Учебно-методический комплекс по дисциплине «Экономика отрасли» (стр. 4 )

Ø  ригели — сборные, однопролетные, прямоугольного сечения;

Ø  колонны — сборные из ненапряженного железобетона.

1.1. Исходные данные

Данные для расчета железобетонной конструкций:

а) условия эксплуатации (влажность, температура, агрессивность окружающей среды);

б) способ изготовления (сборная);

в) вид железобетона (без предварительного напряжения);

Данные о бетоне:

а) вид бетона (тяжелый, объемная масса бетона и т. д.);

б) класс бетона;

в) условия твердения (естественные, тепловая обработка при атмосферном давлении, автоклавная обработка);

г) расчетные характеристики и коэффициенты условий работы, расчетные сопротивления бетона принимаются по [15, табл. 12 и 13]; коэффициенты надежности по бетону при сжатии и растяжении и для расчета конструкций по предельным состояниям даны в [15, табл. 11]; коэффициенты условий работы — [15, табл. 15]; значения начальных модулей упругости бетона — [15, табл. 18].

Данные об арматуре:

а) класс стали;

б) вид (сварные, вязаные каркасы и сетки); для проволочной арматуры — диаметр;

в) расчетные характеристики;

г) марка стали (класс арматуры) закладных деталей (их элементов).

Кроме этого, необходимо установить:

Ø  категорию требований к трещиностойкости и предельно допустимую ширину раскрытия трещин [15, табл. 1 и 2];

Ø  нагрузки и коэффициенты надежности по нагрузке принимаемые при расчете [15, табл. 3].

1.2. Конструктивно-компоновочное решение покрытия резервуара с

определением места колонн и основных размеров конструкции

1.2.1. Расчет плиты перекрытия

А. Эскиз поперечного сечения плиты с определением её генеральных размеров.

Б. Нормативные и расчетные нагрузки.

В. Усилия от нормативных и расчетных нагрузок.

Г. Характеристики прочности бетона и арматуры.

Д. Расчеты плиты по предельным состояниям первой группы — по прочности.

Ø  Расчет плиты на действие изгибающего момента, возникающего от расчетной нагрузки;

Ø  Расчет плиты на действие поперечной силы:

Ø  Расчет полки плиты на местный изгиб.

1.2.2. Расчет разрезного ригеля

А. Расчетные и нормативные нагрузки.

Б. Статический расчет ригеля.

В. Характеристики прочности бетона и арматуры.

Г. Назначение генеральных размеров сечения и схема армирования ригеля.

Д. Расчет ригеля по предельным состояниям первой группы — по прочности.

Ø  Расчет ригеля на действие изгибающих моментов в пролете и по грани колонны.

Ø  Расчет ригеля на действие поперечной силы.

1.2.3. Расчет колонны

А. Определение расчетных усилий.

Б. Характеристики прочности бетона и арматуры.

В. Подбор продольной арматуры.

1.2.4. Графическая часть

На чертежах (Прил. 1) должны быть размещены:

Поперечный разрез и план резервуара (М 1:200) с маркировкой несущих элементов.

Чертежи панели перекрытия:

а) опалубочный чертеж панели (М 1:20);

б) разрезы — поперечный (М 1:10) и продольный (М 1:20) с указанием расположения всей арматуры (рабочей, монтажной, конструктивной);

в) конструктивные чертежи каркасов (М 1:20), сеток, которыми армируют панели, и закладных деталей.

Чертежи ригеля:

а) боковой вид разрезного ригеля и необходимые поперечные разрезы с указанием всей арматуры (рабочей, монтажной, конструктивной).

Чертежи колонны:

а) боковой вид и характерные поперечные разрезы (М 1:20) с подробным указанием всей необходимой арматуры;

б) чертежи продольного каркаса колонны. Спецификация арматуры составляется на панель и ригель.

1.3. Методические указания по проектированию сборного железобетонного перекрытия резервуара

К выполнению данного раздела курсовой работы следует приступить лишь после изучения по учебникам и пособиям раздела «Железобетонные конструкции» программы дисциплины. Затем надо внимательно прочитать задание, выписать исходные данные и ознакомиться с методическими указаниями.

Рекомендуемая последовательность выполнения:

1. Скомпоновать перекрытие.

2. Составить основные положения расчета конструкций.

3. Рассчитать и разработать арматурные чертежи плиты, ригеля, колонны и стены.

4. Разработать чертежи узлов сборного каркаса. Необходимо стремиться к созданию наилучшей конструкции, имеющей высокое качество, минимальный расход материалов, наименьшие трудоемкость и стоимость. Курсовая работа должен быть выполнен полностью и самостоятельно. Работа, выполненная без соблюдения требований задания, не будет допущена к защите.

1.3.1. Разработка конструктивно-компоновочного решения резервуара

Составление монтажного плана начинают с разбивки сетки внутреннего каркаса, назначения пролетов и расположения ригелей (вдоль и поперек резервуара). После этого назначают ширину плит перекрытия и производят их раскладку (рис. 1.1). Проектируя производственные сооружения при нормативных нагрузках до 15 кН/м2, применяют сетку колонн 6´6 или 6´9. В задании на курсовую работу размеры резервуара по методическим соображениям приняты отклонением от стандарта. Поэтому в курсовой работе расстояния между осями колонн в продольном и поперечном направлениях рекомендуется принимать равными 5, 6 или 7 м. Эти размеры предопределены диаметром резервуара по заданию.

При назначении размеров сборных элементов надо ориентироваться на выпускаемые заводами типовые сборные элементы, размеры которых имеются в каталогах и справочниках, перечисленных в рекомендуемой литературе.

Размеры поперечных сечений колонн предварительно можно принять 400´400 мм или 500´500 мм.

1.3.2. Основные положения расчета

Методы расчета

Железобетонные конструкции перекрытия рассчитываются по методу предельных состояний в соответствии со СНиП 2.03.01-84 [15].

Порядок расчета

При выполнении расчетов необходимо стремиться к созданию вполне надежных и в то же время наиболее экономичных конструкций.

Порядок расчета элементов перекрытия — плиты и ригеля, а также колонны и фундамента рекомендуется следующий.

1. Составить эскиз конструкции элемента. Принять марки материалов и определить их характеристики.

2. Установить, в соответствии с характером работы под нагрузкой, расчетную схему и опасные сечения элемента.

3. Определить постоянные и временные нагрузки, действующие на элемент при эксплуатации и монтаже перекрытия.

4. В соответствии с расчетной схемой и нагрузками определить усилия (изгибающие моменты, поперечные и нормальные силы) в сечениях элемента от расчетной и нормативной нагрузок.

5. Подобрать арматуру и проверить принятые сечения элемента по предельным состояниям.

Затем произвести окончательное конструирование и составить рабочий чертеж элемента со спецификой арматуры. Схема работы такова: эскиз, расчеты от расчетов к чертежу.

Расчеты по курсовой работе целесообразно выполнять с использованием ПЭВМ по программам, разработанным кафедрой. Порядок работы изложен в [6].

1.3.3. Расчет плиты перекрытия

Поперечное сечение плиты

Поперечное сечение плиты с разрезами и схемой её армирования требуется начертить в масштабе 1:10 на миллиметровой бумаге и вклеить в текст или между страницами расчетно-пояснительной записки. Высота поперечного сечения плит при пролетах 5…7 м может быть принята в пределах 25…35 см, т. е. не менее 1/20 пролета. Ширина ребер должна быть достаточной для обеспечения прочности плиты по наклонным сечениям и для размещения арматурных каркасов. Ширина ребер принимается не менее 65…80 мм. Толщина полок плит принимается не менее 30…35 мм, а в ребристых плитах, имеющих расстояние между ребрами больше одного метра, 50…60 мм.

Поперечное сечение плиты и схема её армирования приведены на рис. 1.2.

Ребристая плита (рис. 1.2) армируется двумя одинаковыми каркасами К-1 в ребрах и двумя сетками С-1 и С-2 в полке плиты.

Каркасы и сетки, как правило, сварные. В каркасы объединяются: рабочая продольная арматура 1, устанавливаемая по расчету плиты на действие изгибающего момента, возникающего при эксплуатации; поперечная арматура 2, устанавливаемая по расчету плиты на действие поперечной силы, и монтажная продольная арматура 3, устанавливаемая по расчету плиты на действие изгибающего момента, возникающего при ее подъеме и монтаже.

В сетки объединяются арматура, устанавливаемая по расчету верхней полки плиты на местный изгиб 4, и распределительная арматура 5, устанавливаемая без расчета.

Для выполнения расчетов фактическое поперечное сечение плиты заменяют расчетным, несколько упрощенным, учитывающим предпосылки расчетов по первой и второй группам предельных состояний (рис. 1.2).

Ширина ребра приведенного таврового сечения для ребристой плиты принимается равной сумме средних толщин двух её ребер.

Нормативные и расчетные нагрузки

Нагрузки, действующие на плиту покрытия, целесообразно определять в табличной форме (см. табл. 1.2).

Таблица 1.2

Нагрузки на 1 м2 покрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м2	Коэффициент надёжности по нагрузке	Расчетная нагрузка кН/м2
А. Постоянная Собственный вес плиты* Цементная стяжка Гидроизоляционный ковер Засыпка грунта на покрытии =14 кН·__= . Итого	g1n= g2n= g3n= g4n= gn=	1,1 1,3 1,3 1,15	g1= g2= g3= g4= g=
Б. Временная Снеговая	sn=	1,4	s=
Полная	gn+sn=		g+s=

*Для плиты из тяжелого бетона = (кН/м2), из мелкозернистого бетона = (кН/м2).

Для ребристой плиты можно принять =0,08 м.

Усилия от расчетных и нормативных нагрузок

Расчетной схемой плиты является балка на двух опорах, загруженная равномерно распределенными нагрузками. Расчетный пролет плиты, м:

, (1.1)

где — расстояние между осями ригелей; — ширина поперечного сечения ригеля, можно принять =0,3 м.

От действия нагрузок в сечениях плиты возникают моменты и поперечные силы. Наибольший изгибающий момент — в середине пролета стены, а наибольшая поперечная сила у опоры. Для расчета плиты по предельным состояниям первой и второй групп требуется вычислить следующие значения изгибающих моментов и поперечных сил.

1. От расчетной нагрузки:

(кН·м); (кН) (1.2).

2.  От нормативной полной нагрузки:

(кН·м); (кН) (1.3).

3. От нормативной постоянной и длительной нагрузки

(кН·м); (кН) (1.4).

В этих формулах: множитель — ширина плиты в м — переводит нагрузку, вычисленную в табл. 1.2 на 1 м2, в нагрузку на 1 пог. м длины плиты; — коэффициент надежности по назначению; =0,95. Эпюры и от расчетной нагрузки следует привести в пояснительной записке.

Характеристики прочности бетона и арматуры

При выполнении расчетов по предельным состояниям первой и второй групп требуются определить следующие расчетные сопротивления бетона и арматуры: и — сжатие осевое (призменная прочность) бетона; и — растяжение осевого бетона; — растяжение продольной арматуры (рабочей и монтажной); — растяжение поперечной арматуры (хомутов).

Расчетные сопротивления в МПа выписываются из [1, табл. 12, 13, 22, 23] или из [15, прил. I, III и V].

Кроме этого, надо выписать значения в МПа начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении — из [1, табл. 14, 18, прил. IV] и модуля упругости арматуры — [1, табл. 29, 15, прил. V].

Расчеты плиты по предельным состояниям первой группы — по прочности

Расчеты плиты по предельным состояниям первой группы рекомендуется выполнять на ЭВМ по программе <Panel-WC>.

Расчеты по прочности выполняются для сечений, нормальных к продольной оси элемента, на действие изгибающего момента и для сечений, наклонных к продольной оси элемента, на действие поперечной силы . Значения и принимаются от расчетной нагрузки.

Выполняя расчеты, необходимо внимательно следить за размерностями величин, входящих в расчетные формулы.

Особенностью нормативных расчетов железобетонных конструкций является обилие коэффициентов, учитывающих влияние различных, определяемых в основном эмпирическим путем, факторов. Эти коэффициенты даны для совершенно определенных размерностей, обычно для МПа и мм. Следите, чтобы размерности величин, входящих в расчетные формулы, соответствовали принятым в коэффициентах.

Расчет прочности плиты по нормальным сечениям

Для расчета ребристой плиты её поперечное сечение приводят к тавровому (см. рис. 1.3).

Для ребристой плиты значение ширины плиты вводимое в расчет, принимается из условия, что ширина свеса полки в каждую сторону от ребра должна быть не более 1/6 пролета плиты и не более: а) При = 0,1· — половины расстояния в свету между продольными ребрами; б) При < 0,1· — значения

Различают два случая расчета элементов таврового сечения в зависимости от положения нижней границы сжатой зоны: в пределах полки и в ребре. Расчетный случай может быть установлен проверкой условия:

. (1.5)

Если это условие выполняется, граница сжатой зоны проходит в полке (первый случай); при обратном неравенстве она проходит в ребре (второй случай).

В приведенной формуле — рабочая высота сечения, т. е. расстояние от сжатой грани бетона до центра тяжести растянутой рабочей продольной арматуры: , можно принять =3…5 см.

Требуемую площадь рабочей продольной арматуры определяют с учетом установленного расчетного случая.

Первый случай

Последовательность расчета:

1. Вычислить коэффициент

. (1.6)

2. По таблице (см. [1, 12, 15]) в зависимости от найти относительную высоту сжатой зоны бетона .

3. Проверить условие , где - граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона, определяемой по формуле:

. (1.7)

В этой формуле: — характеристика сжатой зоны бетона, ; и — в мПа.

Если окажется, что >, то разрешается принять .

4. Определить требуемую площадь растянутой рабочей продольной арматуры:

. (1.8)

5. Назначить количество и диаметры стержней растянутой рабочей продольной арматуры.

Второй случай

Последовательность расчета:

1. Определить коэффициент

. (1.9)

2. По таблице (см. [1, 12, 15]) в зависимости от найти относительную высоту сжатой зоны .

3. Проверить условие .

Если окажется, что >, то разрешается принять .

4. Определить требуемую площадь растянутой рабочей продольной арматуры:

(1.10)

5. Назначить количество и диаметры стержней растянутой рабочей продольной арматуры. Подбор количества и диаметров стержней растянутой рабочей продольной арматуры производят по требуемой площади . На каждом каркасе в растянутой зоне можно разместить по одному или по два стержня продольной арматуры.

При большем количестве стержней уменьшается рабочая высота сечения.

Армирование плиты должно быть симметричным (одинаковым в обоих ребрах).

Диаметр стержней продольной арматуры не следует принимать более 25 мм. Если потребуется больший диаметр, то из условия размещения арматуры в ребристой плите надо увеличить ширину ребер, а в пустотных плитах можно разместить стержни рабочей продольной арматуры в. нижней полке.

Расчет прочности сечений, наклонных к продольной оси

Прочность наклонных сечений на действие поперечной силы обеспечивается постановкой в ребрах панели поперечных стержней.

Поперечная сила при этом воспринимается бетоном сжатой зоны и поперечными стержнями. Чем длиннее трещина и больше расстояние от опоры , тем меньше усилие, воспринимаемое бетоном, и больше — поперечными стержнями. Точное решение находится подбором. На практике обычно, исходя из опыта проектирования, назначают диаметр поперечных стержней и расстояние между ними и проверяют условие прочности. Если прочность не обеспечивается, принятые данные изменяют и проверку повторяют.

Условие прочности по наклонным сечениям:

< , (1.11)

где — максимальная поперечная сила; — поперечное усилие, воспринимаемое бетоном сжатой зоны над вершиной наклонного сечения; — усилие, воспринимаемое поперечными стержнями.

Рекомендуемая последовательность расчета:

1. Назначить в зависимости от диаметра продольной арматуры (по условиям сварки) диаметр поперечных стержней (можно принять равным 6, 8 или 10 мм), выписать число стержней (по числу каркасов в ребрах) и общую площадь их сечения .

2. Назначить расстояние между поперечными стержнями (шаг) , учитывая следующие конструктивные требования:

а) на приопорных участках (равных, при равномерной нагрузке, 1/4 пролета ), шаг не должен превышать:

Ø  при высоте сечения < 450 мм < и не более 150 мм;

Ø  при высоте сечения > 450 мм < и не более 150 мм.

б) на остальной части пролета при высоте сечения > 300 < и не более 500 мм.

3. Проверить, образуются ли в бетоне наклонные трещины по условию:

, (1.12)

где — коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона 0,6; для мелкозернистого бетона — 0,5; — коэффициент, учитывающий влияние продольных сил, так как в данном случае продольные силы отсутствуют =0; — коэффициент, учитывающий влияние сжатых полок в тавровых элементах; <0,5.

При этом принимается не более , поперечная арматура должна быть заанкерена в полке.

Если сечение само воспринимает поперечную силу >, наклонные трещины не образуются, и поперечная арматура ставится по конструктивным соображениям.

4. Проверить прочность бетона на сжатие на участке между трещинами по условию:

, (1.13)

где — коэффициент, учитывающий влияние поперечных стержней, , но не более 1,3.

; . (1.14)

Коэффициент определяется по формуле , где — коэффициент, принимаемый для тяжелого и мелкозернистого бетона равным 0,01

Если условие (1.13) не выполняется, то необходимо уменьшить шаг поперечных стержней либо повысить класс бетона и начать расчет снова.

5. Определить погонное усилие в поперечных стержнях на единицу длины панели:

. (1.15)

6. Принять величину проекции наиболее опасного наклонного сечения на продольную ось элемента равной её максимальному значению:

, (1.16)

проверить, чтобы она не превышала четверти пролета, иначе принять .

7. Найти величину проекции трещины на горизонтальную ось панели:

. (1.17)

Принимаемое в расчете должно быть не более и не более значения , но не менее , если >.

8. Определить поперечное усилие, воспринимаемое бетоном над трещиной:

. (1.18)

9. Определить усилие, воспринимаемое поперечными стержнями:

. (1.19)

10. Проверить соблюдение условия прочности:

. (1.20)

Если действующая поперечная сила превышает суммарное усилие, воспринимаемое бетоном и поперечными стержнями, необходимо усилить сечение одним из способов:

Ø  увеличить диаметр стержней или их шаг;

Ø  увеличить ширину ребер панели;

Ø  повысить класс бетона, после чего повторить расчет.

Расчет полки на местный изгиб

Изгиб верхней полки происходит между продольными ребрами. Расчетная схема полки и эпюра изгибающих моментов показаны на рис. 1.3.

Полка рассчитывается как балка шириной =1 м. Расчетный пролет полки равен расстоянию в свету между продольными ребрами. Нагрузку, действующую на полку , можно определить по табл. 1.2. Для этого надо заменить в ней значение плиты на высоту полки и вычислить полную расчетную нагрузку.

Арматура по расчету на действие положительного и отрицательного моментов ставится поперек полки (см. поз. 4 в сетках С-1 и С-2 на рис. 3).

Последовательность расчета полки:

1. Определить изгибающие моменты.

. (1.21)

Вычислить коэффициент :

, (1.22)

где =100 см; см.

3. Найти по таблице (см. [1, 12, 15]) в зависимости от коэффициент и проверить условие (1.2).

4. Определить требуемую площадь арматуры на 1 пог. м длины полки: