Назначение размеров предварительно напряженного ригеля

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Инженерно-строительный институт

Кафедра строительных конструкций и материалов

 

Пояснительная записка

К курсовому проекту по дисциплине

«Железобетонные конструкции»

на тему:

«КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ

КАРКАСА ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ»

 

 

Преподаватель		Страхов Д.А.
Студент группы 4019/10		Чакир М.Ф.

Санкт-Петербург

 

 

Содержание

 

1. Исходные данные. 3

2. Предварительное назначение размеров. 4

2.1 Назначение размеров колонны.. 4

2.2 Назначение размеров ригеля. 4

3. Определение нагрузок и воздействий. 5

3.1 Собственный вес конструкции. 5

3.1.1 Кровля. 5

3.1.2 Ригель. 5

3.1.3 Колонна. 6

3.2 Снеговая нагрузка. 6

Ветровая нагрузка. 6

4. Расчет прочности ж/б колонн работающих на внецентренное сжатие, подбор арматуры и составление схемы армирования колонны.. 10

Проектирование предварительно-напряженного железобетонного ригеля балочного типа. 19

4.1. Назначение размеров предварительно напряженного ригеля. 19

4.2. Определение нормальных напряжений в бетоне от предварительного напряжения в арматуре. 20

4.3. Определение потерь предварительного напряжения. 23

4.4. Расчет ригеля на прочность по нормальным сечениям.. 24

4.5. Расчет прочности наклонных сечений на действие поперечных сил. 26

4.6. Расчет по образованию трещин. 27

4.7. Расчет по раскрытию трещин. 28

Расчет и проектирование фундамента стаканного типа. 30

5.1. Определение габаритных размеров фундамента. 30

5.2. Расчет прочности фундамента. 32

 

 

Введение

Настоящий проект сборной железобетонной конструкции рамного типа в виде несущего каркаса одноэтажного однопролетного промышленного здания выполнен в соответствии с заданием на проектирование и действующими СНиП.

 

Исходные данные

- высота колонны от пола до низа ригеля: Н = 13 м;

- пролет рамы: L_p = 18 м;

- шаг рамы в продольном направлении здания: D = 7 м;

- ветровой район: VI;

- снеговой район: III;

- класс бетона колонн В25.

 

Предварительное назначение размеров

 

Назначение размеров колонны

 

Высота поперечного сечения колонны h_k:

м; принимаем h_k= 0,75 м.

 

Ширина поперечного сечения колонны b_k:

м.

м.

Принимаем ширину поперечного сечения колонны b_k = 0,4 м.

 

 

Назначение размеров ригеля

 

Высота ригеля в коньке h_p:

м,

где - расчетная длина ригеля

где - высота ригеля на опоре,

;

Принимаем h_p=1,5 м.

 

Определение нагрузок и воздействий

Собственный вес конструкции

Кровля

 

Вес одного квадратного метра кровли определен по табл. 2.1.

Таблица 2.1.

Элемент покрытия	,		,
2-3 слоя рубероида по пергамину		1,3	13,0
цементно-песчаная стяжка, δ=20 мм, γ=2200 кгс/м3		1,3	57,2
утеплитель, δ=100 мм, γ=600 кгс/м3		1,3
ребристые железобетонные плиты		1,1
Всего:			313,2

 

Нормативная погонная нагрузка от кровли на ригель:

 

Расчетная погонная нагрузка от кровли на ригель:

 

Ригель

 

Нагрузка от собственного веса ригеля на погонный метр его пролета:

,

где - площадь сечения ригеля;

- объемный вес железобетона;

- коэффициент надежности по нагрузке.

 

Площадь сечения ригеля:

Примем , тогда

Общий вес покрытия, приходящийся на 1 колонну и приложенный в центре торца колонны:

 

 

Колонна

Вес колонны:

Снеговая нагрузка

Расчетная снеговая нагрузка на погонный метр длины ригеля:

где с – коэффициент, учитывающий уклон кровли, принимаем с=1;

р – вес снегового покрова на горизонтальной поверхности, принимаемый по

СНиП 2.01.07-85* (для III снегового района р=180 кгс/м²).

