I. Проектирование стропильной фермы

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………….…………………………………………………………
Исходные данные………………………………………………..........................
I. Проектирование стропильной фермы
1.1. Исходные данные…………………………………………………………
1.2.Сбор нагрузок на ферму…………………………………………………...
1.3. Определение усилий в элементах фермы………………………………..
1.4. Расчет сечений элементов фермы………………………………………..
1.5. Расчет опорного узла фермы……………………………………………..
II. Расчет поперечной рамы здания
2.1. Компоновка поперечной рамы…………………………………………...
2.2. Определение нагрузок на раму…………………………………………..
2.3. Определение усилий в колоннах рамы…………………………………..
III. Расчет прочности колонны
3.1. Расчет сечений колонны………………………………………………….
3.2. Расчет промежуточной распорки………………………………………...
IV. Проектирование фундамента
4.1. Определение геометрических размеров фундамента…………………..
4.2. Расчет арматуры фундамента…………………………………………….
Список используемых источников……………………………………………..

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение курсового проекта “ Одноэтажного промышленного здания” по дисциплине “Железобетонные и каменные конструкции” направлено на усвоение знаний, полученных при изучении теоретической части данной дисциплины, а также на выработку практических навыков проектирования и расчета железобетонных конструкций.

В курсовом проекте рассматриваются особенности размещения конструктивных элементов каркаса в плане и по высоте, схемы связей между колоннами, горизонтальных и вертикальных связей по покрытию, компоновка поперечной рамы, правила определения величин и характера действующих на каркас различных нагрузок – постоянной, временных.

Расчет железобетонных конструкций производится по методу предельных состояний в соответствии с положениями СНиП 2.03.01-84* “Бетонные и железобетонные конструкции” и согласно СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Длина здания………………………………………….	120 м
Пролет здания..……………………………………….	24 м
Ригель рамы……...…………………………………...	Ферма полигональная
Шаг колонн………………………………………...…	12 м
Грузоподъемность крана…………………………….	50 т
Отметка верха колонны……………………………..	16, 8 м
Район строительства…………………………………	Томск
Тип кровли……………………………………………
Условное расчетное сопротивление грунта ……….	200 кПа

Конструкция кровли:

Рулонная кровля, кН/м²	0, 22
Цементная стяжка (ρ = 18 кН/м³), толщиной, мм
Утеплитель и крупнопористого керамзитобетона (ρ = 9 кН/м³), толщиной, мм
Швы замоноличивания, кН/м³	0, 15

I. Проектирование стропильной фермы

Исходные данные

Ферма проектируется предварительно напряженной на пролет 24м, цельной при шаге ферм 12м. Геометрическая схема фермы показана на рисунке 1.

Материал фермы бетон класса В30

В качестве напрягаемой арматуры приняты канаты класса К–7. Способ натяжения – на упоры:

Для армирования ненапрягаемых элементов принята арматура класса А–III:

В качестве хомутов принята арматура класса А–I.

Сбор нагрузок на ферму

Сбор нагрузок осуществлен в табличной форме.

Таблица1

Вид нагрузки	Нормативная, кН/м²	γ _f	Расчетная, кН/м²
Постоянная
1. Рулонная кровля	0, 22	1, 3	0, 286
2. Цементная стяжка	0, 54	1, 3	0, 702
3. Утеплитель	1, 62	1, 3	2, 106
4.. Плиты покрытия 12× 3 м и швы замоноличивания	2, 05	1, 1	2, 255
Итого (g)	4, 43		5, 35
Временная
5. Снеговая
5.1 длительно действующая p_дл	0, 38	1.4	0, 54
5.2 кратковременная p_кв	0.9	1.4	1, 26

Узловые расчетные нагрузки по верхнему поясу фермы

а) При действии постоянной и длительной равномерно распределенной нагрузки:

Нагрузка от собственного веса фермы:

; ;

Учитывая незначительную разницу величин G_1,G_2,G_3,для подсчета усилий возьмем среднее значение

б)От действия кратковременной снеговой нагрузки:

;

Суммарные нагрузки:

;

Узловые нагрузки по верхнему поясу фермы при действии кратковременной нагрузки по схеме треугольников

На опоре А:

Длительная:

На опоре Б:

Длительная:

Промежуточные значения интенсивности р для правой половины фермы:

;

Для правой половины фермы ординаты интенсивности р будут в 2 раза меньше.

Узловые временные нагрузки:

Узловые постоянные нагрузки:

Определение усилий в элементах фермы

Определение усилий в элементах фермы от единичных нагрузок производилось с помощью ЭВМ в программе Lira 9.6.

Полученные результаты сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Элементы	Обозначение стержней по расчетной схеме	Усилия по схеме загружения №1	Усилия по схеме загружения №2
От постоянной и длительной й нагрузок	Полное загружение	От постоянной и длительной й нагрузок	Полное загружение
Верхний пояс	2-а	-1849, 34	-2199, 17	-1789, 4	-2008, 76
3-б	-1967, 3	-2339.45	-1882, 7	-2081, 53
4-в	-1919, 01	-2282, 02	-1836, 48	-2030, 43
5-д	-2093, 81	-2489, 88	-1978, 94	-2135, 9
6-е	-2093, 81	-2489, 88	-1978, 94	-2135, 9
7-з	-1919, 01	-2282, 02	-1815, 3	-1959, 82
8-и	-1967, 3	-2339.45	-1860, 98	-2009, 14
9-к	1849, 34	-2199, 17	-1759, 22	-1908, 19
Нижний пояс	1-а	1654, 1		1600, 49	1796, 69
1-г	2156, 24	2564, 12	2048, 01	2232, 47
1-ж	2156, 24	2564, 12	2036, 08	2192, 72
1-к	1654, 1		1573, 5	1706, 73
Раскосы	а-б	288, 77	343, 39	256, 76	253, 49
в-г	-312, 29	-371, 36	-279, 02	-267, 72
г-д	-89, 21	-106, 09	-97, 21	-133, 13
е-ж	-89, 21	-106, 09	-81, 94	-82, 22
ж-з	-312, 29	-371, 36	-290, 77	-306, 92
и-к	288, 77	343.39	263, 33	275, 39
Стойки	б-в	65, 94	78, 42	59, 48	53, 88
д-е	111, 46	132, 55	111, 91	134, 53
з-и	65, 94	78, 42	63, 88	68, 57

Расчет сечений элементов фермы

Верхний сжатый пояс

Расчет верхнего пояса производится по наибольшему усилию (элемент 5-д)

N = 2489, 88 кН, N_l = 2093, 81 кН.

Ширину верхнего пояса принимаем из условия опирания плит покрытия пролетом 12м – 350мм. Определяем ориентировочно требуемую высоту сечения пояса при коэффициенте армирования µ=0.015

Принимаем сечение b× h = 35× 35 см c A = 1225 см²

Случайный начальный эксцентриситет

Принимаем e₀ = e_a = 1, 2cм. При e_a< 1/8h = 35/8 = 4.38 см l₀ = 0.9l = 271cм.

Наибольшая гибкость сечения l₀ / b = 271/35 =7.7 > 4, необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность. l₀ / h = 271/35 = 7, 7 < 20.Пояс расчитываем как условно центрально-сжатый элемент

Требуемая площадь сечения арматуры при:

N/N₁=0.84; φ _b=0.91; φ _s=0, 915;

µ_b=1, при h = 35см< 20

По сортаменту принимаем 4Ø 25 A-III с A_S = 19, 63см²

Проверяем условие:

-условие выполняется

Коэффициент армирования µ=19.63/1225=0.016

Нижний растянутый пояс

Расчет прочности выполняем на расчетное усилие для панели 1-г.

