3 Оптимизация стропильной конструкции.

Программа системы АОЖ-ЖБК [11] позволяет выполнить оптимизацию проектируемой стропильной конструкции, по критерию относительной стоимости стали и бетона, при этом за единицу автоматически принимается относительная стоимость рассчитанного варианта по индивидуальному заданию.

Варьируемыми параметрами могут быть: тип стропильной конструкции и соответствующие типы опалубочных форм, класса бетона, класса ненапрягаемой и напрягаемой арматуры.

На основе анализа рассчитанных ЭВМ вариантов можно выбрать оптимальный вариант стропильной конструкции, отвечающий нормативным требованиям.

Задание на оптимизацию стропильной конструкции записывается в соответствующем контрольном талоне с учетом следующих требований:

Тип стропильной конструкции должен соответствовать заданному пролёту;

Для задаваемого типа стропильной конструкции можно одновременно варьировать до трёх типов опалубочной формы;

Для каждого из заданных типов опалубочной формы можно варьировать до трёх классов бетона, класс ненапрягаемой арматуры и до двух классов напрягаемой арматуры.

С учетом трёх кратной возможности обработки информации по этапу проектирования рекомендуется при первом заполнении контрольного талона составить задание на серию расчетов для заданного типа стропильной конструкции с различными типами опалубочных форм, классов бетона и арматуры, а в последующих расчётах можно для сравнения варьировать другие типы стропильных конструкций.

4. Определение расчётных комбинаций усилий и продольного армирования.

Неблагоприятные комбинации расчётных усилий в сечении 4 - 4 для основных сечений нагрузок с учётом требования [7] представленные в таблице 2.4. Расчёт про- дольной арматуры выполняем согласно требованиям пп. 3.1, 3.50, 3.54, 3.55, 3.62 [3].

Расчётные характеристики бетона и арматуры. Бетон тяжёлый класса В50, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении, Rb=27.5 МПа, Rbt=1.55 МПа, Eb=35000 МПа. Продольная рабочая арматура класса A-II, Rs=Rsc=280 МПа, Es=210000 Мпа.

Размеры сечения подкрановой части колонны b=400 мм, h=900 мм. Назначаем для продольной арматуры а=а′=40 мм, тогда ho=h-а′=900-40=860 мм

Расчёт длины подкрановой части колонны при учёте нагрузок от кранов равна lo=10.05 м. Так как lo/h =10.05/0.9=11.17 > 4, то расчёт производим с учётом прогиба элемента, вычислим Ncr по формуле (98) [3]. Для этого находим ео=M/N=131.8/676.25= =195 мм>еа=h/30=900/30=30 мм; так как ео/h=195/900=0.217> e,min=0.5-0.01lo/h-0.01Rb= =0.5-0.01·11.17-0.01·27.5=0.11, принимаем е=ео/h=0.217; =1; =Es/Eb=210000/35000=6  = 0,004

Коэффициент  будет равен:  = 1/(1-N/Ncr) = 1/(1-676.25/27294) = 1.03.

Вычислим значение коэффициента с учётом прогиба элемента по формуле: e=eo+(ho-a′)/2=195·1.03+(860-40)/2= 610 мм. Необходимое продольное армирование определим согласно п. 3.62 [3]; R=0.435. Вычислим значения коэффициентов: n=N/(Rbbho) =676.25·10³/(27.5·400·860)=0.071; m1=Ne/(Rbbho²)=676.25·10³·610/(27.5·400·860²) =0.051; =a/ho=40/860=0.047

Поскольку по расчёту арматура не требуется, то сечение ее назначаем в соответствии с конструктивными требованиями табл. 47 [3]: As=As′=0.002·b·ho = =0.002·400·860=680 мм². Тогда получим=(As+As′)/(bh)=(680+680)/(400·900) = 0.0038, что незначительно отличается от предварительного принятого=0,004, следовательно, расчёт можно не уточнять, а окончательноAs=As′=680 мм².

5. Конструирование продольной и поперечно арматуры и расчёт подкрановой консоли

Анализируя результаты расчёта всех опасных сечений колонны, целесообразно в надкрановой части принять симметричную продольную арматуру по 2  18A-II (Asл=Asп = 509 мм² > 448 мм²).

В подкрановой части колонны наиболее опасным будет сечение 6-6, для которого у левой грани принимаем продольную арматуру из 3  18 А-II (Asл=763мм²> 680 мм²), а у наиболее напряжённой грани 4  18 A-II (Asп=763мм²>680 мм²).

Поперечную арматуру в надкрановой и подкрановой частях колонны по условию свариваемости принимаем  5мм класса Вр-I, которая должна устанавливаться в каркасах с шагом 300 мм (не более 20d=20·18=360 мм).

Выполним проверку принятого продольного армирования на прочность в плоскости, перпендикулярной раме, при действии максимальных продольных сил.

Для надкрановой части колонны имеем:N=982.01 кН; Nl=676.25 кН; Nsh=305.77 кН (табл 1.1). Поскольку нет нагрузок напродолжительного действия, то расчётные сопротивления бетона принимаем с b2=1(при заданной влажности 80%). Размеры сечения: b=600 мм, h=400 мм. Назначая а=а′=40 мм, получим ho=h-а=400-40=360 мм.

