Определение геометрических размеров фундамента.

Глубину стакана фундамента принимаем Han = 120 см, что должно быть не менее:

Han ³0,5+0,33×h=0,5+0,33×1,4=0,962 м, где  h=1,4 м – больший размер сечения всей колонны; не менее  Han³1,5×bcol=1,5×0,6=0,9 м, где  bcol=0,6 м – больший размер сечения ветви; и не менее  Han³30d=30×2,8=84 см, где  d=2,8 – диаметр продольной арматуры колонны. Расстояние от дна стакана до подошвы фундамента принято 250 мм, тогда минимальная высота фундамента  Hf=1200+250=1450 мм. Принимаем  Hf=1800 мм (кратно 300 мм), тогда глубина заложения фундамента  H1=1500+150=1950 мм.

Фундамент трёхступенчатый, высота ступеней принята 300 мм, высота подколонника 1200 мм.

Предварительно площадь подошвы фундамента определяем как для центрально нагруженного по формуле:

где 1,05 – коэффициент, учитывающий наличие момента.

Назначая соотношение сторон фундамента  b/a=0,8, получаем:

,  b1=0,8 × 3,88 = 3,1м.

Принимаем размеры подошвы a´b=4,2´3,3 =13,86 м2.

Момент сопротивления подошвы:

Так как заглубление фундамента меньше 2 м, ширина подошвы больше 1 м, необходимо учитывать нормативное давление на грунт по формуле:

.

Определим расчётную высоту фундамента из условия прочности на продавливание по формуле:

 м

где h=1,4 м – больший размер сечения колонны

bcol=0,6 м – больший размер сечения ветви

Rbt=Rbt · γb2=1,1·0,66=0,726 МПа = 726 кН/м2

Полная высота фундамента Н=0, 33+0,05=0,38 м < 1,5 м, следовательно, принятая высота фундамента достаточна.

Определяем краевое давление на основание. Изгибающий момент в уровне подошвы фундамента:

Нормативна нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах:

Gf = a × b × H1 × g × gn = 4,2× 3,3 × 1,95 × 20 × 0,95 = 513,5кН

При условии что:

Принимаем размеры подошвы a´b=4,5´3,6 =16,2 м2

Момент сопротивления подошвы:

Нормативна нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах:

Gf = a × b × H1 × g × gn = 4,5× 3,6 × 1,95 × 20 × 0,95 =600,2 кН

Проверка напряжений в основании показывает, что размеры подошвы фундамента достаточны.

Учитывая значительное заглубления фундамента, принимаем его конструкцию с подколонником стаканного типа и плитой переменной высоты. Толщина стенок стакана назначают 425мм > 0,2∙h=0,2∙1400=280мм. Зазор между колонной и стаканом поверху 75 мм, понизу 50мм. Высоту ступеней фундамента назначают  

Высота подколонника 1200мм

Размеры ступеней в плане:

a1=4,5м  b1=3,6м

a2=3,0м  b2=2,4м

Размеры подколонника:

a3=2,4м  b3=1,5м

Высота плитной  части фундамента 60см. Проверяем достаточность принятой высоты плитной части из расчета на продавливание.

Расчет на продавливание по условию:

,

условие на продавливание выполняется.

Проверяем прочность фундамента на раскалывание:

,следовательно проверяем по формуле:

,прочность на раскалывание обеспечена.

5.3. Расчет арматуры фундамента

Определяем напряжения в грунте под подошвой фундамента в направлении длинной стороны  а  без учета веса фундамента и грунта на его уступах от расчетных нагрузок:

;

где

.

Напряжение в грунте в сечении I-I, II-II, III-III (см. рис.6.1):

Изгибающие моменты, возникающие в сечениях I-I, II-II, III-III от реактивного давления грунта как в консоли, для расчета арматуры, укладываемой параллельно стороне  а , определяют по формулам:

;

;

.

Сечение рабочей арматуры на всю ширину фундамента:

;

;

.

Назначаем шаг стержней 200 мм, на ширине фундамента b=3,6 м параллельно длинной стороне  а  укладываем  18 Æ18 А-II c AS=45,8 см2. Процент армирования

Определяем изгибающий момент и площадь сечения арматуры, укладываемой параллельно стороне  b:

;

.

При шаге стержней 200 мм принимают 23 Æ16 A-II c AS=46,3см2. процент армирования

5.4. Расчет подколонника.

Продольное армирование подколонника и его стаканной части определяем из расчета на внецентренное сжатие коробчатого сечения стаканной части в плоскости заделанного торца колонны (IV-IV) и расчета на внецентренное сжатие прямоугольного сечения подколонника в месте примыкания его к плитной части фундамента Размеры коробчатого сечения стаканной части, преобразованное в эквивалентное двутавровое:

b=1,4 м;  h=2, 4 м;  =1,5 м;  =0,425 м;  =0,04 м;  =2,36 м; =0,04/2,36=0,017.

Расчетное усилие в сечении IV-IV при gf>1:

Эксцентриситет продольной силы:

.

Расстояние от центра тяжести сечения растянутой арматуры до силы N:

Проверяем положение нулевой линии. Так как

 > N=2292.9 кН, нулевая линия проходит в полке, и сечение рассчитываем как прямоугольное шириной  bf’=150 см.

Принимаем симметричное армирование, тогда высота сжатой зоны:

.

Сечение симметричной арматуры:

, т.е. продольная арматура по расчету не нужна. Назначаем в соответствии с конструктивными требованиями не менее 0,04 % площади поперечного сечения подколонника: AS=AS’=0,0005×150×240=18 см2. Принимаем с каждой стороны подколонника  6Æ18 A-II c AS=AS’=18,85 см2. У длинных сторон подколонника принимаем продольное армирование  8 Æ18 A-II.

Прочность сечения V-V не проверяем, так как усилия от полученных ранее отличаются незначительно.

Поперечное армирование подколонника определяем по расчету на момент от действующих усилий относительно оси, проходящей через точку поворота колонны.

Так как  0,5×hc=0,5×1,4=0,67 > e0=0,61 м > hc/6=1,4/6=0,23 м, поперечное армирование определяют по формуле:

,

  Szi=7.5+22.5+37.5+52.5+67.5+82.5+97.5+112.5=480 cм – сумма расстояний от точки поворота колонны до сеток поперечного армирования подколонника при шаге сеток 150 мм и расстоянии от верха стакана до верхней сетки 75 мм.

Необходимая площадь сечения одного рабочего стержня (при четырех стержнях в каждой сетке):  ASW=4.5/8=0,5625 см2. Принимаем  Æ9 A-I c ASW=0,636см2.

5.5 Конструирование.

Рис. 5.5.1. Схема армирования фундамента.

6.Расчет сборной предварительно напряженной арки пролетом 36м.

6.1. Данные для проектирования.

Бетон тяжелый класса В30 ( при  ;; при  ;; для бетона естественного твердения ;

; ).

Предварительно напрягаемая арматура затяжки – высокопрочная проволока периодического профиля класса Вр-II (;;); натяжение арматуры производится механическим способом на упоры с применением инвентарных зажимов.

Ненапрягаемая арматура класса А-III Ø 10-40 мм (;;).

Затяжка относится к конструкциям  3-й категории трещиностойкости.  Прочность бетона к моменту отпуска натяжных устройств (передаточная прочность) принимается .

6.2. Расчетный пролет и нагрузки.

Расчетный пролет арки  ,

где а – расстояние от торца арки до точки опирания на колонну.

Расчетная постоянная нагрузка на 1 м  с учетом веса арки

 Расчетная временная нагрузка при , для г.Севастополя

6.3. Геометрические характеристики и усилия в сечениях арки.

Арку рассчитываем как двухшарнирную с затяжкой. Из соображений унификации блоков ось арки выполняем по круговому очертанию.

Варианты загружения и статическая схема арки приведены на рис. 6.1.

а)

б)

Рис. 6.3.1 Варианты нагружения арки:

а – сплошная нагрузка; б – односторонняя снеговая нагрузка.

Находим геометрические характеристики арки согласно рис. 3.3.2

Радиус круговой оси: м,

где - стрела подъема, принятая равной примерно 1/9 пролета, то есть 3,97 м;

Центральный угол  25°8´≈25°

Длина арки м,

Арку разбиваем на 10 равных частей (дуге 0,1части соответствует угол =5°)

и определяем горизонтальные ординаты сечений по формулам :

; ,где

Величина у6 соответствует длине стрелы подъёма f. Результаты вычислений  приведены в таблице 6.3.

Рис. 6.3.2. Схема геометрических характеристик арки.

 Таблица 6.3.

К определению значений х  и у.

Предварительно задаемся площадями сечений арматуры в арке и в затяжке, а так же вычисляем геометрические характеристики их сечений.

Рис.6.3.1. Сечение блока арки.

Принимаем с округлением .

Отношение модулей упругости для арки .

Тогда площадь приведенного симметричного армированного сечения арки

Момент инерции приведенного сечения при расстоянии до центра тяжести

Радиус инерции приведенного сечения

Так как площадь сечения затяжки , то сечение арматуры принимаем приближенно   

Учитывая, что для затяжки отношение модулей упругости . Определяем площадь приведенного сечения затяжки:

Коэффициент податливости затяжки:

Для каждого случая загружения (см. рис. 3.1.) находим распор от нагрузки , принятой за единичную :

для равномерно распределённой нагрузки

для односторонней равномерно распределённой нагрузки на половине пролёта арки:

По вычисленному распору для каждого вида загружения определяем расчётные усилия в сечении арки. Для этого сначала определяем балочные моменты  и поперечные силы .

При равномерно распределённой нагрузке балочные момента и поперечные силы находим по формулам:

где - опорная реакция в балке.

При загружении половины пролёта арки балочный момент и поперечную силу в незагруженной части определяем по формуле:

где  - реакция в балке со стороны незагруженной части.

После вычисления балочных моментов и поперечных сил определяем расчётные усилия для всех сечений арки:

где  - угол между касательной к оси арки в ассматриваемом сечении и горизонталью (см. таб. 3.3 и рис. 3.1); - изгибающий момент и поперечная сила в балке на двух опорах пролётам равным пролёту рассчитываемой арки.

Определим  в середине пролёта арки при действии равномерно распределённой нагрузке  при ;

Далее расчёт производим аналогично.

В таблице 3.4 приведены усилия от единичной нагрузки , распределённой по всему пролёту; а в таблице 3.5.– усилия в арке от единичной нагрузки  на левой половине.

Таблица 6.4.

Усилия от распределённой нагрузки

 распределённой по всему пролёту

Таблица 6.5.

Усилия от распределённой нагрузки  на левой половине

Для вычисления расчётных усилий в сечениях арки необходимо для каждого вида загружения величины, приведенные в табл. 6.4. и 6.4. умножить на переводные коэффициенты, определяемые по формулам:

для постоянной нагрузки:

для постоянной нагрузки:

В табл. 3.6. приведены значения усилий от всех видов нагрузок, а также расчётные комбинации усилий при наиболее невыгодном их сочетании.

Распор от расчётных нагрузок при - среднее значение коэффициента надёжности по нагрузке:

6.4. Расчёт прочности затяжки.

Арматуру затяжки подбираем как для центрально растянутого элемента по условиям прочности.

Из условия прочности определяем необходимое сечение арматуры:

  мм2

Число канатов при Ø6мм

Принимаем 96 проволок :

Рис.6.4.1.Армирование затяжки.

6.5. Определение потерь предварительного напряжения арматуры затяжки.

По условиям эксплуатации арки в закрытом помещении затяжка относится к 3-й категории трещиностойкости. В то же время предельно допустимая ширина раскрытия трещин, обеспечивающая сохранность арматуры Ø 6 , весьма мала (). Поэтому предварительное напряжение арматуры механическим способом можно назначить максимальным:

 МПа.

Первые потери напряжения  (до обжатия бетона)

От релаксации напряжений при механическом способе натяжения:

МПа

Потери температурного перепада отсутствуют, т.к. по мере увеличения постоянной нагрузки на арку арматура затяжки подтягивается .

Потери от деформации анкеров при инвентарных зажимах:

МПа

где м – длина арматурного стержня, расстояние между упорами стенда.

Поскольку напрягаемая арматура не отгибается, потери от трения арматуры об огибающие приспособления отсутствуют, т.е.  

От деформации стальной формы при отсутствии данных о её конструкции

 МПа.

Потери от быстропротекающей ползучести бетона:

Учитывая симметричное армирование, считаем .

Напряжение в бетоне при обжатии:   МПа

Т.к. отношение , то для бетонов естественного твердения:

  МПа

Первые потери составят:

  МПа

Вторые потери  напряжения

От усадки тяжелого бетоны класса В30 естественного твердения:   МПа

От ползучести бетона:

  МПа

Т.к. отношение , то для бетонов

естественного твердения: МПа

Вторые потери составят:  МПа

Суммарные потери:  МПа

Напряжение с учётом всех потерь:

МПа

Усилие обжатия с учётом всех потерь:

6.6. Расчёт трещиностойкости затяжки

Проверяем сечение затяжки по образованию трещин. Расчёт производится с учётом коэффициента точности натяжения

Т.к. значение распора при , , то трещины в затяжке не образуются.

6.7. Проверка прочности затяжки при обжатии бетона.

Определяем усилие обжатия бетона как для центрально обжатого элемента с учётом всей напрягаемой арматуры. При натяжении арматуры на упоры прочность затяжки проверяется из условия:

Предварительное напряжение с учётом первых потерь определяются при

  МПа

Тогда  

где - приземная прочность бетона к моменту его обжатия, вычисляется по интерполяции при .

Условие выполняется, следовательно, прочность затяжки при её обжатии обеспечена.

6.8. Расчёт прочности нормальных сечений верхнего пояса арки.

В сечениях арки действуют изгибающие моменты, сопоставимые по величине, но разные по знаку (см. табл. 3.6.)

Поэтому принимаем симметричное армирование арки

Сечение арматуры в средних блоках арки определяем по наиболее невыгодной комбинации усилий. В сечениях 4 и 5 действуют практически равные моменты, однако значение продольной силы в сечении 5 меньше. Следовательно . Поэтому за расчётное принимается сечение 5.

В этом сечении расчётные комбинации усилий:

от полной нагрузки: М = 450,3кНм

N = 2406,8кН

от длительных нагрузок: Мl = 262,6кНм

Nl = 2171,1кН

Расчётная длина в плоскости арки:

где L – длина арки в доль её геометрической  оси.

Т.к.  , расчёт производим с учётом прогиба элемента.

Находим рабочую высоту сечения:

  мм.

Т.к. момент кратковременных нагрузок (снег справа и слева) М-Мl=450,3-262,6=187,7 кНм меньше момента от суммы постоянных и длительных нагрузок, т.е. М- Мl=187,7 кНм <Мl=262,6 кНм. то  М и Мl  одного знака.

; принимаем

Конструкция двух шарнирной арки статически неопределимая

 см  > - больший из случайных эксцентриситетов:

Следовательно случайный эксцентриситет не учитывается.

Принимаем ;

Условная критическая сила для элемента двутаврового сечения без предварительного напряжения:

Проверяем условие:

 - условие выполняется.

Определяем коэффициент, учитывающий влияние прогиба:

Определение площади сечения арматуры внецентренно сжатого элемента

 двутаврового профиля.

мм;

;

 МПа;

Граничная относительная высота сжатой зоны:

где =365 МПа для арматуры класса А-III

Положение нейтральной оси проверяем из условия:

Нейтральная ось проходит в пределах ребра, поэтому расчёт производим с учётом тавровой формы сечения.

мм

Принимая во внимание необходимость учёта сжатых свесов полки, вычисляем:

где ;  мм2

При наличии сжатой полки:

где

Относительная высота сжатой зоны бетона определяется:

где

Площадь симметричной арматуры таврового сечения:

Коэффициент армирования

Т.к. полученный коэффициент армирования меньше нормируемого , то площадь сечения арматуры определяется:

Принимаем с каждой стороны по 5 Ø20 А-III ,

Рассчитываем сечение 1(в крайних блоках). По таблице 3.6. расчетная комбинация  в этом сечении:

Так как  , то внецентренно сжатый элемент можно рассчитывать как элемент со случайным эксцентриситетом.

По СНиП 2.03.01-84. «Бетонные и железобетонные конструкции» определяем  коэффициент  ,

Принимаем

Т.к. , то принимаем

Площадь сечения арматуры:

где .

Повторяем расчёт при новом значении

Т.к. , то принимаем

Площадь сечения арматуры:

Принимаем армирование элемента 5Ø25 А-III  

Проверяем прочность сечения 10 первого блока при принятой арматуре

 5Ø25 А-III для следующих значений усилий:

Расчет проводим с учетом тавровой формы сечения.

Определяем коэффициент увеличения начального эксцентриситета с учетом двутавровой формы сечения.

,

следовательно,  и  имеют разные знаки.

, принимаем .

конструкция статически неопределимая

принимаем

мм;

;

 МПа;

Граничная относительная высота сжатой зоны:

где =365 МПа для арматуры класса А-III

Принятое армирование 5Ø25 А-III , достаточно.

6.9. Расчёт прочности наклонных сечений арки.

Выполняем расчёт наклонного сечения, идущего от грани опоры арки. Условно считаем всю нагрузку на верхний пояс арки равномерно распределённой.

Максимальная поперечная сила действует в сечении 11 , .

Коэффициент, учитывающий влияние продольной силы:

Принимаем

Коэффициент, учитывающий влияние сжатых поло  двутаврового сечения арки:

где .  Принимаем 330.

где  = 0,6 для тяжёлого бетона.

В этом случае поперечную арматуру устанавливаем по конструктивным соображениям. Принимаем 2 Ø 8 A III, , шаг

Проверяем прочность наклонной полосы между наклонными трещинами на действие поперечной силы.

=0,01 для тяжёлого бетона

 ;

 ;

Т.к. , то

 следовательно, прочность наклонной полосы достаточна.

6.10. Расчёт прочности и трещиностойкости подвески.

Подвеску рассчитываем на осевое растяжение от веса подвески и участка затяжки длиной 6000 мм.

где  -площадь поперечного сечения подвески. = 3,25 м- длина наиболее загруженной подвески;  - коэффициенты надёжности по нагрузки и по назначению;  - средняя плотность железобетона.

Принимаем 4 Ø 10 A III,

Производим расчёт подвески по образованию трещин:

  Следовательно трещиностойкость подвески обеспечена.

6.11. Конструирование.

6.11.1. Армирование сечений.

6.11.2. Армирование узлов.

7. Список литературы.

1.ДБН В.1.2-02-2006.СНБС. Нагрузки и воздействия. К.: МинУкр, 2006;

2.СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. М.: ЦИТП, 1989;

3.Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из лёгких и тяжёлых бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01-84). М.: ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, 1984;

4.СНиП II-21-75. Бетонные и железобетонные конструкции. – М.: Стройиздат, 1976;

5.Байков В.Н.., Сигалов Э.Е. «Железобетонные конструкции: общий курс». Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Стройиздат, 1985. – 728 с., ил

6.Железобетонные конструкции: Курсовое и дипломное проектирование / Под ред. А.Я. Барашикова. – К. : Вища шк. Головное изд-во, 1987. – 416 с.

Страницы: 1, 2