Строительные конструкции

2.1. ОБЩИЕ ДАННЫЕ ПО  ПРОЕКТИРОВАНИЮ 

      Прямоугольный полузаглубленный резервуар чистой воды размером 24,0 ´ 26,4 м находится в системе хозяйственно – питьевого водоснабжения промышленного предприятия или населенного пункта. Конструкции резервуара железобетонные. Высота резервуара от поверхности днища (относительная отметка 0,000 м) до верха плит покрытия 3,0 м. Относительная отметка планировочного уровня земли +1,8 м. Относительная отметка верхнего расчетного уровня грунтовых вод -0,800 м. Толщина слоя грунта на покрытии – 1100 мм.

      Величина  расчетной временной снеговой нагрузки на покрытие резервуара принята по IV району – 1500 H/м². Длительная часть снеговой нагрузки 0,5×1500 = 750 H/м². Нормативная нагрузка от разряжения при опорожнении резервуара – 1000 H/м², принята по СНиП 2.04.02–84. Сочетание нагрузок и величины коэффициентов надежности для временных нагрузок принимаются также по СНиП 2.04.02–84.

      По  степени ответственности сооружение относится ко III классу, коэффициент надежности по нагрузке g_n = 0,95. 
 

2.2 КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ  СХЕМЫ СБОРНОГО  ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО  РЕЗЕРВУАРА 

      Сетка колонн резервуара 6,0 ´ 6,6 м. Соединение стен с днищем резервуара жесткое. Конструкция днища выполняется из монолитного железобетона; элементы покрытия, колонны и фундамента – из сборного железобетона.

      Устойчивость  сооружения при действии горизонтальных нагрузок обеспечивается жестким соединением  стен и днища и шарнирным соединением  стен с покрытием. Устойчивость резервуара против всплытия при опорожнении  обеспечивается весом сооружения и  весом грунта на покрытии.

      Несущая часть монолитного железобетонного  днища резервуара толщиной 140 мм устраивается по бетонной подготовке толщиной 80 мм и гидроизоляции.

      Стеновые  панели резервуара сборные железобетонные переменной толщины жестко заделываются в щелевой паз, устраиваемый по периметру  днища. Номинальная ширина сборных  элементов стен – 3000 мм, конструктивная ширина с учетом ширины шва – 2980 мм. Угловые элементы стен выполняются  из монолитного железобетона. Между  собой стены соединяются через  закладные детали, швы между стенами  заделываются раствором на напрягающем  цементе.

      Покрытие  резервуара балочное из сборных железобетонных элементов – ригелей таврового  сечения и ребристых плит. Номинальные  пролеты ригелей и плит 6,6 м. Ребристые плиты опираются на полки ригелей и стены, на опорах плиты привариваются к закладным деталям. Конструктивные размеры плит, с учетом условий опирания на полки ригелей и величин конструктивных зазоров, приняты 1590 ´ 5415 мм. Швы между плитами и ригелями заполняются раствором на напрягающем цементе. Из условий применения однотипных плит покрытия привязка стен резервуара (до внутренней поверхности) к разбивочным осям принята 325 мм. Ригели опираются на колонны и стены. На опорах ригели привариваются к закладным деталям. Сварные швы и стальные закладные детали должны иметь антикоррозийное покрытие.

      Колонны железобетонные квадратного сечения. По условиям опирания ригелей размер сечения колонн – 400´400 мм. Колонны жестко заделываются в фундамент.

      Фундаменты  колонн железобетонные столбчатые двухступенчатые  сборные. Подколонник стаканного типа. Фундамент монтируется на свежеуложенный слой цементно–песчаного раствора на поверхность днища.

      Конструкция штукатурной гидроизоляции принята  из холодной асфальтовой мастики  типа «хамаст» с армированием в местах перегиба и углах стеклотканью. Общая толщина слоев гидроизоляции 8 – 12 мм. 
 
 

2.3. РАСЧЕТ РЕБРИСТОЙ,  ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ,  ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ БАЛОЧНОЙ  ПЛИТЫ ПОКРЫТИЯ  РЕЗЕРВУАРА 

      Требуется запроектировать ребристую плиту  покрытия резервуара, армированную напрягаемой  стержневой арматурой класса A1000. Конструктивный размер плиты 5415×1590 мм. Расчетный пролет плиты принимается равным расстоянию между центрами опорных ребер плиты l₀ = 6000 – 650 + 65 = 5,4 м. Ширину полки плиты принимаем равной 1550 мм, с учетом конфигурации ребра плиты. Высота плиты 400 мм. 

2.3.1. Сбор нагрузок на 1м² плиты покрытия 

Расчетное сочетание  нагрузок и коэффициенты надежности временных нагрузок приняты по СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и  сооружения» и СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки  и воздействия». 

Расчетная нагрузка на 1 пог.м. длины плиты при номинальной ширине 1,8 м с учетом коэффициента надежности по назначению сооружения g_n = 0,95 (для расчета по первой группе предельных состояний – расчет прочности):

• постоянная g = 18988*1,8*0,95 = 32469 Н/м = 32,47 кН/м
• полная q = g + u = 22288*1,8*0,95 = 38112 Н/м = 38,112 кН/м

 

Нормативная нагрузка на 1 пог. м (для расчета по второй группе предельных состояний – расчет по образованию и раскытию трещин и расчет по деформациям) будет равна:

• постоянная g_n = 16560*1,8*0,95 = 28318 Н/м = 28,318 кН/м;
• полная q_n = g_n + v_n= 19060*1,8*0,95 = 32593 Н/м = 32,593 кН/м

  В  том числе:

• постоянная и длительная q_n^{пост.+длит.} = g_n + v_n^дл.вр.= 17310*1,8*0,95= 29600 Н/м  = 

              = 29,6 кН/м

• кратковременная  v_n^кр.вр. = 1750*1,8*0,95 = 2993 Н/м = 2,993 кН/м.

  

2.3.2 Усилия от расчетных и нормативных нагрузок 

От расчетной  нагрузки:

• М = (g + u)*l₀² /8 = 38,112 * 5,51² /8 = 104,45 кН*м
• Q = (g + u)*l₀ /2 = 27,525 * 5,51/2 = 75,83 кН

От нормативной  нагрузки:

• полной M_n = 23,539 *5,51²/8 = 89,3 кН*м

                          Q_n = 23,539 *5,51/2 = 64,84 кН

• постоянной и длительной M_n^{пост.+длит.} = 21,378*5,51²/8 = 81,12 кН*м
• кратковременной M_n^кр.вр. = 2,161*5,51²/8 = 8,2 кН*м

 
 

2.3.3. Характеристики прочности бетона и арматуры.

Компоновка  поперечного сечения  плиты. 

      Напрягаемая арматура продольных ребер плиты класса А1000. Нормативное сопротивление арматуры класса А1000 R_sn = R_s,ser = 1000 МПа, расчетное сопротивление

R_s = 830 МПа, модуль упругости Е_s = 200 000 МПа. Натягивается арматура электротермическим способом на упоры силовой формы (расстояние между наружными гранями упоров формы l = 5,8 м). 

      Бетон тяжелый класса В30, соответствующий напрягаемой арматуре. Призменна прочность нормативная R_bn = R_b,ser = 22,0 МПа, расчетная R_b = 17,0 МПа; коэффициент условий работы бетона g_b2 = 0,9 (как для плиты массового назначения и многоцелевого назначения); нормативное сопротивлении при растяжении R_btn = R_bt,ser = 1,75 МПа, расчетное R_bt = 1,15 МПа; начальный модуль упругости бетона, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, Е_b = 32 500 МПа.

      Передаточная  прочность бетона R_bр устанавливается так, чтобы при обжатии отношение напряжений (s_bр/R_bр) £ 0,9. 

      Ненапрягаемая арматура: в полке плиты – сварные сетки с поперечной рабочей арматурой класса А400 (d = 6 мм, R_s = 355 МПа); в продольных ребрах – сварные каркасы с продольной арматурой класса А400, диаметром d = 8 мм и поперечной - класса А400 (d_w = 6 мм, R_sw = 285 МПа).

      Технология изготовления плиты – агрегатно–поточная с применением тепловой обработки при атмосферном давлении. Плита будет работать в закрытом резервуаре – влажность окружающей среды выше 75%. К конструкции плиты не предъявляются требования непроницаемости, поэтому в соответствии с п. 4.2.1.3 в плите с рабочей арматурой класса А1000 допускается непродолжительное раскрытие трещин 0,3 мм и продолжительное раскрытие трещин 0,2 мм.  

      Компоновка  поперечного сечения  плиты. Плита принимается со следующими параметрами:

• высота сечения плиты – 40 см;
• толщина защитного слоя бетона, a = 5 см;
• рабочая высота сечения h₀ = h – a = 40 – 5 = 35 см;
• ширина продольных ребер – 8 см;
• ширина верхней полки b_f’ = 130 – 2*2,5 = 125 см;
• толщина сжатой полки h_f’ = 5 см.

 
 

2.3.4. Расчет полки плиты на местный изгиб 

Полка рассчитывается как балочная плита шириной 1 м, частично защемленная в продольных ребрах.

Расчетный пролет полки – расстояние в свету  между продольными ребрами: 

l₀₁ = b_f’ – 2*8 = 125 – 2*8 = 109 см , 

        где 8 см – ширина продольных ребер плиты в верхней части плиты.

Расчетная нагрузка на 1 м² полки плиты может быть принята (с несущественным превышением) такой же, как и для плиты 

q = (g + u)*g_n = 22,288*0,95 = 21,17 кН/м². 

Изгибающий  момент в сечении полки, расположенном  в середине пролета l₀₁ (на 1 пог. М длины плиты):

М₁ = q* l₀₁²/11 = 21,17 *1,29²/11 = 3,20 кН*м/пог. м. 

Расчет  прочности полки  по нормальному сечению  в середине пролета. Ширина сечения – b₁ = 100 см, высота расчетного сечения h_f’ = 5 см, рабочая высота сечения (при а = 1,3 см)

– h₀₁ = h_f’ – a  = 5 – 1,3 = 3,7 см.

      По  формуле вычисляем:

В зависимости  от _m путем линейного интерполирования или по формуле находим , ξ = 0, 148.  

Вычисляем значение граничной высоты сжатой зоны бетона по формуле: 

 

здесь , - для арматуры класса А400; = 0,0035.

При x = 0,167< x_R = 0,533 по формуле (3.10) находим площадь сечения арматуры на 1 пог. м. длины плиты: 

 

По сортаменту, согласно прил.8, принимаем сварную  сетку с поперечной рабочей арматурой Æ6 А400 с шагом 100 мм. Площадь сечения поперечных стержней (9 Æ6 А400) на 1 п. м. длины плиты ₌ 2, 55 см² > = 2,5 см². Продольная арматура сетки назначается по конструктивным требованиям сварки. Окончательно, согласно прил. 7, назначаем сетку по ГОСТ 8478-81: 

• верхняя сетка   790 ;

 

• нижняя  сетка  1250 .

 

Здесь 790 мм и 1250 мм – ширина верхней и  нижней сеток, соответственно. Сетки  получаются путем продольной резки  стандартных сеток шириной 2830 мм, 1250 + 2×790 = 2830 мм.