Определение габаритов колонны. Расчет поперечной рамы. Построение расчетной схемы и сбор нагрузок

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. Исходные данные.. 4

1.      Определение габаритов колонны... 5

2.      Расчет поперечной рамы... 6

2.1.     Построение расчетной схемы и сбор нагрузок. 6

2.2.     Статический расчет рамы.. 12

2.3.     Расчетные усилия в левой стойке рамы.. 14

2.4.     Расчетные усилия в левой стойке рамы.. 15

3.      Расчет колонны... 16

3.1.     Расчет сечения 3-3 (на уровне верха консоли). 16

3.2.     Сечение 1-1 в заделке колонны.. 20

3.3.     Проверяем необходимость расчета подкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной к плоскости изгиба. 24

3.4.     Расчёт промежуточной распорки. 25

3.5.     Расчет верхней распорки. 26

3.6.     Расчет прочности по наклонному сечению на действие поперечной силы.. 27

3.7.     Конструирование надкрановой части колонны.. 28

· Конструирование верхней распорки. 29

· Конструирование рядовой распорки. 29

4.      Расчет ж.б. сегментной стропильной фермы... 30

· Расчетные характеристики материалов. 30

4.1.     Определение нагрузок и усилий в элементах фермы.. 30

· Усилия в элементах фермы (нормативные нагрузки). 32

· Опорные реакции. 32

· Усилия в элементах фермы (расчетные нагрузки). 33

· Опорные реакции. 33

4.2.     Расчет нижнего пояса фермы.. 33

4.3.     Расчет верхнего пояса фермы.. 37

4.4.     Расчет растянутого раскоса фермы.. 39

4.5.     Расчет сжатого раскоса фермы.. 40

4.6.     Расчет опорного узла фермы.. 41

4.7.     Расчет промежуточных узлов. 43

5.      Расчет фундаментов под колонну.. 45

5.1.     Расчет арматуры по подошве фундамента. 47

5.2.     Расчет стаканной части фундамента. 49

6.      Библиографический список.. 51

7. Приложение А.. 52

Усилия в элементах фермы.. 53

8. Приложение Б. Графическая часть.. 54

·        ГМ-1. Ферма стропильная ФС-1. Узлы 1-7. Сечения 1-1 - 12-12. Каркасы пространственные КП-1-КП-7. Каркасы плоские КР-1-КР-5. Сетки арматурные С-1-С-3. 55

·        ГМ-2. План здания. Колонна К-2. Узлы 1-2. Сечения 1-1 - 12-12. Сетки арматурные С-1-С-3. Ведомость деталей. 56

Введение. Исходные данные

Исходные данные:

Требуется рассчитать и законструировать ж.б. каркас одноэтажного промышленного здания. Стеновое ограждение - панели навесные керамзитобетонные, ферма сегментная раскосная, кровля рулонная.

1.  Определение габаритов колонны

Кран с Q = 20 т имеет следующие характеристики:

·  пролет 22.5м;

·  нагрузка на колесо 260 кН;

·  масса крана  35 т;

·  масса тележки 8,7 т;

·  высота крана Нк = 2750 мм.

Для данного типа крана принимаем подкрановый рельс марки КР100 (ГОСТ 4121-76); hр=150 мм, высота подкрановой балки Нп.б.=1200 мм.

Нв=Нп.б+hр+Нк+d1=1200+150+2750+100 = 4200 мм.

Нн=Нг.р.-Нп.б – h р +150=11550 – 1200 – 150+150 = 10350 мм.

Высота до низа ригел  Нн.р =14400 мм.

Привязку осей А и Б принимаем 250 (а=250).

Принимаем двухветвевую колонну.

Колонна имеет сечение 1300х500 мм исходя из конструктивных решений.

Глубина заделки колонны в стакане фундамента определяется из условий:

Нст=0.5+0.33hi=0.5+0.33*1.3 = 0,929 м

Hан=1.5b=1.5×0.5=0,75

Принимаю глубину заделки колонны в фундамент 0,95 м.

2.  Расчет поперечной рамы

2.1.  Построение расчетной схемы и сбор нагрузок

1) Подсчет нагрузки от покрытия и балки.

Собственная масса плиты покрытия 7,4 т, масса одного слоя рубероида на мастике 5 кг/м2.

·  Три слоя рубероида на мастике

·  Цементная стяжка d = 20 мм

·  Пенобетон d = 200 мм, g = 500 кг/м3

·  Пароизоляция – слой рубероида

·  Ж.б. плита

Нагрузки от покрытия:

·  от ковра                          3×0.05×1.2×1=0,18 кН/м2

·  от стяжки                        1×0.02×22×1.3×1=0,572 кН/м2

·  от утеплителя                 1×0.2×5×1.2×1=1,2 кгс/м2

·  от пароизоляции             1×0.05×1.2×1=0,06 кгс/м2

o  Итого: 2,012 кН/м2

2) Нагрузка на колонну G1.

·  от покрытия                   2.012×12×12=289,728 кН

·  от ж.б.плит                     74×1.1×4×1=325,6 кН

·  от строп. фермы             149×1.1×1/2=81,95 кН

o  Итого: 697.278 кН

G1 = 697,278/12 = 58,106 кН/м

3) Подсчет нагрузок от собственной массы стеновых и оконных панелей.

Панели керамзитобетонные, d = 300 мм, g = 1000 кг/м3

·  нагрузка от стены на отметке +10.200            G2=1*1.2*3*3*12 = 129,.6 кН

·  нагрузка от стены на отметке +13.200            G3=1*1.2*3*3*12 = 129,6 кН

4) Подсчет собственной массы верхней и нижней частей колонны.

     верхняя часть:                      нижняя часть:

V = 0.6×0.5×4.2 =1,26 м3          V = 0.5×(10.35×1.3-2.0×0.8×3-2.2×0.8) = 3,4475 м3

m =1.26×25=31,5 кН                  m = 3.4475×25 =86,188 кН

G4 = 31.5×1.1×1 = 34,65 кН      G5 = 86.188×1.1×1 = 94,807 кН

5) Подсчет нагрузок от подкрановой балки и рельса.

F3 = Vп.б.*r*gf*gn+g_рельса*B*gf*gn = 102.5*1.1*1+ 0.8896*12*1.05*1 = 123,959 кН

6) Подсчет нагрузок от кранов на поперечную раму.

В здании два крана грузоподъемностью 20 т каждый, пролет крана 22.5 м, максимальное давление колеса крана 260 кН, масса тележки 8.7 т, масса крана 35 т.

Минимальное давление крана:

, где

Q - грузоподъемность крана;

Qm - масса моста;

Gт - масса тележки;

no – число колес на одной стороне.

Горизонтальное давление колеса крана:

, где

k – коэффициент перехода, равный 0.05

          5700                                                                                                   6900

Y1=1;   Y2=0.9;   Y3=0.475;   Y4=0.575         ∑Y=2.95

Вертикальная крановая нагрузка на колонну:

+F, где

gf =1.2;  y =0.85 – коэффициент сочетания 2-х кранов.

Горизонтальная поперечная крановая нагрузка:

7) Подсчет снеговой нагрузки.

Высота фермы на опоре 880 мм, высота в коньке 3200 мм.

f = 3200+450-880-450=2170

           принимаем  µ=1

г. Пермь относится к  V снеговому району, Sg=1.8 кПа

Снеговая нагрузка на колонну:            Vсн=Sg×m×B×gn=1.8*1*12*1=21,6 кН/м

8) Подсчет ветровой нагрузки на поперечную раму.

, где

Wo – нормативное ветровое давление;

се – аэродинамический коэффициент;

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

B – шаг поперечных рам.

Коэффициент k для типа местности В:

·  до высоты 5 м              k = 0.5

·  на высоте 10 м             k = 0.65

·  на высоте 20 м             k = 0.85

·  на высоте 14,4 м          k = 0.738

·  на высоте 16,2 м          k = 0.774

Подсчет первичных расчетных нагрузок:

Подсчет приведенных расчетных нагрузок:

Эквивалентную распределенную нагрузку находим из условия равенства моментов в сечении 1-1.

9) Подсчет эксцентриситетов приложения нагрузок.

·  Эксцентриситет смещения осей верхней и нижней части колонны:

Е1 = 0,5×(hн - hв) = 0,5×(1,3 - 0,6) = 0,35 м.

·  Эксцентриситет опорного узла стропильной фермы:

E2 =  0,1 м.

·  Эксцентриситет давления крана:

E3 =  0,75 + 0.2 - (1.3/2) = 0,35 м.

Учет пространственной работы.

Учёт пространственной работы осуществляется введением реактивного отпора RM при действии Dmax и Dmin, а также реактивного отпора RT, при расчёте на горизонтальную тормозную силу.

где

; 

2.2.  Статический расчет рамы

Статический расчёт рамы выполняем на ЭВМ. Данные для расчета представлены на рис. Соотношение жестокостей элементов рамы Iн/Iв/Ip=1/0,14/3.

M

Q

N

2.3.  Расчетные усилия в левой стойке рамы

2.4.         Расчетные усилия в левой стойке рамы

3.  Расчет колонны

Исходные данные.

Бетон тяжелый класса В20, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении, Бетон тяжелый класса В20:

.

Арматура класса А 400, d>10 мм, Rs=Rsc=355 МПа, Еs=2×105 МПа.

3.1.  Расчет сечения 3-3 (на уровне верха консоли)

Сечение колонны b x h =500 x 600 мм при а=а'=4 см. Полезная высота сечения ho=h-a=56 см.

Первая комбинации усилий:

М=-219,7 кН*м, N=-1162,8 кН (нагрузки 1,2,5 ® lo = 2.5Hв, gb2=1,1).

Усилия от продолжительного действия нагрузок: Мl = -142,8 кНм, Nl = -943,9 кН.

Расчет по комбинации усилий

             следовательно, расчет ведем с учетом гибкости элемента.

Условная критическая сила:

Момент инерции бетонного сечения:

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

Т.к. в соответствии с п.3.6 [1] , принимаем

Приведенный момент инерции сечения арматуры относительно центра тяжести бетонного сечения:

При условии, что As=As*:

Относительная высота сжатой зоны:

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны:

, где

Имеем случай .

Из конструктивных соображений

Предварительно принимаем 3Æ16 A 400 c As=6.03 см2. 

Вторая комбинации усилий:

М=-195,4 кНм, N=-1187,1 кН (нагрузки 1,2 ® lo = 2.5Hв, gb2=0.9)

Усилия от продолжительного действия нагрузок: Мl = -142,8 кНм, Nl = -943,9 кН

             следовательно, расчет ведем с учетом гибкости элемента.

Условная критическая сила:

Момент инерции бетонного сечения:

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

Т.к. в соответствии с п.3.6 [1] , принимаем

Приведенный момент инерции сечения арматуры относительно центра тяжести бетонного сечения:

При условии, что As=As*:

Относительная высота сжатой зоны:

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны:

, где

Имеем случай .

Из конструктивных соображений  

Предварительно принимаем 3Æ16 А 400 c As=6.03 см2.

Расчет данного сечения в плоскости, перпендикулярной к плоскости изгиба не производим, т.к.                           , где

Проверка сечения на прочность:

3.2.  Сечение 1-1 в заделке колонны

Высота всего сечения двухветвевой колонны 130 см. Сечение 1 ветви ; ; расстояние между осями ветвей ; расстояние между осями распорок при четырех панелях ; высота сечения распорки 40 см

Первая комбинация:

; ;

Усилия от продолжительного действия нагрузки:

Расчетная длина подкранововой части колонны при учёте нагрузки от крана:

Приведённый радиус инерции 2-хветвевой колонны в плоскости изгиба определяем по формуле:

Приведённая гибкость сечения  - необходимо учесть влияние продольного прогиба. Вычисляем:

; ; ;

;

Задаемся коэффициентом армирования ;

Коэффициент

Определяем усилия в ветвях колонны по формуле:

 Þ

Вычисляем ;

Величина случайного эксцентриситета:

Расстояние . Подбор сечений арматуры:

-[2] табл. 18

, где

, где

Принимаем 3Æ12 А 400 c As=3,39 см2. 

Вторая комбинация:

; ;

Усилия от продолжительного действия нагрузки:

Расчетная длина подкранововой части колонны при учёте нагрузки