Железобетонные конструкции одноэтажного промышленного здания

жбк.dwg

&C8 А-I ГОСТ 5781-82 l=2020
&C8 А-I ГОСТ 5781-82 l=2960
&C8 А-I ГОСТ 5781-82 l=2390
&C8 А-I ГОСТ 5781-82 l=3050
&C12 A-II ГОСТ 5781-82 l=2930
&C14 A-II ГОСТ 5781-82 l=3450
&C16 А-II ГОСТ 5781-82 l=1450
выравнивающий слой цем. р-ра
утеплитель из керамзитобетона
Одноэтажное промышленное здание
с железобетонным каркасом
спецификация на фундамент
Схема вертикальных связей
Схема связей по нижним поясам ферм
Обозначение Наименование Кол. Прим.
ГОСТ 5781-82* ø12 А400 l=4050
ГОСТ 5781-82* ø12 А400 l=3150
спецификация на ферму.
Спецификация фермы Ф1
спецификация на колонну
спецификация на фундамент.
ГОСТ 5781-82* ø25 А400 l=5100
ГОСТ 5781-82* ø10 А240 l=470
ГОСТ 5781-82* ø16 А400 l=12700
ГОСТ 5781-82* ø10 А240 l=570
ГОСТ 5781-82* ø10 А240 l=270
ГОСТ 5781-82* ø20 А400 l=1370
Спецификация колонны и фундамента
Железобетонные и каменные конструкции

жбк.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра: Теория сооружений и строительных конструкций(ТСК)
Специальность: Строительство уникальных зданий и сооружений (СЗС)
на тему: «Железобетонные конструкции одноэтажного промышленного здания»
по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции»
Компоновка конструктивной схемы здания 5
1.1.Постоянная нагрузка .6
1.2.Снеговая нагрузка ..6
2.Определение узловых нагрузок 6
3.Рассчет стропильной конструкции в программном комплексе «ЛИРА-САПР» 7
4.Рассчет верхнего пояса .8
5.Рассчет нижнего пояса 10
-Расчет по раскрытию трещин 12
-Ширина раскрытия трещин ..14
6.Расчет сжатого раскоса ..14
Статический расчет поперечной рамы 16
1.Сбор нагрузок на поперечную раму .16
2.Статический расчет рамы в программном комплексе «ЛИРА-САПР» .19
3.Расчетные комбинации усилий .20
1.Надкрановая часть ..21
2.Подкрановая часть колонны ..23
2.1.Расчет промежуточной распорки 26
Расчет монолитного столбчатого фундамента под колонну 28
1.Определение высоты фундамента 28
2.Проверка прочности основания под подошвой фундамента .30
3.Проверка плитной части фундамента на продавливание 31
4.Подбор арматуры в плоскости поперечной рамы 31
Список использованных источников ..33
отметка верха колонны168 м
грузоподъемность крана Q5012.5 т
режим работы мостовых кранов5К
район строительстваТомск
температурно-влажностный режимотапливаемое здание
тип кровли(по варианту)1
плиты покрытияребристые
стропильные конструкцииферма сегментная
Характеристики крана 5012.5 5К
пролет моста крана Lкр225 м
тип кранового рельсаКР70
высота кранового рельса150 мм
высота подкрановой балки1400 мм
давление на колесо крана:
подкрановой балки103 кН
Выполнение курсового проекта по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» направлено на усвоение знаний полученных при изучении теоретической части этой дисциплины и на выработку практических навыков расчета и проектирования железобетонных конструкций.
Железобетон представляет собой сочетание двух различным по своим механическим характеристикам материалов – железа (стали) и бетона которые в конструкции работают совместно.
Бетон сопротивляется растяжению в значительно меньшей степени (в 10-15 раз) чем сжатию.
Эффективная совместная работа столь различных по существу материалов является возможной и выгодной благодаря следующим их свойствам:
Бетон при затвердевании прочно сцепляется со сталью и под действием внешних сил оба материала работают совместно т.е. смежные волокна бетона и стали получают одинаковые деформации. При этом сталь как более прочный материал воспринимает на единицу площади сечения большую величину усилий по сравнению с бетоном а следовательно и при относительно небольшом сечении заключенной в бетон стали ее влияние будет значительным.
Бетон предохраняет заключенную в нем сталь от коррозии что доказано опытами и постоянно подтверждается при разборке старых железобетонных сооружений. Это свойство однако наблюдается лишь у цементных достаточно плотных бетонов.
Таким образом в железобетоне при обеспеченной сохранности стали достигается выгодное использование обоих материалов причем бетон воспринимает преимущественно сжимающие напряжения а сталь – растягивающие.
В курсовом проекте рассчитывались сборные железобетонные конструкции составляемые из отдельных элементов изготовленных заранее на заводе или на самой постройке.
Расчет железобетонных конструкций производится в соответствии с положениями СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» и согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».
Компоновка конструктивной схемы здания
Здание отапливаемое с пролетом 24 м и шагом колонн 12 м. Здание длинной 120 м поделено на два температурных блока оба длинною в 60м. В качестве основной несущей конструкции покрытия в соответствии с заданием выбрана сегментная ферма длинной 24 м с предварительно напряженным нижним растянутым поясом и первым нисходящим раскосом. Сопряжение фермы с колонной шарнирное. Устройство фонарей не предусмотрено цех оборудуется лампами дневного света. Плиты покрытия ребристые размером 3х12 м. Подкрановые балки предварительно напряженные высотой 14 м. Наружные стены панельные навесные опирающиеся на опорные столики колонн выше отметки Hн. Стеновые панели и остекление ниже этой отметки так же навесные опирающиеся на фундаментную балку. Колонны проектируются двухветвевые. Фундамент принимается стаканного типа. Для обеспечения пространственной жесткости здания в продольном направлении предусмотрены стальные вертикальные связи по колоннам. Тип связей зависит от шага колонн. Связи устанавливаются в середине температурного блока в пределах одного шага колонн на высоту от уровня пола до низа подкрановых балок. Жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается защемлением колонн в фундаментах и рациональными размерами сечения колонн. Жесткость здания в горизонтальной плоскости в уровне верхнего пояса фермы создается крупноразмерными железобетонными плитами покрытия соединенными со стропильными конструкциями не менее чем в 3-х точках в нижнем поясе фермы жесткость обеспечивается горизонтальными крестовыми связями с шагом 6м. Швы между плитами замоноличиваются бетоном класса не ниже В10. В торцах здания горизонтальные крестовые и вертикальные портальные связи вместе с плитами перекрытия объединяют две примыкающие к торцу здания фермы с тем чтобы создать надежную верхнюю опору фахверковым колоннам воспринимающим ветровую нагрузку на торцы здания. Устанавливаются также связи по верху колонн. Наличие связей способствует лучшему перераспределению усилий между конструктивными элементами здания.
1.1.Постоянная нагрузка
Постоянные нагрузки на стропильную ферму:
Выравнивающий слой цементного раствора t=20мм
Утеплитель из крупнопористого керамзитобетона t=180мм
Плиты покрытия ребристые
Фермы стропильные сегментные
1.2.Снеговая нагрузка
Кратковременная снеговая нагрузка
So= 0.7111241 = 168 кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке γf=14
Снеговую нагрузку на ригель рамы принимаем в виде точечных сил приложенных в узлах:
qs= γf So=16814=2352 кНм2
Длительная снеговая нагрузка
qsдлит= qs07=164 кНм2
2.Определение узловых нагрузок
Нагрузку приложенную на ферму принимаем в виде сосредоточенных сил приложенных в узлах. Тогда для кратковременной нагрузки узловые нагрузки будут равны:
Для длительно действующей снеговой нагрузки узловые нагрузки будут соответственно равны:
3.Рассчет стропильной конструкции в программном комплексе «ЛИРА-САПР»
Nmax при длительной нагрузке кН
Nmax при кратковременной нагрузке кН
Бетон В30 с тепловой обработкой для него согласно:
Rb=17МПа Rbt=115МПа Rbser=22МПа Rbtser=175 МПа Eb=32500МПа
- напрягаемая К1600(К-7) : Rsn=1600 МПа Es=195000 МПа
Rsser=1600 МПа Rs =1390 МПа.
- ненапрягаемая А400 : Rsn=400 МПа Rsc=350 МПа Rsw=290 МПа Rs =350 МПа.
4.Рассчет верхнего пояса
Ориентировочное значение требуемой площади сечения:
Принимаю сечение 35х35 см.
Определяем случайный эксцентриситет как наибольшее из трех значений:
Соответственно принимаем .
Наибольшая гибкость элемента верхнего пояса:
Где как в плоскости действия момента так и из плоскости в соответствии с СП.
Т.к. значение то требуется учесть влияние прогиба элемента на его прочность.
Моменты от длительной и кратковременной нагрузок
Где а (рекомендованный защитный слой бетона)
Следовательно принимаем .
Моменты инерции бетона и арматуры
Жесткость железобетона в предельной стадии
Условная критическая сила
Влияние прогиба на прочность элемента учитывается при помощи коэффициента:
Уточняем положение эксцентриситета
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:
Относительная высота сжатой зоны бетона
При имеет место второй случай внецентренного сжатия случай «малых» эксцентриситетов.
Относительный эксцентриситет
Определяю относительную высоту сжатой зоны бетона:
Принимаю 4 стержня А400 d=22мм.
5.Рассчет нижнего пояса
Размеры сечения b*h=35*30 см. Расчет прочности выполняем на суммарное опасное кратковременное усилие N=2037 кН. Из условия прочности определяем требуемую площадь сечения растянутой продольной напрягаемой арматуры класса К1600 (К-7) при коэффициенте условий работы арматуры γs3 = 11:
При этом коэффициент 115 учитывает увеличение площади напрягаемой арматуры на 15% для обеспечения требований по трещиностойкости.
Площадь сечения 1-го каната К1600 диаметром 15мм составляет As1=139см2. Требуемое число канатов составляет:
Принимаю n=12. Следовательно площадь всех канатов будет составлять:
Предварительное напряжение будет составлять:
)Потери от релаксации напряжений в арматуре
)Потери от разности температур напрягаемой арматуры и натяжных устройств при Δt=65С
)Потери от деформации стальной формы или упоров. При одновременном натяжении арматуры на упоры принимают Δsp3 =0.
) Потери от деформации анкеров натяжных устройств:
где Es – модуль упругости арматуры для проволочной арматуры и канатов Es = 195104 кНсм2.
Суммарные первые потери предварительного напряжения арматуры составляют:
)Потери усадки бетона при натяжении арматуры на упоры:
где bsh – деформации усадки бетона 00002 - для бетона класса В30.
) Потери от ползучести бетона:
где φbcr=23 – коэффициент ползучести бетона(по таблице)
spj-коэффициент армирования
Аred – площадь приведенного сечения элемента:
Подставляем всё в общую формулу
Значение предварительного напряжения в арматуре вводится в расчет с коэффициентом точности натяжения арматуры γsp=09. Тогда усилие обжатия с учетом полных потерь составит:
Усилие воспринимаемое сечением при образовании трещин:
условие трещиностойкости сечения не выполняется и необходим расчет по раскрытию трещин.
Расчет по раскрытию трещин.
Определим ширину раскрытия трещин от суммарного действия постоянной и полной снеговой нагрузки acrc и сравним ее с допускаемым значением acrcult:
Здесь ширина раскрытия трещин зависит от изменения нагрузки на ферму по времени:
acrc1 – ширина непродолжительного раскрытия трещин от суммарного действия постоянной и полной (длительной и кратковременной) снеговой нагрузок; по нормам аcrc1 ≤ 02 мм;
аcrc2 – ширина продолжительного раскрытия от действия только постоянной и длительной снеговой нагрузок;
аcrc3 – ширина непродолжительного раскрытия от действия постоянной и длительной снеговой нагрузок.
