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: