Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 61
Федеральное агентство по образованию Кубанский государственный технологический университет Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений Пояснительная записка
к курсовому проекту № 2 по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции
» на тему «Расчет и конструирование элементов одноэтажного промышленного здания в сборном железобетоне»
Представленная пояснительная записка к курсовому проекту на тему: «Расчет и конструирование элементов одноэтажного промышленного здания в сборном железобетоне» имеет в объеме 34 листов. В ней представлены расчеты железобетонных элементов одноэтажного промышленного здания: поперечной рамы, колонны, фундамента под колонну, стропильной конструкции – арочной фермы. Пояснительная записка иллюстрирована необходимыми пояснениями и рисунками, а также схемами ко всем расчетам. Все расчеты произведены в соответствии с нормативной докумен-тацией, в соответствии с требованиями СНиП. Ил. 20, Табл. 4, Библиогр. 4 К пояснительной записке прилагается графическая часть – 2 листа формата А1. Введение
При разработке проектов зданий и сооружений выбор конструктивных решений производят исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, достигаемых за счет внедрения эффективных строительных материалов и конструкций, снижения массы конструкций и т.п. Принятые конструктивные схемы должны обеспечивать необходимую прочность, устойчивость; элементы сборных конструкций должны отвечать условиям механизированного изготовления на специальных предприятиях. При проектировании производственных зданий необходимо стремиться к наиболее простой форме в плане и избегать перепадов высот. При проектировании часто выбирают объемно-планировочные и конструктивные решения, так как они обеспечивают максимальную унификацию и сокращение числа типоразмеров и марок конструкций. Увеличение объема капитального строительства при одновременном расширении области применения бетона и железобетона требует всемерного облегчения конструкций и, следовательно, постоянного совершенствования методов их расчета и конструирования. Общие данные
Здание отапливаемое, сблокировано согласно конструктивной схеме. Пролет железобетонной рамы 30 м, шаг колонн – 12 м, длина температурного блока 48 м. Мостовые краны грузоподъемностью 500/100 кН в каждом пролете. Снеговая нагрузка по IV снеговому географическому району, ветровая нагрузка для II района, местность типа С
– городской район с застройкой зданиями высотой более 25 м, средняя скорость ветра за период со средней суточной температурой воздуха £ 8°, Компоновка поперечной рамы железобетонного каркаса
В качестве основной несущей конструкции покрытия выбраны железобетонные арочные фермы пролетом 30 м с предварительно напряженным нижним растянутым поясом. Устройство фонарей не предусмотрено, цех оборудован лампами дневного света. Плиты покрытия предварительно напряженные железобетонные ребристые размером Отметка кранового рельса 12,9 м. Высота кранового рельса 120 мм. Колонны имеют длину от обреза фундамента до верха подкрановой консоли От верха подкрановой консоли до низа стропильной конструкции, согласно стандарту на мостовые краны; высотой подкрановой балки, рельса, размером зазора Полная длина колоны Соединение колонн с фермами выполняется сваркой закладных деталей и в расчетной схеме поперечной рамы считается шарнирным. Размеры сечения колонны в надкрановой части назначают с учетом опирания ригелей непосредственно на торец колонны без устройства специальной консолей принимаем Сквозные колонны имеют в нижней подкрановой части две ветви, соединенные короткими распорками-ригелями. Для крайних колонн высота всего сечения Высота сечения ветви Рис. 1. Компоновка сечения колонн Определение нагрузок на раму
Постоянная нагрузка
от массы покрытия: Таблица 1. Нагрузка от массы покрытия Нормативная нагрузка, Н/м2 Расчётная нагрузка, Н/м2 Собственную массу принимаем Нормативное значение постоянной нагрузки от покрытия: Расчетная Отношение Временные нагрузки. Снеговая нагрузка.
Вес снегового покрова на 1 м2
площади горизонтальной проекции покрытия по СНиП 2.01.85 – 85 “Нагрузки и воздействия” для III района
На участке с перепадом высот коэффициент
Рисунок 2. Схема распределения снеговой нагрузки на участке у перепада высот где Длина зоны повышенных снегоотложений Принимаем в расчете Длительная составляющая снеговой нагрузки Крановые нагрузки
. Таблица 2. Справочные данные по мостовым кранам Пролет L, м Вес тележки Gn, кН Вес крана с тележкой Gк, кН Высота рельса h, мм Пролет крана Расчетное максимальное давление на колесо крана Поперечная сила на одно колесо Рис. 3. Линия влияния давления на колонну Вертикальная крановая нагрузка на колонны при невыгоднейшем положении кранов с коэффициентом сочетаний Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении Ветровая нагрузка.
Нормативное значение ветрового давления по СНиП 2.01.85 – 85 “Нагрузки и воздействия” для II района, местности типа C, Рисунок 4. Схема к определению нагрузки от ветра С наветренной стороны Расчет раскосной железобетонной арочной фермы
Расчетные данные.
Бетон класса В35: Предварительно напряженная арматура класса А-V: Ненапрягаемая арматура класса А-II, А-I Передаточная прочность бетона Разность температур натянутой арматуры и устройств воспринимающих усилие натяжения Схема фермы и определение геометрических характеристик..
Арочную ферму проектируем с раскосной решеткой. Верхний пояс описан по дуге окружности радиусом: Центральный угол Длина дуги верхнего пояса фермы: Разбиваем верхний пояс на 4 равные панели по 6.045 м. Нагрузка от плит покрытия через ребра в виде сосредоточенных сил передается на узлы фермы и в середину второй и третьей панели верхнего пояса. При ширине плиты покрытия Горизонтальная проекция первой плиты покрытия составляет второй Получаем схему передачи нагрузки от ребер плит на верхний пояс фермы. Рисунок 5. Геометрическая схема и схема передачи нагрузки на ферму. Определение нагрузок на ферму
Постоянная нагрузка В однопролетном здании учитываем 3 варианта загружения снеговой нагрузкой, 1). Полная равномерно распределенная по всему пролету 2). Полная равномерно распределенная на половине пролета 3). Распределенная снеговая нагрузка, ординаты которой связаны с перепадом высот Коэффициент перехода от нормативной к расчетной нагрузке Рисунок 6. Геометрическая схема и схема передачи нагрузки на ферму Производим подсчет нормативных и расчетных нагрузок на узлы верхнего пояса фермы для всех вариантов загружения: Расчётное опорное давление фермы:
1) загружение постоянной нагрузкой: 2) первый вариант загружения снеговой нагрузкой: 3) второй вариант загружения снеговой нагрузкой: 4) третий вариант загружения снеговой нагрузкой: Рисунок 7. Схема третьего варианта загружения снеговой нагрузкой Определение усилий в элементах фермы
произведен на ЭВМ с помощью программы ЛИРА-WINDOWS Версия 9.0, разработанной в НИИАСС (Киев), 1995-1998 г. Вычисленные усилия сведены в таблицу 3 : Таблица 3. Усилия в стержнях фермы. Верхний пояс Нижний пояс Рисунок 8. Эпюры M
кНм Расчет нижнего пояса на прочность
Сечения, нормальные к продольной
оси элемента
. Наибольшее растягивающее усилие в нижнем поясе Принимаем сечение нижнего пояса Расстояние от направления действия силы до наиболее удаленной до нее арматуры (пункт 2.5.2[ 1 ]). Для К7 Продольная арматура каркасов класса А-V (4 ø8 с Сечение нижнего пояса представлено на рисунке : Рисунок 9. сечение нижнего пояса Расчет нижнего пояса по образованию трещин
Элемент относится к 3-й категории. Величину контролируемого предварительного напряжения арматуры принимаем из условия Определяем потери предварительного напряжения в арматуре при коэффициенте точности натяжения Первые потери
(происходящие до обжатия бетона): 1. Потери от релаксации напряжений арматуры 2. Потери от температурного перепада 3. Потери от деформации анкеров 4. Потери от быстро натекающей ползучести бетона. Коэффициент Усилие обжатия с учетом потерь Сжимающее напряжение в бетоне Отношение где Итак, Вторые потери
Итак, Полные потери:
Расчетный разброс напряжений при механическом способе натяжения принимают равным: Сила обжатия при Усилие, воспринимаемое сечением при образовании трещин: Следовательно, трещиностойкость приопорной панели нижнего пояса не обеспечена. Проверка ширины раскрытия трещин
, нормальных к продольной оси Принимаем в первом приближении всю снеговую нагрузку длительной. Приращение напряжение в растянутой арматуре: Приращение напряжение в растянутой арматуре от постоянной нагрузки: Расчет верхнего пояса
Сечения, нормальные к продольной оси элемента
. Расчет верхнего пояса на внецентренное сжатие производим для двух опасного сечения на действие расчетных усилий от схемы загружения постоянной нагрузкой и снеговой: С учетом разгрузки от предварительного напряжения ; Ориентировочная требуемая площадь сечения верхнего сжатого пояса фермы: Принимаем сечение верхнего пояса из условия опирания плит покрытия пролетом 12 м Расчетную длину для учета продольного изгиба в плоскости фермы согласно таблице 33 [1 СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции.] при: Наибольшая гибкость сечения При прямоугольном сечении с симметричным армированием Зададимся Критическая сила Вычисляем коэффициент Эксцентриситет составляет Определяем Вычисляем характеристику сжатой зоны по формуле: где Т.к. Проверка прочности из плоскости фермы.
Наибольшее сжимающее усилие в первой панели Площадь сечения верхнего пояса фермы Расчетная длина элемента Где По отношениям Сечение верхнего пояса показано на рисунке : Рисунок 10. Сечение верхнего пояса Расчет второго раскоса
Расчетное растягивающее усилие Сжимающее - Усилие от длительной и постоянной нагрузки Принимаем сечение раскоса Сечение арматуры из условия работы раскоса на растяжение Из условия работы раскоса на сжатие. Расчетная длина для учета продольного изгиба в плоскости фермы согласно таблице 33 [ 1 ] Определяем величину случайного эксцентриситета: Расчетный эксцентриситет Наибольшая гибкость сечения Зададимся Критическая сила Вычисляем коэффициент Вычисляем: Принимаем арматуру конструктивно В зависимости от Из условий работы на растяжение 4ø 10 А-II (приложение 6 [ 2 ]), Проверка ширины раскрытия трещин
, нормальных к продольной оси: Принимаем в первом приближении всю снеговую нагрузку длительной. Напряжение в растянутой арматуре Сечение раскоса показано на рисунке : Рисунок 11. Сечение второго раскоса Расчет первого раскоса
Принимаем сечение раскоса Принимаем конструктивно 2ø 10 А-II, т.к. Сечение раскоса показано на рисунке 12: Рисунок 12. Сечение первого раскоса Расчет и конструирование узлов фермы
Длина заделки напрягаемой арматуры Площадь сечения продольной ненапрягаемой арматуры Принимаем ø 6 А-I. Длина заделки Расчет поперечной арматуры в опорном узле
. Расчетное усилие из условия прочности в наклонном сечении по линии отрыва Рисунок 13. Опорный узел фермы Условие прочности Усилие в хомутах для семипроволочных канатов; Площадь сечения одного поперечного стержня Принимаем ø 6 А-I, Обеспечения прочности на изгиб в наклонном сечении
, условие прочности: момент сил не должен превышать момента внутренних усилий Требуемая площадь стержня В формуле Расчет прочности поперечной арматуре в промежуточных узлах
Расчетное усилие Рисунок 14. Промежуточный узел фермы Фактическая длина заделки стержней раскоса за линию Необходимое сечение поперечных стержней каркасов –условное увеличение длины заделки растянутой арматуры, при наличии на конце коротыша или петли, Назначаем конструктивно ø 6 А-I, Площадь сечения окаймляющего стержня в первом узле определяется по условному усилию или Площадь сечения окаймляющего стержня – по условию ограничения раскрытия трещин; принимаем. ø 8 А-I, В узлах, где примыкают сжатые раскосы из конструктивных соображений поперечные стержни. ø 6 А-I, с шагом 100 мм, а окаймляющие стержни . ø 8 А-I. Схема армирования фермы представлена в графической части. Расчет фермы на монтажные нагрузки
Производим расчет верхнего пояса на монтажные нагрузки, возникающие при кантовании фермы. При расчете учитываем, что прочность бетона при кантовании фермы достигает 70% от марочной. Верхний пояс рассматриваем как двухконсольную балку, при условии строповки ее за второй узел на расстоянии 6,02 м от конца фермы. Расчет производим на действие собственной массы верхнего пояса фермы и элементов решетки с учетом коэффициента динамичности Рисунок 15. Схема к определению монтажных нагрузок. Определим площадь сечения арматуры при симметричном армировании Следовательно, прочность верхнего пояса на монтажные усилия Определение усилий в колоннах железобетонной рамы
От постоянной нагрузки.
Нагрузка на колонну от покрытия Нагрузка от веса стеновых панелей и остекления, передаваемая на колонну на отметках 8.4 м и 12 м. Нагрузка от веса подкрановых балок ориентировочно Нагрузка от веса колонн: - надкрановая часть - подкрановая часть Коэффициент перехода от нормативной к расчетной нагрузке Рис. 16. К определению эксцентриситетов продольных сил Снеговая нагрузка
. Согласно приложению 3 [1] учитываем 2 варианта загружения снеговой нагрузкой, 1) Полная равномерно распределенная по всему пролету 2) Распределенная снеговая нагрузка, ординаты которой связаны с перепадом высот Ветровой напор:
Ветровой напор:
Сосредоточенная нагрузка выше отметки 12.6 м Крановая нагрузка.
Вертикальная крановая нагрузка на колонны при невыгоднейшем положении кранов с коэффициентом сочетаний Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении Определение усилий в элементах фермы
произведен на ЭВМ с помощью программы ЛИРА-WINDOWS Версия 9,0, разработанной в НИИАСС (Киев), 1995-1998 г. Результаты расчета приведены в таблице 4. Таблица 4. Комбинация нагрузок и усилив в сечениях левой колонны Подкрановая часть (подкрановая ветвь) Надкрановая часть (внешняя ветвь) Крановая V max Крановая V min Ветровая (напор) Ветровая (отпор) Таблица 5. комбинация нагрузок и усилив в сечениях правой колонны Подкрановая часть (подкрановая ветвь) Надкрановая часть (внешняя ветвь) Крановая V max Крановая V min Ветровая (напор) Ветровая (отпор) Расчетные данные.
Бетон класса В25: Арматура класса А-II: Поперечная и конструктивная арматура класса А-I. Коэффициент условия работы бетона Расчет надкрановой части колонны
Расчетное сочетание Расчет в плоскости поперечной рамы
. Расчетную длину для учета продольного изгиба согласно таблице 33 [1 СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции.], без учета крановой нагрузки Случайного эксцентриситет Эксцентриситет продольной силы Гибкость сечения Отношение При прямоугольном сечении с симметричным армированием Зададимся Отношение модулей упругости Критическая сила Вычисляем коэффициент Эксцентриситет составляет Верхний пояс армируют симметричной арматурой. Расчётные формулы для подбора симметричной арматуры Определяем Вычисляем характеристику сжатой зоны по формуле: , где Принимаем конструктивно ø 12 А-II (приложение 6 [ 1 ]), Расчет в плоскости перпендикулярной поперечной раме
. Расчетную длину для учета продольного изгиба согласно таблице 33 [1 СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции.] Случайного эксцентриситет Гибкость сечения Сечение надкрановой части колонны показано на рисунке 16: Рисунок 16. Сечение надкрановой части колонны Расчет подкрановой части колонны
Подкрановая ветвь
. Расчетное сочетание
– max сжимающее усилие Расчет в плоскости поперечной рамы
. Расчетную длину для учета продольного изгиба согласно таблице 33 [1 СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции.], при учете крановой нагрузки Случайного эксцентриситет Эксцентриситет продольной силы Гибкость сечения Отношение При прямоугольном сечении с симметричным армированием Зададимся Отношение модулей упругости Критическая сила Вычисляем коэффициент Эксцентриситет составляет Верхний пояс армируют симметричной арматурой. Расчётные формулы для подбора симметричной арматуры Определяем Вычисляем характеристику сжатой зоны по формуле: где Принимаем конструктивно 3ø 16 А-II (приложение 6 [ 1 ]), Внешняя ветвь
. Расчетное сочетание
Расчет в плоскости поперечной рамы
. Расчетную длину для учета продольного изгиба согласно таблице 33 [1 СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции.], при учете крановой нагрузки Случайного эксцентриситет Эксцентриситет продольной силы Гибкость сечения Отношение При прямоугольном сечении с симметричным армированием Зададимся Отношение модулей упругости Критическая сила Вычисляем коэффициент Эксцентриситет составляет Верхний пояс армируют симметричной арматурой. Расчётные формулы для подбора симметричной арматуры Определяем Вычисляем характеристику сжатой зоны по формуле: где Принимаем конструктивно 3ø 16 А-II (приложение 6 [ 1 ]), Расчет в плоскости перпендикулярной поперечной раме
. Расчетную длину для учета продольного изгиба согласно таблице 33 [1 СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции.] Случайного эксцентриситет Гибкость сечения Сечение надкрановой части колонны показано на рисунке Рисунок 17. Сечение подкрановой части колонны Расчет распорки
. Принимаем ø 12 А-II (приложение 6 [ 1 ]), Коэффициент, учитывающий влияние продольной силы на несущую способность наклонного сечения поперечной арматуры по расчету не требуется, Сечение распорки показано на рисунке 18: Рисунок 18. Сечение распорки Подбор размеров подошвы фундамента для колонны по оси А
Вычисляем предварительную площадь фундамента: где По полученному значению площади подошвы фундамента вычисляют его размеры: Рисунок 19. К конструированию фундамента Расчётные характеристики грунта основания: Расчётные характеристики грунта засыпки: Нагрузка от массы грунта: Нагрузка от веса фундамента Нагрузка от части стены до отм. 8.4 м и фундаментной балки Нагрузка от пола и отмостки: Расчетное сочетание
: Суммарная вертикальная нагрузка в уровне подошвы фундамента: Изгибающий момент у обреза фундамента: Поперечная сила: Момент в уровне подошвы фундамента: Расчётное сопротивление грунта основания Среднее давление под подошвой фундамента: Максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента: Проверки выполняются. Размеры фундамента достаточны для восприятия нагрузок от вышележащих конструкций здания. Расчет тела фундамента
Глубина стакана из условий - заделки колонны в фундаменте - анкеровки сжатой арматуры колонны ø16 А-II в бетоне класса по прочности В25 ( - и условия Принимаем конструктивно Усилия на уровне верха фундамента: Момент действующий на уровне низа подколонника (сечение 1-1, рисунок ) Рисунок 20. Внецентренно нагруженный фундамент Эксцентриситет Расчет продольной арматуры
. Расстояние от наружной грани до ц.т. арматуры Площадь сечения арматуры Принимаем конструктивно по Расчет поперечной арматуры
. Армируем подколонник поперечными сетками из арматуры класса А-I ( принимаем расстояние до условной оси поворота колонны где где Принимаем конструктивно сетки с арматурой ø 10 А-I. Расчет нижней части фундамента
. Максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента без учета массы фундамента и грунта на уступах: Рабочая высота плиты у основания подколонника из условия прочности на продавливание: Принимаем Расчет рабочей арматуры сетки нижней плиты
. Длинная сторона Расчётные изгибающие моменты в сечениях I-I и II-II но формулам: В сечении I-I по грани подколонника: Площадь сечения арматуры: Принимаем шаг стержней В сечении II-II по грани первой ступени: Площадь сечения арматуры: Короткая сторона В сечении III-III по грани подколонника: Площадь сечения арматуры: Принимаем шаг стержней Законструированный фундамент представлен в графической части. Литература
1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. Учебник для ВУЗов. – 5-е изд., перераб. и дополн. – М.: Стройиздат, 1991. – 768с. 2. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. – 79с. 3. «Колонны одноэтажных промышленных зданий» - Методические указания по курсовому проекту №2 по курсу «Железобетонные конструкции» для студентов всех форм обучения специальности 2903 – Промышленное и гражданское строительство. – Краснодарский политехнический институт, 2005. – 41с. 4. Голышев А.Б. и др. Проектирование железобетонных конструкций. Справочное пособие. – Киев: Будивельник, 1994. – 496с.
|