Подбор типовых конструкций и компоновка конструктивной схемы здания.

Введение

Железобетонные конструкции являются базой современной строительной индустрии. Их применяют в промышленном и гражданском строительстве для зданий различного назначения, в транспортном и энергетическом строительстве. Такое широкое распространение железобетон получил из-за своей долговечности, огнестойкости, малых эксплуатационных затрат, высокой сопротивляемости статическим и динамическим нагрузкам, использовании местного строительного материала (заполнитель) и др. В строительстве при выполнении работ по возведению промышленных сооружений каркасного типа широкое применение получили одноэтажные рамные конструкции, изготовляемые из сборных железобетонных элементов. В сборных П-образных рамах сравнительно просто выполняется заделка колонн в фундаментах стаканного типа и намного сложнее жесткое сопряжение колонны и ригеля, поэтому в строительной практике часто применяют рамные конструкции одноэтажных промышленных зданий, у которых ригель соединен с колонной шарнирно. В ригелях принятой конструкции продольные сжимающие силы оказываются незначительными, ими, как правило, пренебрегают и рассчитывают ригель как самостоятельный элемент, производя его статический расчет по схеме однопролетной свободно опертой балки.

Данный курсовой проект представляет собой проектирование железобетонных элементов каркаса одноэтажного промышленного здания.

В состав курсового проекта входит компоновка здания и расчет поперечника рамы; расчет крайней колонны и фундамента под нее; расчет преднапряженной конструкции (балка) по I и II группам предельных состояний.

В проекте требуется выполнить рабочие чертежи элементов несущих конструкций здания в составе:

· схема расположения сборных конструкций (план и разрез здания);

· опалубочные и установочные чертежи колонны, фундамента, ригеля, чертежи арматурных изделий, закладных деталей и узлов;

· спецификации арматуры и ведомость расхода стали по конструкциям. Примечания.

Подбор типовых конструкций и компоновка конструктивной схемы здания.

В одноэтажном промышленном здании основным конструктивным решением покрытий являются ребристые панели длиной 6м, укладываемые на стропильные конструкции в направлении поперечных рам (перекрываемого пролёта). В качестве стропильных конструкций используем стропильные двускатные балки.

Наибольшая длина одного температурного блока для отапливаемых зданий не должна превышать 72м.

Для обеспечения жёсткости здания в целом, а также жёсткости его элементов (покрытия, торцевых стен) в конструктивной схеме предусматривается система горизонтальных и вертикальных связей.

Компоновка поперечной рамы:

Поперечная рама одноэтажного промышленного здания из сборных ж/б элементов состоит из стоек, защемлённых в фундаментах, и ригелей, соединённых со стойками шарнирно. Ригели при статическом расчёте рамы принимаются абсолютно жёсткими.

Определение размера колонн по высоте:

Размеры колонн по высоте определяют, исходя из заданной отметки оголовка подкранового рельса равной 7, 2 м.

Рис. 1. Компоновка поперечной рамы одноэтажного промышленного здания.

Высота надкрановой части колонны:

, м

Высота подкрановой части колонны:

, м

Полная высота колонны:

Принимаем Н=10, 2 м., т.к Н должно быть кратно 0, 6; Н₂=4, 15 м.

Крайние колонны:

Сечение надкрановой части 380х400

Сечение подкрановой части 400х800

Средние колонны:

Сечение надкрановой части 400х600

Сечение подкрановой части 400х800

Привязку крайних колонн к разбивочным осям при шаге 6м принимаем нулевой.

Подсчет нагрузок на поперечную раму.

Определение временной нагрузки на раму.

Снеговая нагрузка

Для III снегового района (Гродно) .

Расчётная снеговая нагрузка на крайние колонны:

Расчётная снеговая нагрузка на средние колонны:

Крановая нагрузка.

Подъемная сила крана -

Вес тележки -

Пролет крана -

; ;

Нормативное поперечное тормозное усилие:

Нормативное тормозное усилие на одно колесо:

Сумма ординат линии влияния опорной реакции подкрановых балок:

Расчётные вертикальные нагрузки от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетаний , на крайнюю колонну:

- максимальная

- минимальная

То же от четырёх сближенных кранов с коэффициентом сочетаний , на среднюю колонну:

Расчётное горизонтальное давление на колонну от двух сближенных кранов:

Рис. 3. К определению максимальной нагрузки на колонну от совместного действия двух сближенных мостовых кранов

Ветровая нагрузка.

Нормативное пиковое значение скоростного напора ветра на высоте 10 м. от поверхности земли для города Гродно (РБ)

Значения аэродинамических коэффициентов при принимаем:

- с наветренной стороны (зона D) ( )

- с подветренной стороны (зона Е)

Пиковое значение ветрового давления на высоте 12 м. при

Расчётная равномерно распределённая ветровая нагрузка на 1 метр высоты колонны при и равна:

- с наветренной стороны

- с подветренной стороны

Сосредоточенное ветровое усилие, собираемое с конструкций, расположенных выше верха колонн (отм. +10, 200) до верхней отметки парапета (отм. +12, 000):

Рис.4. Схема к определению эквивалентной ветровой нагрузки.

Исходные данные

Бетон тяжелый класса , подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении.

‰,

Арматура продольная класса S500:

Арматура поперечная класса S:

Условия эксплуатации Х0,

ТАБЛИЦА УСИЛИЙ В КОЛОННЕ

Табл. 2. Сочетания усилий в расчётных сечениях колонны ряда А

Сечения	№ загр. Усилия	Основные расчётные сочетания усилий
I основное при комбинациях	II основное при комбинациях

Msd, max	Msd, min	Nsd, max	Msd, max	Msd, min	Nsd, max
2 -- 2	№ загруж.	1+3+13	1+5+9+15	1+3	1*+3+12	1*+4+8+15	1*+2
Msd	35.107	-52.074	26.629	37.6855	-70.7355	26.1865
Nsd	433.46	342.74	433.46	382.049	291.329	420.929
Msd.lt*			23.121	23.121	-18.48
Nsd.lt*			381.62	381.62	342.74
3 -- 3	№ загруж.	1+5+9+13	1+3+15	1+3+5+9	1*+4+8+13	1*+2+15	1*+3+4+8
Msd	95.604	-51.37	74.218	128.6855	-52.6645	107.2995
Nsd	876.556	499.86	967.276	932.039	477.369	1022.759
Msd.lt*
Nsd.lt*
4 -- 4	№ загруж.	1+5+9+13	1+3+5+9+15	1+3+5+9	1*+4+8+13	1*+3+5+9+14	1*+3+4+8
Msd	173.85	-98.451	105.375	197.315	-138.102	37.46
Nsd	981.916	1072.636	1072.636	1021.595	995.461	1112.315
Vsd.max	22.71	-8.88	-15.152	30.5245	-17.4415	-23.1075
Msd.lt*				70.02	-22.089	69.291
Nsd.lt*				806.635	845.515	845.515

Расчёт консоли колонны

Размеры консоли принимаются исходя из условий опирания и крепления подкрановой балки. Вынос консоли при ширине подкрановой балки составит:

Тогда, приняв , полная высота консоли составит:

Рабочая высота сечения при ,

Проверяем достаточность принятых размеров из условия прочности наклонных сечений по сжатой полосе и на смятие бетона подкрановой балкой от действия расчётных нагрузок:

веса подкрановой балки с рельсом

вертикального давления крана

Суммарное вертикальное расчётное усилие составит:

Проверяем прочность по сжатой полосе при предварительно принятой относительной величине плеча внутренней пары усилий сечений :

Так как , прочность наклонного сечения по сжатой полосе обеспечивается.

Прочность на смятие бетона консоли подкрановой балкой проверяется по условию:

где - коэффициент неравномерности распределения давления в бетоне в бетоне консоли

Принимаем

За площадь смятия принимаем площадь закладной детали подкрановой балки, а площадь распределения определим симметрично относительно центра площади смятия:

гдеb-ширина поперечного сечения колонны

-ширина площадки опирания закладной детали подкрановой балки на консоль колонны

-длинна площадки распределения.

Так как условие смятие бетона консоли не произойдёт.

Продольная рабочая арматура подбирается по изгибающему моменту, действующему от силы по грани примыкания консоли к нижней части грани колонны.

