Конструирование и расчет одноэтажного пром дания

ЖБК Зорин ПГСз 62.doc

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет
Кафедра «Теория сооружений и строительных конструкций»
«Железобетонные и каменные конструкции»
«Конструирование и расчет несущих конструкций одноэтажного промышленного здания».
Проектирование стропильной фермы
2.Сбор нагрузок на ферму
3. Определение усилий в элементах фермы
4. Расчет сечений элементов фермы
Расчет поперечной рамы здания
1. Компоновка поперечной рамы
2. Определение нагрузок на раму
3. Определение усилий в колоннах рамы
Расчет прочности колонны
1. Расчет сечений колонны
2. Расчет промежуточной распорки
Проектирование фундамента
1. Определение геометрических размеров фундамента
2. Расчет арматуры фундамента
Список используемых источников
Выполнение курсового проекта “ Одноэтажного промышленного здания” по дисциплине “Железобетонные и каменные конструкции” направлено на усвоение знаний полученных при изучении теоретической части данной дисциплины а также на выработку практических навыков проектирования и расчета железобетонных конструкций.
В курсовом проекте рассматриваются особенности размещения конструктивных элементов каркаса в плане и по высоте схемы связей между колоннами горизонтальных и вертикальных связей по покрытию компоновка поперечной рамы правила определения величин и характера действующих на каркас различных нагрузок – постоянной временных.
Расчет железобетонных конструкций производится по методу предельных состояний в соответствии с положениями СНиП 2.03.01-84* “Бетонные и железобетонные конструкции” и согласно СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”.
Здание одноэтажное однопролётное каркасное отапливаемое.
Для кранов Q до 30т принять режим работы кранов 4К-6К.
Ригель рамы – Ферма полигональная
Отметка верха колонн – 132м
Район строительства – 2 (Москва)
Условное расчётное сопротивление грунта – 220кПа
Рулонная кровля кНм2
Цементная стяжка (ρ = 18 кНм3) толщиной мм
Утеплитель и крупнопористого керамзитобетона (ρ = 9 кНм3) толщиной мм
Швы замоноличивания кНм3
Ферма проектируется предварительно напряженной на пролёт 18м цельной при шаге ферм 6 м. Геометрическая схема фермы показана на рисунке. Напрягаемая арматура нижнего пояса из канатов класса К-7 диаметром 15мм с натяжением на упоры: Rssc=12900 МПа; Rs=1080 МПа; Es=1.8МПа. Сжатый пояс и остальные решётки фермы армируются арматурой класса А- Rs=Rsc=365 МПа (d>10мм); Es=2МПа; хомуты класса арматура класса А-I. Бетон тяжёлый класса Rb=22 МПа; Rbt=1.4 МПа; Rbtn=2.1МПа; γb2=0.9; Eb=32.5МПа. Прочность бетона к моменту обжатия Rbr=28 МПа.
I. Проектирование стропильной фермы
Ферма проектируется предварительно напряженной на пролет 18м цельной.
Материал фермы бетон класса В40
В качестве напрягаемой арматуры приняты канаты класса К–7. Способ натяжения – на упоры:
Для армирования ненапрягаемых элементов принята арматура класса А–III:
В качестве хомутов принята арматура класса А–I.
2 Сбор нагрузок на ферму
При определение нагрузок на ферму принимается во внимание что расстояние между узлами по верхнему поясу составляет 3м. Плиты покрытия имеют ширину 3м что обеспечивает передачу нагрузки от рёбер плиты в узлы верхнего пояса и исключает влияние местного изгиба.
Район строительства город Москва вес снегового покрова на 1 м² площади горизонтальной проекции покрытия для II района согласно главе СНиП «Нагрузки и воздействия» Sq=1800 Нм².
Полное расчётное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия:
где =1 – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке.
Полное нормативное значение снеговой нагрузки:
Нагрузки на покрытие
Норматив. нагрузка кНм²
Коэффиц. надёж. по нагрузке
Расчётн. нагрузка кНм²
ЖБ плита 3*6 метров.
Швы замоноличивания.
Утеплитель из крупнопористого керамзитобет. (ρ=9кНм³) толщин. 120 мм.
Выравнивающий слой из цементного раствора (ρ=18кНм³) толщин. 20 мм.
Ферма пролётом 18 метров.
Кратковременная (полная).
Длительная (с коэффиц. 03)
Узловые расчётные нагрузки по верхнему поясу фермы кН:
- кратковременная (полная) снеговая
- длительная снеговая
Узловые нормативные нагрузки соответственно:
3. Определение усилий в элементах фермы
Определение усилий в элементах фермы от единичных нагрузок производилось с помощью ЭВМ в программе Lira 9.2.
Полученные результаты сведены в таблицу 2.
От постоянной нагрузки
От кратковременного действия
полной снеговой нагрузки
От длительной снеговой нагрузки
От постоянной и полной снеговой нагрузок
От постоянной и длительной снеговой нагрузок
Знак “–“ соответствует сжимающим усилиям.
Знак “+” соответствует растягивающим усилиям.
4. Расчет сечений элементов фермы
Расчет верхнего пояса производится по наибольшему усилию (элемент В1)
N =53126 Nl = 46157кН.
Определяем ориентировочно требуемую площадь сечения пояса
Принимаем сечение b×h = 20×15 см c A = 300 см2 > 23823 см2
Случайный начальный эксцентриситет
Принимаем e0 = ea = 1cм. При ea 18h = 275см l0 = 0.9l = 270cм.
Наибольшая гибкость сечения l0 h = 27015 = 18> 4 необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.
Условная критическая сила
min принимаем = 0167
В первом приближении принято = 0027
Граничное значение относительной сжатой зоны бетона при γb2 = 0.9
Для определения площади арматуры воспользуемся выражениями полученными из совместного решения систем уравнений.
> y = 0.58 имеем расчетный случай.
Армирование принимаем симметричное
Принимаем 412 A-III с AS = 452см2
Расчет сечения пояса из плоскости фермы не требуется так как все узлы фермы раскреплены.
Нижний растянутый пояс
Расчет прочности выполняем на расчетное усилие для панели Н2.
Имеем: нормативное и расчетное значение усилий от постоянной и полной снеговой нагрузок . Нормативное значение усилий от постоянной и длительной снеговой нагрузок
Определяем площадь сечения растянутой напрягаемой арматуры при
γS6 = =115 (для арматуры класса К-7)
принимаем 7 канатов 9 АS = 441см2. Принимаем сечение нижнего пояса
х15 см. Напрягаемая арматура окаймлена П-образными сетками вставленными одна в другую. Процент армирования сечения
Приведенная площадь сечения
Расчет нижнего пояса на трещиностойкость
Элемент относится к третьей категории трещиностойкости. Принимаем механический способ натяжения арматуры. Величину предварительного напряжения в арматуре SP при назначаем из условия
Определяем потери предварительного напряжения в арматуре при γSP = 1.
а) от релаксации напряжений в арматуре
б) от разности температур напрягаемой арматуры и натяжных устройств (при Δt = 650C)
в) от деформации анкеров (при λ = 2мм)
г) от быстронатекающей ползучести бетона при α = 075
Первые потери составляют
а) от усадки бетона В40 подвергнутого тепловой обработке 8 = 40МПа
б) от ползучести бетона при 075
Вторые потери составляют
Полные потери составляют
Расчетный разброс напряжений при механическом способе натяжения арматуры принимается равным
так как ΔγSP 01 принимаем ΔγSP = 01. Сила обжатия при
Усилие воспринимаемое сечением при образовании трещин при γi = 0.85
Nn > Ncrc необходим расчет по раскрытию трещин.
Проверим ширину раскрытия трещин с коэффициентом. Учитывающим влияние жесткости узлов γi = 115 от суммарного действия постоянной нагрузки и кратковременного действия полной снеговой нагрузки.
Приращение напряжения в растянутой арматуре от полной нагрузки
Приращение напряжения в растянутой арматуре от постоянной нагрузки
Ширина раскрытия трещин определяется выражением
При непродолжительном действии полной нагрузки и при непродолжительном действии всей нагрузки φ = 1.2 для канатов.
Ширина раскрытия трещин от действия полной нагрузки
Ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянной и длительной снеговой нагрузки
Ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянной и длительной снеговой нагрузки
Таким образом ширина раскрытия трещин составит
что не превышает предельно допустимого значения [0.3мм].
Растягивающее усилие в раскосе:
нормативное и расчетное значение усилий от постоянной и полной снеговой нагрузок
нормативное значение усилий от постоянной и длительной снеговой нагрузок
Напрягаемая арматура раскоса заводится из нижнего пояса.
Расчетное растягивающее усилии в панели Н1 NH1 = 39621 кН. Площадь сечения растянутой напрягаемой арматуры .
Конструктивно принимаем 412 A-III с AS = 452см2
Назначаем сечение раскоса 20х15см.
Расчет раскоса Р2 на трещиностойкость
г) от быстронатекающей ползучести бетона при > α = 075
а) от усадки бетона В30 подвергнутого тепловой обработке 8 = 40МПа
Ncrc > Nn расчет по раскрытию трещин не требуется
Сжимающие усилия в элементе N = 33126кН Nl = 26214кН.
Определяем ориентировочно требуемую площадь сечения раскоса
Принимаем сечение b×h =20х15см c A = 225см2
Принимаем e0 = ea = 1cм. Расчетная длина элемента l0 = 0.8l = 339.44cм.
Наибольшая гибкость сечения l0 h = 339.4415 = 226> 4 необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.
min принимаем = 0241
По расчёту арматура не требуется. Конструктивно принимаем 48 A-III с AS = 201см2
Расчет сечения из плоскости фермы не требуется так как все узлы фермы раскреплены.
Сжимающие усилия в элементе N = 37321 Nl = 32257кН.
Принимаем сечение b×h = 20×15 см c A = 300см2 > 14128см2
Принимаем e0 = ea = 1cм. Расчетная длина элемента l0 = 0.8l = 318cм.
Наибольшая гибкость сечения l0 h =31816 = 198 > 4 необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.
Из опыта расчета предыдущих элементов принимаем 48 A-III с AS = 201см2
min принимаем = 0103
Высота сжатой зоны бетона
00кН принятого количества арматуры достаточно.
Растягивающее усилие в раскосе N = 17193кН
Площадь сечения растянутой ненапрягаемой арматуры
Конструктивно принимаем 412 A-III с AS = 171см2
Назначаем сечение раскоса 20×15см. Расчет элемента на трещиностокость не производился.
Сжимающие усилия в элементе N =328кН Nl = 267кН.
Определяем ориентировочно требуемую площадь сечения стойки
Принимаем сечение b×h = 15х15 см c A = 225см2
Принимаем e0 = ea = 1cм. Расчетная длина элемента l0 = 0.8l = 2148cм.
Наибольшая гибкость сечения l0 h = 214825 = 859 > 4 необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.
min принимаем = 0341
по расчету арматура не требуется
Конструктивно принимаем 412 A-III с AS = 452см2
5. Расчет опорного узла фермы
Понижение расчетного усилия в напрягаемой арматуре которое происходит из-за недостаточной анкеровки в узле компенсируется работой на растяжение дополнительной ненапрягаемой арматуры и поперечных стержней.
Площадь сечения продольной ненапрягаемой арматуры
принимаем 412 А – III общей площадью
Из условия прочности в наклонном сечении по линии отрыва АВ
где N – расчетное усилие приопорной панели
NSP – расчетное усилие в продольной напрягаемой арматуре
lp = 1500мм для семипроволочных канатов
– длина заделки в опорном узле за линией АВ
NS – расчетное усилие в продольной ненапрягаемой арматуре
Площадь сечения поперечных стержней
принимаем 814 А – III общей площадью
1. Компоновка поперечной рамы
В качестве основной несущей конструкции покрытия принята железобетонная ферма с параллельными поясами с предварительно напряженным нижним поясом и первым нисходящим раскосом. Устройство фонарей не предусмотрено здание оборудовано лампами дневного света. Плиты покрытия предварительно напряженные железобетонные ребристые размером 3×6 м.
Подкрановые балки предварительно напряженные высотой 14м. Наружные стены панельные навесные опирающиеся на опорные столики колонн на отметке 93м. Стеновые панели и остекление ниже отметки 93м также навесные опирающиеся на фундаментную балку. Колонны сквозные двухветвевые.
Колонна имеет длину от обреза фундамента до верха подкрановой консоли Н1 = 93м; от верха подкрановой консоли до низа стропильной конструкции
Н2 = 39м. Полная длина колонны Н=132м.
Привязка колонн к разбивочным осям принята 250мм.
Соединение колонн с фермами выполняется на анкерных болтах и в расчетной схеме рамы считается шарнирным.
Размеры сечения колонн приняты следующие:
надкрановая часть 600×500мм
подкрановая часть 1300×500мм
сечение ветвей 250×500мм
сечение распорок 500×400мм.
2. Определение нагрузок на раму
Нагрузка от собственного веса конструкций покрытия
Расчетное опорное давление фермы:
Расчетная нагрузка от веса покрытия с учетом коэф. надежности по назначению здания
FR = (25557+66)095=3052кН
Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления:
- вес 1м² стеновых панелей
h – суммарная высота полос стеновых панелей
- вес 1м² остекления
h – высота остекления
передаваемая на фундаментную балку:
Собственный вес надкрановой части
Собственный вес подкрановой части
Расчетная нагрузка от веса подкрановых балок
Полная постоянная нагрузка:
Надкрановая ветвь F1 = 368 + 6621 = 10301кН
Подкрановая ветвь F2 = 968 + 1202+9975 = 31675кН
Эксцентриситет вследствие разной ширины сечения ветвей
Эксцентриситет передачи нагрузки от фермы
Момент в консоли вызванный разной шириной сечения ветвей
Момент в консоли вызванный внецентренностью передачи нагрузки от фермы
Расчетное значение равномерно распределенной по ригелю рамы снеговой нагрузки .
Снеговая нагрузка на колонны рамы
Нормативное значение ветрового давления w0 = 038 кПа расчётная линейная ветровая нагрузка определяется по формулам:
С наветренной стороны
С заветренной стороны
Где =14 коэффициент надёжности по ветровой нагрузке;
- нормативное значение ветрового давления принимаемого по СНиП «Нагрузки и воздействия»;
k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте берется по СНиП “Нагрузки и воздействия”;
с и с’ – соответственно 08 и 06.
Расчётное значение сосредоточенной ветровой нагрузки с наветренной стороны
Величина эквивалентной равномерно распределенной по высоте нагрузки qэ определяется из выражения
Вес поднимаемого груза Q = 200кН. Пролет крана 18–2·075 = 165м. База крана 6300мм расстояние между колесами 5100мм вес тележки GТ = 120кН
Fnmax = 280кН. Расчетное максимальное давление на колесо крана
Нормативное минимальное давление на колесо крана
Расчетное минимальное давление на колесо крана
Расчетная поперечная тормозная ила на одно колесо:
Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении
Вертикальная крановая нагрузка на колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетаний
Эксцентриситет приложения крановой нагрузки
Моменты в консоли вызванные эксцентриситетом приложения крановой нагрузки
Учет пространственной работы каркаса
Каркас промышленного здания представляет собой пространственное сооружение все рамы которого связаны между собой продольными элементами. Эти элементы при загружении отдельных рам местными нагрузками вовлекают в работу соседние рамы.
Поэтому при действии нагрузок приложенных к одной или нескольким поперечным рамам необходимо учитывать пространственную работу каркаса здания.
Коэффициент пространственной работы при жесткой кровле
n – число рам в температурном блоке
n1 – число колёс кранов на одной нитке подкрановых балок
ai – расстояние между симметрично расположенными относительно середины блока рамами
a2 – расстояние между вторыми от торцов рамами
- сумма ординат линии влияния реакции рассматриваемой рамы.
3. Определение усилий в колоннах рамы
Расчет поперечной рамы производился с использованием ЭВМ результаты расчета сведены в таблицу 2:
Усилия в сечениях левой стойки рамы:
По полученным данным составляются расчетные комбинации усилий при самом невыгодном нагружении для каждого из сечений результаты сведены таблицу:
Основное сочетание нагрузок с учетом крановой и ветровой
Основное сочетание нагрузок без учета крановой и ветровой
Материал колонны тяжелый бетон класса В15
Для армирования принята арматура класса А–III:
1. Расчет сечений колонны
Сечение 0 - 1 на уровне верха консоли колонны
Сечение колонны b×h = 50×60см при a = a’ = 4cм полезная высота сечения
h0 = 56cм. В сечении действуют три комбинации расчетных усилий
Усилия от непродолжительного действия нагрузки:
При расчете сечения на первую и вторую комбинации на третью – . Расчет выполняется на все три комбинации и расчетное сечение симметричной арматуры принимается наибольшее. В пояснительной записке приводится расчет только по третьей комбинации так как она дает максимальное требуемой количество арматуры однако в черновой работе расчет производился на каждую из трех комбинаций.
Радиус инерции сечения
Гибкость элемента > 14 необходимо учесть влияние прогиба на прочность элемента.
Условная критическая сила
е > min принимаем = 031
В первом приближении принято = 0004
При условии симметричного армирования высота сжатой зоны бетона
Относительная высота сжатой зоны
Площадь сечения симметричной арматуры
Площадь арматуры назначаем по конструктивным соображениям . Принимаем 316 А-III общей площадью
Сечение 2 – 1 в заделке колонны
Сечение подкрановой части 130×50см сечение ветви b×h = 50×25см
h0 = 21cм. Расстояние между осями ветвей с = 105см. Расстояние между осями распорок S = 26м. Высота сечения распорки 40см.
В сечении действуют три комбинации расчетных усилий:
Усилия от непродолжительного действия нагрузки
При расчете сечения на первую и вторую комбинации на третью – . Расчет выполняется на все три комбинации и расчетное сечение симметричной арматуры принимается наибольшее. В пояснительной записке приводится расчет только по второй комбинации так как она дает максимальное требуемой количество арматуры однако в черновой работе расчет производился на каждую из трех комбинаций.
Приведенный радиус инерции сечения двухветвевой колонны в плоскости изгиба
Приведенная гибкость сечения > 14 необходимо учесть влияние прогиба на прочность элемента.
е min принимаем = 026
В первом приближении принято = 00075
Определяем усилия в ветвях колонны
принимаем тогда расстояние
Граничное значение относительной сжатой зоны бетона при γb2 = 11
> y = 0.694 имеем расчетный случай.
Фактический коэффициент армирования что незначительно отличается от ранее принятого.
Принимаем 314 A-III с AS = 462см2
Проверим необходимость расчета подкрановой части колонны из плоскости изгиба.
> расчет из плоскости рамы необходим.
> 14 необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.
Принимаем e0 = ea = 163cм.
> y = 0544 имеем расчетный случай.
Принимаем 3∅16 A-III с
2. Расчет промежуточной распорки
Изгибающий момент в распорке
Сечение распорки b×h = 50×40cм h0 = 36cм. Армирование принимаем симметричное
принимаем 314 А–III общей площадью AS = 462см2.
Поперечная сила в распорке
> Qds = 8289кН поперечную арматуру принимаем конструктивно dw = 6мм класса A – I с шагом s = 150мм.
1. Определение геометрических размеров фундамента
Условное расчетное сопротивление грунта .
Материал фундамента – бетон тяжелый B12.5
Арматура класса А–II
Вес единицы объема материала фундамента и грунта на его обрезах .
Расчет выполняем на наиболее опасную комбинацию в сечении 2–1.
Расчетные значения усилий:
Нормативные значения усилий определено делением расчетных усилий на усреднённый коэф. надежности по нагрузке γn=115
Глубину стакана принимаем из условия заделки колонны в стакане фундамента:
d=14см – диаметр продольной арматуры колонны.
Принимаем глубину заделки 950мм. Расстояние от дна стакана до подошвы фундамента принято 250мм.
Полная высота фундамента:
Глубина заложения подошвы фундамента H1 = 135м. Отметка верха стакана фундамента –0150м. Фундамент трехступенчатый высота ступеней одинаковая 40см.
Предварительно площадь фундамента определяют по формуле:
Назначаем отношение сторон
Т.к. нагрузки на фундамент слишком велики то принимаем размеры фундамента a×b = 36×3м. Площадь подошвы фундамента A = 108м².
Момент сопротивления .
Рабочая высота фундамента из условия прочности на продавливание
где h = 13м – высота сечения колонны bcol = 05м – ширина сечения колонны
Полная высота фундамента H = 0179+005 = 0229м 12м принятая высота фундамента достаточна.
Проверяем отвечает ли рабочая высота нижней ступени фундамента условию прочности по поперечной силе без поперечного армирования в наклонном сечении .
Для единицы ширины этого сечения b = 100см
> 582кН условие удовлетворяется.
Определяем краевое давление на основание.
Изгибающий момент в уровне подошвы
Нормативная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах
2. Расчет арматуры фундамента
Определяем напряжение в грунте под подошвой фундамента в направлении длинной стороны фундамента а без учета веса фундамента и грунта на его уступах от расчетных нагрузок
Расчетные изгибающие моменты:
Требуемое сечение арматуры:
Принимаем 1610 A-II с AS = 1256см2
Процент армирования
Арматура укладываемая параллельно меньшей стороне фундамента определяется по изгибающему моменту в сечении IV-IV
Требуемое сечение арматуры
Принимаем 1810 A-II с AS = 1413см2
> . Из конструктивных соображений принимаем сетку с размеров ячеек 200×200мм. Расчет на трещиностойкость не производился.Список используемых источников
Байков В. Н. Сигалов Э. Е.
Железобетонные конструкции: Общий курс. Учебник для вузов. – 4-е изд. перераб. – М.: Стройиздат 1985. – 728с. ил.
Примеры расчета железобетонных конструкций: Учеб. пособие для техникумов.– 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат 1989. – 728с.
Конструирование промышленных зданий и сооружений: Учеб. пособие для студентов строит. специальностей вузов.– 3-е изд. перераб. и доп. – Л.: Стройиздат 1979. – 168с. ил.
СНиП 2.03.01–84*. Бетонные и железобетонные конструкции Госстрой СССР – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1989 – 80 с.
СНиП II-6-96*. Нагрузки и воздействия Госстрой СССР. – М.:ЦИТП Госстроя СССР 1990.-60с.

Лист 1(1).dwg

А-I ГОСТ5781-82 l=1400
А-I ГОСТ5781-82 l=2300
А-I ГОСТ5781-82 l=360
А-I ГОСТ5781-82 l=320
A-I ГОСТ5781-82 l=1150
А-II ГОСТ5781-82 l=3160
А-II ГОСТ5781-82 l=4760
А-I ГОСТ5781-82 l=270
А-I ГОСТ5781-82 l=190
А-I ГОСТ5781-82 l=70
К-7 ГОСТ5781-82 l=20500
К-7 ГОСТ5781-82 l=23940
Закладная ЗД3 300х10 l=380
Закладная ЗД4 300х10 l=200
А-I ГОСТ5781-82 l=550
А-III ГОСТ5781-82 l=6110
А-I ГОСТ5781-82 l=210
Закладная ЗД1 500х10 l=400
Закладная ЗД2 500х10 l=750
Железобетонные конструкции
План здания на отметке 0.000
Схема расположения вертикальных связей
Схема расположения связей по нижним поясам ферм