Конструирование частей колонны

Конструирование подкрановой части

Конструктивные требования к внецентренно сжатым элементам отражены в пп. 5.16-5.19, 5.22-5.25 [4].

Принято:

-диаметр продольной арматуры 12 А-III;

-расстояние между осями стержней продольной арматуры должно приниматься в направлении, перпендикулярном плоскости изгиба, не более 400 мм, а в направлении плоскости изгиба не более 500 мм;

-диаметр хомутов в вязаных каркасах внецентренно сжатых элементов не менее 0,25d = 0,25*12 = 3 мм и не менее 5 мм - принято 6 А-III;

-расстояние между хомутами - не более 500 мм и не более 15*d = 15*12 = 180 мм. Принято 150 мм.

-конструкция вязаных хомутов во внецентренно сжатых элементах должна быть такой, чтобы продольные стержни (по крайней мере через один) располагались в местах перегиба хомутов, а эти перегибы – на расстоянии не более 400 мм по ширине грани элемента. При ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом.

Рисунок 11 – Схема армирования колонны

Конструирование рядовой распорки

 

Рядовая распорка – изгибаемый момент. Конструирование распорки необходимо выполнять с учетом требования пп.5.16, 5.25,5.27 [4].

Продольная арматура распорок, если обе ветви колонны сжаты, принимается симметричной. Если по расчету одна из ветвей растянута, армирование принимается несимметричным.

Рисунок 12 – Схема армирования рядовой распорки

Конструирование рядовой распорки

 

Конструирование верхней распорки необходимо производить с учетом требований пп. 5.16,5.25 [4].

Верхняя распорка армируется продольной рабочей арматурой, располагаемой по верхней и нижней граням распорки, горизонтальными и вертикальными хомутами и отгибами.

Шаг вертикальных хомутов должен быть не более 200 мм и не более расчетного шага – принят шаг 150 мм.

 

Рисунок 13 – Схема армирования верхней распорки

Расчет железобетонной стропильной сегментной фермы

Сбор нагрузок

Постоянная нагрузка

 

Узловая нагрузка G:

 

 

где: – длина панели, м.

 

 

Снеговая нагрузка

 

Узловая нагрузка V:

 

 

где: - коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на покрытии [1].

 

 

 

Рисунок 14 – Расчетная схема фермы

 

Статический расчет фермы

 

Статический расчет выполнен в программе «Ферма». Результаты расчета приведены в таблице 6. Расчетные усилия приведены в таблице 7.

 

Таблица 6 – Усилия в элементах фермы

 

Элемент	Длина	Пост.	Снег-1	Снег-2
4-6		-58,2	-7,9	-5,1
6-8		-56,6	-7,7	-4,9
8-10		-56,6	-7,7	-2,9
10-12		-58,2	-7,9	-3,0
1-3		52,9	7,2	5,1
3-5		52,9	7,2	5,1
5-7		58,2	7,9	4,1
7-9		58,2	7,9	4,1
9-11		52,9	7,2	2,2
11-13		52,9	7,2	2,2
1-4		-59,1	-8,1	-5,7
4-5		4,1	0,6	-0,2
5-8		-2,2	-0,3	1,1
8-9		-2,2	-0,3	-1,4
9-12		4,1	0,6	0,8
12-13		-59,1	-8,1	-2,5
5-6		-0,4	-0,1	-0,6
9-10		-0,4	-0,1	0,5
Опорные реакции
		-26,4	-3,6	-2,6
		-26,4	-3,6	-1,1

 

Таблица 7 –Усилия в стержнях фермы

Элементы	От постоянной нагрузки	От кратковременной снеговой нагрузки	От длительной снеговой нагрузки	От постоянной и кратковременной снеговой нагрузки	От постоянной и длительной снеговой нагрузки
норма тивной	расчетной	норма тивной	расчет ной	норма тивной	расчетной	норма тивной	расчет ной	норма тивной	расчет ной
Верхний пояс	4–6 10-12		-58,2		-7,9		-5,1
3,0
1-4 12-13		-59,1		-8,1		-5,7		-67,2
-2,5
6-8 8-10		-56,6		-7,7		-4,9
-2,9
Нижний пояс	1–3 11-13		52,9		7,2		5,1		60,1
2,2
3-5 9-11		52,9		7,2		5,1
2,2
5-7 7-9		58,2		7,9		4,1		66,1
Раскосы	4-5 9-12		4,1		0,6		-0,2
0,8	4,9
5-8 8-9		-2,2		-0,3		1,1
-1,4	-3,6
Стой-ки	5-6 9-10		-0,4		-0,1		-0,6
0,5

Верхний пояс:

 

 

Нижний пояс:

 

 

Решетка:

-Сжатие:

 

 

-Растяжение:

 

 

 

Используемые материалы:

- бетон тяжелый класса В40 c [4, табл.18], [4, табл.13], [4, табл.12];

- канаты класса К-7 Ø15 c [4, табл.29*], , [4, табл.20];

- стержневая арматура класса А-III диаметром 10-40 мм c [4, табл.29*], [4,табл.22*], [4,табл.22*];

- стержневая арматура класса А-III диаметром 6-8 мм c [4, табл.29*], [4,табл.22*], [4,табл.22*];

 

Расчет нижнего пояса фермы

 

Расчет на прочность

 

По условиям изготовления, сечения и армирование всех элементов предварительно напряженного нижнего пояса должны быть одинаковыми.

Максимальное расчетное усилие в нижнем поясе согласно табл. 7 принимаем по элементу 5-7 N = 66,1 т.

Площадь сечения растянутой напрягаемой арматуры:

 

 

где: - коэффициент, учитывающий условия работы высокопрочной арматуры при напряжениях выше условного предела текучести [5].

 

 

Принимаем 5 канатов Ø15 класса К-7 .

Напрягаемая арматура окаймлена хомутами, выполненными в виде встречно поставленных П-образных сеток. Продольная арматура сеток из стали ВрI (6 Ø5 ВрI с ).

 

 

Рисунок 15 – Эскиз армирования нижнего пояса

 

Суммарный процент армирования:

 

 

где: – ширина сечения нижнего пояса, м;

- высота сечения нижнего пояса, м.

 

 

Приведенная площадь поперечного сечения без учета ненапрягаемой арматуры:

 

 

где: - отношение модулей упругости арматуры и бетона.

 

 

4.3.2 Потери предварительного натяжения арматуры и усилия обжатия

 

Назначаем величину начального предварительного напряжения арматуры (без учета потерь):

 

 

Принимаем .

При натяжении арматуры механическим способом на упоры стенда должны выполняться условия:

 

 

 

 

 

Первые потери:

1) От релаксации напряжений арматуры:

 

 

 

2) От разности температур напрягаемой арматуры и натяжных устройств:

 

 

где: - разность температур напрягаемой арматуры и натяжных устройств, С⁰.

 

 

3) От деформации анкеров:

 

 

где: - смещение стержней в инвентарных зажимах, м;

- расстояние между наружными гранями упоров стенда, м.

 

 

 

4) - трение арматуры при ее натяжении отсутствует.

5) - натяжение производится на упоры стенда.

6) От быстронатекающей ползучести бетона.

Предварительно находим напряжение с учетом первых пяти потерь:

 

 

 

Усилие обжатия:

 

 

Напряжение в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры:

 

 

 

Передаточная прочность бетона:

 

 

где: В=40 – класс бетона, МПа.

 

 

 

 

Принимаем .

 

 

 

 

Первые потери:

 

 

 

Усилие обжатия с учетов всех первых потерь:

 

 

 

Вторые потери:

8) От усадки бетона

9) От ползучести бетона.

Так как потери от быстронатекающей ползучести малы, то для определения не производим перерасчет сжимающих напряжений в бетоне от обжатия, оставляем отношение .

 

 

 

Вторые потери:

 

 

 

Полные потери:

 

 

 

Усилие обжатия с учетом полных потерь:

 

 

4.3.3 Расчет по образованию и раскрытию трещин

 

Для конструкций 3-й категории трещиностойкости расчет ведется на действие нагрузок при коэффициенте надежности по нагрузке γ_f = 1, что соответствует нормативным нагрузкам N_n = 56,14 т, N_n ^l = 53,37 т.

Расчетный разброс напряжений при механическом способе натяжения:

 

 

где: - число стержней напрягаемой арматуры в сечении нижнего пояса.

 

 

Принимаем . Коэффициент натяжения:

 

 

 

Усилие предварительного обжатия с учетом полных потерь:

 

 

 

Усилие, воспринимаемое сечением при образовании трещин:

 

 

где: - коэффициент, учитывающий снижение трещиностойкости вследствие жесткости узлов фермы.

 

 

Условие трещиностойкости соблюдается, расчет по раскрытию трещин не требуется.

Расчет верхнего пояса фермы

 

Расчет ведем по наибольшему усилию элемента 1-4 N=-67,2 т и N _l =-63,15 т.

Проверяем достаточность площади сечения верхнего пояса.

Требуемая площадь сечения сжатого пояса:

 

 

где: - ширина сечения верхнего пояса, м;

- высота сечения верхнего пояса, м.

 

 

Принятая площадь сечения достаточна.

При расчете на действие продольной сжимающей силы должен приниматься во внимание случайный эксцентриситет:

 

 

где: - расстояние между узлами 1 и 4, м.

 

 

Принимаем

 

При м расчетная длина в обеих плоскостях будет равна:

 

 

 

Радиус инерции сечения:

 

 

 

Гибкость сечения:

 

 

 

Условная критическая сила:

 

 

Момент инерции сечения:

 

 

 

Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии:

 

 

где: - для тяжелого бетона [4];

 

 

где: - рабочая высота сечения, м;

а=0,04 – расстояние от грани до центра тяжести арматуры, м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где: - коэффициент армирования.

 

 

 

Коэффициент продольного изгиба:

 

 

 

Эксцентриситет приложения продольной силы с учетом продольного изгиба:

 

 

 

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона при :

 

 

где: – характеристика сжатой зоны бетона;

– напряжение в арматуре, принимаемое для арматуры класса А-III ;

– предельное напряжение в арматуре сжатой зоны, принимаемое для тяжелого бетона при

 

где: =0,85 – для тяжелого бетона.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем симметричное армирование. Требуемая площадь арматуры:

 

 

 

Принимаем 2 Ø12 А-III с .

 

Фактический коэффициент армирования:

 

 

 

Фактический коэффициент армирования не отличается от принятого более чем на 0,005.

 

Рисунок 16 – Эскиз армирования верхнего пояса

 

Расчет растянутого раскоса

 

Расчет на прочность

 

Расчетное усилие растяжения для раскоса 9-12 N= 4,9 т.

Площадь сечения арматуры из условия прочности:

 

 

 

Принимаем 4 Ø10 А-III с

 

 

Рисунок 17 – Эскиз армирования растянутого раскоса

4.5.2 Расчет на образование трещин

 

Расчетное усилие для проверки раскоса 9-12 на образование трещин N_n= 4,13 т.

Усилие, воспринимаемое сечением при образовании трещин:

 

 

где: - коэффициент, учитывающий снижение трещиностойкости вследствие жесткости узлов фермы;

- ширина сечения раскоса, м;

- высота сечения раскоса, м;

- отношение модулей упругости арматуры и бетона.

 

 

Условие трещиностойкости соблюдается, расчет по раскрытию трещин не требуется.

Расчет сжатого раскоса

 

Расчет сжатого раскоса ведем по наибольшему усилию элемента 8-9 N = -3,6 т, N _l = -2,9 т.

Проверяем достаточность площади сечения сжатого раскоса.

Требуемая площадь сечения сжатого раскоса:

 

 

где: - ширина сечения сжатого раскоса, м;

- высота сечения сжатого раскоса, м.

 

 

При расчете на действие продольной сжимающей силы должен приниматься во внимание случайный эксцентриситет:

 

где: - расстояние между узлами 8 и 9, м.

 

 

Принимаем

При м расчетная длина в плоскости фермы будет равна (b ₁, b ₂ ¾ ширина сечения соответственно верхнего пояса и стойки (раскоса) фермы):

 

 

Радиус инерции сечения:

 

 

Гибкость сечения:

 

 

 

Условная критическая сила:

 

 

Момент инерции сечения:

 

 

 

Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии:

 

 

где: - для тяжелого бетона [4];

 

 

где: - рабочая высота сечения, м;

а=0,03 – расстояние от грани до центра тяжести арматуры, м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где: - коэффициент армирования.

 

 

 

Коэффициент продольного изгиба:

 

 

 

Эксцентриситет приложения продольной силы с учетом продольного изгиба:

 

 

 

Высота сжатой зоны бетона:

 

 

 

Относительная высота сжатой зоны бетона:

 

 

 

Требуемая площадь арматуры:

 

 

 

Площадь арматуры назначаем по конструктивным соображениям:

 

 

 

Принимаем 2 Ø10 A-III с .

 

 

Рисунок 18 – Эскиз армирования сжатого раскоса

 

Расчет опорного узла фермы