Эксцентриситет действия силы относительно грани колонны:

Эксцентриситет отрицательный, следовательно траектория действия сосредоточенной силы находится в теле бетона, ввиду чего изгиб консоли наблюдаться не будет. В качестве продольной рабочей арматуры принимаем конструктивно

Так как поперечная сила подкрановой балки приложена с отрицательным эксцентриситетом к грани колонны, то консоль армируем только поперечными стержнями и прочность наклонных сечений на действие главных растягивающих напряжений можно не производить.

В качестве поперечного армирования принимаем стержни , устанавливаемые с шагом 150 мм, что удовлетворяет конструктивным требованиям

Рис. 8. Конструирование консоли колонны

Исходные данные для проектирования фундамента

Устройство фундамента предполагается из бетона класса С²⁰/₂₅.
Расчетные характеристики для бетона:

Арматура продольная класса S500:

Арматура поперечная класса S240

Расчетное сопротивление грунта R=200 кПа

Расчетные сочетания усилий необходимые для расчета фундамента принимаем по табл. 4.

Определение усилий

Расчет оснований по деформациям производится на основное сочетание нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке , расчет по прочности – на основные сочетания нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке .

Наибольшие усилия от расчетных нагрузок, передаваемые колонной в уровне верха фундамента (сечение 4-4), приняты по таблице 4. Нормативные усилия M, N и V получаем путем деления значения расчетных усилий на уточненные частные коэффициенты безопасности по нагрузке.

Расчетные усилия, действующие на основание и фундамент, приведены в таблице 5.

Табл. 4. Расчетные и нормативные нагрузки

Сочетания нагрузок	Комбинации нагрузок	Усилия по обрезу фундамента		G_w, кН	G_wе_w, кН∙ м	Усилия на уровне подошвы
, kH∙ м	, kH	, kH	, кНм	, кН
Расчетные усилия при расчете фундамента по деформациям с коэффициентом надежности по нагрузке		135.15	699.72	20.9	25.08	34.2	-18.81	141.42	733.92
	-93.95	677.18	-11.86	-14.23	126.99	711.38
	25.66	761.86	-15.83	-18.996	25.85	796.06
Расчетные усилия при расчете фундамента на прочность с коэффициентом надежности по нагрузке		197.315	1021.595	30.52	36.62	46.17	-25.39	208.55	1067.77
	-138.102	995.461	-17.44	-20.93	184.42	1041.63
	37.46	1112.32	-23.11	-27.73	39.8	1158.49

Нормативная и расчётная составляющие общей силы от действия участка стены и веса фундаметной балки:

Уточнённые коэффициенты безопасности:

1. Для (1*+4+8+13)

2. Для (1*+3+5+9+14)

3. Для (1*+3+4+8)

Расчёт подколонника

При расчете подколонника и его стаканной части площадь сечения продольной арматуры определяется из расчета на внецентренное сжатие стенок стакана по нормальному сечению А-А, проходящему по торцу колонны. Коробчатое сечение подколонника приводится к эквивалентному двутавровому расчетному сечению вдоль плоскости изгиба.

Усилия, действующие в расчетном сечении при комбинации усилий 4 (таблица 5).

Начальный эксцентриситет продольной силы

Величина случайного эксцентриситета

Принимаем

Проверяем условие

Здесь – ширина сечения подколонника

- толщина стенки стакана в плоскости изгиба

Условие выполняется. Нейтральная ось проходит в полке, сечение рассматривается как прямоугольное с b=1200 мм и h=1500 мм.

Момент продольной силы относительно центра тяжести растянутой арматуры

Коэффициент

Полученное значение находится в 1 области деформирования сечения, имеет место случай больших эксцентриситетов.

Минимальное количество продольной арматуры, необходимое в сжатой зоне сечения подколонника:

Принимаем

С учетом принятого армирования на первом шаге итераций коэффициент составляет:

При

При и коэффициент

Коэффициент значительно отличается от первоначально принятого, следовательно проведя несколько раз подобный расчёт получим коэффицинт

Площадь сечения арматуры у растянутой грани сечения подколонника:

Принимаем армирование у растянутой грани сечения 5 20 S500.

Для предотвращения разрушения от разрыва стенок стакана в подколоннике предусматривается поперечное армирование в виде горизонтальных сварных сеток.

При расстояние от оси колонны до условной оси поворота колонны «у» принимается

Требуемая площадь сечения всех поперечных стержней одной сетки в направлении момента

где

- сумма расстояний от торца колонн до поперечных стержней сеток.

Согласно конструктивным требованиям, принимаем 6сеток 4⌀ 8 S240 с .

Рис. 12. К расчету подколонника фундамента

6. Расчёт и конструирование предварительно напряжённой двускатной балки покрытия таврового сечения

Исходные данные

Требуется рассчитать двускатную балку покрытия пролетом 18 м для 2-го снегового района (г. Гродно) по двум группам предельных состояний. На балку укладываются плиты покрытия размером 1.5x6, 0 м., по которым уложена рулонная кровля. Балка эксплуатируется в закрытом помещении, класс по условиям эксплуатации X0. Изготовление балки предусмотрено в рабочем положении из тяжелого бетона класса .

Натяжение напрягаемой арматуры производится на упоры механическим способом с применением инвентарных зажимов. Бетон подвергается тепловой обработке при атмосферном давлении. Разность температур напрягаемой арматуры и опорного устройства принята равной С.Обжатие бетона происходит при передаточной прочности составляющей 70% от проектной. Режим передачи предварительного напряжения на бетон или отпуск напрягаемой арматуры принят плавный, в качестве напрягаемой арматуры применена канатная арматура класса S800.

Сварные сетки изготавливаются из проволоки класса S500.В качестве ненапрягаемой продольной и поперечной арматуры приняты стержни класса S500 и S400 соответственно.

Расчетные характеристики материалов.

Расчетные характеристики арматуры:

Для арматурных стержней класса S400 и арматурной проволоки класса S400:

Габаритные размеры балки

Рис. 13. К конструированию размеров двускатной балки

Подсчёт нагрузок на балку.

На балку действуют постоянная и переменная нагрузки. Постоянные нагрузки включают вес водотеплоизоляционного ковра, Ж/Б плит покрытия и балки.

Переменные нагрузки создают: вес снегового покрова.(Вес снегового покрова для г. Гродно ).

Величины нагрузок, действующих на балку, сведены в табл. Все расчетные нагрузки определяются с коэффициентом надежности по назначению

Таблица 5.

№ п/п	Состав покрытия	Нормативная нагрузка	Коэффициент надёжности по нагрузке
Постоянная
1.	Гидроизоляционный ковёр
2.	Цементно-песчаная армированная стяжка ,
3.	Утеплитель готовые маты ,
4.	Пароизоляция
5.	Собственный вес ж/б покрытия с учетом заливки швов
	Итого:
Переменная
1.	Снеговая нагрузка

При общей массе балки нагрузка от веса балки на 1 м ее длины:

нормативная нагрузка ;

расчетная нагрузка ;

Нагрузка на балку от плит покрытия передается сосредоточенным грузом в местах опирания их опорных ребер. Т.к. в пролете балки действует 7 одинаковых сосредоточенных грузов нагрузку можно условно считать равномерно распределенной.

Погонную нагрузку на балку от веса кровли и снега собирают с грузовой площади шириной, равной шагу балок и суммируют с нагрузкой от веса конструкций. Таким образом с учетом изложенного расчетные нагрузки на балки будут:

-при основной комбинации воздействия

I основное:

II основное:

-при нормативной (равной комбинации)

-при частой комбинации нагрузок ( для расчета на раскрытие трещин)

-при проектной постоянной комбинации воздействия (для расчета прогибов)

Определение положения

Расчет по нормальным сечениям балки. Расстояние X от опоры до наиболее опасного сечения 6-6 определяем из уравнения:

; где i - уклон верхнего пояса.

;

Где

Решив приведенное уравнение, получаем:

За расчетное принимаем сечение 6-6, находящееся на расстоянии x=7, 34 м от опоры или на расстоянии 7, 49 от торца балки.

Высота наиболее опасного сечения балки равна

где -высота торцевого сечения балки.

Расстояние от центра тяжести растянутой напрягаемой арматуры до нижней грани балки принимается ориентировочно с учетом диаметра арматурных элементов и величины защитного слоя бетона, и расположения арматуры в сечении. Эту величину можно назначать ориентируясь на типовые чертежи балок. Так для 18 метровой балки с=5см. Тогда полезная высота сечения .

Предварительный подбор напрягаемой арматуры балки

Предполагаем, что сжатая ненапрягаемая арматура не требуется .

Определим площадь поперечного сечения напрягаемой арматуры , расположенной в растянутой зоне методом предельных усилий.

Сечение 6-6. Предположим, что нейтральная ось проходит в полке.

Проверяем условие, определяющее положение нейтральной оси:

Следовательно, граница сжатой зоны проходит стенке и расчёт ведем как в тавровом сечении, имеющего размеры:

Момент воспринимаемый полками таврового сечения:

Тогда момент, воспринимаемый стенкой сечения:

Определяем коэффициент :

Определяем граничное значение относительной высоты сжатой зоны:

где характеристика бетона

- для тяжелого бетона принимается 0, 85;

- величина предварительного напряжения арматуры, допускается принимать величину:

- начальноепреднапряжение в арматуре (см. исх. данные);

- при длительно действующей нагрузке;

Определяем коэффициент :

Коэффициент , следовательно имеет место случай двойного армирования.

Определяем количество верхней сжатой арматуры:

Принимаем

Переопределяем коэффициент

Имеем . При

Вычисляем значение коэффициента :

Принимаем

Количество напрягаемой арматуры:

При подсчёте количества напрягаемой арматуры количество сжатой арматуры пересчитываем на класс S800:

Требуемое количесво напрягаемой арматуры:

Принимаем

Рис.15. Расчетное сечение балки (сечения 6-6)

Предварительные напряжения в арматуре

Потери предварительного напряжения. Предварительные напряжения в арматуре назначают таким образом, чтобы выполнялось условие

;

Где – допустимые потери предварительного напряжения, при механическом способе натяжения арматуры ;

Принимаем

Технологические потери

Потери от релаксации напряжений арматуры при механическом способе натяжения

Потери от температурного перепада бетона класса .

Потери вызванные деформациями стальной формы при натяжении на упоры принимаются равными нулю

Потери вызванные трением напрягаемой арматуры о огибающие приспособления по условию конструирования и изготовления данные потери принимаются равными нулю.

Потери предварительного напряжения от деформаций анкеров, расположенных у натяжных устройств:

где

Потери вызванные упругой деформацией бетона при обжатии

где усилие предварительного напряжения с учетом потерь, реализованных к моменту обжатия бетона:

Усилие предварительного обжатия бетона с учетом проявления техногенных потерь:

Проверяем условия ограничения в напрягаемой арматуре

Эксплуатационные потери

Реологические потери предварительного обжатия конструкции, вызванные ползучестью и усадкой бетона а также длительные релаксации напряжений в арматуре определяются выражением где – потери предварительного напряжения в арматуре, вызванные ползучестью и усадкой бетона и релаксацией напряжений в арматуре

Здесь:

– ожидание (прогнозируемые относительные деформации усадки бетона к моменту времени суток;

где,

– физическая часть усадки, вызываемая испарениями из бетона влаги, определяемая по таблице 6.3 [1], при относительной влажности среды RH50% и марке бетонной смеси по удобоукладываемости П2.

– химическая часть усадки, обусловленная процессами твердения вяжущего.

где t=100 сут.

– коэффициент ползучести бетона за период времени от t до t=100 суток, принимается по рисунку 6.1.[1].

при (по номограммам)

– напряжения в бетоне на уровне ц.т. напрягаемой арматуры от практически постоянной комбинации нагрузок.

– начальное напряжение в бетоне на уровне ц.т. напрягаемой арматуры от действия усилия предварительного обжатия

– изменение напряжений в напрягаемой арматуре, вызванные длительной релаксацией арматурной стали;

Для вычисления вначале определим – напряжение в арматуре вызванное её натяжением от действия практически постоянной комбинации нагрузок;

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