Расчетная снеговая нагрузка:

Ветровая нагрузка

 

 

Распределенная ветровая нагрузка, действующая по всей длине колонны с наветренной стороны:

где - ветровое давление на 1 м², для VI ветрового района q₀ = 73 кгс/м²;

- коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте;

- аэродинамический коэффициент (принимается 0,8 и 0,6 соответственно для наветренной и подветренной стороны здания).

 

 

Распределенная ветровая нагрузка, действующая по всей длине колонны с подветренной стороны:

 

Сосредоточенная сила, учитывающая ветровое давление на поперечную раму в пределах опорной части ригеля и парапетов с наветренной стороны:

Сосредоточенная сила, учитывающая ветровое давление на поперечную раму в пределах опорной части ригеля и парапетов с подветренной стороны:

Усилия, возникающие в колонне:

 

 

Для левой колонны:

Х,м	0,2Нк	0,4Нк	0,5Нк	0,6Нк	Нк
Х,м	2,8	5,6		8,4
Мх,тс∙м	3,72	11,91	17,71	24,61	63,45

 

Для правой колонны:

Х,м	0,2Нк	0,4Нк	0,5Нк	0,6Нк	Нк
Х,м	2,8	5,6		8,4
Мх,тс∙м	5,26	13,89	19,46	25,88	59,95

Построение эпюры N:

 

Для сечения 1-1:

Без учета снеговой нагрузки:

N = + = 28,3 + 11,6 = 39,9 тс

С учетом снеговой нагрузки:

N = + +P_cн=28,3 + 11,6 + 11,8 = 51,7 тс.

Для сечения 2-2:

Без учета снеговой нагрузки:

N= + /2 =28,3 + 11,6/2 =34,1 тс

С учетом снеговой нагрузки:

N= + /2+P_cн=28,3 + 11,6/2+ 11,8 = 45,9 тс

Для сечения 3-3:

Без учета снеговой нагрузки:

N= =28,3 тс

С учетом снеговой нагрузки:

N= +P_cн=28,3 + 11,8 = 40,1 тс

Распределение усилий по высоте колонны:

 

4. Расчет прочности ж/б колонн работающих на внецентренное сжатие, подбор арматуры и составление схемы армирования колонны

 

В курсовом проекте для изготовления сварных железобетонных колонн здания промышленного типа принят бетон класса В30.

Для расчета армирования при проектировании известны размеры поперечного сечения колонны:

 

b = 0,40 м;

h = 0,75 м;

а = а' = 5 см;

h_o = 0,7 м.

 

А также расчетные сопротивления бетона на сжатие и растяжение:

R_b = 1450 тс/м²;

R_bt = 105 тс/м²;

и модуль деформации бетона:

Е_b = 3∙10⁶ тс/м².

 

Назначим рабочую продольную арматуру класса A-III с расчетным сопротивлением на сжатие:

R_sc = R_s = 35500 тс/м²;

и модулем деформации

E_s = 2∙10⁷ тс/м²;

Расчетная длина элемента: L_o = 1,5 ∙ Н_к = 21 м.

Для определения количества арматуры в каждом из намеченных сечений колонны (1-1; 2-2; 3-3) выполним расчет при двух комбинациях усилий: M_I и N_I; M_II и N_II

 

Таким образом для сечения 1-1:

1) M_I = 63,45 тс и N_I = 39,9 тс;

2) M_II = 63,45 тс и N_II = 51,7 тс.

Все сечения колонны находятся в состоянии внецентренного сжатия.

Предварительно вычисляем:

|M_I| - 0,3∙h₀∙|N_I| = 63,45 - 0,3∙0,7∙39,9 = 55,1 тс∙м;

||M_II| - 0,3∙h₀∙|N_II| = 63,45 - 0,3∙0,7∙51,7= 52,6 тс∙м;

 

Начинаем расчет с первой комбинации.

Эксцентриситет сжимающей силы принимается равным ,

но не менее случайного эксцентриситета е_а, который принимают:

е_а ≥ ;

е_а ≥ ;

е_а ≥ ;

Далее ведем расчет при е₀=1,6 м.

- коэффициент приведения,

Получаем:

Находим относительный коэффициент начального эксцентриситета по формуле:

поэтому принимаем .

 

Задаваясь коэффициентом армирования µ= 0,01 и коэффициентом длительности

φ_l = 1,75, определяем жесткость элемента в предельной стадии, критическую силу и поправочный коэффициент η увеличения начального эксцентриситета за счет прогиба колонн:

где

N - сжимающая сила, в рассматриваемой комбинации усилий.

- коэффициент, учитывающий возможность продольного изгиба колонны, который приводит к увеличению начального эксцентриситета (потеря устойчивости колонны)

При расчете железобетонных элементов различают два характерных случая внецентренного сжатия: случай больших эксцентриситетов и случай малых эксцентриситетов.

Приведенный эксцентриситет (с учетом прогиба):

Расчет ведем по первому случаю, который характеризуется тем, что к моменту исчерпания несущей способности элемента напряжение в растянутой арматуре A_s и растянутой арматуре A'_s, достигают расчетных сопротивлений R_sc и R_s, а в бетоне сжатой зоны – R_b. Разрушение начинается с растянутой зоны.

Проверяем необходимость постановки арматуры A'_s:

Площадь сжатой арматуры рассчитывается по формуле:

, то

Для определения действительной высоты сжатой зоны воспользуемся зависимостью:

По таблице определяем ξ = 0,38, т.к.

Х = ξ∙h₀=0,38∙0,7 = 0,266 м > 2а’=2∙0,05 = 0,1 м,

то

Расчет симметричной арматуры:

;

Т.к. , то пренебрегаем высотой сжатой зоны бетона.

Тогда ;

где .

 

 

Переходим к расчету второго сочетания: M_II = 63,45 тс и N_II= 51,7 тс.

Эксцентриситет сжимающей силы принимается равным , но не менее случайного эксцентриситета е_а, который принимают:

е_а ≥ ;

е_а ≥ ;

е_а ≥ ;

Далее ведем расчет при е₀=1,23 м.

- коэффициент приведения,

Получаем:

Находим относительный коэффициент начального эксцентриситета по формуле:

поэтому принимаемое .

Приведенный эксцентриситет (с учетом прогиба):

Следовательно имеет место первый случай внецентренного сжатия. Проверяем необходимость постановки расчетной арматуры A’_s:

, то

Для определения действительной высоты сжатой зоны воспользуемся зависимостью:

По таблице определяем ξ = 0,46, т.к.

Х = ξ∙h₀=0,46∙0,7=0,322 м > 2а’=2∙0,05=0,1 м,

то

Расчет симметричной арматуры:

;

Т.к. , то пренебрегаем высотой сжатой зоны бетона.

Тогда ;

где ;

 

Для сечения 2-2:

1) M_I = 19,46 тс и N_I = 34,1 тс;

2) M_II = 19,46 тс и N_II= 45,9 тс.

Все сечения колонны находятся в состоянии внецентренного сжатия.

Предварительно вычисляем:

|M_I| - 0,3∙h₀∙|N_I| = 19,46 - 0,3∙0,7∙34,1 = 12,3 тс∙м;

||M_II| - 0,3∙h₀∙|N_II| = 19,46 - 0,3∙0,7∙45,9 = 9,82 тс∙м;

 

Начинаем расчет с первой комбинации:

M_I = 19,46 тс;

N_I = 34,1 тс;

Эксцентриситет сжимающей силы принимается равным , но не менее случайного эксцентриситета е_а,который принимают:

е_а ≥ ;

е_а ≥ ;

е_а ≥ ;

Далее ведем расчет при е₀=0,57 м.

- коэффициент приведения,

Получаем:

Находим относительный коэффициент начального эксцентриситета по формуле:

поэтому принимаем .

Задаваясь коэффициентом армирования µ = 0,01 и коэффициентом длительности

φ_l= 1,75, определяем жесткость элемента в предельной стадии, критическую силу и поправочный коэффициент η, увеличения начального эксцентриситета за счет прогиба колонн:

где

N - сжимающая сила, в рассматриваемой комбинации усилий.

- коэффициент, учитывающий возможность продольного изгиба колонны, который приводит к увеличению начального эксцентриситета (потеря устойчивости колонны)

При расчете железобетонных элементов различают два характерных случая внецентренного сжатия: случай больших эксцентриситетов и случай малых эксцентриситетов.

