3. Розрахунок рами водоскиду

5.1. Статичний розрахунок рами

Рама водоскиду являє собою три рази статично невизначену систему, так як ригель з колонами і колони з фундаментами з’єднані жорстко.

Рама навантажена зосередженими силами F₁ і F₂ в місцях опирання другорядних балок і рівномірно розподіленим навантаженням по всій довжині ригеля g_mb від власної ваги, а також горизонтальною зосередженою силою W від тиску вітру. (рис.5.1. а).

Значення рівномірно розподіленого навантаження на крайню другорядну балку

Q=0,5q_b+g(_bh_sh_tb+_sch_sch_fc+_bb_bh_b_fb)=0,533160+10(25000,111,41,1+22000,0021,41,2+25000,220,61,1)=

=25180Н/м= 25,18кН/м,

де позначення див. п.3.1; 4.1.

Зосередженні сили F₁ і F₂ визначаються як при опорні реакції другорядної балки.

Зосереджене зусилля від тиску вітру

W=1,4₀_f(h+h_s+h_b)(l_c+0,5l_b)=1,40,401,4(1,4+0,11+0,60)(3+0,57)=10,75кН

де 1,4 – аеродинамічний коефіцієнт;

₀ – нормативний тиск вітру;

_f - коефіцієнт надійності за навантаженням, _f=1,4

Величина рівномірно розподіленого навантаження від власної ваги ригеля

g_mb=g_bb_mbh_mb_f=1025000,200,51,10=2750 Н/м=2,75 кН/м

Внаслідок розрахунку другорядної балки її переріз збільшився, тому необхідно уточнити розрахункову висоту колони.

При виконанні статичного розрахунку рами тиск крайніх другорядних балок F₁, на ригель можна не враховувати, так як сила F₁ не згинає ригель, а тільки стискує колону, тому вона буде врахована при розрахунку колони і фундаменту.

Після статичного розрахунку будуємо епюру згинаючих моментів для рами. (див. рис. 5.1. б).

Для розрахунку колони і фундаменту необхідно визначити зусилля в найбільш навантаженій колоні (права колона, якщо вітер зліва). Зусилля визначаємо в перерізах С і Д.

Розрахункові зусилля від дії всіх навантажень (власна вага, вода, вітер)

Н_Д­=41,54 кН; V_Д=431,19 кН; М_Д=111,55кНм

Розрахункові зусилля від дії тривалих навантажень (власна вага, вода)

Н_{Д,l ­}=36,16 кН; V_Д,l =425,15 кН; М_Дl=89,68кНм

Значення розрахункових моментів в перерізі С:

а) від дії всіх навантажень, М_с =197,48 кНм;

б) від дії тривалих навантажень Мс,_l=179,36кНм.

5.2. Розрахунок міцності нормальних перерізів ригеля

Матеріали ригеля такі ж, як і другорядної балки. Мінімальна робоча висота перерізу

Прийняті раніше розміри балки 50х20см недостатні. Приймаємо переріз 70х22см.

Робочу арматуру в прольоті розміщуємо в два ряди, на опорі в один ряд (рис.5.2.)

Рис. 5.2. Армування ригеля; а) – на опорі; б) – в прольоті.

Поздовжня арматура розрахована на згинальні моменти: на опорі М_С=197,48 кНм, в прольоті М=306,80кНм. Розрахунок виконаний як для прямокутного перерізу 70х22см аналогічно розрахунку другорядної балки. В результаті розрахунків прийнята арматура:

На опорах 322 А-ІІІ (А_s=11,4см²);

В прольоті 322 А-ІІІ+3 А-ІІІ (А_s=11,4+9,41=20,81см²).

5.3. Розрахунок міцності похилих перерізів ригеля

Розрахункова (поперечна) сила Q=V_Д – F₁ =431,19-180,0=251,19кН.

Матеріали ригеля (бетон і арматура) такі ж, як і другорядної балки (див. п.4.2.). Приймаємо поперечну арматуру 6мм з класу АІІІ.

Проекція найбільш невигідної похилої тріщини С=l_s=2м. При цьому поперечна сила, яку сприймає бетон

де _b4=1,5 для важкого бетону. Повинна виконуватись умова Q_b <2,5R_btbh₀; 53,2кН<2,50,74226610^-1=161,1кН.

Умова виконується.

Поперечна арматура з розрахунку не потрібна, якщо виконується умова

Q < Q_b,min=_b3R_bt­bh­_0­­=0,60,74226610^-1=64,47кН

Q =251,19кН> Q_b,min=64,47кН

Умова не виконується необхідний розрахунок поперечних стержнів.

Погонне зусилля в поперечній арматурі

де _b2=2, для важкого бетону.

Довжина проекції похилої тріщини

Приймаємо С₀=2h₀=132 см.

Погонне зусилля в поперечній арматурі

Мінімальне погонне зусилля в поперечній арматурі

Розрахунковий крок хомутів

де n_w=3 – кількість поперечних стержнів в даному перерізі ригеля.

Крок поперечних стержнів за конструктивними вимогами

Приймаємо крок поперечних стержнів S_w=150 мм. З таким кроком поперечна арматура розміщена на при опорних ділянках ригеля (від опори до зосередженої сили). На середній ділянці ригеля крок поперечної арматури

Приймаємо S_w=500 мм.