Разработка архитектурно-конструктивного проекта станции нейтрализации промышленных стоков (стр. 10 из 16)

Подвесное подъемно-транспортное оборудование отсутствует.

П.2.3.2 Нагрузки

А. Постоянная нагрузка.

Нагрузка от собственного веса конструкции покрытия подсчитывается в табл. «Нагрузки от 1 м² покрытия».

Собственный вес фермы 4фБС-11IV пролетом 24 м 142 кН. Расчетная погонная нагрузка с αf =1,1:

q_ф =1,1 ∙ 142/24 = 6,5 кН/м

Б. Временная снеговая нагрузка.

Расчетная снеговая нагрузка для г. Арзамас: S_ч = 1,8 кН/м²

Нормативная нагрузка: S_o = S_ч ∙ 0,7 = 1,8 ∙0,7 = 1,26 кН/м²

α_f = 1,4 – коэффициент надежности по нагрузке;

µ = 1,0 – коэффициент перехода отвеса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие;

тогда: Р_сн = α_f ∙ S_o ∙ µ = 1,4 ∙ 1,26 ∙ 1,0 = 1,764 кН/м².

П.2.3.3 Расчетная схема фермы

Конечные элементы при опорных участках приняты условно высотой h=880 мм, равной высоте опорной части фермы. Ширина всех элементов в=280мм. Нижний пояс высотой h = 340 мм, верхний пояс h = 300 мм. Стойки h = 300 мм с «вутами», которые заменяются на жесткие вставки е = 300 мм.

Рис. П.2.9. Расчетная схема фермы

1…26 – номера узлов 1…37 – конечные элементы

П.2.3.4 Схемы загружений фермы

Первая схема.

Ферма загружается постоянной нагрузкой, которая передается от покрытия через ребра плит в узлы верхнего пояса. В тех же узлах условно прикладывается и нагрузка от собственного веса фермы.

Сосредоточенные узловые силы:

Р_i = α_n(q ∙e_s + q_ф) ∙ в,

где i– номера дров;

α_n = 0,95 – коэффициент надежности по назначению;

e_s и в – соответственно шаг ферм и ширина панели (м).

Р₁₃ = Р₁₅ = Р₁₇ = Р₁₉ = Р₂₁ = Р₂₃ = Р₂₅ =

= 0,95 (5,05 ∙ 6 + 6,5) ∙3,0 = 104,88 кН (10,49 тс).

Рис. П.2.10. Загружение фермы постоянной нагрузкой (1 схема).

Вторая схема. Равномерная снеговая нагрузка на левой половине фермы.

Р₁₃ = Р₁₅ = Р₁₇ = α_n∙ α_f∙ S_o ∙ µ ∙ e_s ∙ в = 0,95 ∙ 1,4 ∙ 1,26 ∙1,0 ∙ 6,0 ∙ 3,0 = 30,16 кН (3,02 т.с.).

Р₁₉ = 0,5; Р₁₇ = 0,5 ∙ 30,16 = 15,08 кН (1,51 т.с.)

Третья схема.

Равномерная снеговая нагрузка на правой половине фермы.

Р₁₉ = 15,08 кН; Р₂₁ = Р₂₃ = Р₂₅ = 30,16 кН

Рис. П.2.11. Вторая (А) и третья (Б) схемы загружений.

Четвертая схема. Треугольная снеговая нагрузка слева.

Р₁₃ = 0,95 ∙ 1,4 ∙ 1,26 ∙ 1,5 ∙ 6,0 ∙ 3,0 = 45,25 кН = 4,53 т.с.;

Р₁₅ = 0,95 ∙ 1,4 ∙ 1,26 ∙ 1∙ 6,0 ∙ 3,0 = 30,16 кН = 3,02 т.с.;

Р₁₇ = 0,95 ∙ 1,4 ∙ 1,26 ∙ 0,5∙ 6,0 ∙ 3,0 = 15,0,8 кН = 1,51 т.с.;

Р₁₉ = 0,95 ∙ 1,4 ∙ 1,26 ∙( 0,5∙ 0,26) ∙ 6,0 ∙ 3,0/2 = 3,77/2 кН = 0,377/2 т.с. =

= 0,19 т.с.

Пятая схема. Треугольная снеговая нагрузка справа.

Р₁₉ = 1,9 кН = 0,19 т.с.; Р₂₁ = 15,08 кН = 1,51 т.с.;

Р₂₃ = 30,16 кН = 3,02 т.с.; Р₂₅ = 45,25 кН = 4,53 т.с.

Рис. П.2.12. Четвертая (А) и пятая (Б) схемы загружений.

П. 2.3.5 Расчет нижнего пояса

Согласно расчёту на ЭВМ, приведённого в таблице усилий и напряжений элементов, наиболее неблагоприятные усилия действуют в элементе 2, сечении 1. Эти усилия возникают от действия первого (постоянная нагрузка), третьего (снег справа) и четвёртого (треуг. снег слева) вариантов загружений одновременно.

Вид нагрузки	N, TC	M, TC∙M	N, kH	M, kH
1. Постоянная	86,15	4,60	844,27	45,08
2. Снег слева	15,46	0,25	151,51	2,45
3. Снег справа	6,39	0,16	62,62	1,57
4. Треуг. снег слева	14,52	0,34	142,30	3,33
5. Треуг. снег справа	4,15	0,10	40,67	0,98

Перевод усилий: 1_ТС = 9,8кН; 1_ТС∙_М = 9,8кН∙м.

MaxN = 844, 27 + 62, 62 + 142, 3 = 1049, 19 kH;

MaxM = 45, 08 + 1, 57 + 3, 33 = 49, 98 kH∙м.

Усилие от нормативных нагрузок:

а). От постоянной и полной снеговой

N = 844, 27 / 1, 15 + (62, 62 + 142, 3) / 1, 4 = 880, 52 kH;

M = 45, 08 / 1, 15 + (1, 57 + 3, 33) / 1, 4 = 42, 7 kH∙м;

б). От постоянной и длительной части снеговой

Nnl = 844, 27 / 1, 15 + (62, 62 + 142, 3) ∙ 0, 3 /1, 4 = 778, 06 kH;

Mnl = 45, 08 / 1, 15 + (1, 57 + 3, 33) ∙ 0, 3 / 1, 4 = 40, 25 kH∙м,

где 1,15 и 1,4 – коэффициенты надёжности по нагрузке, соответственно для постоянной и снеговой;

0,3 – коэффициент длительности снеговой нагрузки для ІІІ снегового района.

Расчёт прочности.

Исходные данные: размеры сечения b = 280 мм; h = 340 мм; a = a' = 50 мм; бетон тяжёлый класса В40 (R_bn = 29 мПа, R_bn,l = 2, 1 мПа, E_b = 32, 5 * 10³ мПа), подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении. Продольная напрягаемая арматура класса А-ІV (R_s = 510 мПа, R_sn = 590 мПа, E_s = 19 * 10⁴ мПа). Натяжение арматуры осуществляется механическим способом на упоры стенда.

Эксцентриситет продольного усилия относительно центра тяжести сечения:

е_o = M / N =

= 48 мм;

е' = е_o + h/2 - a' = 48 + 340/2 – 50 = 168 мм;

h_o = h – a = 340 - 50 = 290 мм.

По длине нижнего пояса изгибающий момент меняет знак, поэтому армирование принимается симметричным.

Т. к. h – a' = 290 - 50 = 240 мм > е' = 168 мм, площадь сечения арматуры определяем по формуле:

A_sp = A_sp' =

= = 1200, 05 мм²,

где j_sb = η = 1, 2 – коэффициент условий работы арматуры класса А-ІV.

Принимаем (4 ø25 + 2 ø22) А-ІV с A_sp,tot = 2723 мм², что больше

A_sp = 1200, 05 * 2 = 2400, 1 мм² (+11, 9%).

Рис. п.2.12. Схема расположения арматуры в нижнем поясе фермы.

Проверим прочность нижнего пояса с учётом фактического расположения арматуры из условия:

N ∙ e₁ ≤ j_sb ∙ R_s ∙S_sp,

где e₁ = e_о + h/2 - a' = 48 + 340/2 -50 = 168 мм – расстояние от силы N до оси, перпендикулярной направлению эксцентриситета и проходящей через центр тяжести наименее растянутого ряда арматуры;

S_sp – статический момент площади сечения всей напрягаемой арматуры относительной той же оси.

S_sp = A_sp,tot ∙ (h/2 - a') = 2723 ∙ (340/2 -50) =326760 мм³.

j_sb ∙ R_s ∙S_sp = 1, 2 ∙ 510 ∙ 326760 = 199, 98 ∙ 10⁶ Н ∙ мм > N ∙ e₁ =

= 1049, 19 ∙ 103 ∙ 168 = 176, 26 ∙10⁶ Н ∙ мм.

Прочность сечения обеспечена.

П. 2.3.6 Расчёт верхнего пояса

Верхний пояс фермы работает на внецентренное сжатие. Исходные данные: b = 280 мм, h = 300 мм, а = а' = 40 мм; h_o = h – a = 300 - 40 = 260 мм. Бетон тяжёлый класса B40 (R_b = 22 мПа, E_b = 32, 5 * 10³ мПа); влажность W ≤ 75%; j_b2 = 0, 9; арматура класса А-ІІІ (R_s = R_se = 365 мПа), σse,u = 500 мПа.

Усилие в элементе 13 (сечение 1) верхнего пояса от расчётных нагрузок приведены в таблице по результатам расчёта на ЭВМ.

Вид нагрузки	N, TC	M, TC*M	N, kH	M, kH
1. Постоянная	94,45	2,96	925,61	29,01
2. Снег слева	17,12	0,13	167,78	1,27
3. Снег справа	7,06	0,25	69,19	2,45
4. Треуг. снег слева	16,10	0,22	157,78	2,16
5. Треуг. снег справа	4,59	0,17	44,98	1,67

Max N = 925, 61 + 69, 19 + 167, 78 = 1162, 58 kH;

MaxM = 29, 01 + 2, 45 + 1, 27 = 32, 73 kH∙м.

Усилие от постоянной и длительно действующей части временной нагрузки:

Nnl = 925, 61 + (69, 19 + 167, 78) ∙ 0, 3 = 996, 7 kH;

Mnl = 29, 01 + (2, 45 + 1, 27) ∙ 0, 3 = 30, 13 kH*м,

где 1, 15 и 1, 4 – коэффициенты длительности снеговой нагрузки, соответственно для постоянной и;

0,3 – коэффициент длительности снеговой нагрузки для ІІІ снегового района.

Эксцентриситет продольного усилия относительно центра тяжести сечения:

е₀ = M / N =

= 28 мм.

Величина случайного эксцентриситета:

е_а = l / 600 = 3220 / 600 = 5, 4 мм. или

е_а = l / 30 = 300 / 30 = 10 мм.

Т. к. е_o = 28 мм > е_а = 10 мм, то для дальнейшего расчёта принимаем е_o = 28 мм.

Расчётная длина е_o элемента фермы при е_o = 28 мм < h/8 = 300 / 8 = 37,5 мм:

е_o = 0,9 ∙ 3220 = 2898 мм.

Н∙мм.

Н∙мм.,

где (h_o – a’) / 2 = (260 – 40) / 2 = 110 мм.

Т.п. е_о / h = 2898 / 300 = 9,66 > 4, расчет производим с учетом прогиба сжатого элемента.

Для этого определим:

α_е = 1 + β М_1е / М₁ = 1 + 1 ∙ 109,7 / 127,9 = 1,86);

(здесь β = 1,0 для тяжелого бетона);

δ_е = е_о / h = 28 / 300 = 0,093:

δ_е,min = 0,5 – 0,01 ∙ e_o / h – 0,01 ∙ R_в ∙ λ_в2 =

= 0,5 – 0,001 ∙ 2898 / 300 – 0,001 ∙ 22 ∙0,9 = 0,205.

Т.к. δ_е,min = 0,205 > δ_е = 0,093, то для расчета принимаем δ_е = δ_е,min = 0,205.

Задаваемая коэффициентом армирования µ = 0,020;

µα = µE_s / E_в = 0,020 ∙ 2 ∙ 10⁵ / 325 ∙ 10⁴ = 0,122.

Условная критическая сила

Коэффициент η определим по формуле:

мм.

Граничная относительная высота сжатой зоны бетона определяется по формуле:

ξR=

где w = 0,85 – 0,08 R_в ∙ α_в2 = 0,85 – 0,008 ∙ 22 ∙ 0,9 = 0,69.