Расчётная длина надкрановой части колонны lo=4.95 (табл. 1.1). Так как lo/h=4950/400= 12.38 > 4, то необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность. Находим значение случайного эксцентриситкта:

еа  h/30 = 400/30=13.33 мм; еа  H2/600 = 3300/600 = 5.5 мм; еа  10 мм. Принимаем еа = 13,33 мм. Тогда соответствующие значения изгибающих моментов будут равны: M=Nеа=982,01·10³·13,33= 13,1 кН·м;

Ml=Nlеа=676.25·10³·13.33= 9 кН·м.

Для определения Ncr вычисляем:

M1l = Nl(ho-а′)/2+Ml = 676.25·(0.36-0.04)/2+9 =117.2 кН·м; M1 = N(ho-а′)/2+M = =982.01·(0.36-0.04)/2+13.1=170.2 кН·м; l=1+117.2/170.2=1.689 < 2; =(As+A′s)/(bh)=(509+509)/(600·400)=0.00424; так как еа/h=13.33/400= 0.0333 < е,min= 0.5-0.01·12.38-0.01·27.5=0.1, принимаем е=е,min=0.1

=1/(1-982,01/12678)=1,084;

е=еа+(ho-а′)/2=13,33·1,084+(360-40)/2=174,45 мм.

Проверку прочности сечения выполняем по формулам пп. 3.61 и 3.62 [3]. Определяем х = N/(Rbb) = 982.01·10³/(27.5·600) = 59.5 мм. Так как х<Rho=0.435·360 = 174.6 мм, то прочность сечения по условию (108) [3]: Rbbx·(ho-0.5x)+RscA′s·(ho-а′) = 27,5·600·59,5·(360-0,5·59,5)+280·509·(360-40) = =370 кН·м > Nе=982,01·0,174=171 кН·м, т.е. прочность надкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной поперечной раме, обеспечена.

При проверки прочности подкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной плоскости изгиба. Учитываем только угловые стержни по 2  18 A-II (As =A′s= 509 мм²). В этом случае имеем размеры сечения: b = 900 мм, h=400 мм и расчётную длину lo=8.04 м (табл. 1.1), а расчётными усилиями в сечении 6 - 6 будут: N = 1315.79 кН; Nl=782.05 кН; Nsh=275.12 кН. Поскольку в данном примере отношение lo/h = 8040/400 = 20.1 >17.7, то необходимо учесть влияние прогиба на прочность элемента

Находим значение случайного эксцентриситета еа ≥ h/30 = 400/30= 13.33 мм; еа ≥ Н1/600 = 10050/600 = 16,75 мм; еа ≥ 10 мм. Принимаем еа = 16,75 мм. Тогда соответствующие значения изгибающих моментов будут равны:

M = Nеа=1315.79·10³·16.75 = 22 кН·м; Ml = Nlеа = 782.05·10³·16.75 = 13 кН·м

Для определения Ncr вычислим:

M1l = Nl(ho-а′)/2+Ml = 782,05·(0,36-0,04)/2+13=138 кН·м; M=N(ho-а′)/2+M= =1315.79·(0.36-0.04)/2+22=233 кН·м; l=1+138/233=1.59 < 2; =(As+A′s)/(bh) = =(509+509)/(600·400)=0.00424; так как еа/h = 16.75/400 = 0.042 < е,min =

=0.5-0.01·20.1-0.01·27.5=0.024, принимаем е=0,042. Ncr=6643 кН; =1/(1-782.05/6643) = 1.13; е = еа+(ho-а′)/2 = 16,75·1,13+(360-40)/2 = 179 мм.

Проверку прочности сечения выполняем по форм. пп. 3.61 и 3.62 [3]. Опреде- ляем х =N/(Rbb)=1315.79·10³/(27.5·600)=47.4 мм. Так как х < Rho = 0.435·360 = =175 мм, то прочность проверяем по условию (108) [3]; Rb·b·x·(ho-0.5x) + Rsc·A′s·(ho-а′) = 27.5·600·47.4·(360-40)+280·509·(360-40) = =308 кН·м > Nе =1315,79·0,179= 140 кН·м, т.е. прочность подкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной поперечной раме, обеспечена.

Расчёт прочности подкрановой консоли (рис. 4,5) производим на действие нагрузок от собственного веса подкрановых балок и максимального вертикального давления от двух сближенных мостовых кранов с учётом коэффициента сочетания =0,85, или Q=G6+Dmax·=46+218.31·0.85=231.6 кН.

Проверяем прочность консоли на действие поперечной силы при возможном разрушении по наклонной полосе в соответствии с п. 3.99 [3]. Поскольку 2.5Rbtbho=2.5·1.55·400·1160=1798 H>Q=231.6 H, то по расчёту не требуется поперечной арматуры. По конструктивным требованиям принимаем хомуты диаметром 6 мм класса А-I, устанавливаемые с максимально допустимым шагом 150 мм.

Для обеспечения прочности консоли в вертикальном сечении на действие изги- бающего момента определяем площадь сечения продольной арматуры по форм. (208) [3]: As=Ql1/(hoRs)231.6·10³·450/(1160·280)=321 мм². Принимаем 312A-II(As=331 мм²).