Конструирование и расчет каркаса промышленного здания

1 - Пояснительная записка Яна.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»
Инженерно-строительный факультет
Кафедра строительных конструкций и материалов
Пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине
«Железобетонные конструкции»
«КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
КАРКАСА ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ »
Преподаватель Страхов Д.А.
Студент группы 401910 Трубина Д.А.
Предварительное назначение размеров 5
1 Назначение размеров колонны 5
2 Назначение размеров ригеля 5
Определение нагрузок и воздействий 6
1 Собственный вес конструкции 6
2 Снеговая нагрузка 7
Расчет прочности жб колонн работающих на внецентренное сжатие
подбор арматуры и составление схемы армирования колонны 11
Проектирование предварительно-напряженного железобетонного
ригеля балочного типа 20
1. Назначение размеров предварительно напряженного ригеля 20
2. Определение нормальных напряжений в бетоне от предварительного
напряжения в арматуре 21
3. Определение потерь предварительного напряжения 24
Предварительное напряжение в арматуре с течением времени постепенно
уменьшается на величину потерь вследствие постепенного уменьшения
начального удлинения арматуры. 24
4. Расчет ригеля на прочность по нормальным сечениям 25
5. Расчет прочности наклонных сечений на действие поперечных сил
6. Расчет по образованию трещин 29
7. Расчет по раскрытию трещин 30
Расчет и проектирование фундамента стаканного типа 33
1. Определение габаритных размеров фундамента 33
2. Расчет прочности фундамента 35
Настоящий проект сборной железобетонной конструкции рамного типа в
виде несущего каркаса одноэтажного однопролетного промышленного здания
выполнен в соответствии с заданием на проектирование и действующими
- высота колонны от пола до низа ригеля: Н = 17 м;
- пролет рамы: Lp = 13 м;
- шаг рамы в продольном направлении здания: D = 6 м;
- класс бетона колонн В25.
Предварительное назначение размеров
Назначение размеров колонны
Расчетная длинна колонны l0:
[pic] - коэффициент учитывающий опирание колонны по торцам [pic].
Высота поперечного сечения колонны hk:
[p принимаем hk= 08 м.
Ширина поперечного сечения колонны bk:
Принимаем ширину поперечного сечения колонны bk = 04 м.
Назначение размеров ригеля
Высота ригеля в коньке hp:
где [pic]- расчетная длина ригеля
где [pic]- высота ригеля на опоре [pic]
Определение нагрузок и воздействий
Собственный вес конструкции
Вес одного квадратного метра кровли определен по табл. 2.1.
Элемент покрытия [pic] [pic][pic]
-3 слоя рубероида по пергамину 100 13 130
цементно-песчаная стяжка 44 13 572
=20 мм γ=2200 кгсм3
утеплитель 72 13 936
ребристые железобетонные плиты 150 11 165
Нормативная погонная нагрузка от кровли на ригель:
Расчетная погонная нагрузка от кровли на ригель:
Нагрузка от собственного веса ригеля на погонный метр его пролета:
[pic] - коэффициент надежности по нагрузке.
Площадь сечения ригеля:
Общий вес покрытия приходящийся на 1 колонну и приложенный в центре
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
СНиП 2.01.07-85* (для VI снегового района р=400кгсм2).
Расчетная снеговая нагрузка:
Распределенная ветровая нагрузка действующая по всей длине колонны
с наветренной стороны:
[pic] - коэффициент учитывающий изменение скоростного напора по
[pic] - аэродинамический коэффициент (принимается 08 и 06
соответственно для наветренной и подветренной стороны здания).
с подветренной стороны:
Сосредоточенная сила учитывающая ветровое давление на поперечную
раму в пределах опорной части ригеля и парапетов с наветренной
раму в пределах опорной части ригеля и парапетов с подветренной
Усилия возникающие в колонне:
Хм 02Нк 04Нк 05Нк 06Нк 08Нк Нк
Хм 36 72 9 108 144 18
Мхтс*м 314 1046 1569 2197 3765 5752
Мхтс*м 458 1229 1733 2314 3713 5425
Без учета снеговой нагрузки:
N = [pic]+[pic]= 1828 + 2004 = 3832 тс
С учетом снеговой нагрузки:
N = [pic]+[pic]+Pcн=1828 + 2004 + 1656 = 5488 тс.
N=[pic]+[pic]2 =1828 + 20042 =283 тс
N= [pic]+[pic]2+Pcн=1828 + 20042+ 1656 = 4486 тс
N= [pic]+Pcн=1828 + 1656 = 3484 тс
Распределение усилий по высоте колонны:
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 = 3550Кгссм2
и модулем деформации
Расчетная длина элемента: Lo = 15 * Нк = 27 м.
Для определения количества арматуры в каждом из намеченных сечений
колонны (1-1; 2-2; 3-3) выполним расчет при двух комбинациях усилий:
Таким образом для сечения 1-1:
) MI = 5752 тс и NI = 5488 тс;
) MII = 5425 тс и NII = 3832 тс.
Все сечения колонны находятся в состоянии внецентренного сжатия.
Предварительно вычисляем:
MI - 03 * h0 * NI = 5752 - 03 * 075*5488 = 4517 тс*м;
MII - 03 * h0 * NII = 5425 - 03 * 075*3832= 4563 тс*м;
Начинаем расчет с первой комбинации.
Эксцентриситет сжимающей силы принимается равным [pic]
но не менее случайного эксцентриситета еа который принимают:
Далее ведем расчет при е0=105 м.
[pic]- коэффициент приведения
Находим относительный коэффициент начального эксцентриситета по формуле:
поэтому принимаем [pic].
Задаваясь коэффициентом армирования = 001 и коэффициентом
φl = 175 определяем жесткость элемента в предельной стадии
критическую силу и поправочный коэффициент увеличения начального
эксцентриситета за счет прогиба колонн:
V- сжимающая сила в рассматриваемой комбинации усилий.
[pic]-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
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
По таблице 11 приложения литературы [1] определяем = 035 т.к.
Х = *h0=035*075 = 026 м > 2а’=2*005 = 01м
Расчет симметричной арматуры
Т.к. [pic] то пренебрегаем высотой сжатой зоны бетона.
Переходим к расчету второго сочетания: MII = 5425 тс и NII = 3832
Эксцентриситет сжимающей силы принимается равным [pic] но не менее
случайного эксцентриситета еа который принимают:
Далее ведем расчет при е0=142 м.
поэтому принимаемое [pic].
Следовательно имеет место первый случай внецентренного сжатия. Проверяем
необходимость постановки расчетной арматуры A’sII:
По таблице 11 приложения литературы [1] определяем = 023 т.к.
Х = *h0=023*075=017м > 2а’=2*005=01м
) MI = 1569 тс и NI = 283 тс;
) MII = 1733 тс и NII = 4486 тс.
MI - 03 * h0 * NI = 1569 - 03 * 075*283 = 932 тс*м;
MII - 03 * h0 * NII = 1482 - 03 * 075*4486= 473 тс*м;
Начинаем расчет с первой комбинации:
Далее ведем расчет при е0=055 м.
[pic]- коэффициент приведения [pic]
По таблице 11 приложения литературы [1] определяем = 001 т.к.
Х = *h0 = 001*075 = 0075м > 2а’ = 2*005 = 01м условие не
В этом случае пренебрегают сжатой зоной бетона и определяют Аs из
уравнения моментов относительно оси проходящей через А’s:
Переходим к расчету второго сочетания:
Далее ведем расчет при е0=039 м.
Следовательно имеет место первый случай внецентренного сжатия.
Проверяем необходимость постановки расчетной арматуры A’sII:
По таблице 11 приложения литературы [1] определяем = 006 т.к.
Х = *h0 = 006*075 = 0045 м > 2а’ = 2*005 = 01м условие не
[pic][pic] то принимаем что[pic][pic].
Проектирование предварительно-напряженного железобетонного ригеля
Назначение размеров предварительно напряженного ригеля
Определяем усилия в ригеле.
Плечо внутренней пары z принимаем:
Усилия в поясах ригеля [pic]:
Площадь верхнего пояса [pic]:
Ширина верхнего пояса [p
Из конструктивных соображений [pic] а [pic]
Принята напрягаемая арматура семипроволочные канаты из проволоки
В1400 диаметром 5мм:
Предварительное напряжение:
Принимаем ненапрягаемую арматуру класса А-II.
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 [pic]
Внешние силы обусловленные воздействием[pic][pic]:
Равнодействующая сил обжатия:
Сила Р в общем случае приложена внецентренно ее эксцентриситет
относительно центра тяжести сечения определяется следующим образом:
[pic] 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 [pic].
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
Момент инерции приведенного сечения:
где I- момент инерции бетона.
[pic]расстояние от центральной оси до оси проходящей через центр
тяжести всего сечения.
Момент инерции нижнего пояса:
Момент инерции верхнего пояса:
Момент инерции стенки:
Момент сопротивления приведенного сечения для растянутой грани:
Нормальные напряжения для усилий обжатия от внецентренно сжатого
где y - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до точки в
которой определяются напряжения.
Напряжения на уровне арматуры [pic]:
Напряжения на уровне оси О-О:
Напряжения на расстоянии [pic] от центра тяжести приведенного
Отрицательные значения [pic]свидетельствуют о растяжении а
положительные - о сжатии.
Вид эпюры нормальных напряжений от усилия обжатия:
Определение потерь предварительного напряжения
начального удлинения арматуры.
Потери предварительного напряжения подразделяют на две группы:
[pic]- первые потери происходящие до и во время обжатия бетона
[pic]- вторые потери происходящие после обжатия.
Во всех случаях величину полных потерь [pic] принимают не менее 100
) Потери от релаксации напряжений в проволочной арматуре при механическом
способе натяжения обусловленные ползучестью стали:
) Потери от деформации анкеров расположенных у натяжных устройств:
где [pic]- при обжатии опрессованных шайб смятии высаженных головок
принимается равным 2 мм
[pic]длина натягиваемого стержня в мм (длина ригеля)
) Потери от деформации стальной формы при изготовлении конструкции
принимаются равными 300 кгссм²
) Потери вызванные усадкой бетона для тяжелых бетонов класса ниже В35
принимаются равными 400 кгссм².
) Потери от ползучести бетона
Напряжения на уровне арматуры [pic] и [pic] равны соответственно:
Rвр - передаточная прочность бетона.
Потери от ползучести бетона в [pic] будут равны:
где [pic]- для бетона естественного твердения.
Потери от ползучести бетона в [pic]:
Суммарные потери в арматуре [pic]:
Суммарные потери в арматуре[pic]:
Предварительное напряжение в арматуре после проявления всех потерь
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
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 [pic] принимаются равным [pic]
в арматуре As - Ra сжимающие напряжения в арматуре А's - [pic].
Напряжения в арматуре A'sp принимаются равными:
где [pic]- сжимающие напряжения в арматуре при достижении предельной
сжимаемости бетона которые определяются как:
[pic]- коэффициент точности натяжения арматуры ([pic]).
Данные: Asp=76 см2 AIsp= AIs= As=152 см2
Rb=170 кгссм2 (бетон B30)
Rsp=8150 кгссм2 Rs=2800 кгссм2
Арматура класса A-II.
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 = 76*117+152*27 = 93тс;
Т.к. Asp* Rsp + As* Rs = 93тс ≤ [pic]
Т.о. нейтральная линия проходит в полке.
Тогда высота сжатой зоны определяется из условия:
Asp* Rsp + As* Rs=[p
х = (Asp* Rsp + As* Rs - [p
х = (76* 117 + 152* 27 - [pic])[pic]=20см.
Условие прочности принимаем вид:
Полезная высота сечения:
Относительная высота сжатой зоны:
Граничная относительная высота сжатой зоны [pic]:
Получаем что [pic][pic] значит элемент не переармирован проверяем
Условие выполняется.
Расчет прочности наклонных сечений на действие поперечных сил
Распределенная нагрузка на ригель:
Сопротивление класса бетона В30 растяжению [pic].
) Определяем полезную высоту сечения у опоры:
) Проверяем условие прочности по полосе между наклонными сечениями на
действие главных сжимающих напряжений [pic].
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 ≤ 25*8752*1227880=648см.
Принимаем S = 30 см.
) Назначаем диаметр хомутов и определяем усилия в хомутах на единицу длины
Назначаем 2 хомута диаметром 12мм класс стали А-III.
где: [pic] - число хомутов в поперечном сечении
[pic] - площадь одного хомута диаметром
[pic] - расчетное сопротивление арматуры A-III растяжению
При этом должно выполняться следующее условие:
qsw > 025*12*25=75 кгссм;
) Проверка прочности по наклонным сечениям.
Определяем параметр Мв:
Тогда Мв = 15*25*8752*12 = 3445тс*см = 3445 тс*м
Проверяем выполнение следующего условия при котором предельная
поперечная сила на опоре воспринимаемая ригелем должна быть больше
поперечной силы в нормальном сечении элемента: [pic]
Подставляя ранее найденные значения получаем:
) Назначаем заново диаметр хомутов и определяем усилия в хомутах на
единицу длины элемента.
Назначаем 2 хомута диаметром 10мм класс стали А-III.
qsw > 025*12*25 = 75 кгссм;
Тогда Мв = 15*25*8752*12 = 3445 тс*см = 3445 тс*м
Так как [pic] то окончательно принимаем хомуты 2 10 А- III шагом s
) Назначаем шаг хомутов в средней трети пролета
В средней трети пролёта можно поставить хомуты с более редким шагом:
Расчет по образованию трещин
Определяем момент внешних сил Mr с осредненным коэффициентом
надежности по нагрузке [pic]
Вычисляем напряжения от внешней нагрузки [pic] и от сил обжатия [pic]
для нижней кромки сечения.
Величина силы обжатия с учетом потерь:
Сила обжатия с учетом потерь создаваемая [pic]
Определяем эксцентриситет силы обжатия с учетом всех потерь Р
относительно центра тяжести сечения.
Силу Р вводим в расчет с коэффициентом точности натяжения [pic] так
как влияние обжатия на трещиностойкость благоприятно.
Проверим условие образования трещин:
Условие не выполняется. Трещины образуются.
Расчет по раскрытию трещин
В работе ширина раскрытия трещин ограничивается условием сохранности
При продолжительном действии нагрузки предельная максимальная ширина
раскрытия трещин [pic].
Ширина раскрытия трещин определяется по формуле:
[pic] = 05 – коэффициент принимаемый для проволоки и стержней
периодического профиля;
[pic] = 07-08 - коэффициент зависящий от напряжения в арматуре в
момент образования трещин.
[pic] - расстояние между трещинами принимается не более 40ds
(40*15=600мм) и не более 400 мм.
где [pic] - площадь растянутой зоны бетона (принимаем равной площади
Условие не проходит.
Произведем расчет по образованию трещин для новых значений площади
Расчет и проектирование фундамента стаканного типа
Определение габаритных размеров фундамента
Принят бетон В15: [p
Принята арматура АIII: [pic]0 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
сипа передаваемые от стоек в месте сопряжения о 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.
Определяем нормативное значение веса стены:
К = 07 – коэффициент учитывающий наличие оконных проемов.
Нормативное значение наибольшей продольной силы:
где [pic]сила в сечении 1-1 (с учетом снеговой нагрузки).
Назначаем глубину заложения фундамента: [pic]
Требуемая площадь фундамента исходя из приложенных нагрузок из условия
несущей способности грунта:
Полученное значение Аф увеличиваем в 2 раза: [pic]
Определение линейных размеров из условия:
Момент сопротивления сечения [pic]:
Определяем высоту фундамента:
Находим эксцентриситет стены:
Принимаем двухступенчатый фундамент:
Вычислим напряжения р по контакту фундамента и грунта и определим
Расчет по I комбинации:
Расчет по II комбинации:
Напряжения должны удовлетворять следующим критериям:
Принимаем [pic]Длина ступеней принимаемся 800 мм и 800 мм
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
Проверяем достаточность размеров т.к. может произойти разрушение по
наклонным сечениям от действия поперечных сил.
Определяем приведенную равномерно-распределенную нагрузку для сечения 2-
Тогда Мв=15*11*1152*115=25094 тс*м;
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-
Мв=15*11*1152*115=25094 тс*м;
Определяем приведенную равномерно-распределенную нагрузку для сечения 4-
Мв=15*22*115*115=43642 тс*м;
Принимаем арматуру параллельную длинной стороне фундамента 16 стержней
с шагом 140мм [pic]параллельную короткой стороне фундамента 14
стержней 10 с шагом 300мм [pic]
Армирование фундамента:
Ширина верхнего пояса bвп:
[p принимаем bвп=03 м.
Высота верхнего пояса hвп:
[p принимаем hвп=01 м.

1 - Яна.dwg

2ø32 АIII + n+2ø36 АIII
ø22АIII+2ø25АIII+2ø32АIII
Поперечное сечение колонныnМ 1:20
Эпюры распределения напряжений по подошве фундамента от расчетных усилийn без учета веса фундамента и грунта на уступах фундамента
ø22АIII+2ø25АIII+2ø28АIII
металлические закладные детали
металлическая центрирующая прокладка
С1 - сетки косвенного армирования
сетки косвенного армирования ø8 АI
Спецификация материалов на один конструктивный элемент (колонна)
Каркас промышленного здания М 1:50
Гидроизоляционный ковер - 11мм
Цементно песчаная стяжка - 20мм
Плита перекрытия - 100мм
ø25 АIII + n+2ø28 АIII
ø25 АIII + n+2ø28 АIII + n+2ø32 АIII
ø22 АIII + n+1ø36 АIII
ø22 АIII + n+3ø36 АIII
ø25 АIII + n+2ø32 АIII
ø25 АIII + n+2ø32 АIII + n+2ø36 АIII
Проектирование промышленного одноэтажного здания рамного типа
Курсовой проект. Железобетонные конструкции
Каркас промышленного здания сечения колонн ригеля фундамента узел сопряжения ригеля с колонной. Спецификация.
Эпюра материалов nв колонне
Примечание:n1. В колонне и ригеле принят класс бетона В30;n2. В фундаменте принят класс бетона В15;n3. Позиции 1314 - канаты состояшие из 7 проволок ø5Вр1400 (А=137см2);n4. Ненапрягаемая арматура ригеля класса n5. Разрезы 4-4 7-7 выполнены в масштабе 1:50;n6. Разрезы 5-5 6-6 выполнены в масштабе 1:20.