Приведенный эксцентриситет (с учетом прогиба):

Расчет ведем по первому случаю, который характеризуется тем, что к моменту исчерпания несущей способности элемента напряжение в растянутой арматуре A_s и растянутой арматуре A'_s, достигают расчетных сопротивлений R_sc и R_s, а в бетоне сжатой зоны – R_b. Разрушение начинается с растянутой зоны.

Проверяем необходимость постановки арматуры A'_s:

Площадь сжатой арматуры рассчитывается по формуле:

, то

Для определения действительной высоты сжатой зоны воспользуемся зависимостью:

По таблице определяем ξ = 0,07, т.к.

Х = ξ∙h₀ = 0,07∙0,7 = 0,049 м < 2а’ = 0,1 м, условие не выполняется.

В этом случае пренебрегают сжатой зоной бетона и определяют А_s из уравнения моментов относительно оси, проходящей через А’_s:

Тогда:

.

Расчет симметричной арматуры:

;

Т.к. , то пренебрегаем высотой сжатой зоны бетона.

Тогда ;

где ;

.

Минимальная площадь арматуры .

 

 

Переходим к расчету второго сочетания:

M_II = 19,46 тс,

N_II= 45,9 тс.

Эксцентриситет сжимающей силы принимается равным , но не менее случайного эксцентриситета е_а,который принимают:

е_а ≥ ;

е_а ≥ ;

е_а ≥ ;

Далее ведем расчет при е₀=0,42 м.

- коэффициент приведения,

Получаем:

Находим относительный коэффициент начального эксцентриситета по формуле:

поэтому принимаем .

Задаваясь коэффициентом армирования µ = 0,01 и коэффициентом длительности

φ_l= 1,75, определяем жесткость элемента в предельной стадии, критическую силу и поправочный коэффициент η, увеличения начального эксцентриситета за счет прогиба колонн:

где

N - сжимающая сила, в рассматриваемой комбинации усилий.

- коэффициент, учитывающий возможность продольного изгиба колонны, который приводит к увеличению начального эксцентриситета (потеря устойчивости колонны)

При расчете железобетонных элементов различают два характерных случая внецентренного сжатия: случай больших эксцентриситетов и случай малых эксцентриситетов.

Приведенный эксцентриситет (с учетом прогиба):

Расчет ведем по первому случаю, который характеризуется тем, что к моменту исчерпания несущей способности элемента напряжение в растянутой арматуре A_s и растянутой арматуре A'_s, достигают расчетных сопротивлений R_sc и R_s, а в бетоне сжатой зоны – R_b. Разрушение начинается с растянутой зоны.

Проверяем необходимость постановки арматуры A'_s:

Площадь сжатой арматуры рассчитывается по формуле:

, то

Для определения действительной высоты сжатой зоны воспользуемся зависимостью:

По таблице определяем ξ = 0,09, т.к.

Х = ξ∙h₀ = 0,09∙0,7 = 0,063 м < 2а’ = 0,1 м, условие не выполняется.

В этом случае пренебрегают сжатой зоной бетона и определяют А_s из уравнения моментов относительно оси, проходящей через А’_s:

Тогда:

.

Расчет симметричной арматуры:

;

Т.к. , то пренебрегаем высотой сжатой зоны бетона.

Тогда ;

где ;

.

Минимальная площадь арматуры .

Армирование колонны

 

Проектирование предварительно-напряженного железобетонного ригеля балочного типа

Назначение размеров предварительно напряженного ригеля

 

Определяем усилия в ригеле.

;

Тогда

Плечо внутренней пары z принимаем:

Усилия в поясах ригеля :

Площадь верхнего пояса :

Ширина верхнего пояса ;

Принимаем

см²;

Из конструктивных соображений и ;

см²;

Принимаем .

Принята напрягаемая арматура семипроволочные канаты из проволоки К1400 диаметром 5мм:

мм;

Предварительное напряжение:

тс/см²

см²;

см²;

Принимаем ненапрягаемую арматуру класса А-II.

Фактическая площадь преднапряженной арматуры в нижнем поясе , что соответствует 10 канатам. В верхнем поясе ставим два каната с площадью