Резервуар чистой воды

Процент армирования сечения колонны:= 4,52/(40*40)*100% = 0,283%< = 0,15%.Здесь – минимальный процент армирования внецентренно загруженных элементов с гибкостью 5 10 (принимается по табл. 5.2 [10], у нас = 5,32).При > 0 диаметр продольной арматуры колонны принимается по расчету, но диаметром не менее 16 мм. При < 0 арматура по расчету не требуется, диаметр продольной арматуры назначается не менее 12 мм.4.4 Конструирование колонныПродольную арматуру 4d12 А300 размещаем в углах сечения колонны. Поперечную арматуру (хомуты) назначаем диаметром не менее 4 мм. С учетом условий сварки продольной и поперечной арматуры, чтобы избежать пережога тонкой арматуры хомутов, принимаем поперечную арматуру d4 В500. Шаг хомутов должен быть не более 20d (где d – диаметр продольной арматуры колонны), но не более 500 мм и кратным 50 мм.Принимаем шаг хомутов 200 мм < 20d = 20*12 = 240 мм.Величину защитного слоя бетона принимаем 20 мм, что соответствует привязке арматуры к наружной грани а = а’ = 30 мм (см. Рис. 5).Армирование колонны выполняем пространственным каркасом, состоящим из двух плоских каркасов КР-3 и отдельных стержней, соединяющих плоские каркасы в пространственный. Закладная деталь под опоры ригелей приваривается в тавр к продольным стержням пространственного каркаса.В месте опирания ригелей на колонну применяют дополнительное косвенное армирование колонны сетками с размером ячеек от 45 мм до 100 мм, количество сеток назначается не менее 4 с шагом от 60 до 150 мм, кратно 10 мм, на длине рабочей продольной арматуры, первую сетку устанавливают на расстоянии 15-20 мм от нагруженной поверхности торца колонны.Принимаем косвенное армирование колонны из арматуры d4 В500 с ячейкой 70x70 см, 5 сеток с шагом вдоль колонны 80 мм на участке длинойl =4*80 = 320мм> 10d= 10*12= 120 мм (см. Рис. 5).Чертеж колонны показан в графической части работы.5 Расчет прочности столбчатого железобетонного фундамента5.1 Общие положенияФундаменты резервуара воспринимают постоянную и временную нагрузки от покрытия, нагрузки от веса ригелей, веса колонн, собственного веса и передают эти нагрузки на днище и грунт основания. Для лучшего контакта с днищем сборные железобетонные фундаменты монтируют на поверхность днища на слой свежеуложенного цементно-песчаного раствора толщиной 3 см (см. графическую часть).Возникающие при этом напряжения под подошвой фундамента не должны превышать допускаемого расчетного давления на днище, величина которого определена в задании на проектирование: Расчетная величина допускаемого давления на днище зависит от прочности грунта в основании резервуара, деформативности основания, толщины днища, класса бетона днища, вида гидроизоляции.Фундамент под колонной резервуара, как правило, загружен центрально, без момента, поэтому конструкцию фундамента принимают столбчатой с квадратной плитной частью в основании. Форма плитной части фундамента и подколонника пирамидальная, что связано с условиями изготовления и экономией бетона.Подколонник фундамента выполняют в виде стакана, куда устанавливают и заделывают колонну (Рис. 6). Глубину стакана, высоту фундамента и размеры плитной части определяют расчетом в зависимости от величин нагрузок, величины допускаемого давления на днище, класса бетона и др.Размеры фундамента должны отвечать требованиям унификации. Высоту фундамента и высоту его плитной части назначают кратными 150 мм, не менее 300 мм. По наружному периметру фундамента размер плиты по высоте в тонкой ее части назначают равным 150 мм.Рис. 6. Пример конструкции фундамента под колонну (по [13]).Размеры в плане плитной части а и размеры подколонникаа1 и а2 назначают кратными 100 мм (см.Рис. 6).Для конструкций фундаментов резервуара, как и для колонн (см. выше), принимают бетон класса прочности на сжатие не ниже В15, по водонепроницаемости марки W4, марка по морозостойкости F100 [6, 7].Для армирования фундаментов используется арматура классов В500, А240, А300, А400.Конструкцию фундаментов относят к конструкциям, длительное раскрытие трещин в которых ограничивается величиной 0,3 мм, непродолжительное – 0,4 мм.В курсовом проекте расчет конструкции фундамента выполняют только по первой группе предельных состояний в стадии эксплуатации. Расчеты в стадиях изготовления, транспортирования и монтажа, а также расчет по второй группе предельных состояний допускается не выполнять.5.2 Расчет прочности фундаментаФундамент столбчатый пирамидальной формы (см.Рис. 6). Бетон тяжелый класса прочности на сжатие В15,Rb = 8,5 МПа, = 0,75МПа.Рабочая арматура классаА300, Rs = 270 МПа.Расчетная нагрузка на фундамент, без собственного веса фундамента,N=816,1 кН (см. расчёт колонны).Требуемая площадь фундамента с учетом гидростатического давления воды на днище:где R– допускаемое давление на днище (см. Задание на курсовой проект), в нашемслучае R= 0,2 МПа;– плотность воды, принимаемая равной 1 т/м3= 0,01 Н/см3;Н– высота водяного столба, в нашем случае Н= 3,44 м, = 830400/(0,15*100-0,01*344) = 71834 см2.Соответственно, сторона квадратного фундамента: = 71834^0,5 = 268см.По условиям унификации принимаем ближайший больший размер, кратный 100 мм, т.е. а = 270 см = 2,70 м.Высоту фундамента назначают из условия заделки колонны в фундамент и условия продавливания фундамента колонной, кратной 150 мм по условиям унификации.Глубину заделки колонны в фундамент hf принимают из пяти условий:исходя из условия заделки колонны в фундамент – не менее h, где h– высота сечения колонны;исходя из условия анкеровки рабочей продольной арматуры колонны в фундаменте (п.5.32) [11] – не менее 15d, где d– диаметр рабочей продольной арматуры колонны;не менее где здесь – коэффициент, зависящий от напряженного состояния бетона и арматуры, и – площадь продольной арматуры колоннны соответственно, требующаяся по расчету и фактически принятая, – коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры, – коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, и – соответственно площадь поперечного сечения и периметр анкеруемого арматурного стержня;не менее ,где – относительная длина анкеровки, зависящая отклассов арматуры и бетона, равная или принимаемая по табл. 3.3 [10],здесь – коэффициент, учитывающий влияние поперечного обжатия бетона и наличие поперечной арматуры;не менее 200 мм.В нашем случае будем иметь: = 400 мм; 15*12 = 180 мм; = 0, < 0; = 36*12 = 432мм, так как = 270*1/(4*2,5*1*0,75) = 36 при = 2,5 для арматуры класса А300, = 1 для арматурыd< 36 мм, = 1 при отсутствии поперечного обжатия; 200 мм.Принимаем большее значение из пяти требуемых, округляя до ближайшего большего числа, кратного 50 мм, т.е. принимаем:hf = 450 мм = 45 см = 0,45 м.Глубину стакана подколонникаhh принимают на 5 см больше величины hf, т.е.: = 0,45+0,05 = 0,5 м.Принимаем высоту фундамента:= 0,50+0,25 = 0,75 м,что кратно 150 мм (см. Рис. 6).Проверяем фундамент на продавливание. Условие продавливания:где Nр– расчетная продавливающая сила; – средний периметр пирамиды продавливания; – расстояние от дна стакана до рабочей арматуры плитной части фундамента при величине защитного слоя бетона 5 см,где р– давление под подошвой фундамента; = 816,1/2,7^2 = 111,95 кН/м2;h2– ширина дна стакана, = 0,40+0,10 = 0,5 м; = 0,75-0,45-0,05 = 0,25 м; = 111,95*(2,7^2-(0,5+2*0,2)^2) =725,4 кН; = 4*(0,25+0,5) = 3,0 м; = 750*3,0*0,25 = 562,5 кН < = 725,4кН.Прочность на продавливание не обеспечивается. Увеличим класс бетона фундамента до В25, Rb = 14,5 МПа, Rb = 1,05 МПа.Выполним пересчет прочности на продавливание при классе бетона В25: = 1050*3,0*0,25 = 787,5> = 725,4кН.Прочность на продавливание обеспечена.Толщину стенки стакана dh назначаем из условий:dh < 0,5hf =0,5*45= 22,5 см;dh > 0,2*h = 0,2*40 = 8 см; dh > 15 см.Принимаем dh = 17,5 см (см.Рис. 6). Армирование стенок стакана конструктивное (см. графическую часть).Высоту плитной части фундамента h1, принимаем 30 см, в тонкой ее части – 15 см, по требованиям унификации. Рабочая высота сечения плитной части =30-5 = 25 см, где 5 см – расстояние от подошвы фундамента до центра тяжести арматуры плитной части.Армирование плитной части фундамента определяют расчетом по усилиям в сечениях 1-1 и 2-2. Сечение 1-1 – по грани стаканной части фундамента, сечение 2-2 -по грани колонны (см. Рис. 6).Изгибающие моменты в сечениях 1-1 и 2-2: = 0,125*111,95*(2,7-1,1)^2 = 35,8 кН*м;= 0,125*111,95*(2,7-0,4)^2 = 74,0 кН*м.Требуемое количество арматуры в сечениях фундамента 1-1 и 2-2 соответственно: = 35,8/(0,9*0,25*270000) = 0,000589 м2 = 5,89 см2; = 74,0/(0,9*0,7*270000) = 0,000435 м2 = 4,35 см2.Армирование плитной части фундамента выполняют плоскими сварными сетками из арматуры периодического профиля диаметром не менее 12 мм. Шаг поперечной и продольной арматуры сеток назначают не менее 100 и не более 300 мм.В нашем случае принимаем симметричную сетку с ячейкой200х200 мм, т.е. 14d12 класса А300 с площадью поперечного сечения арматуры = 15,83 см2 > = 5,89 см2. Армирование фундамента показано на Рис. 6ив графической части работы.6 Расчет устойчивости резервуара на всплытие6.1 Общие положенияРасчеты устойчивости положения емкостного сооружения против всплытия относятся к первой группе предельных состояний.Всплытие резервуара можно ожидать при его полном опорожнении под влиянием гидростатического напора грунтовых вод. Усилие всплытия определяется массой вытесненной резервуаром грунтовой воды. Величину объема вытесненной резервуаром грунтовой воды подсчитывают по габаритам резервуара, соответствующим положению вертикальной и горизонтальной гидроизоляций, и по расчетной отметке верхнего уровня грунтовых вод.Верхний расчетный уровень грунтовых вод устанавливают долгосрочным прогнозом с учетом сезонных колебаний (в курсовом проекте отметка верхнего уровня грунтовых вод задается в задании на проектирование).Устойчивость емкостного сооружения следует считать обеспеченной, если усилие от веса сооружения, с учетом грунтовой обсыпки, превышает усилие всплытия не менее чем на 10%, т.е. коэффициент устойчивости против всплытия равен или больше 1,1 – см. п. 14.31 [6].В расчетах на устойчивость положения емкостного сооружения, при определении усилий от веса сооружения вероятные отклонения веса материалов от их средних нормативных значений учитывают коэффициентом надежности по нагрузке = 0,9 и коэффициентом надежности по ответственности = 0,95В периоды эксплуатации заглубленных сооружений, когда сезонный уровень грунтовых вод высокий и устойчивость сооружения не обеспечивается или вызывает значительное увеличение затрат, необходимо предусматривать мероприятия, исключающие возможность опорожнения ёмкостей (полного или частичного).6.2 Расчет резервуара на всплытиеУстойчивость опорожненного сооружения против всплытия считается обеспеченной, если вес конструкций емкостного сооружения и грунтовой обсыпки G превышает усилие всплытия, определяемое объемом вытесненной емкостным сооружением грунтовой воды Gw не менее чем на 10%, т.е. если выполняется условиеВычисляем вес сооружения и обсыпкигде G1– вес покрытия, равный: = 14,86*0,9*0,95*12*13,2 = 2012,5 кН,здесь – постоянная нормативная нагрузка от веса покрытия, равная 14,86 кН/м2 (Таблица 1);А1– площадь покрытия;G2– вес всех ригелей (= 2 шт.), равный: = 55,2/1,1*0,9*2 = 90,3 кН,здесь= 55,2/1,1 – вес одного ригеля, приведенный к весу с коэффициентом надежности по нагрузке = 1 (см. расчет колонны);G3– вес всех колонн (= 1 шт.), равный: = 8,6/1,1*1 = 7,82кН,здесь = 8,6/1,1 – вес одной колонны, приведенный к весу с коэффициентом надежности по нагрузке = 1 (см. расчет колонны);G4– вес всех фундаментов (пф= 1 шт.), равный = 2,0*25*0,9*0,95*1 = 42,8 кН,здесь = 2,0 м3– объем бетона фундамента колонны, – плотность бетона, равная 25 кН/м3;G5– вес стен, равный: = (0,14+0,38)/2*3,0*50,4*25*0,9*0,95 = 840,3 кН,здесь – объем бетона стен резервуара,0,14 м и 0,38 м – толщина стены поверху и понизу, соответственно;3,0 м – высота стены;50,4 м – периметр стены резервуара;G6– вес днища будет равен: = 12*13,2*0,14*25*0,9*0,95 = 474,0 кН,здесь – объем бетона днища резервуара,12 м и 13,2 м –ширина и длина резервуара,0,14 м – толщина днища резервуара;G7– вес грунта на обрезе фундамента под стены (наружная консольная часть днища резервуара), равный: = 0,5*4,74*50,4*17*0,9*0,95 = 1736,2кН.здесь 0,5 м – вылет консольной части днища;4,74 м – высота засыпки грунтом от отметки 0,00 (см. Задание на курсовой проект);50,4 м – периметр резервуара, = 17 кН/м3– плотность грунта (см. Задание на курсовой проект).Итого вес сооружения без гидроизоляции: = 2012,5+90,3+7,82+42,8+840,3+474,0+1736,2 = 5203,9кН.Определяем усилие всплытия по объему вытесненной грунтовой воды в габаритах гидроизоляций сооружения.Объем вытесненной воды = (1,0+0,14)*12*13,2 = 180,6 м3,здесь – отметка расчетного уровня грунтовых вод +1,000 м (см. Задание на курсовой проект); –толщина днища резервуара; – площадь резервуара.Усилие всплытия: = 10*180,6 = 1806 кН,здесь – плотность воды, равная 1,0 т/м3 = 10 кН/м3.Отношение усилий: = 5203,9/1806 = 2,9> 1,1.Устойчивость резервуара против всплытия при его опорожнении обеспечена.Список источниковБайков В.Н. Стронгин С.Г. Строительные конструкции. М.: Стройиздат, 1980.Байков В.Н.. Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1985.Попов Н.Н., Забегаев А.В. Проектирование и расчет железобетонных конструкций. М.: Высш. шк., 1985.СП 52-102-2004. Предварительно напряженные железобетонные конструкции.СНиП 2,04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1985.СНиП 3.05.04-85. Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации / ЦИТП Госстроя СССР. М., 1985.СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии / ЦИТП Госстроя СССР. М., 1986.Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СП 52-102-2004) / ЦНИИПРОМЗДАНИЙ, НИИЖБ. М., 2005.СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М., 1986.Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003) / ЦНИИПРОМЗДАНИЙ, НИИЖБ. М., 2004.СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры.СНиН 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М., 2004.Резервуар чистой воды. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Строительные конструкции» для студентов специальности 2908 «Водоснабжение и водоотведение». М, Типография МГСУ, 2008.