Расчет и конструирование элементов одноэтажного промышленного здания в сборном железобетоне

Федеральное агентство по образованию

Кубанский государственный технологический университет

Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений

Пояснительная записка

к курсовому проекту № 2 по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции»

на тему «Расчет и конструирование элементов одноэтажного промышленного здания в сборном железобетоне»

 

РЕФЕРАТ

 

Представленная пояснительная записка к курсовому проекту на тему: «Расчет и конструирование элементов одноэтажного промышленного здания в сборном железобетоне» имеет в объеме 34 листов. В ней представлены расчеты железобетонных элементов одноэтажного промышленного здания: поперечной рамы, колонны, фундамента под колонну, стропильной конструкции – арочной фермы. Пояснительная записка иллюстрирована необходимыми пояснениями и рисунками, а также схемами ко всем расчетам.

Все расчеты произведены в соответствии с нормативной докумен-тацией, в соответствии с требованиями СНиП.

Ил. 20, Табл. 4, Библиогр. 4

К пояснительной записке прилагается графическая часть – 2 листа формата А1.

Введение

 

При разработке проектов зданий и сооружений выбор конструктивных решений производят исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, достигаемых за счет внедрения эффективных строительных материалов и конструкций, снижения массы конструкций и т.п. Принятые конструктивные схемы должны обеспечивать необходимую прочность, устойчивость; элементы сборных конструкций должны отвечать условиям механизированного изготовления на специальных предприятиях.

При проектировании производственных зданий необходимо стремиться к наиболее простой форме в плане и избегать перепадов высот. При проектировании часто выбирают объемно-планировочные и конструктивные решения, так как они обеспечивают максимальную унификацию и сокращение числа типоразмеров и марок конструкций.

Увеличение объема капитального строительства при одновременном расширении области применения бетона и железобетона требует всемерного облегчения конструкций и, следовательно, постоянного совершенствования методов их расчета и конструирования.

Общие данные

Здание отапливаемое, сблокировано согласно конструктивной схеме.

Пролет железобетонной рамы 30 м, шаг колонн – 12 м, длина температурного блока 48 м. Мостовые краны грузоподъемностью 500/100 кН в каждом пролете. Снеговая нагрузка по IV снеговому географическому району, ветровая нагрузка для II района, местность типа С – городской район с застройкой зданиями высотой более 25 м, средняя скорость ветра за период со средней суточной температурой воздуха £ 8°, м/с "Строительная климатология" СНиП 23-01-99. Кровля рулонная, плотность утеплителя 300 .

Компоновка поперечной рамы железобетонного каркаса

В качестве основной несущей конструкции покрытия выбраны железобетонные арочные фермы пролетом 30 м с предварительно напряженным нижним растянутым поясом. Устройство фонарей не предусмотрено, цех оборудован лампами дневного света. Плиты покрытия предварительно напряженные железобетонные ребристые размером  м. Подкрановые балки металлические высотой 1.3 м. Наружные стены панельные навесные, опирающиеся на опорные столики колонн. Колонны проектируют сквозными двухветвевыми, ступенчатыми.

Отметка кранового рельса 12,9 м. Высота кранового рельса 120 мм.

Колонны имеют длину от обреза фундамента до верха подкрановой консоли  м.

От верха подкрановой консоли до низа стропильной конструкции, согласно стандарту на мостовые краны; высотой подкрановой балки, рельса, размером зазора  м. Окончательно принимаем .

Полная длина колоны м.

Соединение колонн с фермами выполняется сваркой закладных деталей и в расчетной схеме поперечной рамы считается шарнирным.

Размеры сечения колонны в надкрановой части назначают с учетом опирания ригелей непосредственно на торец колонны без устройства специальной консолей принимаем см, см.

Сквозные колонны имеют в нижней подкрановой части две ветви, соединенные короткими распорками-ригелями.

Для крайних колонн высота всего сечения см.

Высота сечения ветви мм, ширина мм, .

Рис. 1. Компоновка сечения колонн

 

Определение нагрузок на раму

 

Постоянная нагрузка от массы покрытия:

Таблица 1. Нагрузка от массы покрытия

Собственный вес	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффициент надёжности по нагрузке	Расчётная нагрузка, Н/м2
1. Железобетонных ребристых плит покрытия размером в плане м с учетом заливки швов	2050	1,1	2255
2. Пароизоляция, один слой рубероида	50	1,3	65
3. Утеплителя (плиты минераловатные полужесткие кг/м3 см)	385	1,2	462
4. Асфальтобетонная стяжка ГОСТ 912884 см,кг/м3	350	1,3	455
5. Изопласта (рулонный наплавляемый)	150	1,3	195
ИТОГО	2985		3432

Собственную массу принимаем кН, распределенной на 1м²

кН/м²;

,,

Нормативное значение постоянной нагрузки от покрытия: кН/м².

Расчетная  кН/м².

Отношение .

Временные нагрузки. Снеговая нагрузка. Вес снегового покрова на 1 м² площади горизонтальной проекции покрытия по СНиП 2.01.85 – 85 “Нагрузки и воздействия” для III района кПа. кН/м²,. Т. к.  - принимаем.

На участке с перепадом высот коэффициент

Рисунок 2. Схема распределения снеговой нагрузки на участке у перепада высот

,

где м - высота перепада, м, отсчитываемая от карниза верхнего покрытия до кровли нижнего;

 м – длины, с которых снег переносится на рассматриваемый участок;

 - доля снега, переносимого ветром к перепаду высот с верхнего покрытия при ,  с нижнего сводчатого покрытия при;

Длина зоны повышенных снегоотложений  м при_;

Принимаем в расчете_;

Длительная составляющая снеговой нагрузки  кН/м² для IV района.

Крановые нагрузки.

Таблица 2. Справочные данные по мостовым кранам

Q, т		Пролет L, м	Размеры, мм				Max давление колеса	Вес тележки Gn, кН	Вес крана с тележкой Gк, кН	Тип кранового рельса	Высота рельса h, мм	Высота подкрановой балки при шаге колонн 12 м
Главный крюк	Вспомо-гательный		H	М	B1	K	Fn,,max
50	10	30	2400	6300	260	4400	220	85	360	КР-70	120	1300

Пролет крана м. кН, .

Расчетное максимальное давление на колесо кранакН,  кН.

Поперечная сила на одно колесо

кН.

 - коэффициент трения при торможении тележки;

 - количество колес крана с одной стороны;

 - отношение тормозных колес тележки к общему числу колёс.

Рис. 3. Линия влияния давления на колонну

Вертикальная крановая нагрузка на колонны при невыгоднейшем положении кранов с коэффициентом сочетаний

кН, кН.

- сумма ординат линии влияния

Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении

кН.

 

Ветровая нагрузка. Нормативное значение ветрового давления по СНиП 2.01.85 – 85 “Нагрузки и воздействия” для II района, местности типа C,  кПа (600 Н/м²), аэродинамический коэффициент: с наветренной стороны , подветренной . Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m на высоте z над поверхностью земли

, где  - нормативное значение ветрового давления;  - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

Рисунок 4. Схема к определению нагрузки от ветра

С наветренной стороны м,  кН/м²;

 м,   кН/м²;

м,

 кН/м².

м кН/м².

 

Расчет раскосной железобетонной арочной фермы

 

Расчетные данные.

Бетон класса В35:МПа; МПа;;МПа;  МПа;

МПа.

Предварительно напряженная арматура класса А-V:

МПа; МПа; МПа.

Ненапрягаемая арматура класса А-II, А-I

Передаточная прочность бетона МПа.

Разность температур натянутой арматуры и устройств воспринимающих усилие натяжения .

Схема фермы и определение геометрических характеристик..

Арочную ферму проектируем с раскосной решеткой. Верхний пояс описан по дуге окружности радиусом:

м.

Центральный угол  равен: ; .

Длина дуги верхнего пояса фермы: м.

Разбиваем верхний пояс на 4 равные панели по 6.045 м.

Нагрузка от плит покрытия через ребра в виде сосредоточенных сил передается на узлы фермы и в середину второй и третьей панели верхнего пояса.

При ширине плиты покрытия м угол, который опирается на дугу длинной м, равен .

Горизонтальная проекция первой плиты покрытия составляет

м;

второй м; аналогично м, м.

Получаем схему передачи нагрузки от ребер плит на верхний пояс фермы.

Рисунок 5. Геометрическая схема и схема передачи нагрузки на ферму.

Определение нагрузок на ферму

Постоянная нагрузка кН/м.

В однопролетном здании учитываем 3 варианта загружения снеговой нагрузкой, :

1). Полная равномерно распределенная по всему пролету кН/м.

2). Полная равномерно распределенная на половине пролета .

3). Распределенная снеговая нагрузка, ординаты которой связаны с перепадом высоти  кН/м.

Коэффициент перехода от нормативной к расчетной нагрузке.

Рисунок 6. Геометрическая схема и схема передачи нагрузки на ферму

Производим подсчет нормативных и расчетных нагрузок на узлы верхнего пояса фермы для всех вариантов загружения:

Расчётное опорное давление фермы:

1)  загружение постоянной нагрузкой:

кН;кН;

кН;кН; кН;

2)  первый вариант загружения снеговой нагрузкой:

кН;кН;

кН;кН; кН;

3)  второй вариант загружения снеговой нагрузкой:

кН;кН;

кН;кН; кН;

4)  третий вариант загружения снеговой нагрузкой:

Рисунок 7. Схема третьего варианта загружения снеговой нагрузкой

кН;кН;

кН;кН; кН;

кН;

кН;

кН;кН;

 

Определение усилий в элементах фермы произведен на ЭВМ с помощью программы ЛИРА-WINDOWS Версия 9.0, разработанной в НИИАСС (Киев), 1995-1998 г.

Вычисленные усилия сведены в таблицу 3 :

Таблица 3. Усилия в стержнях фермы.

Элементы фермы	Обозначение стержня	Расчетное сечение	Продольная сила N от нормативных нагрузок , кН
			Постоянная нагрузка	Снеговая нагрузка, вариант
				1	2	3
Верхний пояс	1	1	-941.980	-275.938	-191.998	-445.692
		2	-938.982	-275.843	-191.715	-444.596
		3	-900.990	-263.968	-180.629	-416.233
	2	1	-903.652	-264.069	-151.234	-359.945
		2	-908.913	-264.139	-146.384	-359.142
		3	-890.860	-260.305	-149.950	-352.302
Нижний пояс	3		857.237	251.181	173.695	401.035
	4		859.288	252.932	174.657	401.242
	5		895.478	263.050	131.525	325.995
Раскосы	6		-2.037	-2.815	-1.413	-4.596
	7		37.431	8.444	41.639	62.389
					-33.195	-58.647
	8		-10.297	-4.877	24.818	41.443
					-29.095	-42.117

Рисунок 8. Эпюры M кНм

 

Расчет нижнего пояса на прочность

 

Сечения, нормальные к продольной оси элемента.

Наибольшее растягивающее усилие в нижнем поясе кН, кН, кНм.

Принимаем сечение нижнего пояса см.

мм, величина мммм – продольная сила проходит между ц.т. сечений арматуры., где мм – расстояние от оси сечения напрягаемой арматуры до ближайшей грани.

Расстояние от направления действия силы до наиболее удаленной до нее арматуры мм.

см², где

 ,  - мах значение коэффициента условий работы высокопрочной арматуры при напряжениях выше условного предела текучести.

(пункт 2.5.2[ 1 ]).

Для К7см². Определяем количество прядей канатов шт. Принимаем ø15 К7 (см²). Напрягаемая арматура окаймлена хомутами.

Продольная арматура каркасов класса А-V (4 ø8 с см²). Суммарный процент армирования составляет

%.

Сечение нижнего пояса представлено на рисунке :

Рисунок 9. сечение нижнего пояса

Расчет нижнего пояса по образованию трещин

Элемент относится к 3-й категории. Величину контролируемого предварительного напряжения арматуры принимаем из условия МПа, - при механическом способе натяжения, МПа.

Определяем потери предварительного напряжения в арматуре при коэффициенте точности натяжения .

Первые потери (происходящие до обжатия бетона):

(п. 2.4.2 [ 1 ]).

1. Потери от релаксации напряжений арматуры

МПа.

2. Потери от температурного перепада МПа.