Имеем: нормативное и расчетное значение усилий от постоянной и полной снеговой нагрузок . Нормативное значение усилий от постоянной и длительной снеговой нагрузок

Определяем площадь сечения растянутой напрягаемой арматуры при

γ _S₆ = η =1, 15 (для арматуры класса К-7)

принимаем 16 канатов Ø 15, А_S = 22, 72 см². Принимаем сечение нижнего пояса по типовой серии 35× 38 см. Напрягаемая арматура окаймлена П-образными сетками, вставленными одна в другую. Процент армирования сечения

где

Расчет нижнего пояса на трещиностойкость

Элемент относится ко второй категории трещиностойкости. Принимаем механический способ натяжения арматуры. Величину предварительного напряжения в арматуре σ _SP принимаем

Проверим условие: 1291.5< 1295

Определяем потери предварительного напряжения в арматуре при γ _SP = 1.

Первые потери:

а) от релаксации напряжений в арматуре

б) от разности температур напрягаемой арматуры и натяжных устройств (при Δ t = 65⁰C)

в) от деформации анкеров (при λ = 1, 25+0.15d =3.5мм)

Усилие обжатия с учетом первых потерь напряжения арматуры:

Площадь сечения бетона затяжки, необходимая для размещения арматуры принята А_b=35*38=1330 см²

Напряжение обжатия бетона:

Вторые потери:

а) от быстронатекающей ползучести бетона при < α = 0, 6 для бетона В30

б) от усадки бетона В30, подвергнутого тепловой обработке σ ₈ = 35МПа

в) от ползучести бетона

Полные потери составляют

Усилие обжатия с учетом всех потерь:

Усилие, воспринимаемое сечением, нормальным к продольной оси элемента при образовании трещин при

N_n =2051.3< N_cr^’ трещины в сечении нижнего пояса не образуются.

Сжатый раскос

Сжимающие усилия в элементе N = -371, 37кН, N_l = -312, 29кН.

Длина раскосов l=384см, расчетная l₀=0.9 l=346см.

h= l₀/20=346/20=17.3 см. Принимаем сечение b× h = 20× 20 см

l₀/ h=17.3см< 20 расчет ведем без учета влияния прогиба на величину эксцентриситета, e₀ = e_a

Случайный начальный эксцентриситет

Принимаем e₀ = e_a = 1cм.

Минимальное конструктивное армирование 4Ø 12 A-III с A_S = 4, 52см²

Коэффициент армирования

При N/N₁=0.84; φ _b=0.74; φ _s=0, 82;

µ_b=0.9 при h = 20см

Требуемая площадь сечения арматуры:

Оставляем конструктивную арматуру 4Ø 12 A-III с A_S = 4, 52см²

Все остальные сжтые раскосы армируем аналогично.

Растянутый раскос

Усилие растяжения N = 343, 39кН, N_l = 288.77кН. Сечение b× h = 20× 20 см

Требуемое сечение растянутой арматуры:

Принимаем 4Ø 18 A-III с A_S = 10, 18см²;

Проверка ширины раскрытия трещин:

Нормативное усилие растяжения

Напряжения в арматуре:

φ _к=1 – для растянутых элементов

a_l=1 –при кратковременном действии нагрузок

η _s=1-для арматуры периодического профиля

[a_cr]=0.4мм-допустимая ширина кратковременного раскрытия трещин

Т.к ширина раскрытия трещин в элементе меньше допустимой, то оставляем принятую арматуру

Растянутая стойка

Усилие растяжения N = 134, 529кН, N_l = 111.46кН. Сечение b× h = 20× 20 см

Требуемое сечение растянутой арматуры:

Принимаем 4Ø 12 A-III с A_S = 4, 52см²;

Проверка ширины раскрытия трещин:

Нормативное усилие растяжения

Напряжения в арматуре:

Оставляем конструктивную арматуру 4Ø 12 A-III для всех стоек и сжатых раскосов.Для поперечных стержней выбираем проволоку Ø 3 Вр-I.

Расчет узлов фермы

Опорный узел. N₁ = 1967кН(1-a), N_R = 985.64кН. Требуемая площадь поперечного сечения продольных ненапрягаемых стержней в нижнем поясе в пределах опорного узла:

принимаем 4Ø 20 А – III общей площадью

A_S = 12, 56см².

Требуемая площадь сечения поперечных стержней

где N₁ – расчетное усилие приопорной панели,

N_SP – расчетное усилие в продольной напрягаемой арматуре

l₂ = 1500мм для семипроволочных канатов

– фактическая длина заделки в опорном узле за линией отрыва,

N_S – расчетное усилие в продольной ненапрягаемой арматуре

l_an = 35d =35*20=70см.

Требуемая площадь сечения из условия обеспечения прочности на изгиб:

а-расстояние от торца конструкции до центра узла, l₄- длина узла

h₀=78-38/2=59см -рабочая высота сечения

x-высота сжатой зоны в наклонном сечении

Вертикальные хомуты с площадью сечения 30.78см распологаем на длине проекции наклонного сечения около 88см(120-33).По сортаменту принимаем

18Ø 16 А – III с A_S = 36, 18см².Требуемый шаг хомутов: S=88*2/18=10см

Кроме того, у торца фермы в зоне, расположения преднапряжонной арматуры, на длине l₂*0.6=90см, устанавливают конструктивные сварные сетки с шагом 10см.

Промежуточный узел. Наибольшее усилилие в растянутой стойке а-б

N=343.39 кН.Растянутая арматура 4Ø 18 А – III с A_S =10, 18см²

Угол между направлением раскоса и вертикалью tgφ =2, cosφ =0.45

Требуемая площадь сечения вертикальных стержней из условия обеспечения прочности по линии отрыва:

χ ₁=1.1-коэф-т работы узла, l₁=61см- фактическая длина заделки арматуры,

l_an=35d=63см, χ ₂=σ _s/R_s=N/A_sR_s=3433.9/10.18*365=0.92

Вертикальные хомуты должны быть размещены на линии отрыва, равной 565мм.При шаге хомутов s=7 см, можно разместить стержней:

n=56.5*2/7=16 шт

По сортаменту принимаем 16Ø 20 А – III с A_S =40, 72см²

Требуемая площадь арматуры, окаймляющая узел:

N₁и N₂- усилия в раскосах. Т.к один из стержней сжат, то N₂=0

R₀=9МПа- ограниченное сопротивление арматуры.

Конструктивно принимаем окаймляющюю арматуру Ø 10 А – III,

A_S =0, 78см²

В узлах, где примыкают сжатые раскосы и стойки поперечные стержни –

Ø 6 А – III, окаймляющие - Ø 10 А – III

Компоновка поперечной рамы

В качестве основной несущей конструкции покрытия принята железобетонная сегментная ферма, с предварительно напряженным нижним поясом. Устройство фонарей не предусмотрено, здание оборудовано лампами дневного света. Плиты покрытия предварительно напряженные железобетонные ребристые размером 3× 12 м.

Подкрановые балки предварительно напряженные высотой 1, 4м. Наружные стены панельные навесные, опирающиеся на опорные столики колонн на отметке 9.0м. Стеновые панели и остекление ниже отметки 9.0м также самонесущие панели, опирающиеся на фундаментную балку. Колонны сквозные двухветвевые.

Колонна имеет длину от обреза фундамента до верха подкрановой консоли Н₁ = 11, 7м; от верха подкрановой консоли до низа стропильной конструкции

Н₂ = 5, 1м. Полная длина колонны .

Привязка колонн к разбивочным осям принята 250мм.

Соединение колонн с фермами выполняется на анкерных болтах и в расчетной схеме рамы считается шарнирным.

Размеры сечения колонн приняты следующие:

надкрановая часть 600× 500мм

подкрановая часть 1300× 500мм

сечение ветвей 300× 500мм

сечение распорок 450× 500мм.

Постоянная нагрузка

Расчетное опорное давление фермы F_R = 815, 48кН

Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления, передаваемая на колонну выше отметки 9, 0м

, где 2, 5кН/м² – вес 1м² стеновых панелей; 0, 4кН/м² – вес 1м² остекления.

Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления, передаваемая на фундаментную балку

Собственный вес надркрановой части

Собственный вес подркрановой части

Расчетная нагрузка от веса подкрановых балок

Полная постоянная нагрузка:

Подкрановая ветвь F₁ = 100.45 + 110.9 = 211.35кН

Надкрановая ветвь F₂= 287.8 + 39.97 = 327.77кН

Эксцентриситет вследствие разной ширины сечения ветвей

Эксцентриситет передачи нагрузки от фермы

Момент в консоли, вызванный разной шириной сечения ветвей

Момент в консоли, вызванный внецентренностью передачи нагрузки от фермы

Снеговая нагрузка

Расчетное значение равномерно распределенной по ригелю рамы снеговой нагрузки .

Снеговая нагрузка на колонны рамы

Момент в консоли, вызванный разной шириной сечения ветвей

Момент в консоли, вызванный внецентренностью передачи нагрузки от фермы

Ветровая нагрузка

Нормативное значение ветрового давления w₀ = 0, 3 кПа, расчётная линейная ветровая нагрузка определяется по формулам:

С наветренной стороны

С заветренной стороны

Где =1, 4 коэффициент надёжности по ветровой нагрузке;

- нормативное значение ветрового давления, принимаемого по СНиП «Нагрузки и воздействия»;

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте берется по СНиП “Нагрузки и воздействия”;

с и с’ – соответственно 0, 8 и 0, 6.

С наветренной стороны

До 5 м:

До 10 м:

До 20 м:

До 40 м:

Методом линейной интерполяции находим значение ветровой нагрузки на следующих отметках:

16, 8м q^наветр.=3, 17 кН/м

20.7м q^наветр.=3, 47 кН/м

Расчётное значение сосредоточенной ветровой нагрузки:

W= =23, 97кН

Величина эквивалентной равномерно распределенной по высоте нагрузки q_эопределяется из выражения

= =2, 69 кН

= =3, 07 кН/м, = =1, 92 кН/м

Крановые нагрузки

Вес поднимаемого груза Q = 500кН. Пролет крана 18 – 2· 0, 75 = 16, 5м. База крана 6650мм, расстояние между колесами 5250мм, вес тележки G_Т = 18кН,

F_n_,_max = 465кН.

Расчетное максимальное давление на колесо крана

Нормативное минимальное давление на колесо крана

Расчетное минимальное давление на колесо крана

Расчетная поперечная тормозная сила на одно колесо:

Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении

Вертикальная крановая нагрузка на колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетаний

Эксцентриситет приложения крановой нагрузки

Моменты в консоли, вызванные эксцентриситетом приложения крановой нагрузки

Расчет сечений колонны

Сечение 1 – 0 на уровне верха консоли колонны

Сечение колонны b× h = 50× 60см при a = a’ = 4cм, полезная высота сечения

h₀ = 56cм. В сечении действуют три комбинации расчетных усилий

Усилия	Первая	Вторая	Третья
М, кНм	47, 95	-275, 45	-203, 35
N, кН	-855, 45	-1077, 1	-1101, 69

Усилия от продолжительного действия нагрузки

При расчете сечения на первую и вторую комбинации , на третью – . Расчет выполняется на все три комбинации, и расчетное сечение симметричной арматуры принимается наибольшее. В пояснительной записке приведен расчет только по второй комбинации, так как она дает максимальное требуемое количество арматуры, однако, в черновой работе расчет производился на каждую из трех комбинаций.

Радиус инерции сечения

Гибкость элемента > 14 необходимо учесть влияние прогиба на прочность элемента.

Условная критическая сила

где

β = 1, бетон тяжелый

δ _min< δ _е принимаем δ = 0, 43

В первом приближении принято μ = 0, 004

Коэффициент

Расстояние

При условии симметричного армирования высота сжатой зоны бетона

Относительная высота сжатой зоны

Граничное значение относительной сжатой зоны бетона при γ _b₂ = 1.1

> ξ =0, 33

здесь

Площадь сечения симметричной арматуры

Принимаем сечение арматуры 4Ø 20 А – III, общей площадью A_S =12, 65см².

Вдоль стороны сечения колонны h=60см необходимо установить конструктивную арматуру Ø 12 А – III.При диаметре рабочей арматуры колонны Ø 20, требуется поперечная арматура Ø 4Вр – I, с шагом s=20d=40см

Сечение 2 – 1 в заделке колонны

Сечение подкрановой части 130× 50см, сечение ветви b× h = 50× 30см,

h₀ = 26cм. Расстояние между осями ветвей с = 100см. Расстояние между осями распорок S = 11.7/3=3, 9м Высота сечения распорки 60см. В сечении действуют три комбинации расчетных усилий

Усилия	Первая	Вторая	Третья
М, кНм	675.3	-533, 5	633.23
Q, кН	-28.56	54, 61	-40.5
N, кн	-1956.2	-2549, 99	2771.61

Усилия от продолжительного действия нагрузки

При расчете сечения на все комбинации . Расчет выполняется на все три комбинации, и расчетное сечение симметричной арматуры принимается наибольшее. В пояснительной записке приведен расчет только по третьей комбинации, так как она дает максимальное требуемое количество арматуры.

Приведенный радиус инерции сечения двухветвевой колонны в плоскости изгиба

r_red = 30, 74см

Приведенная гибкость сечения > 14 необходимо учесть влияние прогиба на прочность элемента

Условная критическая сила

где

β = 1, бетон тяжелый

δ _min> δ _е принимаем δ = 0, 27

В первом приближении предварительно принимаем μ = 0, 0075

Коэффициент

Определяем усилия ветвях колонны

принимаем тогда расстояние

Граничное значение относительной сжатой зоны бетона при γ _b₂ = 1, 1

здесь

Для определения площади арматуры воспользуемся выражениями, полученными из совместного решения систем уравнений.

> 0

> ξ _y = 0.611 имеем расчетный случай.

Армирование принимаем симметричное

Фактический коэффициент армирования , что значительно отличается от ранее принятого.

Принимаем 2Ø 36 A-III с A_S = 20, 36см² и 1Ø 32 A-III с A_S = 8, 042см²

Проверим необходимость расчета подкрановой части колонны из плоскости изгиба.

Расчетная длина .

Радиус инерции сечения

> расчет из плоскости рамы необходим.

> 14 необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Случайный начальный эксцентриситет

Принимаем e₀ = e_a = 1, 95cм.

Условная критическая сила

где

β = 1, бетон тяжелый

δ < δ _minпринимаем δ = 0, 22

Коэффициент

Расстояние

Граничное значение относительной сжатой зоны бетона при γ _b₂ = 1.1

здесь

> 0

> ξ _y = 0.611 имеем расчетный случай.

Армирование принимаем симметричное

> 20, 36см²

Принимаем дополнительно 1Ø 20 A-III с A_S = 3, 142см²

Расчет арматуры фундамента

Определяем напряжение в грунте под подошвой фундамента в направлении длинной стороны фундамента а без учета веса фундамента и грунта на его уступах от расчетных нагрузок

где

Расчетные изгибающие моменты:

в сечении I-I

в сечении II-II

в сечении III-III

Требуемое сечение арматуры

Принимаем 14Ø 16 A-II с A_S = 28.14см²

Процент армирования

12 3 Следующая ⇒