Расчет прочности крайней колонны одноэтажной рамы промышленного здания
Нижегородский государственный
архитектурно-строительный университет
Институт открытого дистанционного образования
Курсовая работа
РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КРАЙНЕЙ КОЛОННЫ ОДНОЭТАЖНОЙ РАМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ В СБОРНОМ ЖЕЛЕЗОБЕТОНЕ
г. Нижний Новгород – 2010г
1. РАСЧЕТ КОЛОНН ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
1.1 Общие указания по расчету
Расчет железобетонных колонн поперечника одноэтажной рамы промышленного здания по несущей способности состоит из следующих этапов:
определения сечения продольной арматуры;
проверки прочности на усилия при съеме с опалубки, транспортировании и монтаже;
проверки прочности на внецентренное сжатие из плоскости рамы поперечника;
расчета подкрановых консолей.
1.2 Расчет крайней колонны
1.2.1 Расчёт продольной арматуры
Площадь продольной арматуры колонн определяется из расчета сечений их на внецентренное сжатие в плоскости рамы поперечника по наиболее невыгодным расчетным сочетаниям усилий:
maxM®N, min M®N, maxN®±M
При этом можно принимать симметричное и несимметричное армирование колонн. Несимметричное армирование применяют в крайних колоннах рам поперечника промышленных зданий, а также при большой разнице абсолютных значений положительных и отрицательных моментов в расчетных сечениях. При небольшой разнице этих моментов и в средних колоннах — всегда применяют симметричное армирование. Рабочую арматуру колонн при внецентренном сжатии принимают классов A400 или
А300 диаметром не менее 16 мм. Сечение I-I (подкрановая часть колонны) Размеры сечения:
Высота h = 500 мм, ширина b = 400 мм, a = a' = 50 мм, рабочая высота h0 = 500 – 50 = 450 мм. Бетон тяжелый класса В15, Rb = 8,5 мПа; Eb = 24,0*103 мПа. Продольная арматура класса А400, RS=RSC=355 мПа; поперечная - класса А240, ES=2Ч105 мПа.
2. Усилия. Наиболее невыгодные комбинации усилий:
а) из первых основных сочетаний без учёта крановой нагрузки:
М1 = +44,76 кНЧм и -45,83 кНЧм при N1 = 340,02 кН;
б) из вторых основных сочетаний - с учетом крановой нагрузки:
М2 = +89,32 кНЧм и -31,76 кНЧм при N2 = 741,67 кН.
Для данных комбинаций усилий принимаем симметричное армирование колонны и для расчета имеем следующие комбинации усилий:
а) первая комбинация усилий без учёта крановой нагрузки.
М1 = ±45,83 кНЧм; N1 = 340,02 кН;
б) вторая комбинация усилий с учетом крановой нагрузки:
М2 = ±89,32 кНЧм; N2 = 741,67 кН.
Для обеих комбинаций длительная часть усилий:
Mдл = Mпост = +1,25 кНЧм; Nдл = Nпост = 340,02 кН.
3. Расчетная длина и гибкость колонны
Расчетная длина подкрановой части колонны в плоскости поперечной рамы:
а) для первой комбинации усилий без учёта крановой нагрузки:
lон = 1,2 ґ HК=1,2ґ11,0 = 13,2 м;
(для однопролетных зданий без учета крана lон = 1,5ґ HК)
б) для второй комбинации усилий при учете крановой нагрузки:
lон = 1,5 ґ Hн = 1,5 ґ 6,9 = 10,35 м.
Гибкость колонны:
а) ; б) ,
следовательно, необходимо учитывать влияние прогиба колонны на величину эксцентриситета приложения продольных сил.
4. Определение эксцентриситетов приложения продольных сил
Величина случайного эксцентриситета:
Принимаем ; Принимаем;
Величина расчётного эксцентриситета:
;
Колонна является элементом статически неопределимой конструкции – поперечной рамы. Поэтому, согласно п.4.2.6 [3] принимаем величину эксцентриситета приложения продольных сил без учёта случайного эксцентриситета:
е01 = ест01 = 135 мм, е02 = ест02 = 120 мм.
5. Определение величин условных критических сил
Величину условной критической силы определяем по формуле (6.24):
где D – жесткость железобетонного элемента, определяемая для элементов прямоугольного сечения по формуле (3.89) [4]:
а) первая комбинация усилий:
Эксцентриситет приложения длительной части нагрузки:
Моменты внешних сил относительно растянутой арматуры сечения: - от действия всей нагрузки:
- от действия длительной части нагрузки
Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:
Суммарный коэффициент армирования для арматуры и принимаем равным 0,005, исходя из
при гибкости
(табл. 5.2).
Отношение модулей упругости материалов:
Жёсткость колонны:
Условная критическая сила:
б) вторая комбинация усилий:
Моменты внешних сил относительно растянутой арматуры сечения:
от действия всей нагрузки:
от действия длительной части нагрузки
Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:
Суммарный коэффициент армирования принимаем равным 0,004, при гибкости
(табл. 5.2 [4]).
Жёсткость колонны:
Условная критическая сила:
6. Учет влияния прогиба и определение величин эксцентриситетов «е»
Влияние прогиба колонны на величину эксцентриситета приложения продольного усилия учитываем путем умножения величины на коэффициент, определяемый по формуле 6.23:
(2)
а) первая комбинация усилий:
Эксцентриситет приложения продольной силы относительно растянутой арматуры :
б) вторая комбинация усилий:
7. Определение площади сечения арматуры
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:
,
где:
а) первая комбинация усилий:
Определяем параметры d, am и an :
Т.к. , площадь сечения симметричной арматуры определяем по формуле:
Принимаем
.
б) вторая комбинация усилий:
Т.к. , то:
Принимаем
По конструктивным требованиям в колоннах при b(h) і 250мм диаметр продольных стержней должен быть не менее 16мм (п.5.17 [4].
Тогда
Арматуру подбираем по большей из трёх площадей, полученных при расчёте:
Назначаем с каждой стороны сечения
A400 с
Сечение II-II (надкрановая часть колонны).
1. Размеры сечения
Размеры сечения:
Бетон тяжелый
класса B15,
арматура класса
A400 (та же, что
в
сечении I-I).
2. Усилия
Невыгодные комбинации расчетных усилий выбираем из вторых основных сочетаний–с учетом крановой нагрузки:
Для данных комбинаций усилий принимаем для надкрановой части колонны несимметричное армирование и для расчёта имеем следующие комбинации усилий.
а) М1 = +89,51 кН*м; N1 = 257,23 кН;
б) M2 = +86,51 кН*м; N2 = 368,04 кН.
В том числе длительная часть нагрузки:
3. Расчетная длина и гибкость колонны
При учёте в расчёте крановой нагрузки:
Без учёта крановой нагрузки:
Гибкость:
Следовательно необходимо учитывать влияние прогиба на величину эксцентриситета продольных сил.
4. Определение эксцентриситетов продольных сил
Величина случайного эксцентриситета продольных сил:
Принимаем
Величина расчётного эксцентриситета:
;
;
Т.к. поперечная рама – статически неопределимая конструкция при определении эксцентриситета приложения продольных сил не учитываем величину случайного эксцентриситета (п.4.2.6 [3]):
е01 = ест01 = 348 мм, е02 = ест02 = 235 мм.
5. Определение величин условных критических сил
а) первая комбинация усилий:
Эксцентриситет приложения длительной части нагрузки:
Моменты внешних сил относительно растянутой арматуры сечения:
- от действия всей нагрузки:
- от действия длительной части нагрузки
Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:
Суммарный коэффициент армирования =0,004, исходя из
при гибкости (табл. 5.2).
Жёсткость колонны:
Условная критическая сила:
б) вторая комбинация усилий:
Эксцентриситет приложения длительной части нагрузки:
Моменты внешних сил относительно растянутой арматуры сечения:
- от действия всей нагрузки:
- от действия длительной части нагрузки
Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента:
Жёсткость колонны:
Условная критическая сила:
6. Учет влияния прогиба и определение величин эксцентриситетов «е»
а) первая комбинация усилий:
Эксцентриситет приложения продольной силы относительно растянутой арматуры :
б) вторая комбинация усилий:
7. Определение площади сечения арматуры
Если
то формулах для расчёта арматуры вместо подставляют 0,4, а вместо - 0,55.
а) первая комбинация усилий:
Площадь сечения сжатой арматуры:
Принимаем
Так как принятая площадь сечения сжатой арматуры
значительно превышает её значения, вычисленное по формуле:
то площадь сечения растянутой арматуры определяем по формуле (3.107 [4]):
б) вторая комбинация усилий: