Определение расчетных усилий для подбора сечений стоек поперечных рам

 

В результате расчет рамы определяют значения изгибающих моментов и нормальных сил в наиболее опасных сечениях стоек. Согласно /5/ расчет прочности в указанных сечениях производится по изгибающим и нормальным силам от основного или дополнительного сочетания нагрузок.

Применительно к поперечным рамам усилия от основного сечения нагрузок состоят из усилий от постоянной длительно действующей нагрузки и одной из кратковременно действующих нагрузок.

Усилия от дополнительного сочетания нагрузок слагаются из усилий от постоянной длительно действующей нагрузки и нескольких усилий от кратковременно действующих нагрузок, но не менее двух, умноженных на коэффициент 0,9. Усилия от основного и дополнительного сочетаний нагрузок должны быть определены дня сведущих комбинаций усилий:

M _max, N _соотв. M _max – наибольший положительный момент;

M _min, N _соотв. M _min – наибольший отрицательный;

N _max, M _соотв. N _max – наибольшее продольное усилие.

Определение усилий от основного и дополнительного сочетаний нагрузок для заданной выше комбинации усилий следует вести в таблице /1,2,3,4/. Для контроля правильности вычислений следует построить все эпюры моментов и нормальных сил, занумеровать их по графам таблицы и вести дополнительный контроль.

Выбор комбинаций расчетных усилий, на которые следует произвести расчет сечений, может быть сделан в соответствии со следующими рекомендациями:

1. Если у двух комбинаций усилий изгибающие моменты равны по знаку и величине, а силы N различны, то сжатая арматура определяется по комбинации, где N больше, а растянутая - по комбинации, где N меньше.

2. Если изгибающие моменты одинаковы по знаку, но различны по величине, а усилие N одинаково, то сжатая и растянутая арматура определяется по комбинации, где М больше.

3. Если у одной из комбинаций значения М и N больше, чем у другой, то сжатая арматура определяется по комбинации, где М и N больше, а растянутая арматура определяется по первой комбинации.

Если в рассматриваемом сечении действует изгибающие моменты разных знаков; близкие по абсолютной величине, то следует принять симметричнее армирование.

Стойки, несущие нагрузки от производственных кранов, рекомендуется армировать вязаными каркасами.

Подкрановая консоль рассчитывается на суммарную расчетную нагрузку от крана и от собственного веса подкрановой балки и подкранового пути. Подкрановые консоли рекомендуется армировать вязаной арматурой. Если нижняя часть колонны двухветвевая, то расчет несколько отличается от расчета колонны сплошного сечения, Усилия в ветвях и распарках двухветвевой колонны получается в результате расчета колонны как многопанельной рамы. Расчет производится приближенно по методу нулевых точек.

Определение усилий в сечениях двухветвевой части колонны производится в два этапа:

1. Определяются усилия так же, как и для колонн сплошного сечения. Усилие от каждого вида загружения, определенные в трех сечениях, записывают в таблицу. Далее находятся невыгоднейшие комбинации нагрузок и расчетные максимальные и минимальные усилия в сечениях колонны.

2. Определяются усилия в ветвях и распорках. В ветвях должны быть определены продольные силы и изгибающие моменты. Ветви рассчитываются на внецентренное сжатие или на внецентренное растяжение.

Армирование ветвей следует принять симметричным. Распорки рассчитываются на изгибающий момент и на поперечную силу и армируют двойной арматурой.

Примеры расчета различных видов колонн изложены в работах /1,2,3,4/.

При применении, центрифугированных железобетонных колонн кольцевого сечения толщину стенки следует назначать в пределах 60-100 мм, диаметр принимать равным 300 или 600 мм.

При существующей технологии производства центрифугированных железобетонных колонн рекомендуется применять их для промышленных зданий с отметкой верха колонии до 10 м /1,3/.

 

 

ФУНДАМЕНТЫ

 

Фундаменты под сборные колонны одноэтажных зданий устраиваются железобетонные – сборные или монолитные стаканного типа. При значительных размерах и значительном весе фундаменты целесообразно делать монолитными.

