Билет № 18

1. Практические способы и применение ЭВМ для расчета рам.

Преимущества настоящего метода. Расчет при помощи таблиц очень прост и доступен для техников-конструкторов, не отличается по сложности от расчета равнопролетных неразрезных балок при помощи широко известных таблиц Менша. Изгибающие моменты определяются здесь непосредственно в нужных сечениях рамы и не требуют вычисления многочисленных вспомогательных величин.

Для суждения о точности расчета рам при помощи настоящих таблиц приводим примеры расчетов, произведенных на электронно-вычислительной машине (ЭВМ), методом Кани (принятым во многих проектных организациях) и при помощи настоящих таблиц.

Рассчитана 2-пролетная, 5-ярусная рама с равномерно распределенной нагрузкой всех ригелей при соотношении погонных жесткостей ригелей и стоек К = 0,5. Схема такой рамы и эпюра моментов изображены на рис. 118 к табл. 72. Пролет рамы / = 6,0 м. нагрузка q = 6,0 т/м (<//2 = 6-62 = 216,0 тм).

Изгибающие моменты в сечениях рамы, полученные перечисленными выше методами, приведены в табл. 1. Результаты расчета на ЭВМ приняты условно за 100% и даны отклонения результатов, полученных другими методами, от результатов расчет та на ЭВМ по каждому из опорных и пролетных сечений стержней рамы. Характерны приведенные здесь наибольшие отклонения от результатов расчета на ЭВМ, средние отклонения по всем сечениям, а также данные о времени, затраченном старшим инженером-конструктором на расчет рамы каждым из приведенных здесь методов.

Наибольшее отклонение от расчета, выполненного на ЭВМ, методом Кани составило 13, по таблицам — 8%. Среднее отклонение по всем сечениям от расчета на ЭВМ методом Кани составило 4,6, по таблицам — 2,5%.

Время, затраченное на расчет рассмотренной здесь рамы на ЭВМ (с зашифровкой и расшифровкой) составляет половину рабочего дня старшего инженера; на расчет методом Кани требуется целый рабочий день, по таблицам — только полчаса. Как видно из данных табл. I, расчет рамы при помощи готовых коэффициентов имеет достаточную для практических целей точность, а преимущество в простоте и быстроте неоспоримо.

§ 7. Случаи применения. Быстрый расчет при помощи настоящих таблиц может быть особенно полезен в стадии нахождения оптимальных поперечных сечений элементов рамы, при предварительном подборе сечений; для сравнения целесообразности разных конструктивных схем; для внесения частичных изменений нагрузки или размеров в ранее решенную конструкцию; проверки расчета, выполненного иным методом; исследования влияния на конструкцию в целом отдельной нагрузки; стадии технического проекта; для выполнения сравнительных расчетов вариантов рам с разными размерами пролетов и шага; для поисков и определения наиболее экономичных и выгодных решений и т. д.

2. Расчет многоэтажных рам: предварительный подбор сечений, расчетные схемы (железобетонный каркас).

В расчете можно пренебречь горизонтальными смещениями яруса, таким образом при равных пролетах и равных нагрузках наши многопролетные рамы могут заменяться трехпролетными с n-ым количеством средних пролетов. При этом изгибающие моменты во всех средних пролетах могут быть приняты Мпрср. Чаще всего рамы проектируют с равными пролетами или укороченным средним пролетом при этом узлы рам расположены на одной вертикали имеют приблизительно равные углы поворота. Опорные моменты стоек равны, а нулевые моментные точки располагаются на половине высоты этажа. Таким образом многоэтажную раму можно расчленить на одноэтажные рамы с шарнирами по концам. Расчет производят для 3-х рам – верхней, средней, нижней. Для расчета таких рам можно можно использовать таблицы. Ригели рассчитываются с учетом перераспределения усилий с учетом пластических деформаций и образования пластического шарнира на опоре. Схему загружения выбирают приблизительно также как при расчете неразрезного ригеля т.е. при нагрузке V временной нагрузки через пролет, получают max опорные моменты стоек. При нагрузке через пролет опорные моменты ригеля примерно на 30% меньше Мопmax . Задача сводится к определению моментов в одноэтажных трехпролетных рамах с симметричной нагрузкоы. Расчет делают с помощью таблиц. М=(αg+βV)l2 где α и β табличные коэф. g – постоянная, V- временная нагрузка. α и β зависят от соотношения погонной жесткости ригеля и стоек. Поэтому изгибающие моменты в стойках для каждой схемы загружения определяют по разности опорных моментов ригеля в узле и распределяют эту разность между верхней и нижней стойками пропорционально их жесткости. Строят эпюру моментов в ригеле, отвешиваем с учетом Моп по концам ригелей, по огибающим эпюрам. Расчет стоек идет как внецентренно нагруженных элементов в плоскости поперечной рамы.

3. Железобетонные балки покрытия одноэтажных промышленных зданий: конструирование.

Железобетонные балки применяют для перекрытия пролетов 6, 9, 12 и 18 м. При пролетах 24 м и более они уступают фермам по технико-экономическим показателям и, как правило, не используются. Балки пролетами 6 и 9 м предназначены преимущественно для покрытия пристроек, а балки пролетом 12 м — в качестве поперечных или продольных ригелей покрытия. Балки пролетом 18 м применяют в качестве поперечных ригелей, по которым укладывают плиты 3x6 или 3х12 м. В зависимости от профиля кровли балки бывают двускатными, односкатными, с параллельными полками, с ломаным или криволинейным очертанием верхней полки. Двускатные балки имеют уклон верхней полки 1:12 для скатных кровель, 1 : 30 — для малоуклонных кровель. Из-за экономичности их чаще других применяют для покрытий пролетов 18 м. Определенные трудности при их изготовлении связаны с устройством каркасов переменной высоты. При необходимости пропуска коммуникаций в уровне покрытия (воздуховоды и т.п.) используют двускатные решетчатые балки пролетом 12 и 18 м. Односкатные балки обычно применяют для устройства кровли с односторонним уклоном, например, в пристройках. Балки с параллельными полками наиболее просты в изготовлении, имеют арматурные каркасы постоянной высоты и применяются в качестве продольных ригелей при горизонтальных кровлях. Однако по расходу бетона и арматуры они уступают двускатным. Балки с ломаным и криволинейным верхним поясом, несмотря на экономичность, не нашли широкого применения из-за сложности их изготовления. Высота сечения балок в середине пролета (1/10...1/12)L. В целях экономии бетона сечение балок принимают тавровым (при L= 6; 9 м) и двутавровым (L=12; 18 м). Ширину верхней полки балок из условия опирания плит покрытия и обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже принимают равной 1/50...1/60, что обычно составляет 20...40 см. Ширину нижней полки (25...30 см) определяют из условия размещения в ней растянутой арматуры, прочности бетонного пояса при действии усилия обжатия, а также способа опирания балки на колонны. Толщину вертикальной стенки в средней части пролета (6...8 см) назначают исходя из условий изготовления балки (в вертикальном положении) и размещения поперечной арматуры (одного или двух каркасов). У опор стенка утолщается, что обеспечивает прочность и трещиностойкость опорных сечений. Балки покрытий изготавливают из тяжелого бетона классов В25...В50 и из бетона на пористых заполнителях классов В25...В40. В основном применяют предварительно напряженные конструкции, армируемые высокопрочными стержнями, одиночной высокопрочной проволокой или пучками из нее, используются и семипроволочные канаты. Балки изготавливают на заводах строительных материалов и конструкций с натяжением арматуры на упоры. Типовые балки со сплошным двутавровым поперечным сечением и решетчатые разработаны с несколькими вариантами армирования продольной напрягаемой арматурой классов А-1У, А-У, А-У1, Вр-П и К-7. Балки рассчитывают на равномерно распределенные нагрузки от собственного веса, веса кровли и снега, а также на сосредоточенные силы от веса фонаря и подвесного транспорта, если он есть в здании, при этом учитывается наиболее невыгодное сочетание нагрузок. Расчет выполняется по первой и второй группам предельных состояний на прочность, по образованию и раскрытию трещин и по деформациям. Значения расчетных изгибающих моментов и поперечных сил, а также величину прогиба находят из расчета шарнирно опертой однопролетной балки. Считается целесообразным уменьшить количество продольной не напрягаемой арматуры В соответствии с построенной эпюрой материалов. Расчет прочности по нормальным сечениям ведется по правилам проектирования изгибаемых элементов двутаврового поперечного сечения в соответствии с методикой, которая была изложена выше при рассмотрении изгибаемых элементов. Следует иметь в виду, что в двускатных балках наиболее опасным оказывается нормальное сечение, расположенное не в середине пролета, а на расстоянии (0,3...0,4L) от опоры. Требуемая площадь поперечной арматуры назначается в результате расчета прочности балки по наклонным сечениям. Опорные зоны балок дополнительно рассчитываются на местное действие опорной реакции и усилия предварительного обжатия. Прочность и трещиностойкость балок также проверяется во время складирования, транспортировки и монтажа. В последнее время в практике строительства стали применять более экономичные конструкции покрытий, проектируемые по безпрогонной схеме, и постоянно разрабатываются новые конструктивные решения.