Расчет и конструирование несущих элементов одноэтажного промышленного здания

проект.dwg

Опалубочный чертеж Ф1
Схема армирования Ф1
068077-270101.65-013-КП-17
Курсовой проект по дисциплине
Железобетонные и каменные конструкции
Монтажная схема 1:400
расчетная схема 1:200
Расчет и конструирование железобетонных конструкций одноэтажного промышленного здания
БКНБ-12-1 с КЭ 01-50
Связь горизонтальная
Спецификация монтажных элементов
Опалубочный чертеж 1:50
схема армирования 1:50
Опалубочный чертеж фундамента средней колонны
схема армирования разрезы 10
Схема армирования фундамента средней колонны
Монтажная схема элементов здания
-х слойный руберойдный ковер
Цементно-песчаная стяжка
Опалубочный чертеж К2
Опалубочный чертеж 1:40
схема армирования 1:40
разрезы 8-8 и 9-9 1:15
Спецификация арматуры на 1 колонну
Схема армирования К2
Расчетная схема и загружения поперечной рамы

пояснительная записка.docx

Задание на проектированиес.
1 Определение генеральных размеров поперечной рамы цеха 3с.
Установление нагрузок на поперечную раму цеха4с.
1 Нагрузка от собственного веса конструкции покрытия 4с.
2. Снеговая нагрузка6с.
3 Ветровая нагрузка6с.
4 Крановая нагрузка7с.
4.1 Характеристики крана и кранового рельса 7с.
4.2 Расчет крановой нагрузки 8с.
Статический расчет рамы 9с.
Расчет железобетонной сегментной фермы 11с.
1 Задание на проектирование11с.
2 Расчет нижнего пояса 12с.
3 Расчет на раскрытие трещин 14с.
4 Расчет верхнего пояса15с.
5 Расчет элементов решетки 16с.
6 Расчет и конструирование узлов фермы 19с.
6.1.Расчет анкеровки арматуры 19с.
6.2.Расчет поперечной арматуры в промежуточном узле 21с.
Расчет и конструирование колонны среднего ряда23с.
1 Исходные данные23с.
2 Расчет арматуры в подкрановой части колонны23с.
3 Расчет арматуры в надкрановой части колонны28с.
4 Расчет консоли колонны 33с.
Проектирование фундамента мелкого заложения35с.
1 Исходные данные35с.
2 Определение размеров фундаментной плиты35с.
3 Расчет на продавливание35с.
4 Расчет на изгиб36с.
Библиографический список37с.
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Запроектировать в сборном железобетоне одноэтажное промышленное здание по исходным данным.
Отметка головки подкранового рельса м
Грузоподъемность крана кН
Ферма средняя колонна
1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕНЕРАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ
ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ЦЕХА
Компоновку поперечной рамы начинают с установления основных габаритных размеров элементов конструкций в плоскости рамы.
Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса и расстоянием от головки кранового рельса до низа конструкций покрытия.
Расстояние от пола до головки подкранового рельса: hкр.р = 77 м.
Высота надкрановой части колонны:
Hв = hпб+Нр+Нкр+а = 14 + 015 + 165 + 02 = 34 м.
Высота подкрановой части колонны:
Hн = hкр.р - hг.р - hпб + d = 77 – 015 – 14 + 015 = 63 м.
Полная высота колонны: Lк = Hн + Hв = 34 + 63 = 97 м.
Для проектируемого здания с кранами грузоподъемностью 5т выбираем железобетонные колонны прямоугольного сечения.
Размер сечений колонн:
- в надкрановой части hв (500-600) = 600 мм.
- в подкрановой части hн (110-114)Hн = 800 мм b (120-125)Hн = 500 мм.
- привязка осей крайних колонн к разбивочным осям: поскольку шаг колонн 12м Q 50т привязка =250мм.
- расстояние от разбивочной оси ряда до оси подкрановой балки при мостовых кранах грузоподъемностью до 50 т принято λ=750 мм. Это расстояние складывается из габаритного размера крана размера сечения колонны в надкрановой части и требуемого зазора между габаритом крана и колонной.
- сечение верхней части колонны 500
- сечение нижней части колонны 500x800 мм.
УСТАНОВЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ПОПЕРЕЧНУЮ РАМУ ЦЕХА
На поперечную раму цеха действуют постоянные нагрузки от веса ограждающих и несущих конструкций здания временные от мостовых кранов и атмосферные воздействия снега ветра.
На здание может действовать одновременно несколько нагрузок и возможно несколько комбинаций их с учетом отсутствия некоторых из них или возможного изменения схем их приложения. Поэтому раму рассчитывают на каждую из нагрузок отдельно а затем составляют расчетную комбинацию усилий при невыгодном сочетании нагрузок. При этом значения нагрузок должны подсчитываться отдельно если даже они имеют одинаковые схемы распределения на конструкции но отличаются по длительности воздействия.
1 НАГРУЗКА ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЯ
Постоянные нагрузки на ригель рамы от веса кровли ферм и связей по покрытию принимаются обычно равномерно распределенными по длине ригеля.
Постоянные нагрузки зависят от типа покрытия которое может быть тяжелым или легким утепленным или не утепленным. В данном курсовом проекте применяется тип покрытия жб плиты.
Нормативная нагрузка кНм2
Расчетная нагрузка кНм2
Трёхслойный рубероидный ковер
Цементно-песчанная стяжка ρ=1600 кгм3; =20 мм
Утеплитель (пенобетонные плиты)
Собственный вес плиты покрытия
Нагрузка от покрытия:
Нагрузка на оголовок колонны:
Нагрузка на оголовок колонны:
Постоянная нагрузка действующая на подкрановую часть:
где: – вес подкрановой балки кН;
– погонный вес от кранового рельса кНм;
– погонный вес крепежных элементов кНм.
Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле:
гдеSg — расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли принимаемая в зависимости от района строительства. Город Калининград расположен в 5–ом снеговом районе:=32кПа;
Рис.1 Расчетная схема загружения фермы снеговой нагрузкой.
Полное расчетное значение снеговой нагрузки:
Расчет поперечных рам здания выполняется только на статическую составляющую ветровой нагрузки соответствующей установившемуся напору на здание. Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:
где: — нормативное значение ветрового давления принимаемое в зависимости от района строительства. Город Воркута расположен в IV ветровом районе Wo – 048 кПа;
с — аэродинамический коэффициент; c = 08 для наветренной стороны;
c = 05 для подветренной стороны;
— коэффициент надежности по нагрузке;
B — шаг стропильных конструкций;
— коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте k=1.
Производственные здания часто оборудуются большим числом мостовых кранов в каждом пролете. Одновременная работа всех кранов в режиме их максимальной грузоподъемности отвечающая наиболее неблагоприятному воздействию на поперечную раму маловероятна. Поэтому при расчете двухпролетных рам крановую нагрузку учитывают только от двух кранов наибольшей грузоподъемности с учетом коэффициента сочетаний.
4.1 ХАРАКТЕРИСТИКИ КРАНА
Крановый рельс КР-70 (ГОСТ 4121-76*):
высота рельса 120 мм
4.2 РАСЧЕТ КРАНОВОЙ НАГРУЗКИ
Вертикальная крановая нагрузка передается на подкрановые балки в виде сосредоточенных сил Pmax и Pmin при их невыгодном положении на подкрановой балке. Расчетное давление на колонну к которой приближена тележка определяется по формуле:
Вертикальная крановая нагрузка на противоположную колонну:
где: – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок;
– наибольшее вертикальное давление колес на подкрановую балку;
– наименьшее вертикальное давление колес на подкрановую балку.
Рис. 2. Схема давления колес крана на подкрановый рельс
Максимальное давление на колонну (от двух сближенных кранов):
Минимальное давление на колонну:
Нагрузка от торможения крана:
При торможении тележки крана на колонны рамы действует горизонтальная поперечная нагрузка.
Расчетное горизонтальное давление на колонну:
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РАМЫ
Статический расчёт рамы выполняется на основании собранных выше нагрузок и по определённым ранее размерам поперечной рамы цеха. Статический расчёт необходим нам для дальнейшего расчёта фермы и колонны.
Расчет производим в комплексе ЛИРА САПР. Создаем расчетную схему поперечной рамы промышленного здания назначаем жесткости и материалы а также задаем нагрузки и генерируем таблицу РСУ.
Рис.3. Расчетная схема поперечной рамы здания.
Рис.4. Расчетные сочетания усилий.
РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ СЕГМЕНТНОЙ ФЕРМЫ
1 ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Требуется рассчитать и сконструировать предварительно напряженную сегментную ферму для кровли среднего пролета одноэтажного однопролетного здания пролетом 18 м при шаге ферм 12 м (рис.2).
Предварительно напряженный нижний пояс армируется стержневой арматурой класса А800 с натяжением на упоры. Верхний пояс и элементы решетки (раскосы и стойки) армируются сварными каркасами из стали класса A500. Ферма изготовляется из бетона класса В30 бетонирование поясов и решетки выполняется одновременно твердение бетона с пропариванием.
Расчетные характеристики бетона и арматурной стали:
для бетона класса В30:
Для арматурной стали А800:
для арматурной стали A500:
Рис. 5.Схема сегментной фермы.
Геометрические размеры фермы
Ширину панелей принимаем 3 м с таким расчетом чтобы ребра плит покрытия опирались в узлы верхнего пояса. Предварительно назначаем геометрические размеры поперечного сечения:
для верхнего пояса ;
2 РАСЧЕТ НИЖНЕГО ПОЯСА
Расчет по предельным состояниям первой группы на прочность
Максимальное расчетное усилие согласно таблице сочетаний усилий принимаем равным:
Первоначально принимаем диаметр напрягаемой арматуры 20 мм количество - 8 стержней арматура класса А800 Аs=25.13 см2 .
Расчет по предельным состояниям второй группы
Расчетное усилие при учете всех нагружений :
Нормативное усилие при учете всех нагружений:
где - коэффициент перехода от расчетного значения усилий к нормативному значению.
Подсчет потерь предварительного напряжения
Напряжение натяжения арматурных канатов
Потери от релаксации напряжений:
Потери температурные:
Потери от деформации формы (упоров):
Потери от деформации анкеров:
Потери от усадки бетона:
Потери от ползучести бетона:
Приведенное сечение элемента
Напряжения в бетоне на уровне ц.т рассматриваемой арматуры:
Напряжение в арматуре за вычетом потерь
Усилие в напрягаемой арматуре
Расчет на образование трещин
Критическое усилие образования трещин
Т.к. то требуется расчет на ширину раскрытия трещин
3 РАСЧЕТ НА РАСКРЫТИЕ ТРЕЩИН
Проверку на раскрытие трещин проводят из условия
где ширина раскрытия трещин от действия нагрузок.
коэффициенты подбираются в зависимости от продолжительности действия нагрузок по [2 п. 8.2.15]
Ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок
- базовое расстояние между трещинами принимаемое и .
Ширина раскрытия трещин не превышает 0.2 мм при продолжительном действии нагрузок.
Следовательно принимаем диаметр напрягаемой арматуры 20 мм количество – 8 стержней As=25.13 см2.
В нижнем поясе ставится поперечное армирование в виде сеток диаметром 0.25ds=6 мм А240. Шаг поперечных стержней в сетках не более 15ds и не более 500 мм принимаем шаг 300мм.
4 РАСЧЕТ ВЕРХНЕГО ПОЯСА
Максимальное расчетное усилие принимаем .
Принята арматура класса А500 МПа.
Расчет по прочности прямоугольных сечений внецентренно сжатых элементов с арматурой расположенной у противоположных в плоскости изгиба сторон сечения при эксцентриситете продольной силы и гибкости допускается производить по п.6.2.17 из условия
где Nult — предельное значение продольной силы которую может воспринять элемент определяемое по формуле
Nult = (RbA + RscAstot))
Здесь Astot — площадь всей продольной арматуры в сечении элемента;
— коэффициент принимаемый в зависимости от гибкости элемента:
Сечение арматуры принимаем 4ø18 :
NNult – Условие выполняется!
В верхнем поясе поперечное армирование устанавливается из стержней диаметром 0.25ds = 6 мм А240 образовывая каркас. Шаг поперечных стержней не более 15ds и не более 500 мм принимаем шаг 270мм.
5 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ РЕШЕТКИ
Максимальное растягивающее усилие:
Арматура класса А500 .
Требуемая площадь рабочей арматуры по условию прочности:
Должно выполнятся условие:
Приведенная площадь поперечного сечения элемента
Определяем ширину длительного раскрытия трещины :
Ширина раскрытия трещины
Ширина раскрытия трещины не превышает 0.2мм следовательно условие выполняется!
В растянутом раскосе поперечное армирование устанавливается из стержней диаметром 0.25ds = 6 мм А240 образовывая каркас. Шаг поперечных стержней не более 15ds и не более 500 мм принимаем шаг 180мм.
Расчет сжатого раскоса:
Максимальное сжимающее усилие:
Арматура класса А500 МПа.
Геометрическая длина стойки ;
Расчетная длина стойки .
Сечение арматуры принимаем исходя из минимального диаметра:
NNult – условие выполняется!
В сжатой стойке поперечное армирование устанавливается из стержней диаметром 0.25ds = 6 мм А240 образовывая каркас. Шаг поперечных стержней не более 15ds и не более 500 мм принимаем шаг 180мм.
Расчет сжатой стойки:
Геометрическая длина раскоса ;
Расчетная длина раскоса .
В сжатом раскосе поперечное армирование устанавливается из стержней диаметром 0.25ds = 6 мм А240 образовывая каркас. Шаг поперечных стержней не более 15ds и не более 500 мм принимаем шаг 180мм.
6 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ ФЕРМЫ
При конструировании сегментной фермы необходимо уделять особое внимание надлежащей заделке сварных каркасов элементов решетки в узлах.
Требуемая площадь поперечного сечения продольных ненапрягаемых стержней в нижнем поясе в пределах опорного узла:
Наибольшее усилие в нижнем поясе:
С учетом коэффициента :
В виду небольших поперечных сил в опорном узле поперечную арматуру принимаем конструктивно диаметром 6 мм А240 с шагом 100 мм.
6.1 РАСЧЕТ АНКЕРОВКИ АРМАТУРЫ
Анкеровка напрягаемой арматуры нижнего пояса
Базовая длина анкеровки арматуры:
где – расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном;
- периметр сечения арматуры.
Требуемая расчетная длина анкеровки:
Должны выполняться условия:
Принимаем длину анкеровки 1.1м
Анкеровка арматуры верхнего пояса
Принимаем длину анкеровки 0.5м
Анкеровка арматуры растянутого раскоса
Принимаем длину анкеровки 0.45м
Анкеровка арматуры стойки
Принимаем длину анкеровки 0.33м
Анкеровка арматуры сжатого раскоса
6.2 РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ АРМАТУРЫ В ВЕРХНЕМ ПРОМЕЖУТОЧНОМ УЗЛЕ
Рассмотрим первый промежуточный узел где к верхнему поясу примыкает
Наибольшее усилие в приопорном стержне:
Фактическая длина заделки стержней раскоса:.
Требуемая длина заделки арматуры ø12 А500: из предыдущих расчетов.
Необходимое сечение поперечных стержней каркасов:
Условное увеличение длины заделки растянутой арматуры при наличии на конце коротыша или петли:
- коэффициент для верхнегопояса учитывающий увеличение длины заделки в обжимаемой зоне;
Угол между поперечными стержнями и направлением растянутого раскоса:
Принято ø6 A240 с шагом .
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СРЕДНЕЙ КОЛОННЫ
Бетон тяжелый класса В30 подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении Rb =17 МПа; Eb = 325·10 3 МПа.
Продольная арматура класса A500 Rs = 435 МПа Rsc = 435 МПа
За рабочую продольную арматуру принимаем стержни диаметром 28мм.
В надкрановой части 6 стержней диаметром 28мм в подкрановой части 8 стержней диаметром 28мм.
2 РАСЧЕТ АРМАТУРЫ В НАДКРАНОВОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ
Максимальное продольное усилие и соответствующее значение момента:
Моменты сонаправлены.
Рабочая высота сечения:
Определяем случайный эксцентриситет из следующих условий:
Принимаем значение е0= 20мм
Расчетный эксцентриситет:
Расчетная длина надкрановой части колонны:
Гибкость надкрановой части колонны:
- момент инерции сечения
Условная критическая сила:
где D – жесткость железобетонного элемента определяемая по формуле:
φl= 1 +М1lМ1= 1 + 1081 18225 = 1.06.
Коэффициент учитывает влияние прогиба на значение эксцентриситета продольного усилия е:
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:
Условие выполняется!
Максимальный момент и соответствующее значение продольного усилия :
Максимальный момент в другую сторону и соответствующее значение продольного усилия :
Моменты направлены в разные стороны.
φl= 1 +М1lМ1= 1 + 1081 16317 = 1.07.
3 РАСЧЕТ АРМАТУРЫ В ПОДКРАНОВОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ
Принимаем значение е0= 27мм
φl= 1 +М1lМ1= 1 + 8.62 14.92 = 1.58.
φl= 1 +М1lМ1= 1 + 8.62 357.58= 1.024.
φl= 1 +М1lМ1= 1 + 8.62 352.09= 1.024.
Подобранная арматура отвечает требованиям.
Для усиления колонны в верхней части (в месте установки стропильной конструкции) устраиваются дополнительные сварные сетки из арматуры ø6 A240 с шагом 50мм.
В качестве поперечной арматуры в сварных каркасах используется арматура ø6A240 установленная с шагом согласно требованиям СП 63.13330.2012 не более 15ds и не более 500мм. Принимаем шаг 420мм.
4 РАСЧЕТ КОНСОЛИ КОЛОННЫ
Опирание подкрановой балки на колонну осуществляется на железобетонную консоль.
Железобетонная консоль считается короткой
если ее вылет равен не более где- рабочая высота
сечения консоли по грани колонны.
Действующая на консоль опорная реакция ригеля воспринимается бетонным сечением консоли и растянутой арматурой определяемой расчетом.
Максимальная расчетная реакция от подкрановой балки:
Определяем минимальный вылет консоли :
Длина консоли 750 мм.
Рабочая высота сечения консоли по грани колонны:
Находим изгибающий момент на консоли:
Принимаем 3 диаметра 18мм А500 As=7.63см2.
Поперечную арматуру принимаем диаметром 6мм А240 с шагом 150мм поперечная арматура образовывает каркас.
Анкеровка рабочих стержней консоли:
Принимаем длину анкеровки 0.56м
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ СРЕДНЕЙ КОЛОННЫ
Бетон тяжелый класса В20 подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении Rb=115МПа Rbt =0.9 МПа
Продольная и поперечная арматура класса A500 Rs = 435 МПа Rsc = 435 МПа
N=26135 кН M=14561 кНм Q=1435 кН
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ФУНДАМЕНТНОЙ ПЛИТЫ
Предварительно принимаем размеры фундаментной плиты 27х36м.
-условие выполняется принимаем окончательные размеры фундаментной плиты 27х36м.
3 РАСЧЕТ НА ПРОДАВЛИВАНИЕ
- условие выполняется!
Площадь арматуры берем по наибольшему моменту в сечении III-III
Принимаем шаг тогда количество стержней n =14.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» М.:ОАО «ЦПП»
СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» М.:ОАО «ЦПП» 2012. 152 с.
Пособие к СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» - М.: ГУП "НИИЖБ" ФГУП ЦПП 2004
СП 52-102-2004 «Предварительно напряженные железобетонные конструкции» М.:ОАО «ЦПП»
Мандриков А. П. Примеры расчета железобетонных конструкций; Учеб.пособие для техникумов.-2-е изд. перераб. и доп.-М. Стройиздат 1989.
Справочник проектировщика. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства. Под.ред. Г. И. Бердичевского. М. Стройиздат 1981.
Справочник проектировщика. Сборные железобетонные конструкции.
Под.ред. В. И. Мурашева. М. ГСИ 1959.
Улицкий И.И. Железобетонные конструкции (расчет и конструирование).
Изд. третье перераб. и доп. Киев «Будiвельник»