Несущие конструкции одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами среднего режима работы (в doc-е вставка CorelDraw11)

1. Определение нагрузок на ферму.

При определении нагрузок на ферму принимается во внимание, что расстояние между узлами по верхнему поясу (панель фермы) составляет 3м. Плиты покрытия имеют ширину 3м., что обеспечивает передачу нагрузки от ребер плиты в узлы верхнего пояса и исключает влияние местного изгиба. Рассматриваем загружение фермы постоянной нагрузкой и снеговой в 2-х вариантах: 1) снеговая нагрузка с пониженным нормативным значением по всему пролету фермы длительно действующая (для III снегового района понижающий коэффициент0,3). Вес фермы 180кН учитывают в виде сосредоточенных грузов, прикладываемых к узлам верхнего пояса.

Нагрузки на покрытие.

Узловые расчетные нагрузки по верхнему поясу фермы, кН:постоянная F1=g*a*b*n = 3,908*12*3*0,95=133,65; кратковременная (полная) снеговая F2 = 1,68*1,2*3*0,95 = 57,46; длительная снеговая

F3 = 0,504*12*3*0,95 = 17,24

Узловые нормативные нагрузки соответственно, кН:

Fn1 = 3,417*12*3*0,95 = 116,86; Fn2 = 1,2*12*3*0,95 = 41,04;

Fn3 = 0,36*12*3*0,95 = 12,31.

Определение усилий в элементах фермы.

Железобетонная ферма с жесткими узлами представляет собой статически неопределимую систему. На основании опыта проектирования и эксплуатации установлено, что продольные усилия в элементах пояса и решетки слабо зависит от жесткости узлов. Изгибающие моменты, возникающие в жестких узлах, несколько снижают трещиностойкость в элементах фермы, что учитывается в расчетах трещиностойкости путем введения опытного коэффициента

i = 1,15. Усилия в элементах фермы от единичных загружений сведены в таблице; знаки усилий « + » при растяжении, « - » при сжатии.

Усилия от нагрузок получают умножением единичных усилий на значения узловых нагрузок Fi. Эти усилия определяют от нормативных и расчетных значений постоянной и снеговой нагрузок.

Усилия в элементах фермы от единичных нагрузок.

Расчет сечений элементов фермы.

1.Верхний сжатый пояс.

Расчет верхнего пояса ведем по наибольшему усилию (элемент В6)

N = 2427 кН, в том числе N = 1916 кН. Ширину верхнего пояса принимают из условия опирания плит покрытия пролетом 12м – 300мм. Определяют ориентировачно требуемую площадь сечения верхнего сжатого пояса:

А = N = 2427100 = 920,75 смІ

0,8(Rb + 0,03Rsс) 0,8(22(100)+0,03*365(100))

Назначают размеры сечения верхнего пояса b х h = 30 х 35 см с

А =1050 смІ  920,75 смІ.

Случайный начальный эксцентриситет еa  1 = 300 = 0,5см;

600.  600

где 1 = 300см – расстояние между узлами фермы; еa  h = 35 = 1,17см;

30. 30

еa  1 см. При еa  1/8 h = 35/8 = 4,37 см; l0 = 0,9l = 270 см.

Наибольшая гибкость сечения равна l0 / h = 270 / 35 = 7,71  4.

Необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Условная критическая сила

Ncr = 6,4 Eb  J  0,11 + 0,1  + Js  =

l0І  е  0,1+  

6,4*32500(100) 107187,5 0,11 + 0,1  + 6,154*4068  = 24100000Н

270І  0,79  0,1+0,225  

=24100кН, где J = b*hі = 30 * 35і = 107187,5 см4;

12 12

е = 1 + β * М1L / М1 = 1 + 1 * 258,66 / 327,65 = 0,79, β=1(тяжелый бетон)

М1L = МL + NL (h0 – а) / 2 = 0 + 1916 (0,31 – 0,04) / 2 = 258,66кН*м;

М1 = 0 + 2427 (0,31 -0,04) / 2 = 327,65 кН*м;

е = l0 / h = 1,17 / 35 = 0,03; е,min = 0,5 – 0,01* (270 / 35) – 0,01*0,9*22 = = 0,225; е < е,min принимают е = 0,225.

 = Еs / Еb = 2000000 / 32500 = 6,154; при µ = 0,024 (первое приближение ) Js = µ*b*h0 (0,5h – a)І = 0,024 * 30 * 31 (0,5*35-4)І = 4068 см4

Коэффициент  = 1 / (1- N / Ncr) = 1/ (1-2427 / 24100) = 1,11

е = е *  + 0,5 h – а = 1,17*1,11+0,5*35 - 4 = 14,8 см.

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона при

b2 = 0,9

R = 0,6916 / 1 + 365  1 – 0,6916   = 0,544

 500  1,1  

 = 0,85 – 0,008 * b2 – Rb = 0,85 – 0,008 * 0,9 * 22 = 0,6916;

s1 = Rs = 365 МПа

n = N = 2427(100) = 1,318 > R = 0,544

Rb*b*h0 0,9*22*100*30*31

 = а / h = 4 / 36 = 0,13

s = 1,318 (14,8 / 31 – 1 + 1,318 / 2) =0,207

1 – 0,13

 = 1,308 (1 – 0,544) + 2 * 0,207 * 0,544 = 0,948 > R = 0,544

1 – 0,544 + 2 * 0,207

армирование принимают симметричное

Аs = Аs = 2427(1000)*14,8/36 – (0,948/1,318) (1 – 0,948/2) = 7,49 смІ

365(100) (1 – 0,13)

коэффициент армирования µ = (Аs + Аs) = 2*7,49 = 0,016

b*h0 30*31

что не значительно отличается от принятого ранее значение. Из конструктивных соображений принимаем: 6 18 А-III с Аs = 15,27смІ.

Расчет сечения пояса из плоскости фермы не делают, так как все узлы фермы раскреплены.

Нижний растянутый пояс.

Расчет прочности выполняется на расчетное усилие для панели Н3.

Nn = 1950,1 кН; N = 1595,25 кН – от постоянной и длительной нагрузок, расчетное значение от постоянной и полной снеговой нагрузок N=2360,2кН.

Определяют площадь сечения растянутой напрягаемой арматуры:

Аsp = N = 2360200 = 19 смІ,

sb * Rs 1,15*1080(100)

принимают 16 канатов 15 класса К-7, А = 22,656 смІ (из условий трещиностойкости), сечение нижнего пояса 30х35см. Напрягаемая арматура отклонена хомутами. Продольная арматура каркасов из стали класса А-III (6 10 А-III с Аs = 4,71 смІ). Суммарный процент армирования, µ = (Аs + Аs) = 22,656*4,71 * 100% = 2,606%

b*h0 30*35

Приведенная площадь сечения

Аred = А + ΣА = 30*35 + 22,656*5,54 + 4,71*6,15 = 1204 смІ,

где 1= Еs / Еb = 180000 /32500 = 5,54; 2 = 200000 / 32500 = 6,15 (для арматуры класса А-III).

Расчет нижнего пояса на трещиностойкость.

Элемент относится к 3-й категории. Принимают механический способ натяжения арматуры. Значение предварительного напряжения в арматере sр при р = 0,05sр назначают из условия sр + р ≤ As,ser;

sр + 0,05sр ≤ 1295 МПа; sр 1295 / 1,05 = 1233,3 МПа. Принято sр=1200МПа.

Определяют потери предварительного напряжения в арматуре при sр=1. Первые потери:

от релаксации напряжений в арматуре

1=[0,22 (sр /Rs,ser) – 0,1] sр = [0,22(1200 / 1295) – 0,1]1200 = 124,6 МПа;

от разности температур напрягаемой арматуры и натяжных устройств (при Δt = 65˚С)

2= 1,25* Δt = 1,25 * 65 = 81,25 МПа;

от деформации анкеров

3= Еb * / ι = 180000*0,35 / 2500 = 25,2 МПа;

где Δι = 1,25 + 0,15d = 1,25 + 0,15 * 1,5 = 3,5 мм;

от быстронатекающей ползучести бетона при bp / Rbp = 18,23 / 28 = 0,65 <  = 0,75

6= 40 * 0,85 * bp / Rbp = 40 * 0,85 *0,65 = 22,1 МПа,

где bp = Р1 / Аred = 2195,3 (1000) / 1204 = 1823,3 Н/смІ = 18,23 МПа;

Р1= As (sр - 1 - 2 - 3 ) = 22,656 (1200 – 124,6 – 81,25 – 25,2) (100) = =2195,3 кН; 0,85 – коэффициент, учитывающий тепловую обработку.

Первые потери составляют cos1 = 1 + 2 + 3 + 6 = 124,6 + 81,25 + 25,2 + 22,1 = 253,15 МПа

Вторые потери:

от усадки бетона класса В40, подвергнутого тепловой обработке, 8=40МПа;

от ползучести бетона при bp / Rbp = 0,65 < 0,75 9 = 150bp / Rbp = 150*0,85*0,65 = 82,88 МПа; где bp = 2145,2(100) / 1204 = 178,17 Н/см² = 17,82 МПа Р1=22,656 (1200-253,15) (100) = 2145,2 кН,  = 0,85 – для бетона, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении.

Вторые потери составляют cos2 = 8 + 9 = 40 + 82,88 = 122,88 МПа.

Полные потери cos =  cos1 +  cos2 = 253,15 + 122,88 = 376,03 МПа

Расчетный разброс напряжений при механическом способе натяжение принимают равным

Δγsp = 0,5 Р 1 + 1 =0,5 0,05 sp 1 + 1 = 0,0309

sp  Пр sp  18

Здесь р = 0,05*sp, Пр = 18шт (18 15 К-7). Так как Δγsp = 0,0309 < 0,1, окончательно принимаем Δγsp = 0,1.

Сила обжатия при γsp = 1 - Δγsp = 1-0,1 = 0,9; Р = Аsp (sp - cos)* γsp – (6 + 8 + 9)*Аs1 = 22,656 (1200 – 376,03 )* 0,9 – (22,1 + 40 + 82,88)* 4,71 = 16118 МПа*смІ = 1611,8 кН.

Усилие, воспринимаемое сечением при образовании трещин;

Ncrc = [Rbt,ser (A + 2αAsp) + P] = 0,85 [2,1(10^-1)*(105 + 2*5,54*22,656) + 1611,8] = 1433 кН, где γi = 0,85 – коэффициент, учитывающий снижение трещиностойкости вследствие жесткости узлов фермы.

Так как Ncrc = 1433 кН < 1950,1 кН = Nп – условие трещиностойкости сечения не соблюдается, то необходим расчет по раскрытию трещин.

Расчет по раскрытию трещин.

Проверяем ширину раскрытия трещин с коэффициентом, учитывающим влияние жесткости узлов γi = 1,15 от суммарного действия постоянной нагрузки и кратковременного действия полной снеговой нагрузки. Приращение напряжения в растянутой арматуре от полной нагрузке:

s = Nп – Р = 1950,1 – 1798,5 = 6,7 кН/смІ = 67 МПа,

Asp 22,656

Р = γsp* [(sp - cos)* Asp - (6 + 8 + 9)*Аs] =

= 1*[(1200 – 376,03)*22,656 – (22,1 + 40 + 82,88)*4,71]*(100) = 1798500Н = 1798,5 кН.

Приращение напряжения в растянутой арматуре от постоянной и длительной нагрузки.

si = 1595,25 – 1798,5  0, следовательно, трещины от действия

9,91

постоянной и длительной нагрузки не возникают (Nп1 = 1595,25 кН).

Ширина раскрытия трещин от кратковременного действия полной нагрузки: аcrc1 = γi *20*(3,5 – 100*)**l**s *³d =