Расчёт по материалу фундамента

Рабочая высота фундамента из условия продавливания:

 

 = 0.76 м.

 

Высота фундамента из условия анкеровки колонны в стакане фундамента и минимальной толщины дна стакана:

 

 =1.25 .

 

Принимаем высоту фундамента . При бетонной подготовке под подошвой фундамента толщиной 100 мм рабочая высота сечения равна .

Принимаем три ступени высотой по 0.3 м каждая.

Проверяем нижнюю ступень на прочность по наклонному сечению, для чего вычисляем вылет нижней ступени за грань пирамиды продавливания:

 = 1.135 м, далее проверка:

 > 0.3 м.

Так как проверка на продавливание не прошла, уменьшаем вылет нижней ступени:  = 1.0 м и вновь делаем проверку:

 

.

 

Принятая высота нижней ступени, равная 0.3 м, проходит.

Ширина средней ступени

 

 = .

 

Рассчитываем арматуру фундамента.

Момент по грани колонны (на один погонный метр)

 

 

Момент по грани верхней ступени

 

 

где  ширина верхней ступени.

Момент по грани средней ступени

 

 = 0.120 ,

 

где  ширина средней ступени (со сдвижкой на 2х0.135м).

Сечение рабочей арматуры по грани колонны:

 

.

 

Сечение рабочей арматуры по грани верхней ступени:

 

.

 

Сечение рабочей арматуры по грани средней ступени:

     

.

 

Принимаем шаг арматуры 15 см. На погонный метр приходится 1/0.15 = = 6.7 штук стержней. Принимаем Æ20мм. Площадь сечения равна 3.142 ´
´ 6.7 = 20.05 см².

 

 

2. РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНОЙ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ
ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

Стальная балочная клетка рабочей площадки производственного здания состоит из колонн, главных балок, балок настила и стального листового настила, приваренного к балкам настила (рис. 10).

 

 

Рис. 10. Схема рабочей площадки.

Расчёт балки настила

Расчётной схемой является свободно опёртая однопролётная балка, загруженная равномерно распределённой нагрузкой.

Максимальный изгибающий момент:

 

 = 56.3 кНм,

 

где расчётная равномерно распределённая нагрузка.

 

 = 18 кН/м;

 

- удельный вес стали;

плотность массы стали;

 – нормативный вес балки (в первом приближении).

Требуемый момент сопротивления:

 

,

 

где  – коэффициент учёта развития пластических деформаций
(в первом приближении).

Определяем нормативную равномерно распределённую нагрузку   

 

 кН/м.

 

Требуемый по предельному прогибу момент инерции

      

,

 

Здесь для пролёта B=5м при определении предельного прогиба  выполняем интерполяцию по приложению, табл.4: .

 

 

Зная требуемые моменты сопротивления и инерции, по сортаменту подбираем двутавр № 23Б1 ГОСТ 8239-89  9

Уточняем коэффициент  по [3, табл. 66] при отношении площадей полки и стенки

 с = 1.07 + (1 – 0.89) 0.1 = 1.08,

где ;

.

Уточняется нагрузка:

нормативная:

 

 кН/м.

 

расчётная:

 = 17.9 кН/м.

 

Изгибающий момент:

 

 кНм.

 

Проверка нормальных напряжений:

 

 = 199 МПа < R_y = 230 МПа.

 

Проверка прогиба:

 

 = 0.003956 =

= .

Проверка удовлетворяется.

 

Расчёт главной балки

Равномерно распределённая расчётная нагрузка

 

 = .

 

Расчётный изгибающий момент

 

.

 

Требуемый момент сопротивления сечения балки

 

 

Подбор сечения балки

Высота сечения балки предварительно подбирается по соотношению между  и , где  – оптимальная высота сечения из условия прочности;  – оптимальная высота сечения из условия жёсткости;  – высота сечения из условия минимальной жёсткости, при обеспечении прочности.

1. Оптимальная высота балки из условия прочности:

 

 см,

 

где отношение высоты балки к толщине стенки ( =125….140).

2. Оптимальная высота из условия жёсткости:

 

 = 167.4 см,

 

где  1047146  м⁴,

где усреднённый коэффициент надёжности по нагрузке. Величина  получена для пролёта L = 21 м линейной интерполяцией по приложение, табл. 1.

3. Высота балки из условия минимальной жёсткости при обеспечении прочности:

 м (101 см).

Правила выбора высоты балки:

Если h_min < h_опт,w < h_опт,f, следует принять h=h_опт,w;

Если h_опт,w < h_опт,f  < h_min, следует принять h=h_опт,f;

Если h_опт,w < h_min  < h_опт,f , следует принять h= h_min.

 

В нашем расчёте:

h_min = 101cм < h_опт,w = 152.3 см < h_опт,f = 167.4см. 

Применяя правило, выбираем высоту балки h = h_опт,w = 1523 мм.

Высота главной балки, помимо расчётов, должна соответствовать наибольшей строительной высоте перекрытия согласно заданию: h < h_{c max} – t_н, где t_н – толщина листового настила. Наибольшая высота перекрытия определяется разностью отметок верха настила h = 9.6 м и габарита помещения под перекрытия h₀  = 8 м: h_c,max = 960 – 800 = 160 см.

Так как h = 1523 мм < h_c,max – t_н = 1600 – 8 = 1592 мм, оставляем выбранную высоту балки h = 1523 мм.

Компоновка сечения балки должна выполняться в соответствии с размерами по ширине и толщине листов сортамента универсальной или толстолистовой стали.

Поэтому высоту стенки h_w назначаем близко к высоте балки, ориентируясь на ширину листов. Так как наибольшая ширина листа универсальной стали равна 1050 мм, принимаем толстолистовую сталь шириной 1500 мм. С учётом обрезки кромок с двух сторон по 5 мм: h_w =1500 – 10 = 1490 мм.

По ранее принятому коэффициенту k_w =125 определяем толщину стенки:  мм. Принимаем  мм.

Толщину полок назначаем равной  мм , тогда полная высота балки равна: h = h_w +2t_f =1490 + 44 = 1534 мм.

Момент инерции стенки:

 

 = 330795 см⁴.

 

Требуемый момент инерции полок:

 

 –  = 1444491 – 330795 = 1113696 см⁴.

 

Здесь наибольший требуемый момент инерции балки J_тр.max определяется по двум значениям из условия прочности и жёсткости:

 

– из условия прочности:

 

J_тр = 0.5 W_тр h = = 1444491 см⁴;

 

– из условия жёсткости: J_тр = 1047146 см⁴ – вычислен ранее.

Требуемая площадь сечения полки

 

 

Толщина полки из условия обеспечения её местной устойчивости:

 

 

В расчёте было принято t_f = 2.2 см > 1.8 cм.

Ширину полки рекомендуется назначать равной b_f = .

Вычисляем b_f =  мм. Принимаем b_f = 480 мм, что соответствует ширине листа универсальной стали по сортаменту. Подобранное сечение балки показано на рис. 11.

 

 

2.2.2. Проверки принятого сечения главной балки по прочности,
           жёсткости и устойчивости

Уточняем собственный вес балки по принятым размерам. Площадь поперечного сечения:

А = 2А_f + A_w =2

 

Вес погонного метра балки:

 

кН/м,

 

здесь кН/м³ –удельный вес стали;  – конструктивный коэффициент, учитывающий вес рёбер жёсткости и сварных швов.

 

Уточняется нагрузка на балку:

Нормативная:

= .

Расчётная:

 = .

Уточняются усилия M и Q:

 

,

.

 

Геометрические характеристики поперечного сечения балки.

Момент инерции:

 

Момент сопротивления:

 

 

В зависимости от соотношения площадей сечения полки и стенки A_f/A_w уточняется коэффициент с₁, учитывающий развитие пластических деформаций. В соответствии с [1, п. 5.18] c₁ = c, который определяется интерполяцией по [1, табл. 66].

 

Интерполируя по [1, табл. 66], находим с₁ =с = 1.11.

Проверка прочности главной балки

1. Нормальные напряжения:

В соответствии с требованиями по экономии стали [1, п.19] в составных сечениях недонапряжение не должно превышать 5 %.

Недонапряжение равно:

1. Касательные напряжения (проверка стенки на срез).

Касательные напряжения проверяются в стенке, в месте крепления опорного ребра без учёта работы на срез полок (рис. 12):

 

 

Проверка проходит.

 

Проверка прогиба главной балки

 

Условие жёсткости балки удовлетворяется.