м – высота колонны;

= 0,5 м – заглубление верхнего среза фундамента под отметкой пола;

= 6 м – шаг рам;

= 12 – объемный вес материала стены;

= 1,1;

= 1 – коэффициент заполнения (учитываются окна

=180 - расчетное сопротивление грунта

- средний объемный вес фундамента и грунта

- глубина заложения фундамента

Размеры фундамента:

=

= =

=

м²

Высота фундамента стаканного типа может быть назначена из конструктивных соображений, обеспечивающих достаточность заделки колонны в фундамент, прочность днища на продавливание при монтаже, а также из условия возможной выверки колонны при установке.

- толщина днища стакана, должна обеспечить прочность фундамента при монтаже колонны

Также высота фундамента должна удовлетворять условию прочности на срез:

где

= 260 см – периметр среза;

=0,15

Принимаем

На фундамент кроме ранее перечисленных сил действует нагрузка от собственного веса фундамента и перерезывающие силы и

кН

кН

Определим суммарную вертикальную силу, действующую на фундамент

Суммарный момент всех сил , действующих на фундамент, относительно его центральной оси

Момент сопротивления подошвы фундамента относительно его центра тяжести

м³

С использованием найденных значений суммарных моментов и вертикальных сил определим для двух рассчитанных комбинаций краевые напряжения, действующие в грунте под подошвой фундамента.

Условие не выполняется, увеличим площадь фундамента

Примем :

м²

Тогда:

м³

Условие выполнено:

Проверка прочности фундамента на продавливание по призме обрушения

Продавливание не происходит.

Армирование фундамента.

Поскольку > 80см, то назначаем 3 ступени.

,

,

=

=

=

Принимаем арматуру:

- вдоль длинной стороны фундамента 9  12 мм, с шагом 22,5 см

- вдоль короткой стороны фундамента 12  12 мм, с шагом 29 см.

6. Определение поперечных сечений ригеля из условия прочности сечений 1-1 и 2-2

Расчет прочности предварительно напряженных железобетонных конструкций производится по I предельному состоянию. При этом в качестве расчетных усилий в сечениях, принимаются усилия, вызванные нагрузкой от собственного веса конструкции и снега. Усилия, вызванные силами обжатия и ,в расчет не принимаются.

Материалы, использованные в ригеле:

Арматура класса BII

Бетон класса В30

Арматура класса AII

Хомуты:

Способ натяжения арматуры в данном проекте – на бетон.

Статический расчет и назначение размеров поперечного сечения ригеля.

Полная расчетная нагрузка на 1п. м. длины ригеля:

где

– нагрузка на 1 п. м. ригеля от веса кровельного

покрытия

=7,94 – нагрузка от собственного веса ригеля

= 10,08 – расчетная снеговая нагрузка

Максимальный изгибающий момент от расчетных нагрузок и максимальная поперечная сила (на опоре) равны:

Ригель представляет собой двутавровую балку. У верхнего пояса существует уклон, но с некоторым приближением можно считать, что усилия в верхнем и нижнем поясе равны.

где

z – расстояние между центрами тяжести поясов.

Условие прочности:

(н.)

Площадь сечения арматуры А_sp, расположенной в нижнем поясе, может быть назначена исходя из предположения, что все растягивающие усилия воспринимаются высокопрочной арматурой А_sp и конструктивной А_s.

Площадь сечения нижнего пояса определяется из условия недопущения раздавливания его при изготовлении.

Примем:

Толщину стенки двутавра назначаем = 10см.

7. Проверка прочности принятых сечений ригеля на действие изгибающего момента (сечение 4-4, 1-е предельное состояние) и перерезывающей силы (сечение 3-3, 2-е предельное состояние)

а) Проверка прочности по нормальному сечению 4-4.

Принимаем арматуру:

рабочую класса BII:

конструктивную класса AII:

В предельном состоянии ригель находится в следующем напряжённом состоянии:

1.

2. Эпюра сжатой зоны бетона имеет форму прямоугольника

3.

4. В процессе эксплуатации за счет обжатия бетона вверху ригеля происходит уменьшение напряжений в арматуре:

40 – сжимающие напряжения в арматуре при достижении предельной сжимаемости бетона

– коэффициент точности натяжения арматуры

Знак «-» - значит арматура , расположенная в сжатой зоне, растянута

Знак «+» - значит арматура стала работать как обычная.

Полученное отрицательное значение свидетельствует о существовании в предельном состоянии растягивающих напряжений в арматуре , окруженной сжатым бетоном.

5.

6.

При расчёте тавровых балок может иметь место 2 случая – либо нейтральная ось проходит в полке, либо пересекает ребро. Поэтому прежде всего следует определить положение нейтральной оси.

Составим уравнение проекций усилий на ось y:

Из этого уравнения определим x:

Увеличим площадь на 20%, тогда:

Проверим условие

б ) Проверка прочности по наклонному сечению 3-3.

Условие прочности:

где:

- поперечная сила, воспринимаемая бетоном сжатой зоны

= 1,5 – коэффициент, учитывающий влияние от типа бетона

– коэффициент, учитывающий влияние свесов тавра на величину

Примем предельно допустимое значение = 0,5

- поперечная сила, воспринимаемая хомутами, по длине наиболее опасной для появления трещин

– поперечная сила, воспринимаемая хомутами на единицу длины

= 4 – число хомутов в поперечном сечении ригеля

- площадь поперечного сечения одной ветви хомута

– шаг хомутов , примем S=21 м

- проекция наиболее опасной трещины

- сила, воспринимаемая отогнутой арматурой

- напрягаемая арматура

Расчет проекции наиболее опасной трещины

Условие прочности выполнено

8. Проверка прочности сечения 4-4 из условия трещиностойкости (2-ое предельное состояние). Определение прогибов ригеля.

Расчет трещиностойкости выполняется по второму предельному состоянию.

Для того, чтобы выполнить расчет ригеля по условию трещиностойкости необходимо определить приведенное сечение нашего элемента. Это связано с тем, что мы пользуемся формулами сопротивления материалов для определения напряжений в однородных сечениях. Сечение становится однородным бетонным.

Расчет приведенного сечения

Определяем расстояние от растянутой грани до центра тяжести приведенного сечения:

где:

– коэффициент приведения

не уд. условию

Примем предельно допустимую

Определяем моменты сопротивления приведенного сечения для растянутой грани и для сжатой грани:

Определяем радиус ядра сечения:

– наибольшее растягивающее напряжение

Условие трещиностойкости можно представить в напряжениях

- max растягивающие напряжения на нижней кромке от внешних сил

– напряжение в нижнем крайнем волокне от сил обжатия

Определение потерь предварительного напряжения

При длительной эксплуатации, а также в процессе изготовления за счет неточности подгонки происходит уменьшение сил обжатия, в конечном счете это может привести к тому, что после определенного срока службы ригель потеряет свои свойства. Эти обстоятельства приводят к тому, что при проектировании ПНЖБК необходимо учитывать потери.