В общем случае размеры подошвы фундаментов назначают согласно требованиям норм проектирования оснований зданий и сооружений, рассчитывая основания по несущей способности и по деформациям, что излагается в курсе оснований и фундаментов. Размеры сечения фундамента и его армирование определяют как в железобетонных элементах из расчета прочности на усилия, вычисленные при нагрузках и сопротивлении материалов по первой группе предельных состояние.

Расчет фундамента следует начинать с определения усилий, девствующих на него.

V _sd, N _sd, V _sd – момент, нормальная и поперечная сила, действующие на фундамент от колонны (берутся из таблице усилий, составленной в результате расчета рамы); h – высота фундамента, предварительно принимаемая из условия обеспечения минимальной заделки колонны в стакан фундамента; G₁ – нагрузка от веса стены и рандбалки; e – расстояние от оси стены до оси фундамента.

После составления таблицы усилий, действующих на фундаменты, приступают к определению площади подошвы фундамента и её размеров. В плане фундамент принимается прямоугольной формы. Размеры сторон следует принимать кратными 100 мм.

После того как окончательно установлена высота фундамента и высота отдельных ступеней, приступают к расчету фундамента на изгиб. Расчетные изгибающие моменты определяются в сечениях у грани колонны и в местах обрыва ступеней. Определение изгибающих моментов в сечениях, которых производится как в консоли, заданной у грани колонны и нагруженной реактивным давлением грунта. После вычисления моментов определяют площадь сечения рабочей арматуры.

Для фундаментов с повышенными стаканами расчет прочности стенок стаканов и подбор рабочей арматуры рекомендуется выполнять по /1,2,3,4/.

ФЕРМЫ

 

Железобетонные фермы применяют при пролетах 18, 24 и 30 м, при шаге 6 или 12 м. Очертание поясов фермы, ее размеры и тип решетки принимаются по заданию.

При выборе типа решетки, а также при определении основ­ных размеров ферм пролетом 18 и 24 м можно руководствоваться следующим.

Для покрытий со скатной кровлей наиболее экономичными по расходу материалов и стоимости являются фермы с треугольной решеткой и трехметровыми панелями верхнего яруса.

Криволинейное очертание верхнего пояса целесообразно лишь при наличии межузловой нагрузки, в частности, при плитах покрытия шириной 1,5 м. Фермы арочные близки по своим показателям к фермам сегментным. Разреженная решетка арочных ферм дает некоторые преимущества при их изготовлении. Безраскосные фермы менее экономичны по расходу материалов и стоимости. Однако они имеют определенные технологические преимущества по сравнению с раскосными.

Фермы с комбинированной решеткой практически не отличаются по расходу материалов и стоимости от безраскосных ферм.

Высота ферм посредине пролета принимается равной 1/1-1/9 пролета. Панели верхнего пояса ферм, за исключением арочных раскосных, проектируют размером 3 м, с тем, чтобы нагрузка от плиты покрытия передавалась в узлы ферм, и не возникал местный изгиб.

В арочных фермах изгибающие моменты от внеузлового загружения уменьшаются благодаря эксцентриситету продольной силы, вызывающему момент обратного знака. Поэтому в фермах этого типа панели верхнего яруса имеют большие размеры (4,5-6,0 м), а решетка более редка.

В арочных фермах изгибающие моменты от неузлового загружения уменьшается благодаря эксцентриситету продольной силы, вызывавшему момент обратного знака, Поэтому в фермах этого типа панели верхнего пояса имеют большие размеры (4,5-6,0 м), а решетка более редка.

Нижний пояс выполняется предварительно напряженным. Предварительно напряженными также могут быть растянутые (и сжатые) элементы решетки, в которых возникают большие растягивающие усилия.

Натяжение арматуры предварительно напряженных элементов может производиться на бетон и на упоры. Натяжение на бетон целесообразно применять в фермах большого пролета. При натяжении на бетон, в качестве арматуры применяют высокопрочную проволоку.

При натяжении арматуры на упоры применяется проволока периодического профиля класса S500, канаты класса S1400, стержневая арматура из стали класса А-IV.

