Конструирование и расчет каркаса промышленного здания

А1_ЖБК.dwg

ø32 АIII + +2ø36 АIII
Каркас промышленного здания
узел сопряжения ригеля с колонной. Спецификация.
Курсовой проект. Железобетонные конструкции
Проектирование промышленного одноэтажного здания рамного типа
Примечание: 1. В колонне принят класс бетона В25 2. В ригеле принят класс бетона В35; 3. В фундаменте принят класс бетона В15; 4. Преднапряженная арматура ригеля - канаты
состояшие из 10 проволок ∅5
см2); 5. Ненапрягаемая арматура ригеля класса 6. Разрезы 4-4
-7 выполнены в масштабе 1:50; 7. Разрезы 5-5
-6 выполнены в масштабе 1:20.
Спецификация материалов на один конструктивный элемент (колонна)
сетки косвенного армирования ∅10 АIII
металлические закладные детали
металлическая центрирующая прокладка
С1 - сетки косвенного армирования
Каркас промышленного здания М 1:50
Гидроизоляционный ковер - 11мм
Цементно песчаная стяжка - 20мм
Плита перекрытия - 100мм
Эпюры распределения напряжений по подошве фундамента от расчетных усилий без учета веса фундамента и грунта на уступах фундамента
Поперечные сечения колонны масштаб 1:20
Эпюра материалов в колонне
Примечание: 1. В колонне и ригеле принят класс бетона В30; 2. В фундаменте принят класс бетона В15; 3. Позиции 13
состояшие из 7 проволок ø5
см2); 4. Ненапрягаемая арматура ригеля класса 5. Разрезы 4-4
-7 выполнены в масштабе 1:50; 6. Разрезы 5-5

Пояснительная записка.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»
Кафедра строительных конструкций и материалов
Пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине
«Железобетонные конструкции»
«КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
КАРКАСА ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ »
Студент группы 401910
Предварительное назначение размеров4
1Назначение размеров колонны4
2Назначение размеров ригеля4
Определение нагрузок и воздействий5
1Собственный вес конструкции5
Расчет прочности жб колонн работающих на внецентренное сжатие подбор арматуры и составление схемы армирования колонны10
Проектирование предварительно-напряженного железобетонного ригеля балочного типа19
1.Назначение размеров предварительно напряженного ригеля19
2.Определение нормальных напряжений в бетоне от предварительного напряжения в арматуре20
3.Определение потерь предварительного напряжения23
4.Расчет ригеля на прочность по нормальным сечениям24
5.Расчет прочности наклонных сечений на действие поперечных сил26
6.Расчет по образованию трещин27
7.Расчет по раскрытию трещин28
Расчет и проектирование фундамента стаканного типа30
1.Определение габаритных размеров фундамента30
2.Расчет прочности фундамента32
Настоящий проект сборной железобетонной конструкции рамного типа в виде несущего каркаса одноэтажного однопролетного промышленного здания выполнен в соответствии с заданием на проектирование и действующими СНиП.
- высота колонны от пола до низа ригеля: Н = 13 м;
- пролет рамы: Lp = 18 м;
- шаг рамы в продольном направлении здания: D = 7 м;
- класс бетона колонн В25.
Предварительное назначение размеров
1 Назначение размеров колонны
Высота поперечного сечения колонны hk:
м; принимаем hk= 075 м.
Ширина поперечного сечения колонны bk:
Принимаем ширину поперечного сечения колонны bk = 04 м.
2 Назначение размеров ригеля
Высота ригеля в коньке hp:
где - расчетная длина ригеля
где - высота ригеля на опоре
Определение нагрузок и воздействий
1 Собственный вес конструкции
Вес одного квадратного метра кровли определен по табл. 2.1.
-3 слоя рубероида по пергамину
цементно-песчаная стяжка
ребристые железобетонные плиты
Нормативная погонная нагрузка от кровли на ригель:
Расчетная погонная нагрузка от кровли на ригель:
Нагрузка от собственного веса ригеля на погонный метр его пролета:
где - площадь сечения ригеля;
- объемный вес железобетона;
- коэффициент надежности по нагрузке.
Площадь сечения ригеля:
Общий вес покрытия приходящийся на 1 колонну и приложенный в центре торца колонны:
Расчетная снеговая нагрузка на погонный метр длины ригеля:
где с – коэффициент учитывающий уклон кровли принимаем с=1;
р – вес снегового покрова на горизонтальной поверхности принимаемый по
СНиП 2.01.07-85* (для III снегового района р=180 кгсм2).
Расчетная снеговая нагрузка:
Распределенная ветровая нагрузка действующая по всей длине колонны с наветренной стороны:
где - ветровое давление на 1 м2 для VI ветрового района q0 = 73 кгсм2;
- коэффициент учитывающий изменение скоростного напора по высоте;
- аэродинамический коэффициент (принимается 08 и 06 соответственно для наветренной и подветренной стороны здания).
Распределенная ветровая нагрузка действующая по всей длине колонны с подветренной стороны:
Сосредоточенная сила учитывающая ветровое давление на поперечную раму в пределах опорной части ригеля и парапетов с наветренной стороны:
Сосредоточенная сила учитывающая ветровое давление на поперечную раму в пределах опорной части ригеля и парапетов с подветренной стороны:
Усилия возникающие в колонне:
Без учета снеговой нагрузки:
N = += 283 + 116 = 399 тс
С учетом снеговой нагрузки:
N = ++Pcн=283 + 116 + 118 = 517 тс.
N=+2 =283 + 1162 =341 тс
С учетом снеговой нагрузки:
N= +2+Pcн=283 + 1162+ 118 = 459 тс
N= +Pcн=283 + 118 = 401 тс
Распределение усилий по высоте колонны:
Расчет прочности жб колонн работающих на внецентренное сжатие подбор арматуры и составление схемы армирования колонны
В курсовом проекте для изготовления сварных железобетонных колонн здания промышленного типа принят бетон класса В30.
Для расчета армирования при проектировании известны размеры поперечного сечения колонны:
А также расчетные сопротивления бетона на сжатие и растяжение:
и модуль деформации бетона:
Назначим рабочую продольную арматуру класса A-III с расчетным сопротивлением на сжатие:
Rsc = Rs = 35500 тсм2;
и модулем деформации
Расчетная длина элемента: Lo = 15 Нк = 21 м.
Для определения количества арматуры в каждом из намеченных сечений колонны (1-1; 2-2; 3-3) выполним расчет при двух комбинациях усилий: MI и MII и NII
Таким образом для сечения 1-1:
) MI = 6345 тс и NI = 399 тс;
) MII = 6345 тс и NII = 517 тс.
Все сечения колонны находятся в состоянии внецентренного сжатия.
Предварительно вычисляем:
MI - 03h0NI = 6345 - 0307399 = 551 тсм;
MII - 03h0NII = 6345 - 0307517= 526 тсм;
Начинаем расчет с первой комбинации.
Эксцентриситет сжимающей силы принимается равным
но не менее случайного эксцентриситета еа который принимают:
Далее ведем расчет при е0=16 м.
- коэффициент приведения
Находим относительный коэффициент начального эксцентриситета по формуле:
Задаваясь коэффициентом армирования = 001 и коэффициентом длительности
φl = 175 определяем жесткость элемента в предельной стадии критическую силу и поправочный коэффициент увеличения начального эксцентриситета за счет прогиба колонн:
N - сжимающая сила в рассматриваемой комбинации усилий.
- коэффициент учитывающий возможность продольного изгиба колонны который приводит к увеличению начального эксцентриситета (потеря устойчивости колонны)
При расчете железобетонных элементов различают два характерных случая внецентренного сжатия: случай больших эксцентриситетов и случай малых эксцентриситетов.
Приведенный эксцентриситет (с учетом прогиба):
Расчет ведем по первому случаю который характеризуется тем что к моменту исчерпания несущей способности элемента напряжение в растянутой арматуре As и растянутой арматуре A's достигают расчетных сопротивлений Rsc и Rs а в бетоне сжатой зоны – Rb. Разрушение начинается с растянутой зоны.
Проверяем необходимость постановки арматуры A's:
Площадь сжатой арматуры рассчитывается по формуле:
Для определения действительной высоты сжатой зоны воспользуемся зависимостью:
По таблице определяем = 038 т.к.
Х = h0=03807 = 0266 м > 2а’=2005 = 01 м
Расчет симметричной арматуры:
Т.к. то пренебрегаем высотой сжатой зоны бетона.
Переходим к расчету второго сочетания: MII = 6345 тс и NII = 517 тс.
Эксцентриситет сжимающей силы принимается равным но не менее случайного эксцентриситета еа который принимают:
Далее ведем расчет при е0=123 м.
поэтому принимаемое .
Приведенный эксцентриситет (с учетом прогиба):
Следовательно имеет место первый случай внецентренного сжатия. Проверяем необходимость постановки расчетной арматуры A’s:
По таблице определяем = 046 т.к.
Х = h0=04607=0322 м > 2а’=2005=01 м
) MI = 1946 тс и NI = 341 тс;
) MII = 1946 тс и NII = 459 тс.
MI - 03h0NI = 1946 - 0307341 = 123 тсм;
MII - 03h0NII = 1946 - 0307459 = 982 тсм;
Начинаем расчет с первой комбинации:
Далее ведем расчет при е0=057 м.
Расчет ведем по первому случаю который характеризуется тем что к моменту исчерпания несущей способности элемента напряжение в растянутой арматуре As и растянутой арматуре A's достигают расчетных сопротивлений Rsc и Rs а в бетоне сжатой зоны – Rb. Разрушение начинается с растянутой зоны.
По таблице определяем = 007 т.к.
Х = h0 = 00707 = 0049 м 2а’ = 01 м условие не выполняется.
В этом случае пренебрегают сжатой зоной бетона и определяют Аs из уравнения моментов относительно оси проходящей через А’s:
Минимальная площадь арматуры .
Переходим к расчету второго сочетания:
Далее ведем расчет при е0=042 м.
По таблице определяем = 009 т.к.
Х = h0 = 00907 = 0063 м 2а’ = 01 м условие не выполняется.
Проектирование предварительно-напряженного железобетонного ригеля балочного типа
1.Назначение размеров предварительно напряженного ригеля
Определяем усилия в ригеле.
Плечо внутренней пары z принимаем:
Усилия в поясах ригеля :
Площадь верхнего пояса :
Ширина верхнего пояса ;
Из конструктивных соображений и ;
Принята напрягаемая арматура семипроволочные канаты из проволоки К1400 диаметром 5мм:
Предварительное напряжение:
Принимаем ненапрягаемую арматуру класса А-II.
Фактическая площадь преднапряженной арматуры в нижнем поясе что соответствует 10 канатам. В верхнем поясе ставим два каната с площадью
2.Определение нормальных напряжений в бетоне от предварительного напряжения в арматуре
Нормальные напряжения в бетоне обусловленные воздействием предварительного напряжения определяются в предположении справедливости закона Гука и гипотизы плоских сечений. При этом полагают что элемент находится под действием некоторых условных сил – сил обжатия эквивалентных по своему действию на бетон внутренним усилиям в арматуре.
Величина силы обжатия:
Сила обжатия создаваемая :
Внешние силы обусловленные воздействием:
Равнодействующая сил обжатия:
Сила Р в общем случае приложена внецентренно ее эксцентриситет относительно центра тяжести сечения определяется следующим образом:
- расстояния от центра тяжести приведенного сечения до линии действия соответствующих усилий в арматуре.
Нормальные напряжения в бетоне определяются в предположении справедливости закона Гука и закона плоских сечений по приведенным геометрическим характеристикам.
Приведенное сечение включает сечение бетона и сечение всей продольной арматуры замененной эквивалентной площадью сечения бетона. Исходя из равенства деформаций бетона и арматуры при совместной работе приведение арматуры к бетону выполняют посредством коэффициента приведения .
Площадь приведенного сечения:
Статический момент площади приведенного сечения относительно растянутой грани сечения:
Для упрощения можно принять:
S- статический момент бетонной части сечения относительно оси О-О:
Расстояние от растянутой грани до центра тяжести приведенного сечения:
Момент инерции приведенного сечения:
где I- момент инерции бетона.
расстояние от центральной оси до оси проходящей через центр тяжести всего сечения.
Момент инерции нижнего пояса:
Момент инерции верхнего пояса:
Момент инерции стенки:
Нормальные напряжения для усилий обжатия от внецентренно сжатого элемента:
где y - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до точки в которой определяются напряжения.
Напряжения в сечении 1:
Напряжения в сечении 2:
Напряжения в сечении 3:
Напряжения в сечении 4:
Отрицательные значения свидетельствуют о растяжении а положительные - о сжатии. Максимальное значение растягивающих напряжений меньше чем предельные допустимые равные 105 кгссм2.
Вид эпюры нормальных напряжений от усилия обжатия:
3.Определение потерь предварительного напряжения
Предварительное напряжение в арматуре с течением времени постепенно уменьшается на величину потерь вследствие постепенного уменьшения начального удлинения арматуры.
Потери предварительного напряжения подразделяют на две группы:
- первые потери происходящие до и во время обжатия бетона
- вторые потери происходящие после обжатия.
Во всех случаях величину полных потерь принимают не менее 100 МПа.
)Потери от релаксации напряжений в проволочной арматуре при механическом способе натяжения обусловленные ползучестью стали:
)Потери от деформации анкеров расположенных у натяжных устройств:
где - при обжатии опрессованных шайб смятии высаженных головок принимается равным 2 мм
длина натягиваемого стержня в мм (длина ригеля)
)Потери от деформации стальной формы при изготовлении конструкции принимаются равными 30 МПа.
)Потери вызванные усадкой бетона для тяжелых бетонов класса ниже В35 принимаются равными 40 МПа.
)Потери от ползучести бетона
Напряжения на уровне арматуры и равны соответственно:
Rвр - передаточная прочность бетона.
Потери от ползучести бетона в будут равны:
где - для бетона естественного твердения.
Потери от ползучести бетона в :
Суммарные потери в арматуре :
Суммарные потери в арматуре:
Предварительное напряжение в арматуре после проявления всех потерь составляет:
4.Расчет ригеля на прочность по нормальным сечениям
Предварительное напряжение существенно увеличивает трещиностойкость железобетонных конструкции однако практически не влияет на несущую способность элемента. Поэтому расчет прочности преднапряженных конструкций осуществляет также
При расчете учтем следующие предпосылки:
сопротивление бетона растяжению принимается равным нулю.
сопротивление бетона сжатию принимается равным Rb а криволинейная эпюра напряжений в сжатой зоне заменяется прямоугольной.
Растягивающие напряжения в арматуре принимаются равным в арматуре As - Ra сжимающие напряжения в арматуре А's - .
Напряжения в арматуре A'sp принимаются равными:
где - сжимающие напряжения в арматуре при достижении предельной сжимаемости бетона которые определяются как:
- коэффициент точности натяжения арматуры ().
При расчете тавровых и двутавровых балок могут иметь место два случая - либо нейтральная ось проходит в полке либо пересекает ребро. Определяем положение нейтральной оси:
Asp Rsp + As Rs = 137117+2628 =16757 тс;
Т.к. 16757 тс > 1503 тс нейтральная линия проходит в ребре.
Тогда высота сжатой зоны определяется из условия:
Условие прочности принимаем вид:
Полезная высота сечения:
Относительная высота сжатой зоны:
Граничная относительная высота сжатой зоны :
где - предельная деформация стали;
- предельная деформация сжатого бетона ();
Получаем что значит элемент не переармирован. Проверяем условие прочности.
Условие выполняется.
5.Расчет прочности наклонных сечений на действие поперечных сил
Распределенная нагрузка на ригель:
Сопротивление класса бетона В35 растяжению .
)Определяем полезную высоту сечения у опоры:
)Проверяем условие прочности по полосе между наклонными сечениями на действие главных сжимающих напряжений .
Если условие не проходит следует увеличить размеры сечения или назначить более высокий класс бетона.
)Назначаем шаг хомутов руководствуясь следующими ограничениями.:
Подставляя известные значения получаем:
S ≤ 05855 = 4275 см;
S ≤ 2985521343030 = 6405 см.
Принимаем S = 30 см.
)Назначаем диаметр хомутов и определяем усилия в хомутах на единицу длины элемента.
Назначаем 2 хомута диаметром 10 мм класс стали А-III.
где: - число хомутов в поперечном сечении
- площадь одного хомута диаметром
- расчетное сопротивление арматуры A-III растяжению
При этом должно выполняться следующее условие:
qsw = 1492 тсм > 0251329 = 9425 кгссм = 9425 тсм;
)Проверка прочности по наклонным сечениям.
Определяем параметр Мв:
Тогда Мв = 1502908552130 = 4134 тсм
Проверяем выполнение следующего условия при котором предельная поперечная сила на опоре воспринимаемая ригелем должна быть больше поперечной силы в нормальном сечении элемента:
Подставляя ранее найденные значения получаем:
Так как то окончательно принимаем хомуты 2 10 А- III шагом s = 30 cm.
)Назначаем шаг хомутов в средней трети пролета
В средней трети пролёта можно поставить хомуты с более редким шагом:
S2 ≤ 075855=6413 см;
6.Расчет по образованию трещин
Определяем момент внешних сил Mr с осредненным коэффициентом надежности по нагрузке
Вычисляем напряжения от внешней нагрузки bm и от сил обжатия bp для нижней кромки сечения.
Величина силы обжатия с учетом потерь:
Сила обжатия с учетом потерь создаваемая
Определяем эксцентриситет силы обжатия с учетом всех потерь Р относительно центра тяжести сечения.
расстояния от центра тяжести приведенного сечения до линии действия соответствующих усилий в арматуре.
Силу Р вводим в расчет с коэффициентом точности натяжения так как влияние обжатия на трещиностойкость благоприятно.
Проверим условие образования трещин:
- коэффициент учитывающий пластические свойства бетона;
Условие не выполняется. Следовательно трещины образуются.
7.Расчет по раскрытию трещин
В работе ширина раскрытия трещин ограничивается условием сохранности арматуры.
При продолжительном действии нагрузки предельная максимальная ширина раскрытия трещин .
Ширина раскрытия трещин определяется по формуле:
= 14 – коэффициент продолжительности действия;
= 05 – коэффициент принимаемый для проволоки и стержней периодического профиля;
= 10 – коэффициент принимаемый для изгибаемых элементов;
- коэффициент зависящий от напряжения в арматуре в момент образования трещин.
- расстояние между трещинами принимается не более 40ds (4015=600мм) и не более 400 мм.
где - площадь растянутой зоны бетона (принимаем равной площади нижнего пояса).
Предельный момент перед образованием трещин:
Тогда ширина раскрытия трещин:
Расчет и проектирование фундамента стаканного типа
1.Определение габаритных размеров фундамента
Принята арматура АIII: кгссм2.
Фундамент стаканного типа обеспечивает жесткое защемление сборной колонны. Жесткое сопряжение колонны с фундаментом обеспечивает общую пространственную жесткость рамных конструкций.
На фундамент действует вертикальная сила момент и горизонтальная (поперечная) сила передаваемые от стоек в месте сопряжения с фундаментом. В большинстве случаев фундамент колонн каркасов зданий делают ступенчатыми и с прямоугольной подошвой вытянутой в плоскости действия момента. Фундаменты считают абсолютно жестким а давление на грунт условно принимают меняющимся по линейному закону.
Назначаем глубину заложения фундамента:
Назначаю размеры плиты фундамента: aф=42 м bф=25 м.
Тогда площадь фундамента:
Момент сопротивления сечения:
Определяем высоту фундамента:
Вычислим напряжения р по контакту фундамента и грунта и определим
Эксцентриситет для веса стены:
Тогда усилия в фундаменте:
II комбинация загружения:
Усилия в фундаменте:
Расчет по I комбинации:
Расчет по II комбинации:
Напряжения должны удовлетворять следующим критериям:
Условия выполняются.
2.Расчет прочности фундамента
Определяем давление по подошве фундамента от расчетных усилий но без учета веса фундамента и грунта на уступах фундамента. Приводим все силы к центру подошвы фундамента.
Схема для определения поперечных сил изгибающих моментов и площади арматуры:
Проверяем достаточность размеров т.к. может произойти разрушение по наклонным сечениям от действия поперечных сил.
Определяем приведенную равномерно-распределенную нагрузку для сечения 2-2:
Тогда Мв = 15145104275 = 17644 тсм;
Т.о. при принятых размерах прочность фундамента по наклонным сечениям обеспечена без установки поперечной арматуры.
Определяем значение изгибающего момента в сечении:
Определяем площадь сечения арматуры:
Определяем приведенную равномерно-распределенную нагрузку для сечения 3-3:
Мв = 15145104275 = 17644 тсм;
Принимаем нижнюю арматуру 918 с шагом 300 мм . Верхняя арматура 1510 с шагом 300 мм
Армирование фундамента: