Расчёт и конструирование сборных и монолитных железобетонных конструкций каркаса одноэтажного производственного здания

Министерство образования и науки Украины

Национальная академия природоохранного и курортного

строительства

Архитектурно строительный факультет

Кафедра: "Железобетонных конструкций"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по курсу: "Железобетонные конструкции"

Тема: "Расчёт и конструирование сборных и монолитных железобетонных конструкций каркаса одноэтажного производственного здания".

Выполнил:

студент группы ПГС-401

Жигна М.В.

Консультировал:

доц. Жигна В.В.

Симферополь 2007 г.

Содержание

1. Исходные данные

2. Конструктивное решение здания

3. Статический расчет рамы

3.1 Компоновка рамы

3.2 Сбор нагрузок на раму

4. Расчет и конструирование колонны по оси Б

4.1 Конструирование

5. Проектирование фундамента под колонну по оси Б

5.1 Сведения о материалах

5.2 Определение усилий

5.3 Расчет арматуры фундамента

5.4 Расчет подколонника

5.5 Конструирование

6. Расчет сборной предварительно напряженной арки пролетом 36м

6.1 Данные для проектирования

6.2 Расчетный пролет и нагрузки

6.3 Геометрические характеристики и усилия в сечениях арки

6.4 Расчёт прочности затяжки

6.5 Определение потерь предварительного напряжения арматуры затяжки

6.6 Расчёт трещиностойкости затяжки

6.7 Проверка прочности затяжки при обжатии бетона

6.8 Расчёт прочности нормальных сечений верхнего пояса арки

6.9 Расчёт прочности наклонных сечений арки

6.10 Расчёт прочности и трещиностойкости подвески

6.11 Конструирование

7. Список литературы

1. Исходные данные

1. Количество кранов и их грузоподъемность Q=2х150 кН (средний режим);

2. Пролёт здания В=36м

3. Количество пролётов - 1

4. Длина здания L=108м

5. Высота от пола помещения до головки подкранового рельса Hгол. р=12 м;

6. Место возведения сооружения - Севастополь:

7. Нормативное сопротивление грунта основания Rnгр=0,26 МПа = 260 кН/м2;

8. Материал стен - кирпич

Ветровая нагрузка W0=46кгс/м2=0,46 кПа = 0,46 кН/м2;

При гололеде WB=25кгс/м2=0,25 кПа = 0,25 кН/м2

Снеговая нагрузка S0=77кгс/м2= 0,77 кПа =0,77 кН/м2.

Таблица 1.1.Характеристики крана

Высота рельса

Рисунок 1.1 Схема мостового крана.

2. Конструктивное решение здания

При пролете здания 36м и грузоподъемности крана 15т оптимальное решение компоновки здания - с шагом колонн 12м. Колонны сквозные двухветвевые, с привязкой 250мм. Здания разделено поперечным температурным швом на два блока 60 и 48м. Колонны жестко защемлены в фундаментах стаканного типа. Ригель здания - 36м сборная арка. Арка является экономичным решением сборных большепролетных покрытий. Применим двух шарнирную арку с предварительно напряженными затяжками. По арке укладываем ребристые плиты покрытия 3х12м.

3. Статический расчет рамы

3.1 Компоновка рамы

Для выполнения статический расчета конструкций здания или сооружения используем компьютерный расчет с помощью программного комплекса “Лира”.

“Лира" - это многофункциональный программный комплекс для автоматизированного проектирования и конструирования, численного исследования прочности и устойчивости конструкций.

Выполняем компоновку конструктивной схемы здания

Размеры поперечных сечений двухветвевых колонн рекомендуется назначать исходя из размеров типовых конструкций.

Размеры колонн приведены на рисунке 3.1.1

Привязка крайних колонн к продольным разбивочным осям принимается равной 250 мм.

Расчётная схема и конструктивная схема поперечной рамы изображена на рис.3.1.2 и 3.1.3

В качестве расчетной схемы следует принимать пространственную раму, состоящую из плоских рам, объединенных покрытием в пространственный блок.

Нагрузки от веса покрытия, снега, ветра принимают действующим ко всем поперечным рамам, а нагрузки от вертикального и горизонтального действия крана прикладывают ко второй от торца блока поперечной раме.

Моделируем в ПК “Лира" расчетную схему здания, сначала как плоскую регулярную раму (рис.3.1 4), а затем задаем жесткость элементам и путем копирования получаем пространственную модель (рис.3.1 5).

Выполняем сбор нагрузок и прикладываем их к раме.

Рис.3.1.5 Пространственный каркас здания.

3.2 Сбор нагрузок на раму

Таблица 3.2.1. Сбор нагрузок на покрытие на 1 м2

Постоянные нагрузки

Масса сборной предварительно напряженной арки .

Масса балки покрытия

Расчетная нагрузка на колонну от покрытия:

Расчетная нагрузка от веса подкрановой балки 114,7 кН и подкранового пути 1,5 кН/м на колонну.

Нагрузка от веса керамзитобетонных панелей (; )

Снеговая нагрузка для г. Севастополь (I снеговой район)

Крановые нагрузки.

Расчетное максимальное давление на колонну от двух сближенных кранов определяют по линии влияния давления на колонну (Рис.3.1) и коэффициентом надежности по нагрузке , по нагрузке .

Рис 3.2.1 Установка крановой нагрузки в невыгодное положении и линия влияния давления на колонну.

Нормативная горизонтальная нагрузка на одно колесо

,

где - масса крана,

- масса подкрановой тележки.

Расчетная тормозная горизонтальная нагрузка на колонну от двух сближенных кранов

Горизонтальная сила от поперечного торможения крана приложена к колонне на уровне верха подкрановой балки на отметке 13,1м.

Ветровая нагрузка.

Скоростной напор ветра на высоте 10м над поверхностью земли для III района г. Севастополь

Аэродинамический коэффициент с наветренной стороны с=0,8,с заветренной с=-0,6.

Коэффициент надежности по нагрузке .

Ветровую нагрузку в пределах высоты колонны до отметки 10м принимаем равномерно распределенной, а от отметки 10м принимаем с учетом изменения напора по высоте при среднем значении коэффициента увеличения скоростного напора ветра согласно табл.3.2

Табл.3.2.2

Нагрузка от ветра с подветренной стороны:

Отметка 10,0м ;

Отметка 10,7м ;

Отметка 12,5м ;

Отметка 16,2м ;

Отметка 21,2м ;

Нагрузка от ветра с заветренной стороны:

Отметка 10,0м ;

Отметка 16,2 м ;

Отметка 21,2м ;

Нагрузка от ветра с подветренной стороны:

Отметка 10,0м ;

Отметка 16,2 м ;

Отметка 21,2м ;

Нагрузка от ветра с заветренной стороны:

Отметка 10,0м ;

Отметка 10,7м ;

Отметка 12,5м ;

Отметка 16,2м ;

Отметка 21,2м ;

Выполняем расчет от различных загружений каркаса. Составляем таблицу сочетаний усилий в соответствии с ДБН “Нагрузки и воздействия" 1.2-2-06 и нормами на проектирование ж. б. конструкций.

Получив всю информацию о напряженно-деформированной состоянии всех элементов расчетной схемы, переходим к конструированию колонны.

Рис.3.2.8 Расчетная схема колонны.

4. Расчет и конструирование колонны по оси Б

Расчет и конструирование колонны проводим в ПК “Лира" приложение “Лир-АРМ"

Задаемся типами материалов колонны:

Бетон тяжелый класса В 20, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении, Rb=11,5 МПа; Rbt=0,9 МПа; Eb=27Ч103 МПа (СНиП 2.03.01-84, табл.13 и 18). Арматура класса А-III, d>10 мм, RS=RSC=365 МПа, ES=2Ч105 МПа. Поперечная арматура класса А I, RS=225 МПа, RSw=175 МПа, Es=2.1Ч105 МПа (СНиП 2.03.01-84, табл.22 и 29).

Производим расчет и получаем требуемые площади арматуры.

Рис.4.1 Расчетная схема колонны.

4.1 Конструирование

Рис.4.1.1 Армирование надкрановой и подкрановой части колонны.

Рис.4.1.2 Армирование сечений колонны.

5. Проектирование фундамента под колонну по оси Б

5.1 Сведения о материалах

Условное расчетное сопротивление грунта R0=0,22 МПа. Глубина заложения фундаментов по условиям промерзания грунтов Н1=1,65 м.

Определение глубины заложения фундамента в зависимости от глубины промерзания грунта основания:

,

где: - коэффициент, принимаемый для Крыма равным 0,7;

- коэффициент учета теплового режима здания (для неотапливаемого промышленного здания);

.

Бетон тяжелый класса В12,5, Rb=7,5МПа, Rbt=0,66 МПа, gb2=1,1; арматура из горячекатаной стали класса A-II, RS=280 МПа. Вес единицы объёма материала фундамента и грунта на его обрезах

5.2 Определение усилий

Для определения значений усилий действующих на верхний срез фундамента в расчетной схеме (пк “Лира”) заменим подкрановую часть колонны рассчитываемого фундамента стержнем типа “КЭ-10”, численно описывающий геометрическую характеристику и жесткость сквозного сечения.

- жесткость элемента на осевое сжатие.

- жесткость элемента на изгиб в плоскости y

- жесткость элемента на изгиб в плоскости z

- первая координата ядра сечения

- вторая координата ядра сечения

- первая координата ядра сечения

- вторая координата ядра сечения

q - погонный вес (для автоматического определения собственного веса)

Расчёт выполняем на наиболее опасную комбинацию расчётных усилий

Нормативное значение усилий определено делением расчётных усилий на усреднённый коэффициент надёжности по нагрузке .

Определение геометрических размеров фундамента.

Глубину стакана фундамента принимаем Han = 120 см, что должно быть не менее:

Han і0,5+0,33Чh=0,5+0,33Ч1,4=0,962 м, где h=1,4 м - больший размер сечения всей колонны; не менее Hanі1,5Чbcol=1,5Ч0,6=0,9 м, где bcol=0,6 м - больший размер сечения ветви; и не менее Hanі30d=30Ч2,8=84 см, где d=2,8 - диаметр продольной арматуры колонны. Расстояние от дна стакана до подошвы фундамента принято 250 мм, тогда минимальная высота фундамента Hf=1200+250=1450 мм. Принимаем Hf=1800 мм (кратно 300 мм), тогда глубина заложения фундамента H1=1500+150=1950 мм.

Фундамент трёхступенчатый, высота ступеней принята 300 мм, высота подколонника 1200 мм.

Предварительно площадь подошвы фундамента определяем как для центрально нагруженного по формуле:

где 1,05 - коэффициент, учитывающий наличие момента.

Назначая соотношение сторон фундамента b/a=0,8, получаем:

, b1=0,8 Ч 3,88 = 3,1м.

Принимаем размеры подошвы aґb=4,2ґ3,3 =13,86 м2.

Момент сопротивления подошвы:

Так как заглубление фундамента меньше 2 м, ширина подошвы больше 1 м, необходимо учитывать нормативное давление на грунт по формуле:

.

Определим расчётную высоту фундамента из условия прочности на продавливание по формуле:

м

где h=1,4 м - больший размер сечения колонны

bcol=0,6 м - больший размер сечения ветви

Rbt=Rbt · γb2=1,1·0,66=0,726 МПа = 726