Одноэтажное промышленное здание

 

2.2 Колонны

 

По положению в здании колонны подразделяются на крайние и средние. К крайним колонам с наружной стороны примыкают стеновые ограждения. Крайние колонны, в свою очередь, подразделяются на основные, воспринимающие нагрузки от стен, кранов и конструкций покрытия, и фахверковые служащие только для крепления стен. Фахверковые колонны устанавливаются в торцах здания и между основных колонн при шаге 12м. Длину фахверковых колонн принимают на 100 мм меньше основных колонн, чтобы образовать необходимый зазор между их оголовком и нижним поясом стропильных конструкций.

Колонна для здания, оборудованного мостовыми кранами, состоит из двух частей: надкрановой и подкрановой. Надкрановая часть служит для опирания несущей конструкции покрытия и называется надколенником. Подкрановая часть воспринимает нагрузку от надколенника, а также от подкрановых балок, которые опирают на консоли колонн, и передает ее на фундамент.

В данном проекте запроектированы  железобетонные колонны по серии 1.424.1-5 и двухветвевые колонны по серии  КЭ-01-52.

 

Двухветвевая колонна по серии  КЭ-01-52 ↓

 
2.3 Стропильные конструкции

 

Стропильные конструкции перекрывают пролёт, и подобно стропилам, непосредственно поддерживают настил кровли. По схеме восприятия внешних и внутренних усилий эти конструкции делятся на балки и фермы. Балка – одноэлементная конструкция, загружаемая по всему пролёту. Ферма – составная стержневая конструкция, загружаемая только в соединяющих стержни узлах.

В данном проекте использованы железобетонные малоуклонные безраскосные фермы пролётом 18м по серии 1.463.1-1-87 и стропильные  балки пролётом 12м по серии 1.462-3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ферма изготовлена из тяжелого бетона класса В40:

– расчетное сопротивление  осевому сжатию                   R_b = 22 МПа

– расчетное сопротивление  осевому растяжению          R_bt = 1,4 МПа

– нормативное сопротивление  осевому растяжению      R_bt,n = 2,1 МПа

– начальный модуль упругости                                        E_b = 36,0×10³ МПа

Напрягаемая арматура нижнего  пояса из канатов К-1400 Æ15 мм с натяжением на упоры:

– расчетное сопротивление  растяжению II группы п.с.    R_s,ser = 1400 МПа

– расчетное сопротивление растяжению I группы п.с.     R_s = 1170 МПа

– начальный модуль упругости                                          E_s = 1,8×10⁵ МПа

Сжатый пояс и элементы решетки фермы армируются стержнями  класса А400:

– расчетное сопротивление растяжению/сжатию I г.п.с. R_s = R_sс = 355 МПа

– начальный модуль упругости E_s = 2×10³ МПа

–хомуты класса А240

 

2.3.1 Определение нагрузок  на ферму

 

Равномерно распределенную нагрузку от покрытия, согласно,прикладываем в виде сосредоточенных сил к  узлам верхнего пояса. Вес фермы  также учитывается в виде сосредоточенных сил, приложенных к узлам верхнего пояса. Снеговую нагрузку рассматриваем приложенной в 2-х вариантах: 1) вся снеговая нагрузка по всему пролету и по половине пролета является кратковременно действующей; 2) доля длительно действующей снеговой нагрузки, принимаемая равной 0,5 от полной также прикладывается по всему и по половине пролета фермы.

Нагрузки на покрытие

Вид нагрузки	Нормативная, Па	К-т надежности по нагрузке	Расчетная, Па
Постоянная:
Нагрузки от веса покрытия	790	1,27	1003
ферма 149 / (24×12)	517	1,1	569
Ребристые крупноразмрные плиты 3х12	2050	1,1	2255
Итого: g	3357		3827
Временная снеговая:
кратковременная (полная)	2400*0,7=1680	-	2400
длительная с к-том 0,5	840	-	1200

 

 

Условные расчетные нагрузки по верхнему поясу фермы:

– постоянная:

кН;

– длительная снеговая:

кН;

– кратковременная (полная) снеговая:

кН.

Узловые нормативные  нагрузки соответственно:

кН;

кН;

кН.

2.3.2 Определение  усилий в элементах фермы

 

Для вычисления продольных усилий в элементах фермы определяем сначала усилия от единичных нагрузок.

Нумерация элементов  и схема загружения фермы приведены на рис.

 

 

Проектирование  сечений элементов фермы

 

Нижний растянутый пояс.

Расчет прочности выполняем  на суммарное опасное кратковременное  усилие.

Определяем площадь  сечения растянутой продольной напрягаемой  арматуры класса К-1400 при g_sр = 1,10:

см².

Предварительно принимаем  арматуру в виде 10 канатов Æ15 мм класса К-1400 с площадью

А_sp = 14,16 см². Принимаем сечение нижнего пояса b´h = 30´28 см.

Расчет нижнего  пояса на трещиностойкость.

Отношение модулей упругости арматуры и бетона:

– для канатов класса К-1400:

;

Величину предварительного напряжения арматуры примнимаем из условия 

,

где R_s,ser = 1400 МПа. МПа

принимаем

 МПа.

Первые потери.

1)  От релаксации напряженной  арматуры:

 МПа.

2)  От разности температур  напрягаемой арматуры и нижних  натяжных устройств при Dt = 65^о С:

 МПа.

3)Потери от деформаций стальной  формы  т.к. всю арматуру натягиваем одновременно.

4) От деформации анкеров Dl = 2 мм:

 МПа,

где l – длина натягиваемого каната в мм.

Первые потери составят:

 МПа.

Вторые потери.

1) От усадки бетона класса В40

 МПа.

2) От ползучести бетона при:

 

=1,9-коэф.ползучести.Для бетона класса  В40 и относительной влажности  воздуха окружающей среды 40-75

=P₍₁₎/A_red

кН

A_red=A+ A_sp= кН

МПа

Коэф.армирования 

При симметричном обжатии  элемента напрягаемой арматурой 

МПа

Полные потери:

 МПа>100МПа

Значение предварительного напряжения в арматуре вводится в расчет с  коэффициентом точности натяжения  арматуры g_sp =0,9

Тогда

Усилие, воспринимаемое сечением при  образовании трещин:

Поскольку N_crc = 1017,4 кН < N_n = 1394,4 кН, условие трещиностойкости сечения не выполняется и необходим расчет по раскрытию трещин.

Определим ширину раскрытия  трещин от суммарного действия постоянной и полной снеговой нагрузки и сравним ее с допустимым значением:

.

Приращение напряжения в растянутой арматуре от полной нагрузки:

 Н/см² = 111,85 МПа.

Принимаем мм

Для центрально-растянутых преднапряжерных элементов

 Н/см² = 135,0 МПа>

Где

  т.к 

мм мм

мм

При вычислении : мм

мм

Полная ширина раскрытия  трещин в элементе Н2 нижнего пояса  фермы составит:

Поскольку условия по допустимой ширине раскрытия трещин выполнены, принятое количество напрягаемой  арметуры-10канатов диаметра 15класса К-1400 с  см²

оставляем без изменения

Верхний сжатый пояс.

Усилия в элементах верхнего пояса В1 и В4 близки по величине, поэтому все элементы верхнего пояса будем армировать одинаково из расчета на усилие в наиболее напряженном элементе В1, для которого N = 1691,9кН, в том числе от расчетных значений длительных нагрузок N_l = 1365,0кН.

Ориентировочное значение требуемой площади верхнего пояса:

 см².

Несколько в запас  принимаем размеры сечения верхнего пояса b´h = 30´28 см с площадью

А = 840 см² > 694,5 см².

Случайный эксцентриситет:

 см,

где l = 320 см – наибольшее фактическое расстояние между узлами верхнего пояса (в осях);

 см.

Принимаем е₀ = е_а = 1,0 см.

Расчетная длина в  обеих плоскостях l₀ = 0,9×320 = 288 см. Наибольшая гибкость элемента верхнего пояса

,

то есть необходимо учесть влияние прогиба элемента на его  прочность.

Условная критическая  сила:

кН,

см⁴; ;

для тяжелого бетона

кНм

кНм

<

Принимаем

Поскольку количество арматуры не известно, принимеам в первом приближении 

см⁴

Коэффициент

Расстояние 

Граничное значение относительной  высоты сжатой зоны бетона:

Далее вычисляем: -второй случай внецентренного сжатия, случай ”малых” эксцентриситетов.

Для дальнейших расчетов принимаем

Т.к.  α_s>0 необходимо вычислить относительную высоту сжатой зоны ξ , требуемую площадь арматуры A_s=A_s^'  и процент армирования μ:

 см²

, что не значительно отличается  от принятого при определении  критической силы N_cr (μ=0,008).

Окончательно принимаем  армирование верхнего пояса в  виде 4Ø14А400 с A_s+A_s^'=6,16см²;

, что превышает 2 μ_min=0,004. Хомуты из условия свариваемости с продольной арматурой Ø14 принимаем Ø5В500 и устанавливаем их с шагом 200мм, что не превышает  мм и не более 500мм.

Растянутый  раскос Р1. В данном раскосе возникают усилия

кН, кН, кН,

Для обеспечения прочности  раскоса необходимая площадь  продольной арматуры класса А400 составляет: см²

Предварительно принимаем 4Æ12 А400 с см².Поскольку рассматриваемая ферма бетонируется целиком, ширина всех элементов решетки принята b=30см.

Для растянутого раскоса  фермы пролетом 24м bxh=30x16 см. Коэффициент армирования (для центрально растянутых элементов).

Ко всем элементам  решетки предъявляются требования 3–й категории по трещиностойкости.

Усилие, воспринимаемое сечением, при образовании трещин:

где

Условие трещиностойкости не выполняется, следовательно необходим  расчет по раскрытию трещин.

В случае N_crc>N_n, расчет по раскрытию трещин не требуется.

Суммарная ширина раскрытия  трещин:

   (мм Прил. 2 ).

Ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянной и длительной снеговой нагрузок:

φ₁=1,4 (см. расчет нижнего пояса фермы);

φ₂ =0,5; φ₃ =1,2; < R_s,ser   =400МПа;

мм, что превышает 400мм и более 

40d_s=40 ^.1,2=48см=480мм. Принимаем l_s=400мм.