Железобетонные конструкции каркаса многоэтажного промышленного здания (стр. 4 из 14)

4 в крайнем пролёте:	,
4 на левой средней опоре:	M21 = M23 = 0,085 qL2 = 0,085×96,37 ×(8,4)2 = 577,98 кН×м,
4 в среднем пролёте:	M22 = 0,055 qL2 = 0,055×96,37 ×(8,4)2 = 373,99 кН×м,
4 на правой средней опоре:	M32 = 0,065 qL2 = 0,065×96,37 ×(8,4)2 = 441,99 кН×м.

Значения поперечных сил на опорах определяются методами строительной механики (рис. 2.2,в):

Q_A = Q_q + Q_M, Q_B = Q_q – Q_M,

где:

Q_q – поперечная сила от действия равномерно распределённой нагрузки:

;

Q_M – поперечное усилие от действия опорных изгибающих моментов:

.

4 В крайнем пролёте:

, ,

Q₁₂ = 410,78 + (- 67,79) = 342,99 кН, Q₂₁ = 410,78 – (- 67,79) = 478,57 кН.

4 В среднем пролёте:

, ,

Q₂₃ = 404,75 + 16,18 = 420,93 кН, Q₃₂= 404,75 – 16,18 = 388,57 кН.

· Расчетный изгибающий момент на средней опоре определяется в сечении ригеля по грани колонны; величину этого момента можно вычислить по формуле:

,

где h_k – ширина колонны: h_k = 450 мм (п. 1.4).

2.4.4. Продольные усилия в колонне 1-го этажа

· Колонны здания работают в составе поперечной рамы каркаса, поэтому в них возникают продольные силы и изгибающие моменты. Последние обычно невелики, поэтому мы ограничимся только определением продольных усилий.

· Наибольшая продольная сила в колонне возникает на уровне пола 1-го этажа (сечение «к» на рис. 2.2, а).

· Колонна воспринимает со всех этажей нагрузку, действующую на её грузовой площади размером L´l, а также нагрузку от собственного веса.

· Нагрузка от собственного веса колонны

4 Нормативная нагрузка:

,

где

n_э = 5 – число этажей; H = 4,2 м – высота этажа; h_k – ширина колонны.

4 Расчётная нагрузка:

G_k = G_k,n×g_f = 106,31×1,1 = 116,94 кН.

· Продольная сила в колонне на уровне пола 1-го этажа (Р_0,n и Р₀ – из табл. 2.2):

4 От нормативной нагрузки:

N_k,n = G_k,n + L×l×[P_0,n×(n_э – 1) + P_1,n] =

= 106,31 + 8,4×8,4×[9,57×(5 – 1) + 5,30] = 3 181 кН.

4 От расчётной нагрузки:

N_k = g_n×(G_k + L×l×[P₀ ×(n_э – 1) + P₁]) =

= 0,95×(116,94 + 8,4×8,4×[11,291×(5 – 1) + 6,513]) = 3 575 кН.

3. Расчёт и конструирование предварительно напряженной панели перекрытия

3.1. Характеристики прочности бетона и арматуры

Бетон

4 Применяем тяжелый бетон класса В40 (по заданию), подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении.

4 Расчётное сопротивление сжатию R_b= 22,0 МПа (табл. 13 СНиП [2]).

4 Бетон находится под воздействием длительной нагрузки, поэтому в расчетах умножаем его расчётное сопротивление на коэффициент условий работы γ_b2 = 0,9 (табл. 15 СНиП [2]).

Арматура

4 Продольная рабочая арматура панели – предварительно напрягаемая, класса А-VI (А1000) – по заданию.

Сопротивление растяжению:

· нормативное R_sn = 980 МПа (табл. 19* СНиП [2]),

· расчётное R_s = 815 МПа (табл. 22* СНиП [2]).

4 Полка панели армируется сеткой из проволочной арматуры класса Вр-I (В500).

Расчётное сопротивление растяжению R_s = 410 МПа (табл. 23* СНиП [2]).

3.2. Предварительное напряжение арматуры

Предварительно напряженная арматура – это арматура, получающая начальные (предварительные) напряжения в процессе изготовления конструкций до приложения внешних нагрузок в стадии эксплуатации.

3.2.1. Методы натяжения арматуры

Существуют два метода натяжения арматуры: натяжение на упоры и натяжение на бетон. Натяжение на бетон применяется, как правило, только в монолитных конструкциях.

4 Используем метод натяжения арматуры на упоры, так как он наиболее целесообразен в условиях заводского изготовления железобетонных конструкций.

Арматура до бетонирования натягивается и затем фиксируется в натянутом состоянии на жестком стенде или форме. После укладки в форму бетона и набора им необходимой передаточной прочности арматура освобождается от натяжных приспособлений. Арматура, стремясь сократиться, обжимает бетон, а сама остаётся растянутой.

3.2.2. Способы натяжения арматуры

Существует 4 способа натяжения арматуры (из них получили распространение только первые два):

1. Механический (с помощью домкратов, рычагов, грузов).

2. Электротермический (с помощью эл. тока).

3. Электротермомеханический (комбинированный).

4. Физико-химический (самонапряжение).

4 Используем электротермический способ натяжения, так как он является наиболее распространённым благодаря своей несложности, малой трудоёмкости и сравнительно низкой стоимости оборудования.

Стержни арматуры нагревают до температуры 300…350ºС с помощью электротока и в нагретом состоянии закрепляют в упорах формы. При остывании стержни, стремясь сократиться, натягиваются, что используется для обжатия бетона. Точность этого метода по сравнению с остальными более низкая. Кроме того, этот способ достаточно энергоёмкий и не может применяться для натяжения арматуры классов Aт-VII, B-II, Bр-II, К-7, К-19.

3.2.3. Величина предварительных напряжений в арматуре

· Допустимое отклонение значения предварительного напряжения при электротермическом способе натяжения определяются по формуле (2) СНиП [2]:

,

где l – длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров): l = 8,4 м.

· В соответствии с формулой (1) СНиП [2] установим пределы, в которых можно назначать величину предварительного напряжения в арматуре:

s_sp ³ 0,3 R_sn + p = 0,3×980 + 72,86 = 366,86 МПа;

s_sp £ R_sn – p = 980 – 72,86 = 907,14 МПа.

Границы этого интервала установлены на основе следующих соображений:

- при высоких значениях предварительных напряжений существует опасность разрыва арматурной стали или её проскальзывания в захватах при натяжении; опасность разрушения бетона или образования в нём трещин вдоль напрягаемой арматуры.

- низкие значения предварительных напряжений неэффективны, т.к. почти всё напряжение будет утрачено в результате потерь.

· Величина предварительного напряжения назначается обычно близкой к верхнему пределу: σ_sp £ 0,9R_sn = 0,9×980 = 882 МПа. Принимаем σ_sp = 850 МПа.

· Передаточная прочность бетона R_bp – это прочность бетона к моменту его обжатия усилием натяжения арматуры.

Передаточная прочность бетона назначается не менее (п.2.6* СНиП [2]):

R_bp ³ 0,5 B = 0,5×40 = 20 МПа , где В – класс бетона, В = 40 МПа.

R_bp ³ 15,5 МПа. Принимаем R_bp = 20 МПа.

· Возможные производственные отклонения от заданного значения предварительного напряжения арматуры учитываются в расчётах коэффициентом точности натяжения арматуры γ_sp:

g_sp = 0,9 – при благоприятном влиянии предварительного напряжения;

g_sp = 1,1 – при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения.

· Значение g_sp = 1,1 соответствует случаю, когда увеличение усилия обжатия сверх проектного неблагоприятно сказывается на работе конструкции, например, при расчёте прочности железобетонного элемента в стадии обжатия.

3.3. Граничная относительная высота сжатой зоны бетона

· Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона определяется по формуле (25) СНиП [2]:

,

где

ω – характеристика сжатой зоны бетона, определяемая по формуле (26) СНиП [2]:

ω = a – 0,008 R_bg_b2 = 0,85 – 0,008 × 22 × 0,9 = 0,6916;

a – коэффициент, учитывающий вид бетона; для тяжелого бетона a = 0,85;

R_b здесь следует брать в МПа.

σ_sR – напряжение в арматуре, определяемое по формуле:

σ_sR = R_s + 400 – σ_spg_sp = 815 + 400 – 800×0,9 = 495 МПа;

здесь используется значение g_sp = 0,9.

σ_sc,u – предельное напряжение в арматуре сжатой зоны, принимаемое при g_b2 < 1,0 равным σ_sc,u = 500 МПа.

Тогда

3.4. Опалубочные размеры панели

Опалубочные размеры необходимы для изготовления опалубочных форм сборных железобетонных элементов. Обычно предусматривается применение типовых опалубочных форм. Чертежи железобетонных элементов, на которых показаны только наружные размеры, называются опалубочными.