Фермы проектируют из бетона классов С³⁰/₃₇...С³⁵/₄₅. В фермах с закладной решеткой могут применяться бетоны различных классов для поясов и решетки.

Для расчета ферм принимается схема шарнирной стержневой конструкции (за исключением безраскосных ферм).

Расчеты фермы начинаются с определения расчетных узловых нагрузок. К постоянным нагрузкам, действующим на ферму, относятся: нагрузка от веса покрытия (крупнопанельных плит, пароизоляции, утеплителя, выравнивающего слоя и водоизоляционного ковра); нагрузка от веса фонаря; собственный вес фермы. К временным длительным нагрузкам относятся нагрузки от подвесных технологических грузов.

Кратковременными нагрузками считаются: нагрузка от снега; нагрузка от подвесного транспорта; нагрузки, возникающие при монтаже и транспортировании. Снеговую нагрузку на 1 м² площади горизонтальной проекции покрытия следует определить по СНиП 2.01.07-85.

Нагрузка от технологических грузов и подвесного транспорта принимается по заданию на проект.

Как постоянные, так и временные нагрузки приводятся к сосредоточенным узловым нагрузкам.

В случае отсутствия фонаря диаграмму усилий рекомендуется строить от единичных узловых нагрузок, расположенных на одной половине пролета.

Определение расчетных усилий в стержнях фермы производится при расположении временной снеговой нагрузки на левой половине фермы, на правой половине фермы и на всем пролете. Запись усилий удобно производить в табличной форме.

Для покрытия здания с фонарями распределение снеговой на­грузки принимается в зависимости от типа фонаря в соответст­вии с указаниями СНиП 2.01.07-85.

При узловой передаче нагрузки верхний пояс рассчитывается как центрально сжатый элемент.

При внеузловом положении нагрузок в верхнем поясе возникнут изгибающие моменты от местного изгиба. В этом случае верхний пояс рассчитывается на внецентренное сжатие. При определении моментов верхний пояс рассматривается как неразрезная балка, опорами которой являются узлы фермы.

Изгибающие моменты могут быть определены с помощью таблиц дня расчета неразрезных балок. В арочных фермах необходимо учесть разгружающий момент от внецентренного приложения продольной силы.

Нижний пояс рассчитывается как предварительно напряженный центрально растянутый элемент. Площадь сечения предварительно напряженной арматуры определяется по наибольшему расчетному усилию в нижнем поясе.

Размеры поперечного сечения нижнего пояса диктуются условиями размещения проволок, прядей канатов или стержней.

В дальнейшем достаточность площади сечения нижнего пояса проверяется расчетом на трещиностойкость и на прочность при обжатии и монтаже.

В фермах с параллельными поясами при армировании высокопрочной арматурой, натягиваемой на упоры, нижний пояс относят ко второй, а при армировании стержневой арматурой – к третьей категории трещиностойкости.

Элементы решетки (раскосы и стойки) рассчитываются на сжатие или растяжение. При расчете сжатых элементов расчетная длина в плоскости фермы и из плоскости фермы принимается по /1,2/.

Форма поперечного сечения элементов фермы обычно принимается прямоугольной; ширину сечения всех элементов ферм, исходя из удобства изготовления ферм в горизонтальном положении, рекомендуется принимать одинаковой.

Ширину сечения поясов (нижнего и верхнего) при шаге ферм 6 м принимают равной 200-250 мм, а при шаге 12 м – 300-350 мм.

При расчете следует учитывать продольный изгиб. При этом расчетная длина на плоскости фермы принимается равной расстоянию между точками раскрепления, а в плоскости фермы – равной расстоянию между центрами узлов.

Элементы фермы следует армировать сварными каркасами из стержней периодического профиля из стали класса А-III. Сварные каркасы сжатых и растянутых элементов решетки предусматривают, как правило, не менее чем из четырех стержней.

Арматуру сжатых и растянутых элементов необходимо заводить в узлы на достаточное расстояние. Этот размер должен составлять для сжатых стержней не менее 15 d от грани вута, для растянутых стержней – не менее 30 d от грани вута в верхний пояс и не менее 35 d в нижний пояс. Для улучшения анкеровки растянутой арматуры принимают различные дополнительные меры: приварку поперечных стержней, продольных коротышей, изгиб арматурных каркасов, приварку шайб.

Узлы ферм имеют вуты, т.е. расширения, которые позволяют лучше разместить и заанкеровать арматуру. Узлы ферм армируются стержнями, окаймляющими вут, и хомутами в пределах вута. Правильнее выполнить эту арматуру не вязаной, а в виде сварных каркасов, соединенных между собой шпильками.

Арматура, окаймляющая вут, при усилии в раскосе до 30 т принимается диаметром не менее 12 мм, а поперечные стержни – диаметром не менее 6 мм, а при усилии до 100 т – соответственно не менее 16 мм и не менее 10 мм при шаге 100 мм.

Опорные узлы ферм обычно армируются сетками с наклонным или вертикальным расположением стержней, устанавливаемых с шагом 50-70 мм.

Перед конструированием полезно изучить армирование элементов и узлов ферм различных типов по выполненным проектам.

В верхнем поясе фермы должна быть предусмотрена установка специальных закладных деталей, к которым привариваются закладные детали панелей. Этим обеспечивается устойчивость верхнего пояса фермы. Числовой пример расчета фермы см. в /1,2,3,4/.

 

 

БАЛКИ ПОКРЫТИЙ

 

Балки покрытий могут быть пролетом 12 и 18 м, а в отдельных конструкциях – пролетом 24 м. Очертание балки принимается по заданию. Наиболее экономичное поперечное сечение балок покрытий – двутавровое со стенкой, толщина которой 60-100 мм устанавливается из условий удобства размещения арматурных каркасов, обеспечения прочности и трещиностойкости.

Высоту сечения балок в середине пролета принимают равной (1/10 - 1/15) L. Высоту сечения двускатной трапециевидной балки в середине пролета определяют уклон верхнего пояса 1:12 и типовой размер высоты сечения на опоре 800 мм (или 900 мм).

Ширину верхней полки балки для обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже принимает равной (1/50-1/60) L. Ширину нижней полки для удобного размещения продольной растянутой арматуры принимают равной 250-300 мм.

Двускатные балки выполняют из бетона класса С²⁵/₃₀…С³⁵/₄₅ и выше и армируют напрягаемой проволочной, стержневой и канатной арматурой. Стенку балки армируют сварными каркасами, продольные стержни в них являются монтажными, а поперечные – расчетными, обеспечивающими прочность балки по наклонным сечениям.

Определению усилий в сечениях балки предшествует отбор нагрузки. Балки покрытия рассчитывают как балки на двух опорах; нагрузки от плит передаются через ребра. При пяти и более сосредоточенных силах нагрузку заменяют эквивалентной равномерно распределенной. Для двускатной балки I = I /12 к высоте балки в середине пролета h = L:12 расчетным является сечение, расположенное на расстоянии X = 0,37 L от опо­ры (L – пролет балки). Если есть фонари, то расчетным может оказаться сечение под фонарной стойкой.

Продольную и поперечную арматуру определяют из расчета прочности по нормальным и наклонным сечениям. Затем выполня­ют расчет прочности и трещиностойкости на усилия, возникающие при изготовлении, транспортировании и монтаже.

Числовой пример расчета балки см. в приложении.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

к выполнению курсового проекта

 

 

Приложение 1

 

Значение коэффициента g_f для нагрузок

 

Эффект от воздействий	Частный коэффициент безопасности gf, при нагрузках
Постоянных Gk γG	переменных Qk, gQ
Одна из переменных нагрузок с нормативным значением	Остальные с их комбинационными значениями
Неблагоприятный	1,35	1,50	1,50
Благоприятный	1,00
Примечания: 1. Значения коэффициентов gf для веса оборудования принимать по СНиП 2.01.07. 2. Значения коэффициента gQ для крановых нагрузок принимать в зависимости от режима работы крана по СНиП 2.01.07, но не менее указанных в таблице А.2. 3. При определении расчётных значений постоянных нагрузок от собственного веса конструкций заводского изготовления при обеспеченной системе контроля качества допускается принимать gG = 1,15.

Приложение 2