Расчет и проектирование открытого цилиндрического резервуара

Fx = Mk/z = 39,6/0,31 = 127,74 кН;

Горизонтальная сила в наружном Qpн и внутренним Qpв ребрах находим из уравнений:

Qpн = Fx+0,5Qв = 127,74+0,588,2 = 171,84 кН;

Qpв = -Fx+0,5Qв = -127,74 +0,588,2 = - 83,64 кН;

Момент в нижнем сечении ребра, расположенном по дну стакана, при консольной расчетной схеме определяем по формуле:

Mpн = Qpн0,38 = 171,84 0,38 = 65,29 кНм;

Относительный статический момент сжатой зоны бетона:

αm = Мрн/ (γb2Rbbh02) = 65,29/(175001 (0,36)2 = 0,067

где b=1м, h0=0,36 м.

Согласно Приложению Д

ξ = 0,069; ζ =0,965;

Характеристика сжатой зоны бетона:

ω = 0,85-0,0087,51 = 0,79

Относительная граничная высота сжатой зоны бетона

ξR = ω/(1+Rs/500 (1- ω/1,1) = 0,79/(1+365/500(1-0,79/1,1) = 0,261;

Проверим достаточность приятного сечения.

Поскольку ξ = 0,202 < ξR = 0,261 , то сечение не переармировано и геометрические размеры его достаточны.

Требуемая площадь поперечного сечения продольной вертикальной арматуры внешнего ребра, определяется по формуле:

As,тр = Mpн/ (ϚRsh0) = 86,44/(0,962800000,362) = 8,9310-6м2 =

= 8,93 см2;

Принимаем 8 стержней диаметром 12 мм класса А-III на участке b=1 м, т.е. шаг продольных стержней S=200 мм, а фактическая площадь (приложение Е) Asф = 9,05 см2 > Asтр = 8,93 см2.

Рисунок 5 – К расчету внешнего ребра фундамента под стену

А – схема определения усилия, действующего на внешнее ребро паза,

Б – расчетная схема ребра,

В – эпюра моментов М, действующих во внешнем ребре,

Г – расчетное сечение ребра.

 

2.1.2 Расчет внутреннего  ребра

Выполняется аналогично предыдущему расчету для случая обсыпанного и пустого резервуара, когда на стену и фундамент действуют давление грунта(смотри рисунок 7)

Мгр =15,15 кНм, пункт 1.2.2.

Qгр = Ргр

= 28,755,4/2 = 77,62 кН

         где Pгр = Рmax = 28,75 кН/м – расчет 1.2.

Момент в центре паза (стакана) в точке К:

Мк = Мгр+ Qгр0,175 = 15,1577,620,175 = 28,73 кНм;

Горизонтальное усилие F от момента М, действующее на ребра по модели сосредоточенной передачи усилия определяется по формуле:

Fx =

= кН;

Горизонтальная сила, действующая во внутреннем и наружном ребрах находим из уравнений:

Qpв  = Fx+0,5Qгр = 92,68 +0,577,62 =131,49 кН;

Qpн =  Fx– 0,5Qгр = 92,68 - 0,577,62  = 53,97 кН;

Момент в нижнем сечении внутреннего ребра, расположенном по дну  стакана при консольной расчетной схеме определяем по формуле:

Мрв =  Qpв0,38 = 115,420,38 = 49,97 кН

м;

Относительный статистический момент сжатой зоны бетона

 

= = 0,0436

 

где b =1 м,  h0 = 0,36 м.

            Согласно приложению Д

ζ = 0,978; ζ = 0,043;

            Условие  соблюдается.

            Требуемая площадь  поперечного сечения продольной вертикальной арматуры, устанавливаемой у внутреннего ребра определяется по формуле:

=  = 5,07 10-4 м2 = 5,07 см2;

 

Принимает 5 стержней диаметром 10 мм класса A-III участке b = 1 м.

При этом шаг продольных стержней равен S = 200 мм, а фактическая площадь (приложение Е) .

Рисунок 6 – К расчету внутреннего ребра фундамента под стену.

А) Схема определения усилия, действующего на внутреннее ребро паза;

Б) Расчетная схема внутреннего ребра;

В) Эпюра моментов М, действующих во внутреннем ребре;

Г) Расчетное сечение внутреннего ребра.

 

2.3 Расчет плиты фундамента под наружной стеновой панелью на изгиб по прочности нормальных сечений

Плита фундамента рассчитывается: на действие вертикальных нагрузок от собственного веса фундамента, от веса фундамента, от веса воды и стеновой панели в случае необсыпанного и заполненного водой резервуара. На фундамент  действуют также усилия от гидростатического давления воды, определенные в месте защемления стены в фундаменте, и горизонтальное гидростатическое давления воды по высоте фундамента (смотри рисунок 8). От нагрузок и усилий грунт под подошвой фундамента нагружен неравномерно, а эпюра напряжений определяется из расчета фундамента как внецентреннонагруженного. Определив суммарную вертикальную силу и точку ее приложения, зная усилия, действующие на фундамент,  можно определить момент, действующий на уровне подошвы фундамента и краевые напряжения эпюры реактивного давления грунта. Затем строим эпюры моментов в фундаменте от действия всех сил.

Погонная распределенная нагрузка на 1м длины фундамента от его собственного веса и веса воды:

          gф1=  0,851251,1=23,375 кН/м; 
          gф2=  0,31251,1=8,25 кН/м; 
          gф3=  0,451251,1=12,375 кН/м; 
          gв= (5,4+0,36)1101=57,6 кН/м;

где 25кН/м3 – объемный вес железобетона.

Осредненное горизонтальное гидростатическое давление воды на фундамент и усилие от него

Рв = Нвggf b = 5,761011 = 57,6 кН/м;

где Нв = 5,76 м –высота резервуара от дна,

Nвг = Рв Н1 = 57,60,71 = 40,89 кН;

Усилия от вертикальных нагрузок: 
          Nф1 = gф1 аф1= 23,3751,19=27,82 кН; 
          Nф2 = gф2 аф2= 8,251,51=12,46 кН; 
          Nф3 = gф3 аф3= 12,3750,3= 3,71 кН; 
          Nст= δст g Н gf= 0,25255,41,1 = 37,125 кН;

где δст = 0,25 м - толщина стены с учетом слоя торкрет бетона. 
                                     Nв = gв ав = 57,62,01 = 115,78 кН/м; 
          Суммарное вертикальное усилие, действующее на фундамент: 
       N = Nф1+ Nф2 +Nф3 + Nст + Nв = 27,82+12,46+3,71+37,125+115,78 =

                                            = 196,895 кН. 
          Расстояние от линии сопряжения фундамента с     днищем   до    линии действия суммарной вертикальной силы У: 
        у = =

= = 1,55 м;

Суммарный момент на уровне подошвы фундамента:

M = MB + QB

HФ +NBГ 0,45- N 0,6 = 26,86 + 132,3 0,85 + 40,89 0,45 – 196,895 0,6 = 39,58 Н м;

Максимальное и минимальное краевые давления на грунт под подошвой фундамента.

Р1,2 =

±M/W;

P1 = + = 196,895/3 + 39,58/1,5 = 92,02 кН/м2;

P2 = - = 196,895/3 - 39,58/1,5 = 39,245кН/м2;

где А = b h = 1 3 = 3 м2;

W = 

= 1 32/6 = 1,5 м2;

Эпюра давления на грунт под подошвой фундамента удовлетворяет требованиям норм:

Pmin = P2 ≥ 0 = 39,245 ≥ 0 (желательно);

Pmax = P1< 1,2R =92,02 < 1,2 180 = 216 кН/м2(обязательно).

Строим эпюру моментов. Наиболее нагруженное сечение будет располагаться в месте соединения внутренней грани внешнего ребра и дна стакана. В этом месте минимальное сечение и момент близкий к максимальному.

Момент относительно точки А равен:

M = (ya

yb ) NB+ (ya y1 ) NCT+ (ya y2 ) NФ2 +(ya y1 ) NФ1 + 0,07 QBP 0,05 NBГ    = 1,25 115,78 + 0,195 37,125 + 1,545 12,46 + 0,195 27,82 + 0,07 95,18 – 0,05 40,89 – - = 183,3 – 2,04 – 103,8 – 28,87 = 48,59 кНм;

где P3 = 71,99 кПа – давление грунта под точкой А.

  Определив усилие (М) в сечении 2-2 рассчитываем плиту  фундамента как изгибаемый элемент  прямоугольного сечения  шириной b = 1 м и высотой h = 0,45 м (h0  = 0,41 м ).

  Относительный статистический  момент сжатой зоны бетона 

αm=М/(γb2Rbbh02)

= = 0,034;

По таблице приложения Д

ζ = 0,034; ζ = 0,983;

Поскольку ζ = 0,034 < ζr = 0,673, то сечения достаточно.

Требуемая площадь поперечного сечения рабочей продольной арматуры, определяется по формуле:

As1тр =M/(ζRsh0)

= = 4,305 10-4 м2 =  4,305 см2;

Принимаем   4 стержня диаметром 12 мм класса А-II на участке b = 1 м, то есть шаг продольных стержней равен S = 200 мм, а фактическая площадь арматуры составляет  .

Нижняя арматура плиты фундамента определяется из аналогичного расчета при пустом и обсыпанном резервуаре. В нашем случае, поскольку, давление от грунта меньше давления воды, принимаем нижнее армирование плиты равным верхнему.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий  курс. Учебник для вузов – 4-е изд.перераб. – М: Стройиздат, 1985-728 с.ил

2 СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой СССР-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989-80 с.

3 Белецкий Б.Ф. и др Конструкции водопроводно-канализационных сооружений: Справ.пособие – М: Стройиздат, 1989-448с.: илл.

4 Байков В.Н, Стронгин С.Г. Строительные конструкции: Учебник для вузов.- 2-е изд.перераб. – М.: Стройиздат, 1980-364с.илл.

5 Величикин А.П., Козлов В.Ш. и др. Справочник проектировщика инженерных сооружений. Киев. Будивельник.1973- 552 с.

6 Пособие по проектированию  бетонных и железобетонных конструкций  из тяжелых и легких бетонов  без предварительного напряжения  арматуры ( к СНиП 2.03.01-84)  / ЦНИИ промзданий Госстроя СССР, НИИЖБ Госстроя СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986-192 с.

7 Пособие по проектированию  предварительно напряженных железобетонных  конструкций из тяжелых и легких  бетонов ( к СНиП 2.03.01-84). Ч. I/ ЦНИИ промзданий Госстроя СССР, НИИЖБ Госстроя СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988-192 с.

8  Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов ( к СНиП 2.03.01-84). Ч. I/ ЦНИИ промзданий Госстроя СССР, НИИЖБ Госстроя СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988-144 с.

9 СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и  Воздействия. – М.: ЦИТП Госстроя  СССР. 1988г.

10 Пособие по проектированию  фундаментов на естественном  основании под колонны зданий  и сооружений ( к СНиП 2.03.01 -84 и 2.02.01-83) /Ленпромстройпроект Госстроя СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989-112 с.

11 Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс)- М.: Высшая школа. 1983-280 с.

12 Далматов  Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. – М.: Стройиздат. 1981- 310с.

13 Г.И.Шведов. Основания и фундаменты. Справочник – М.: Высш.школа. 1991-383 с.

14 СНиП 2.02.01-83.  Основания  зданий и сооружений /  Госстрой  СССР. – М.: Стройиздат, 1985-40 с.