ЖБК Проектирование одноэтажного каркасного промышленного здания

ЖБК .dwg

План здания на отметке 0
Асфальтовая стяжка 20 мм
Обмазочная пароизоляция
СибГИУ 2019.08.05.01.АС-132.КП
Курсовой проект по дисциплине "Железобетонные и каменные конструкции
Каркас одноэтажного промышленного здания
каф. ИКСТиМ гр. СУ-15
План здания на отм. 0.000
Спецификация арматуры
Таблица расхода материалов
Кол-во элементов здания
Геометрическая схема фермы

ЖБК.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«Сибирский государственный индустриальный университет»
Кафедра инженерных конструкций и строительной механики
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
«Железобетонные конструкции промышленных зданий»
на тему: «Проектирование одноэтажного каркасного промышленного здания»
ВЫБОР ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ6
2 Стропильная ферма8
4 Подкрановая балка9
1 Постоянные нагрузки12
1.2 Стропильные фермы12
1.3 Нагрузка от собственного веса колонны13
1.4 Нагрузки от веса стеновых панелей и остекления расположенных выше отметки +900014
1.5 Нагрузка от веса подкрановых балок15
1.6 Продольные усилия в крайней колонне16
2 Временные нагрузки17
2.1 Снеговая нагрузка17
2.2 Крановая нагрузка18
2.3 Ветровая нагрузка20
Статический расчет однопролетной рамы одноэтажного промышленного здания.25
1. Расчётные длины колонны28
2. Учёт условий работы бетона29
3. Учёт случайного эксцентриситета30
4. Учёт влияния продольного изгиба31
5 Особенности определения усилий в элементах двухветвевых колонн31
6 Подбор рабочей арматуры в вертикальных элементах колонны32
6.1 Подбор арматуры для надкрановой части колонны33
7 Подбор арматуры для подкрановой части колонны34
7.1 Проверка прочности сечения по поперечной силе38
Проектирование фермы.39
2. Расчет верхнего пояса по прочности.44
3. Подбор арматуры в верхнем поясе.44
4. Расчет нижнего пояса.47
4.1. Расчет по прочности.47
4.2. Расчет по 2й ГПС.49
5. Проверка по образованию трещин.50
6. Расчет по раскрытию трещин.51
7. Конструирование фермы.54
Список используемой литературы59
ВЫБОР ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Рисунок 1 – Сечение крайней колонны
Рисунок 2 – Разрез 1 – 1
Рисунок 3 – Разрез 2 – 2
Момент инерции сечения крайней колонны:
где А – площадь поперечного сечения одной ветви;
С – расстояние между осями ветвей;
В качестве стропильных конструкций приняты железобетонные стропильные фермы с параллельными поясами пролетом 24 м. Высота фермы - 3000 мм – рисунок 4. Монтажное крепление стропильных ферм с колоннами осуществляется на анкерных болтах.
Рисунок 4 – Стропильная ферма
Железобетонные ребристые плиты используются при шаге стропильных конструкций 12 м. Размер плит в плане 312 м.
Рисунок 5 – Плита покрытия
В данном здании применяются стальные подкрановые балки длиной 12 м с грузоподъемностью кранов Q=10 т и массой
Для предотвращения возможного тарана краном торцевой стены на торцевых балках устанавливаются стальные концевые опоры страхующие здание в случае отказа автоматических тормозных устройств двутаврового сечения с буфером из бруса.
Стеновые панели приняты трехслойными толщиной 300 мм. Размеры стеновых панелей: длина 12000мм в углах здания предусмотрены доборные блоки; высота 1200; 1800мм. Простеночные: 600х1200 1800 мм.
Рисунок 6 – Стеновая панель
Окна деревянные по ГОСТ 12506-67. Размеры 45 х 18 м и 45 х 12 м. Окна открывающиеся двойного остекления. Нагрузка от собственной массы оконного заполнения передается на стеновую панель через жесткие прокладки.
Определяем грузовую площадь для крайней колонны:
Рисунок 11 – Определение грузовой площади крайней колонны
1 Постоянные нагрузки
Таблица 1 - Сбор постоянной нагрузки на 1 м2 покрытия.
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
Обмазочная пароизоляция
1.2 Стропильные фермы
Расчетное давление стропильной фермы на колонну:
где – расчетная нагрузка на 1 м2 покрытия;
В L – геометрические характеристики проектируемого здания;
– вес стропильной фермы;
– коэффициент надежности по нагрузке;
– коэффициент надежности по назначению.
Расчетная нагрузка от веса покрытия на крайнюю колонну:
Расчетная нагрузка от веса покрытия на среднюю колонну:
1.3 Нагрузка от собственного веса колонны
1.3.1 Надкрановая часть
Расчетная нагрузка надкрановой части крайней колонны:
где в h – геометрические характеристики надкрановой части колонны;
– высота верхней части колонны;
– плотность железобетона;
1.3.2 Подкрановая часть крайней колонны
Расчетная нагрузка подкрановой части колонны:
где – объемный вес колонны;
- расчетная нагрузка надкрановой части колонны;
1.3.2 Надкрановая часть средней колонны
Расчетная нагрузка надкрановой части колонны:
1.3.2 Подкрановая часть средней колонны
1.4 Нагрузки от веса стеновых панелей и остекления расположенных выше отметки +9000
Расчетная нагрузка от стеновых панелей:
где – нормативная нгрузка на 1 м2 от веса стеновых панелей ;
– суммарная высота полос стеновых панелей выше отметки +9000;
– нормативная нагрузка на 1 м2 от веса остекления ;
– суммарная высота полос остекления выше отметки +9000;
1.5 Нагрузка от веса подкрановых балок
Расчетная нагрузка от веса подкрановой балки:
где – вес подкрановой балки;
Суммарная величина нагрузки на отметке +9000 от веса стеновых панелей остекления и подкрановых балок для крайней колонны:
1.6 Продольные усилия в крайней колонне
Рисунок 12 – К расчету крайней колонны.
Расчет расстояния до линии действия силы:
где – высота сечения верхней части колонны;
– высота сечения нижней части колонны;
– толщина стеновой панели.
- в верхней части колонны:
- в уровне уступа колонны:
2 Временные нагрузки
2.1 Снеговая нагрузка
Sg - расчетная нагрузка на 1 м2 покрытия.
Расчетная нагрузка на колонны:
Изгибающие моменты в крайней колонне:
-в уровне уступа колонны:
2.2 Крановая нагрузка
где – нормативное максимальное вертикальное давление колеса на рельс;
– нормативное минимальное вертикальное давление колеса на рельс:
где – общая масса крана ;
– грузоподъемность крана.
Нормативная горизонтальная нагрузка от торможения тележки крана в поперечном направлении здания приходящееся на одно колесо крана:
где – масса тележки ;
– грузоподъемность крана;
– коэффициент надежности по нагрузке.
Расчет вертикальной крановой нагрузки на колонны рисунок 13:
- от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетания
где - сумма ординат (под силами F) линии влияния давления смежных подкрановых балок на колонну;
Рисунок 13 - Схема к расчету колонны на крановую нагрузку
Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов с коэффициентом сочетания γi=085:
- от 4-х кранов с коэффициентом сочетания
2.3 Ветровая нагрузка
Рисунок 14 – Схема ветровой нагрузки.
Расчетная ветровая нагрузка:
основная ветровая нагрузка;
средняя величина ветровой нагрузки;
пульсационная составляющая ветровой нагрзки.
где давление ветра на вертикальную поверхность ;
- коэффициент пространственной корреляции;
- коэффициент учитывающий изменение ветрового давления для высоты (для отметки выше 10 м по формуле:
здесь – коэффициент принимаемый по таб.11.3
- коэффициент пульсации давления ветра для эквивалентной высоты (для отметки выше 10 м по формуле:
- аэродинамический коэффициент .
- для наветренной стороны ;
- для заветренной стороны .
Коэффициент k и для местности типа В составляет:
- для отметки +5000 k5 = 05; = 122;
- для отметки +10000 мk10 = 065; = 106;
Величина расчетной ветровой нагрузки составляет:
- расчет ветровой нагрузки для наветренной стороны на отметке +5000 м:
- расчет ветровой нагрузки для подветренной стороны на отметке +5000м:
- расчет ветровой нагрузки для наветренной стороны на отметке +10000 м:
- расчет ветровой нагрузки для подветренной стороны на отметке +10000 м:
- расчет ветровой нагрузки для наветренной стороны на отметке +13200 м:
- расчет ветровой нагрузки для подветренной стороны на отметке +13200 м:
- расчет ветровой нагрузки для наветренной стороны на отметке +17400 м:
- расчет ветровой нагрузки для подветренной стороны на отметке +17400 м:
Сосредоточенная сила в уровне верха колонны от давления ветра на элементы здания расположенные выше отметки +13200 м:
Переменную по высоте ветровую нагрузку (до отметки Н1 = 132 м) заменяют равномерно распределенной эквивалентной по величине моменту в заделке колонны:
Для активного давления:
Для пассивного давления:
Погонная ветровая нагрузка на колонны:
Статический расчет однопролетной рамы одноэтажного промышленного здания.
Таблица 5 - Сочетания расчетных усилий в сечениях колонны
Осн. соч. нагрузок с учетом кран. и ветровой
γi = 1 для пост. γi = 09 для врем.
То же без учета крановых и ветровой γi = 1
Сечение колонны b*h=50*60 см при а=а’=4 см рабочая высота сечения ho=56 см. В сечении действуют три комбинации усилий (см. табл.2.1.).
Расчётное сечение 1 – 0:
Рисунок 14 - а) в плоскости изгиба б) из плоскости изгиба.
Расчётное сечение 2-1:
Рисунок 15 - а) в плоскости изгиба б) из плоскости изгиба.
1. Расчётные длины колонны
Сечение арматуры подбирают по усилиям в сечении II - II.
из плоскости изгиба:
2. Учёт условий работы бетона
Без учёта крановой и ветровой нагрузки:
С учётом всех нагрузок:
Так как условие выполняется то b2=11.
3. Учёт случайного эксцентриситета
ео=027>еа=002 м. Следовательно cлучайный эксцентриситет не учитывают так как колонна поперечной рамы - элемент статически неопределимой конструкции.
ео=020>еа=00138 м. Следовательно случайный эксцентриситет не учитывают так как колонна поперечной рамы - элемент статически неопределимой конструкции.
4. Учёт влияния продольного изгиба
Коэффициент продольного изгиба учитывающийся при расчёте средней трети длины элемента определяется по формуле:
условная критическая сила:
D – жёсткость элемента:
=I = 0005900000 = 4500см4;
I= bh312 = 0506312 = 900000см4
где - коэффициент армирования = 0005.
Полный расчётный эксцентриситет:
5 Особенности определения усилий в элементах двухветвевых колонн
где – количество отсеков.
6 Подбор рабочей арматуры в вертикальных элементах колонны
Для внецентренно сжатых элементов колонны армирование принимается:
Симметричное – если изгибающие моменты при различных комбинациях усилий имеют «+» и «-» значения.
Несимметричное (двойное) – если во всех комбинациях усилий преобладают только «+» или только «-» значения.
Армирование распорок всегда симметричное т.к. эпюра М имеет знакопеременный вид.
Рисунок 16 - Расчётная схема распорки
Рисунок 17 – армирование распорки
Так как в надкрановой и подкрановой частях колонны моменты при различных комбинациях усилий разные по знаку применяется симметричное армирование.
6.1 Подбор арматуры для надкрановой части колонны
Для арматуры класса А400 R = 0531 так как =033 R = 0531 то:
Поэтому армирование применяем конструктивно по СП 63.13330.2012:
Принимаем 416 А400 с .
В поперечном направлении :
Принимаем шаг S=300 мм что кратно 50 мм.
Рисунок 18 – Армирование надкрановой части
7 Подбор арматуры для подкрановой части колонны
Условие выполняется.
- подкрановая ветвь:
Из плоскости изгиба:
Принимаем: : А400 4
Рисунок 19 – Расчетная схема распорки
Принимаем 314 А400 = 462 мм2.
Принимаем: 3 22 = 1140 мм2.
Проверка прочности по наклонной полосе между трещинами (наклонными):
Проверка прочности по наклонным сечениям между наклонными трещинами:
Условие выполняется размеры сечения достаточны.
Проверка прочности сечения (наклонного) по поперечной силе:
Условие выполняется значит поперечное армирование не требуется.
7.1 Проверка прочности сечения по поперечной силе
Рисунок 20 – Расчётная схема распорки
Проектирование фермы.
Рисунок 21 – Схема покрытия
Таблица 5 – Сбор нагрузок на покрытие
Коэффициент нагрузки по надежности
ЖБ плиты покрытия 3х12 м
Нагрузка от веса фермы: Gф = 10 т.с.= 100 кН
Распределенная нагрузка от веса фермы:
нормативная: 035 кНм2
расчетная: 035 * 11 = 0385 кНм2
Рисунок 22 – Расчетная схема фермы
Fi = gi * a * B * γn
Общественное здание: γn = 1 (1-й класс ответственности)
а) постоянные нагрузки (вес покрытия + собственный вес фермы)
нормативная: Fn1 = * a * B * γn = (25 + 035) * 3 * 12 * 1 = 1026 кН;
расчетная: F1 = * a * B * γn = (2922 + 0385) * 3 * 12 * 1 = 1191 кН;
нормативная: F3n = S0 * a * B * γn * = 14 * 3 * 12 * 1 = 504 кН;
S0 = Ce * Ct * * Sg = 1 * 1 * 1 * 14 = 14 кНм2;
расчетная: F3 = F3n * γf = 504 * 14 = 7056 кН;
в) снеговая длительная:
нормативная: Fn2 = k * F3n = 05 * 504 = 252 кН;
расчетная: F2 = k * F3 = 05 * 7056 = 3528 кН;
Рисунок 23 – Диаграмма Максвелла-Кремоны
Таблица 6 – Усилия в элементах фермы от единичной нагрузки
Таблица 7 – Усилия в элементах фермы от фактических нагрузок (кН)
от постоянной нагрузки
от длительной снеговой нагрузки
от полной снеговой нагрузки
от постоянной + длительной снеговой нагрузки
от постоянной + полной снеговой нагрузки
2. Расчет верхнего пояса по прочности.
N = 151728 кН – расчетная продольная сила наиболее загруженного элемента верхнего пояса от постоянной и полной снеговой нагрузки;
А800; В30 (Rb = 17 МПа);
А500 (Rsc = 400 МПа);
3. Подбор арматуры в верхнем поясе.
Армирование симметричное As = As’
Случайный эксцентриситет:
Расчетный эксцентриситет
Условие работы бетона:
MI 077 * MII => γb2 = 11;
MI = Ml + Nl * ( – a) = 0 + 123504 * ( – 003) = 9262 кН * м
MII = M + N * ( – a) = 0 + 151728 * ( – 003) = 11379 кН * м
Nl – продольная сила от постоянной и длительной снеговой нагрузки (расч.)
N – от постоянной и полной снеговой нагрузки (расч.)
Для определения Ncr:
s = 002 ÷ 003 принимаем s = 003
Eb = 325 * 103 МПа = 325 * 106 кНм2
Условие не выполняется принимаем e = 015.
Es = 2 105 МПа = 2 108 кНм2
Is = s * I = 003 * 0000231 = 000000693 м4
D = + 07 * 2 * 108 * 000000693 = 23605 кН * м2
Ncr = 31925 кН ≥ N = 151728 кН
Коэффициент продольного изгиба
e = e0 * + – a = 001 * 19 + – 003 = 0094 м
Симметричное армирование:
Rb = 17 Мпа = 17000 * γbl = 17000 * 122 = 20740 кНм2
h0 = h – a = 021 – 003 = 018 м
αn = 14; R = 0531 => αn > R = >
= 000069 м2 = 69 см2
Rs = 400 МПа = 400000 кНм2
Принимаем 216 А500 Афs = 804 см2
S ≤ 20d = 20 *16= 320 мм; S ≤ 500 мм.
4. Расчет нижнего пояса.
4.1. Расчет по прочности.
Рисунок 24 – Схема установки предварительно напряженной арматуры
Рисунок 25 – Схема установки предварительно напряженной арматуры в поперечном сечении. Конструктивные требования к расстановке арматуры в растянутом элементе фермы
Asp = = 00017 м2 = 17 см2
N – от постоянной + полной снеговой нагрузки (расч.);
Rs = 695 МПа = 695000 кНм2
γs = 12 – для стержневой арматуры
Принимаем 425 А800 в 2 ряда; А = 1963 см2
Назначаю размеры сечения b × h
4.2. Расчет по 2й ГПС.
sp – предварительное напряжение арматуры:
sp ≤ 09 * Rsn = 09 * 800 МПа = 720 МПа
γsp = 09 – при благоприятных условиях
Потери предварительно напряженной арматуры:
-е потери – при изготовлении элемента и обжатии бетона: los1
-е потери – после обжатия бетона: los2
Δsp1 – от релаксации напряжения в арматуре;
Δsp2 – от температурного перепада;
Δsp3 – от деформации упоров;
Δsp4 – от деформации анкеров натяжных устройств;
Δsp5 – от усадки бетона;
Δsp6 – от ползучести бетона;
Бетон подвергнут тепловой обработке.
Натяжение на упоры механическим способом.
Δsp1 = 01 * sp – 20 = 01 * 720 – 20 = 52 МПа – А800
Δsp2 = 125 * Δt = 125 * 65° = 8125 МПа
где n = 2 – число стержней или групп стержней натягиваемых недновременно;
Δsp4 = 2 * 108 = 16000 кНм2 = 16 МПа
l = Lфермы + 1 м = 24 + 1 = 25 м
los1 = = 52 + 8125 + 30 + 16 = 17925 МПа
Δsp5 = bsh * Es * 085 = 00002 * 2 * 105 * 085 = 34 МПа
Ared = b * h + α * Asp = 300 * 300+ 615 * 1963 = 10207245 мм2
Ired = + α * Asp * y2 = + 615 * 1963 * 1002 = 79572450 мм4
ysj = y = – 50 мм = 100 мм
bpj = = 104 МПа ≤ 09 Rbp = 09 * 21 = 189 МПа
Rbp = 07 * R = 07 * 30 = 21 МПа
P(1) = Asp * (sp - los1) =1963 * (720 – 17925) = 10614923 Н
los = los1 + los2 = 17925 + 4772 = 22697 МПа ≥ 100 МПа
P – усилие предварительного обжатия с учетом полных потерь и коэффициента
697 > 03 * 720 = 216 МПа.
5. Проверка по образованию трещин.
Условие трещиностойкости:
N – от полной нормативной нагрузки;
Ncrc – усилие образования трещин;
Ncrc = γi * Rbtser * Ared + P
P – усилие предварительного обжатия с учетом полных потерь (P = 87104 кН);
Rbtser – расчетное сопротивление бетона растяжению по 2 гпс (Rbtser = 1750 кН);
Аred = 10207245 мм2 = 0102072 м2
Ncrc = 085 * 1750 * 0102072 + 87104 = 10228 кН
N = 11475 ≤ Ncrc = 10228 кН – не выполняется.
Если условие трещиностойкости не выполняется то трещины образуются и необходим расчет по раскрытию трещин.
6. Расчет по раскрытию трещин.
a – ширина раскрытия трещин.
Рисунок 26 – Схема образования трещин
Приращение напряжений в арматуре:
- от полной нагрузки:
s = = 91543 кНм2 = 915 МПа
- от постоянной нагрузки:
sl = = -101018 кНм2 = -10102 МПа
Nl – усилие от постоянной нормативной нагрузки
Так как sl = -10102 МПа 0 то трещины от данной нагрузки не образуются и соответствующая ширина раскрытия трещин равна нулю: acrc1 = acrc3 =0.
φ1 – учитывает длительность действия нагрузки;
φ1 = 1 – при непродолжительном действии нагрузки;
φ1 = 14 - при продолжительном действии нагрузки;
φ2 – учитывает профиль арматуры;
φ2 = 05 – периодического;
φ3 – учитывает характер напряженно-деформированного состояния конструкции;
φ3 = 1 – при изгибе и внецентренном сжатии;
φ3 = 12 при растяжении;
s – учитывает работу растянутого бетона на участке между трещинами
s = 1 – 08 * = 1 – 08 * = 028
N – при полной нормативной нагрузке
s = 1 – 08 * = 1 – 08 * = -003
Nl – при постоянной нормативной нагрузке
ls = 05 * * dsp = 05 * * 0025 = 057 м = 570 мм
Принимаю ls = 400 мм
acrc1 – от продолжительного действия постоянной нормативной нагрузки
acrc1 = 14 * 05 * 12 * (-003) * * 400 = 0
acrc2 – от непродолжительного действия полной нормативной нагрузки
acrc2 = 1 * 05 * 12 * 028 * * 400 = 003 мм
acrc3 - от непродолжительного действия постоянной нормативной нагрузки
acrc3 = 1 * 05 * 12 * (-003) * * 400 = 0
Условие трещиностойкости выполняется.
7. Конструирование фермы.
Рисунок 27 – Схема узлов фермы
Рисунок 28 – Схема установки пространственных каркасов.
Армирование узла условно не показано
Рисунок 29 – Схема армирования узла.
Пространственные каркасы условно не показаны.
Вуты служат для обеспечения анкеровки арматуры соединяемых элементов для уменьшения концентрации напряжения в узлах и для обеспечения жесткости узлов.
Рисунок 30 – Схема установки предварительно напряженной арматуры и пространственных каркасов.
Армирование узла условно не показано.
Рисунок 31 – Схема армирования узла.
Рисунок 32 – Схема установки предварительно напряженной арматуры и пространственных каркасов.
Рисунок 33 – Схема армирования узла.
Список используемой литературы
СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуал. редакция СНиП 2.01.07-85*. – М. 2011
СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.
Байков В.Н. Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. – М.:СИ 1991.
Проектирование жб конструкций. Спр. пособие. Под ред. Голышева А.Б. – Киев 1990.
Трепененков Р.И. Альбом чертежей конструкций и деталей промзданий. – М.: СИ.
Статический расчет на ПК поперечной рамы одноэтажного промышленного здания: метод. указ. СибГИУ; сост.: С.К. Яковлев Е.А. Алешина Д.Н. Алешин. – Новокузнецк: СибГИУ 2015.
Расчет и конструирование железобетонной колонны одноэтажного промышленного здания [Электр. ресурс]: метод. указ. СибГИУ; сост.: Е.А. Алешина А.Н. Бачаева Д.Н. Алешин. – Новокузнецк: СибГИУ 2018.
Расчет внецентренно сжатых железобетонных элементов [Электр. ресурс]: метод. указ. СибГИУ; сост.: Е.А. Алешина А.Н. Бачаева Д.Н. Алешин. – Новокузнецк 2017.
Проектирование предварительно напряженной железобетонной конструкции (на примере стропильной фермы) [Электр. ресурс]: метод. указ. СибГИУ; сост.: Е.А. Алешина Д.Н. Алешин А.Е. Демьяновский. – Новокузнецк: СибГИУ 2018.