Ширина раскрытия трещин определяется по формуле:
где 115 – эмпирический коэффициент учитывающий снижение трещиностойкости нижнего пояса из-за возникновения изгибающих моментов в жестких узлах фермы;
φ1 – коэффициент учитывающий продолжительность действия нагрузки; принимается равным 1 - при непродолжительном действии нагрузки 14 – при продолжительном действии нагрузки;
φ2 – коэффициент учитывающий профиль продольной арматуры; принимается равным 05 - для арматуры периодического профиля и канатов;
φ3 – коэффициент учитывающий характер нагружения; принимается равным 1 – для изгибаемых и внецентренно сжатых элементов 12 - для растянутых элементов;
s – приращение напряжений в продольной предварительно-напряженной арматуре в сечении с трещиной от внешней нагрузки.
ls - базовое (без учета вида внешней поверхности арматуры) расстояние между смежными нормальными трещинами:
s – коэффициент учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами. Согласно СП 63.13330 в расчете можно принимать s=1.
Ширина раскрытия трещин
Следовательно дополнительное армирование не требуется.
6.Расчет сжатого раскоса.
Расчетное сжимающее усилие от кратковременной нагрузки: N=89.76 кН
Принимаем сечение bxh=35х20 см.A=700 см2 > 4349 см2.
Фактическая длина элемента равна l=335см.
Наибольшая гибкость сжатого раскоса:
При имеет место случай «больших» эксцентриситетов.
Следовательно арматуру подбираем конструктивно
стержня d=12 А400 с площадью сечения
Проверяем коэффициент армирования:
Статический расчет поперечной рамы
1.Сбор нагрузок на поперечную раму
)Нагрузка от покрытия
Надкрановая часть e0 = 125мм
)Нагрузка от веса стеновых панелей
- железобетонные стеновые панели γст = 25 кНм2
- остекление γост = 04 кНм2
Эксцентриситет где tпан = 40 мм.
)Нагрузка от веса подкрановой балки
Нагрузка на колесо Fn1max = 380 кН
Вес крана Gкр = 485 кН
Вес тележки Gт = 135 кН
Грузоподъемность Q = 50 т
Максимальное давление колеса:
Где коэффициент надежности по нагрузке γf = 12;
Коэффициент сочетания нагрузок = 085.
Минимальное давление колеса:
Горизонтальная нагрузка от поперечного торможения тележки крана распределенная на два колеса:
Расчетное горизонтальное давление на колонну:
А) нормативное значение распределенной снеговой нагрузки на покрытие для города Томска (4 снеговой район):
В соответствии с п.2.1.2.
Б) определяем расчетную снеговую нагрузку:
Нормативная ветровая нагрузка:
Согласно СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»
которая складывается из – средней и – пульсационной составляющих.
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки находим из формулы:
– нормативное значение ветрового давления для города Томск составляет 038 кПа
для здания с ze = H = 168 м. k = 08 путем интерполяции.
С – аэродинамический показатель: с =08 – наветренная сторона и с = 05 с подветренной стороны.
Пульсационная составляющая ветровой нагрузки:
= 0965 – коэффициент пульсации давления ветра принимаемая в зависимости от высоты здания 168 м
= 0687 коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.
А) наветренная сторона:
Б) подветренная сторона:
Определим расчетную распределенную нагрузку на колонну:
А) наветренная сторона: .
Б) подветренная сторона: .
Определяем высоту здания с учетом высоты конструкции покрытия.
Высота опоры железобетонной фермы:
Ветровая сосредоточенная нагрузка на конструкцию покрытия равна:
2.Статический расчет рамы в программном комплексе «ЛИРА-САПР»
Ветровая на левую стойку
Ветровая на правую стойку
Крановая вертик. на левую стойку
Крановая вертик. на правую стойку
Крановая гориз. на правую стойку
Крановая гориз. на левую стойку
3.Расчетные комбинации усилий
)Усилия (табл. 4 сечение 1-1 Mmax+Nсоот): Мmax=3621 кНм N=-12071 кН.
)Сечение – h1=06 м; b=05 м а=а'=004 м h0=h-a=06-004=056 м высота верхней (надкрановой) части колонны Н2=51м;
)Класс бетона В40 (Rb=22МПа Eb=36000 МПа) арматуры – А400 (Rs=355х104 кНм2 Es=200000 МПа).
Определяем рабочую высоту сечения.
Эксцентриситет продольной силы:
Расчетная длина l0. так как нет крановой нагрузки.
Гибкость: необходимо учесть влияние прогиба на эксцентриситет.
а) Момент от постоянной и длительно действующей нагрузок в сечении 1-1
б) Продольная сила соответствует длительным нагрузкам
в) Определяем момент от постоянной и длительно действующей нагрузок с учетом действия прогиба и увеличивающим эксцентриситетом
Эксцентриситет увеличивает момент.
Так как и одного знака то коэффициент продольного изгиба:
Относительный эксцентриситет
Определяем предварительно количество арматуры по минимальному проценту армирования (416A400)
Жесткость железобетонного элемента прямоугольного сечения при симметричном армировании:
Где - момент инерции бетона
-момент инерции арматуры
Так какпрочность элемента обеспечена.
Коэффициент продольного изгиба:
В случае симметричного армирования сечения относительная высота сжатой зоны:
Граничная относительная высота сжатой зоны:
следовательно имеем первый случай внецентренного сжатия – случай «больших» эксцентриситетов.
Определяем площадь рабочей арматуры:
Принимаем арматуру 6 стержней 25 стали класса А400 As= 2945 см2.
Находим коэффициент армирования:
2.Подкрановая часть колонны
)Усилия (табл.4 сечение 3-3 Mmax+Nсоот): М3=14576 кНм N3=-24268 кН
) Сечение – h=14 м; hв =03; b=05 м а=а'=004 м hв0=hв-a=03-004=026 м с=h2-hв =11 м.; s=275м.; n=4; высота нижней (подкрановой) части колонны Н1=117 м;
) Класс бетона В40 (Rb=22000 кНм2 Eb=36000 МПа) арматуры – А400 (Rs=35х104 кНм2 Es=200000 МПа).
Радиус инерции сечения:
Гибкость: необходимо учитывать влияние прогиба
Момент инерции подкрановой части:
а) Момент от постоянной и длительно действующей нагрузок в сечении3-3
т.к. снеговая нагрузка не входит в сочетание нагрузок
б) Продольная сила соответствует постоянной нагрузке
в) определяем момент от постоянной и длительно действующей нагрузок с учетом действия прогиба и увеличивающим эксцентриситетом
Так как и разных знаков то коэффициент продольного изгиба:
Минимальное армирование принимаем из конструктивных особенностей изготовления а именно извлечения колонны из опалубки после бетонирования на заводе изготовителе: 316 А400
Где -момент инерции арматуры
Определяем усилия в ветвях:
Определяем эксцентриситеты:
В случае симметричного армирования сечения высота сжатой зоны:
Относительная высота сжатой зоны:
следовательно имеем второй случай внецентренного сжатия – случай «малых» эксцентриситетов.
Армирование принимаем конструктивно: 316 А400
Проверка необходимости расчета из плоскости рамы
Где при наличии вертикальных связей между колоннами
Так как то требуется дополнительный расчет который в учебных целях выполняться не будет.
2.1.Расчет промежуточной распорки
) Усилия (табл.4 сечение 3-3 Mmax+Nсоот) Q3= 702кН.
) Сечение – h=2hв=06 м; b=05 м а=а'=004 м h0=h-a=05-004=056 м
с=h2-hв =11 м.; s=275м.; n=4; .
Изгибающий момент в распорке:
Поперечная сила в распорке:
Эпюра моментов в распорке:
Эпюра поперечных сил в распорке:
Площадь продольной рабочей арматуры при симметричном армировании:
принимаю армирование: 220 А400
Поперечная сила воспринимаемая бетоном при наклонном сечении:
с-величина проекции опасной трещины на продольную ось распорки принимаемая 2h0 но не более расстояния в свету между внутренними гранями ветвей колонны с=08м.
Т.к. то поперечная арматура в распорке по расчету не требуется т.к. поперечная сила воспринимается бетоном. Диаметр поперечных стержней подбираем из условия свариваемости. Шаг принимаем равным .
Расчет монолитного столбчатого фундамента под колонну
При выполнении расчета фундамента считается что грунты основания не имеют пучинистых свойств. Поэтому глубина заложения фундамента не связывается с глубиной промерзания грунта.
)усилия:N=-24268кНM=14576кНм;
)материалы:бетонВ40(Rbt=14МПа)арматураклассаА400;
) условное расчетное сопротивление грунта R0=02МПа m=20кНм3 – среднее значение объемного веса материала фундамента и грунта на обрезе фундамента.
Расчетная нагрузка от стеновых панелей:
Расчетная нагрузка от веса фундаментной балки:
Расчетные усилия в фундаменте с учетом дополнительных нагрузок:
1.Определение высоты фундамента:
Высота фундамента назначается из условий жесткой заделки колонны в фундамент и арматуры колонны в фундамент.
)Высота фундамента из условия жесткой заделки колонны:
)Обеспечение анкеровки рабочей арматуры:
Диаметр рабочей арматуры колонны в подкрановой части 16:
Минимально допустимая длина анкеровки:
Где отношение сечения арматуры в колонне по расчету к фактически установленной.
d-диаметр стержней арматуры в колонне.
Окончательно высоту фундамента принимаем. По высоте фундамент формируется из трех ступеней. Высота ступеней 400+400+400=1200мм. Минимальная толщина стенок неармированного стакана должна приниматься не менее 075 высоты верхней ступени то есть . Длину стакана фундамента при толщине стенки равной 400 мм с учетом зазора для бетонирования получаем .
Глубина заложения фундамента:
Площадь подошвы фундамента:
размеры подошвы: b=33м l=42м ( ). А=1386м2.
Вынос подошвы фундамента:
Где - длина стакана фундамента
Проверка сопротивления грунта:
2.Проверка прочности основания под подошвой фундамента.
Нормативное значение нагрузок на уровне подошвы фундамента:
Эксцентриситет силы:
Максимальное значение давления под подошвой фундамента:
3.Проверка плитной части фундамента на продавливание:
Периметр продавливания:
4.Подбор арматуры в плоскости поперечной рамы.
Расчетные значения давления под подошвой фундамента:
Где - момент сопротивления
Расчет давлений для каждого сечения так как могут возникнуть трещины:
Выбираем наибольшую площадь арматуры из трех сечений
Принимаем шаг арматурных стержней равный 300 мм за исключением крайних для них 250 мм тогда количество стержней вдоль длинной стороны фундамента – 42м: 15 штук.
Принимаем арматуру 1512 А400 .
В курсовом проекте армирование в продольном направлении принимаем аналагично.
По короткой стороне в продольном направлении принимаем шаг арматурной сетки равным 300 мм и крайних стержней 250 мм тогда количество стержней будет равным 1212 А400.
Список использованных источников
Байков В.М. Сигалов З.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. М.: - Стройиздат. 1991. – 767 с.
Горбатов С.В. Расчет и конструирование железобетонных конструкций одноэтажного промышленного здания: Учебное пособие Московский Государственный Строительный Университет. М.:МГСУ 2011 – 80с.
СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М. 2012.
СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. М. 2016.
Ведомость курсового проекта
Пояснительная записка