Расчёт и проектирование элементов рабочей площадки под технологическое оборудование

Пром. здание 2007.dwg

Расчет и проектирование элементов рабочей площадки под технологическое оборудование
Схема расположения элементов
Схема расположения элементов М1:200
Схема опирания главной балки на колонну
Материал конструкций - сталь С235. 2. Сталь марки 35 ГС. 3. Заводские и монтажные сварные швы выполняются вручную электродами Э42А по ГОСТ 5264-80.

КП по строительным конструкциям.doc

Министерство образования и науки Украины
Кафедра железобетонных и каменных конструкций
«Расчёт и проектирование элементов рабочей площадки под технологическое оборудование»
Компоновка рабочей площадки . 4
Расчет и конструирование монолитной железобетонной плиты . 5
1. Определение усилий в плите . ..5
Расчет балок настила ..6
1 .Определение усилий в балке настила и подбор сечения .. 6
2. Проверка подобранного сечения 7
Расчет центрально-сжатой колонны .9
1. Определение усилий в колонне и подбор сечения 9
2. Решение опорных узлов колонны .10
Расчет и конструирование монолитного железобетонного центрально нагруженного фундамента . 15
1. Определение размеров фундамента 15
2. Подбор арматуры для фундаментной плиты 16
Графическая часть – чертеж рассчитанных элементов встроенной рабочей площадки
Пролет главных балок: L=99 м
Шаг главных балок: l2=30 м
Отметка уровня пола площадки: Н=55 м
Длительная нагрузка: g1=13 кНм2
Кратковременная нагрузка: g2=9 кНм2
Материал металлических конструкций (главных второстепенных балок и колонн) - сталь С235.
Фундаменты монолитные железобетонные выполненные c использованием бетона класса В10 и арматуры класса А240С.
Компоновка рабочей площадки
Главные балки располагаем в направлении большего шага колонн балки настила - в перпендикулярном к ним направлении (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Балочная клетка рабочей площадки
Опирание балок настила на главные балки - этажное опирание главных балок на оголовки колонн средних и крайних рядов - по пристроганным площадкам их нижних поясов.
Определим шаг балок настила: l=(13 15)L.
l=(15)L=(15)99=198 м.
Так как шаг балок настила не должен быть более 2м принимаем l=198 м (в каждом пролёте главной балки - 5 балок настила оси балок настила смещаем на пол шага с осей колонн см. рис. 1.1).
Расчет и конструирование монолитной железобетонной плиты
Расчетная схема плиты - многопролетная неразрезная балка загруженная равномерно распределённой нагрузкой. Принимаем расчётные пролёты плиты равными шагу балок настила: l= 198 м.
1. Определение усилий в плите
Зададимся толщиной плиты:
h=(120 130)l=(120 130)198 см=99 см 66 см.
Принимаем предварительно h=8 см. После определения изгибающих моментов толщину плиты уточним.
Вычислим предельную расчетную погонную нагрузку на плиту шириной Ь=1 м:
q1=(g1γf1+ g2γf2+hγf3)γn кНм2
где g1 g2 - нагрузки приведенные в задании кНм2;
γf1 γf2 γf3 - коэффициент надежности по нагрузкам:
γf1=105 - от стационарного оборудования;
γf2=12— от кратковременной равномерно распределенной нагрузки;
γf3=11 - от веса железобетонных конструкции;
=25 кНм3 - плотность тяжелого железобетона;
h - предварительная толщина железобетонной плиты м:
γn - коэффициент надежности по назначению конструкции в курсовой работе принят =0.95;
l - шаг балок настила м.
q1=(13х105+9х12+25х008х11)х095=2532 кНм2
Расчет балок настила
Расчетная схема балки настила - однопролётная шарнирно опёртая балка. Пролёт и шаг балок настила принимается в соответствии с первоначальной компоновкой балочной клетки (рис. 1).
Нагрузка на балку настила передаётся опирающейся на неё железобетонной плитой. Определим расчётное значение этой нагрузки на погонный метр балки:
где q1 – предельная расчетная погонная нагрузка на плиту шириной b=1 м соответствующая расчетной нагрузке на 1 м2 2532 кНм2
q2=198х2532=5013 кНм
1. Определение усилий в балке настила и подбор сечения
Вычислим опорные реакции возникающие в балке настила от действия равномерно распределённой нагрузки q2
RA=RB=(5013х30)2=7520 кН
Определим максимальный изгибающий момент и поперечную силу:
Mmax=(5013х302)8=5640 кНхм
Qmax=(5013х30)2=7520 кН
Эпюры внутренних усилий балки настила показаны на рис.3.1.
Вычислим требуемый момент сопротивления сечения балки настила с учётом
развития пластических деформаций:
где Mma с1 – коэффициент учитывающий развитие пластических деформаций в наиболее нагруженном сечении 11; Ry – расчетное сопротивление проката принимаем 230 МПа=23 кНсм2; γс – коэффициент условий работы 1.
WP=5640(11х23х1)=22292 см3
По найденной величине Wp по сортаменту подбираем двутавровый профиль №22 для которого выполняется условие: Wx=332 см3>Wp=22292 см3. Характеристики двутавра №22: Wx=232 см3 Ix=2550 см4 Sx=131 cм3 d=054 см h=22 см b=11 см масса 1п.м. 240 кг.
Рис.3.1. Расчётная схема и эпюры внутренних усилий балки настила.
2. Проверка подобранного сечения
Проверим сечение по первой группе предельных состояний на действие нормальных и касательных напряжений соответственно:
где RS=058Ry – расчетное сопротивление проката на срез кНсм2; tW=d – толщина стенки принятого двутавра см.
RS=058х23=1334 кНсм2 – расчетное сопротивление проката на срез.
=(5640х100)(11х332)=1544 кНсм2
=(7520х131)(2550х054)=715 кНсм2
Условие выполняется.
Так как оба условия выполняются можно сделать вывод что сечение балки настила соответствует требованиям предъявляемым к конструкциям по первой группе предельных состояний.
Общую устойчивость балок не проверяем так как нагрузка передаётся через сплошной жёсткий настил непрерывно опирающийся на сжатый пояс конструкции надёжно с ним связанный. Местную устойчивость элементов сечений прокатных профилей не проверяем так как она обеспечена при проектировании их сортамента.
Проверим подобранное сечение по второй группе предельных состояний - для обеспечения жёсткости балок.
Вначале определяем величину нормативной нагрузки на погонный метр балки используемой при определении прогиба f:
q2n=l(g1+g2+h)+g3 кНм
где g3 – масса 1 погонного метра балки принятая по сортаменту кНм (1кгсм=001 кНм).
q2n=198(13+9+25х008)+024=4776 кНм=0478 кНсм
Прогиб балки настила от действия нормальной нагрузки:
f=(5384)x[(q2nl24)(EIx)]≤[fu]
где [fu] – предельное значение прогиба балки настила; q2n – нормальная погонная нагрузка на балку кНсм (1 кНм=001 кНсм); Е=206х104 кНсм2 – модуль упругости стали; Ix – осевой момент инерции сечения балки настила см4.
f=(5384)x[(0478х3004)(206х104х2550)]=096 см
Определим допустимый прогиб fu. Для длины балки настила l2=30 м принимаем соотношение 1150 (как для l=3 м).
fu.= l2150=300150=2 см
Проверим не превышает ли фактический прогиб допустимого значения: f≤ 0962 см.
Условие выполняется фактический прогиб не превышает допустимого значения сечение балки настила соответствует требованиям предъявляемым к конструкциям по второй группе предельных состояний.
Расчёт центрально-сжатой колоны
Запроектируем стальную колонну среднего ряда на которую с двух сторон опираются главные балки. Поперечное сечение колонны принимаем сплошным: выполненным из двух швеллеров сваренных по высоте.
Расчётная схема колонны представляет собой шарнирно закрепленный центрально сжатый стержень нагруженный сосредоточенной силой Nc.
1. Определение усилий в колонне и подбор сечения
Вычислим сосредоточенную силу Nc действующую на колонну:
RАгл.б=Рх52=(2хRАх5)2=(2х7520х5)2=376 кН
Определим в соответствии с условиями закрепления концов колонны расчётную длину её стержня lef
lef=lc=(H+hbc-h-hbn-hb) см
где - коэффициент расчётной длины для колонны с шарнирно закрепленными концами принимается равным 1; Н- отметка верха балочной клетки см; hbc - заглубление базы колонны 40 50 см; h - толщина железобетонной плиты настила см; hbn - высота балки настила см; hb - высота главной балки см.
lef=1х(550+50-8-22-70)=500 см
Подберём сечение колонны. Определим требуемую площадь сечения стержня колонны:
где - коэффициент продольного изгиба предварительно принимаем 07; Ry – расетное сопротивление проката 230 МПа; γc – коэффициент условий работы 1.
Acтр=75207х230х01х1=4671 см2
Вычислим требуемую площадь одного швеллера:
Acтр1=46712=2336 см2
По величине Acтр1 по сортаменту подбираем прокатный швеллер №22 для которого выполняется условие А>Acтр1; 267 см2>2336 см2. Характеристики швеллера №22: h=22 см bf =82 см d=054 см t=095 cм А=267 см ix=889 см IУ=151 см4 z0=221 см масса 1 погонного метра 210 кг (g4). Для принятого сечения производим расчёт относительно материальной оси х определяем гибкости колонны:
Проверим условие: λх≤[λ]=120; 56120. Условие выполняется.
По найденной гибкости λх=56 определяем коэффициент продольного изгиба х=0829 и выполняем проверку на общую устойчивость колонны относительно оси х:
=7520829х2х267=1699 кНсм2Ry=23 кНсм2
Производим расчёт относительно оси у'. Определим момент и радиус инерции сечения колонны относительно этой оси:
Iy’=2x[Iy+Ax(bf-z0)2] см4
Iy’=2х[151+267x(82-221)2]=2218 см4
iy’=√2218(2x267)=644 см.
Вычислим гибкость колоны:
Проверим условие: λy’≤[λ]=120; 78120. Условие выполняется.
По найденной гибкости определяем коэффициент продольного изгиба λy’ определяем интерполируя коэффициент продольного изгиба y’=0718 и выполняем проверку на общую устойчивость колонны относительно оси y’:
=Nc y’x2xA≤ Ryγc кНсм2
=7520718x2x267=196 кНсм223 кНсм2.
Так как условия выполняются можно сделать вывод что общая устойчивость колонны обеспечена.
2. Решение опорных узлов колонны
2.1. Конструирование оголовка колонны
Толщину опорной плиты оголовка назначаем конструктивно 25 мм. Предусматриваем расположение опорных рёбер главных балок по осям швеллеров колонны торцы которых фрезеруются. Для принятой конструкции оголовка назначаем катет шва приварки опорной плиты к торцу колонны конструктивно: kf=07 см.
2.2. Расчёт и конструирование базы колонны
Определяем нагрузку от собственного веса колонны:
где g4 – масса 1 м.п. швеллера принятого по сортаменту 21.
gcn=2х21х001х5=21 кН
Расчётная нагрузка на фундамент:
где 105 – коэффициент надежности по нагрузке для стальной колонны.
Nbc=752+105х21=75421 кН.
Зададимся расчётным сопротивлением бетона при местном сжатии:
Rb.loc=15Rbγb2 кНсм2
где Rb=6 МПа - расчётное сопротивление бетона сжатию для класса В10; γb2 –коэффициент условной работы бетона 09.
Rb.loc=15х6х01х09=081 кНсм2
Определим требуемую площадь подошвы опорной плиты:
Aplтр= Nbc Rb.loc см2
Aplтр=75421081=93112 см2
Размер стороны опорной плиты параллельной высоте сечения колонны принимает с учётом двухсторонних свесов с=8см:
где hc – высота сечения колонны (высота швеллера) см.
Определим ширину опорной плиты:
Полученное значение bpl округляем до 2см в большую сторону принимаем bpl=26 см.
Проверим условие bpl>2bf bf – ширина полки швеллера 26>2x82=164 cм.
Условие выполняется окончательно принимаем bpl=26 см.
Рис. 5.1. База колонны сплошного сечения.
Уточним фактическую величину сопротивления бетона при местном сжатии опорной плитой базы колонны для этого зададимся размерами верхнего обреза фундамента hf и bf:
Фактическая величина расчётного сопротивления бетона при местном сжатии:
Rb.loc=RbhfbfhplbplкНсм2
Rb.loc=0668х5638х26=0941 кНсм2
Проверим условие: Rb.loc≤5Rbγb2 0941 кНсм2 >081 кНсм2.
Условие не выполняется поэтому в дальнейших расчётах используем Rb.loc=081 кНсм2.
b=Nbchplbpl≤ Rb.loc кНсм2
b=7542138x26=076 кНсм2 Rb.loc=081 кНсм2
Условие выполняется размеры опорной плиты достаточны.
Для назначения толщины опорной плиты необходимо определить действующие в ней изгибающие моменты величины которых зависят от конфигурации её участков.
Изгибающий момент в консольной части плиты:
где с – консольный свес плиты см.
Mpl1=076х822=2432 кНхсм
Для определения изгибающего момента в части плиты опёртой по трем сторонам (участок 2) вначале необходимо определить значение коэффициента α в соответствии с отношением а2b2.
a2=05x(bpl-2bf)=05x(26-2x82)=48 см
Так как а2Ь2=0220.5 изгибающий момент определяем как для консольной части плиты т.е.:
Mpl2=076x4822=1751 кНхсм
Для определения изгибающего момента в части плиты опёртой по четырем сторонам (участок 3) вначале необходимо определить значение коэффициента в соответствии с отношением а3b3.
Mpl3=00714x076x1642=1459 кНхсм.
Толщину опорной плиты определим по наибольшему из найденных изгибающих моментов:
tpl=6x2432230x01x1=252 см.
Окончательную толщину опорной плиты назначаем по сортаменту листовой стали tpl=28 мм.
Траверсу базы привариваем к колонне вертикальными швами выполняемыми ручной сваркой.
Толщину траверсы принимаем конструктивно td=16 мм. Катет углового шва: kf=td-02 см=16 см-02 см=14 см>04 см. Высоту траверсы назначим из условия полной передачи усилия от колонны на опорную плиту через сварные швы:
где f=07 - коэффициент глубины провара по металлу шва при ручной сварке; kf — катет углового шва kf= td-01 02 см ≥04 см; Rf=18 кНсм2 - расчётное сопротивление металла шва для электродов Э42А; п=4 - число учитываемых в расчёте швов.
hd=(7542107x14x18x4)+1=117 см.
Высота траверсы также не должна превышать величину:
По конструктивным соображениям принимаем высоту траверсы hd=25 см.
Анкерные болты базы колонны назначаем конструктивно диаметром 20 мм с глубиной заделки в фундамент не менее 700 мм.
Расчет и конструирование монолитного железобетонного центрально нагруженного фундамента
1. Определение размеров фундамента
Принимаем глубину заложения фундаментов df=150 см.
Определим нормативную нагрузку на фундамент:
где γf=115 - средний коэффициент надежности по нагрузке.
Nbcn=75421115=65583 кН
Вычислим требуемую площадь подошвы фундамента:
Afmp=Nbcn(R0-γmfdf) см2
где R0 - расчётное сопротивление грунта 002 кН см2; df - глубина заложения фундамента см;
γmf=20 кНм2=2x10-5 002 кН см3 - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах.
Afmp=65583(002-2x10-5x150)=3857824 см2.
Определим размер стороны подошвы центрально нагруженного и квадратного в плане фундамента:
Окончательно принимаем сторону фундамента af= 200 см.
Вычислим минимальную рабочую высоту фундамента у основания подколoнника из условия продавливания по поверхности пирамиды при действии расчётной нагрузки. Предварительно определяем реактивное давление основания: psf=754212002=0019 кНсм2.
Минимальная рабочая высота фундамента:
h0min=12Nbc(09Rbt+psf)-(hf+bf)4 см
где Rbt – расчетное сопротивление бетона растяжению в соответствии с заданным классом В10 057 кНсм2; psf=Nbcaf2 – реактивное давление основания кНсм2; hf и bf – размеры верхнего обреза фундамента.
h0min=1275421(09х057х01+0019)-(68+56)4=208 см
Полная высота фундаментной плиты:
где аb - защитный слой бетона 35 см.
Окончательно назначаем полную высоту фундаментной плиты Нfp=30 см.
2. Подбор арматуры для фундаментной плиты
Определим изгибающий момент возникающий в фундаментной плите:
M1=0125psfx(af-al)2xaf кНxсм
M1=0125x0019x(200-56)2x200=98496 кНxсм
Вычислим необходимую площадь поперечного сечения рабочих стержней:
Asimp=Mi09(Hfi-ab)Rs см2
Asimp=9849609(30-35)x225x01=1835 см2
Зададимся шагом стержней s=100 мм определим количество стержней п при ширине стороны фундамента аf=200 см.
n=(af-100)S+1=(2000-100)100+1=20 шт
где 100 - сумма длин выпусков арматуры и защитного слоя бетона по концам стержней соответственно 2x20 мм и 2x30 мм.
Определим площадь сечения одного стержня:
As1=As1n=183520=0918 см2
По сортаменту стержневой и. проволочной арматуры принимается диаметр стержней 12 мм А240С для которого Аs1=1131 см2>0918 см2. Так как фундамент квадратный в плане диаметр и. шаг стержней другого направления такие же.
Рис. 6.1. Монолитный железобетонный центрально нагруженный фундамент
Проверим процент армирования фундамента:
=(1131x2030x200)x100%=038%>005%
Условие выполняется фактический процент армирования превышает минимальный.
Изобразим принятую сетку.
Список использованной литературы
Справочник проектировщика промышленных жилых и общественных зданий и сооружений Расчетно-теоретический. Под. ред. А.А У майского СИМ 1960.
СНиП 2.0301-84*. Нормы проектирования. Бетонные и железобетонные конструкции. - М.: ЦЙТП Госстроя СССР 1989. - 86с.
СНиП П-23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции. - М.: Госстрой СССР 1991. - 96с.
Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций; Учебное пособие для техникумов. - 2-е изд. перераб и доп. - М.: Стройиздат 1989. - 506с.
Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций. - М..: Стройиздат 1991.
Зштобетонш коиструкцп: Шдручник За ред. АЛ. Барашикова. - К.: Вища школа 1995. - 591с.
Клименко Ф.С. Барабаш В.М. Металев! конструкцн: ГЕдручник. - Льв1в: Видавництво Св1т" 1994. - 278с.
ДБН В. 1.2-2:2006. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. - Киев Минстрой Украины 2006. - 78с.