Технология строительства промышленного здания с использованием железобетонных конструкций

Содержание


Введение

Исходные данные к проектированию

1. Компоновка поперечной рамы

2. Сбор нагрузок на поперечную раму

3. Статический расчет поперечной рамы

3.1 Статический расчёт поперечной рамы

4. Расчёт и конструирование крайней колонны

4.1 Характеристики бетона и арматуры

4.2 Расчёт прочности надкрановой части колонны

4.3 Расчёт прочности подкрановой части колонны

4.4 Расчёт крановой консоли

4.5 Конструирование арматуры колонны

5. Расчёт и конструирование фундамента под крайнюю колонну

5.1 Определение геометрических размеров фундамента

5.2 Расчёт и конструирование арматуры фундамента

6. Расчёт и конструирование сегментной железобетонной фермы покрытия

6.1 Определение усилий в элементах фермы

6.2 Расчет верхнего пояса

6.3 Расчет нижнего пояса

6.4 Расчет элементов решетки

6.5 Конструирование элементов фермы

Список литературы


Введение


В последние пятьдесят лет в строительстве очень интенсивно стал применяться железобетон, как основной конструктивный материал для возведения зданий и сооружений различных типов. Прежде всего, это связано наличием у него ряда особенностей (прочность, долговечность, не подвержен коррозии как сталь и гниению как древесина, огнестойкость, устойчивость к агрессивной среде), которые и придают железобетону широкое применение в строительстве, как небольших зданий, так и особо важных объектах (плотины, сооружения оборонного назначения и др.). На сегодняшний день железобетон применяется в 80% строящихся зданий и сооружений.

В данном курсовом проекте рассчитаны и сконструированы основные несущие конструкции (колонна крайнего ряда, фундамент колонны и ферма покрытия) одноэтажного, двухпролётного промышленного здания.


Исходные данные к проектированию


1. Конструктивная схема здания:



2. Геометрические характеристики объекта:

- общая протяжённость здания K=132м

- пролет l1=27 м;

- шаг колонн s=12м;

- высота от нулевой отметки до верха головки подкранового рельса Нр=14м.

3. Тип стропильной фермы кровли – сегментная ферма

4. Расчётное сопротивление грунта под подошвой фундамента Rгр =3,6∙10-1МПа.

5. Грузоподъёмность мостового крана – Q=50т.

6. Место строительства – г. Екатеренбург.


1. Расчёт и конструирование ограждающих конструкций


Определение габаритных размеров элементов здания

Колонна крайнего ряда

Определяем полную высоту колонны по следующей формуле:


H0=H1+ H2 , (1.1.1)


где, H1 – высота нижней части колонны от обреза фундамента до верха подкрановой консоли, определяемая по формуле (1.1.2):


Н1= Нр – (hп.б. + hр) + hоф, (1.1.2)


где, Нр =14 м – высота до верха рельса до обреза фундамента;

hоф=150 мм – расстояние о т нулевой отметки до отметки обреза фундамента;

hп.б – высота подкрановой балки, принимаемая при шаге колонн 12м равной 1,4 м;

hр- высота подкранового рельса, принимаем равной 150мм;

Н2 –высота верхней части колонны, определяемая как сумма высот подкрановой балки, рельса, габаритного размера мостового крана, а также необходимым нормативным зазором между краном и стропильной системой.


H2=Hcr + (hп.б. + hр) + c


Hcr =3150мм – высота крана (прил.1 [3]);

с – нормированный зазор между краном и стропильной фермой, принимаем с=150мм;

Высота нижней части колонны:

Н1=14 – (1,4 +0,15) +0,15 = 12,3 м

Высота верхней части колонны:

H2= 3,15+ (1,4 +0,15) +0,15 = 4,85 м

Полная высота колонны крайнего ряда:

Hкр=12,3+4,85=17,15 м

Окончательно принимаем Hкр=18 м, что отвечает модулю кратности 1,2; при этом изменив высоту надкрановой части H2=5,7 м.

Привязку крайних колонн к разбивочным осям здания при шаге 12 м принимаем 250мм, т.к высота колонны >16 м . Соединение стропильных конструкций с колоннами выполняем путём сварки закладных деталей и в расчётной схеме поперечной рамы считаем его шарнирным.

Принимаем согласно грузоподъёмности мостового крана 50т и полной высоты крайней колонны сквозное сечение колонны, для средней колонны принимаем сквозную двухветвевую колонну.

Размеры сечения колонн устанавливаем с учетом обеспечения необходимой жесткости колонн:



Крайняя колонна: Средняя колонна:

(мм); (мм);

;

b=380мм

(мм);

;

(мм);

(мм);

(h1=[1/10…1/14]H1).

Ввиду того, что проектируемое промышленное здание имеет протяжённость 132 м выше чем максимально допустимый размер температурного блока (60м; 72м), то в выбранном объекте необходимо устройство температурных швов. Из условия необходимость устройства температурных швов разбиваем здание на 2 температурных блока размерами 66 м. Си 48 м. необходимость устройства температурных швов разбиваем здание на 3 температурных блока размерами 60перечной разбивочной

Поперечный температурный шов выполняем на спаренных колоннах, при этом ось температурного шва совмещаем с поперечной разбивочной осью, а оси колонн смешаем с разбивочной оси на 500мм.

Расстояние от разбивочной оси ряда до оси подкрановой балки принимаем равной λ=750мм (для кранов с грузоподъёмностью до 50т)

Пролет мостового крана:


Lк=l – 2L1=27000-2∙750=25500мм.


2. Сбор нагрузок на поперечную раму ОПЗ


Постоянные нагрузки на ригель рамы от веса кровли, стропильных балок принимаются обычно равномерно распределенными по длине ригеля.

Постоянные нагрузки зависят от типа покрытия, которое может быть тяжелым или легким, утепленным или не утепленным. Покрытие состоит из сборных железобетонных плит, опирающихся непосредственно на балки, пароизоляции, теплоизоляционного слоя, водоизоляционного ковра, защитного слоя. Толщина теплоизоляционного слоя принята без теплотехнического расчета в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха.

Все нагрузки подсчитываются с учетом коэффициента надежности по назначению (γн = 0,95 для большинства промышленных зданий).

Определение постоянной нагрузки от покрытия, стенового ограждения и от собственной массы конструкций

Постоянная поверхностная распределенная нагрузка от покрытия, включая собственный вес железобетонных конструкций шатра определенная в таблице 1.


Таблица 1

Постоянная поверхностная распределенная нагрузка от покрытия

Состав покрытия Нормативная, кПа Коэффициент перегрузки Расчетная, кПа
Защитный слой гравия на битумной мастике (γ = 21 кН/м3, t = 20 мм) 0,4 1,3 0,52
Гидроизоляция (4 слоя рубероида) 0,2 1,3 0,26
Утеплитель (пенопласт γ = 0,5 кН/м3, t = 100 мм) 0,05 1,2 0,06
Пароизоляция (1 слой рубероида) 0,05 1,3 0,065

Ж/б ребристые плиты покрытия (3х12 м) с учетом заливки швов,

1,72 1,1 1,98

Железобетонные фермы L=27 м,

0,42 1,1



Расчётная равномерно распределенная линейная нагрузка на ригель рамы определяется по формуле:


,


где b – шаг поперечных рам, b = 12 м;

Опорная реакция ригеля рамы на крайней колонне:


FR,кр = qП ·L/2 = 38,17·27/2 = 515,3 кН,


на средней колонне:


FR,ср = qП ·L = 38,17·27 = 1030,6 кН,


где L – пролет здания, равный 27 м.

Расчётная нагрузка от стеновых панелей и остекления в верхней части колонны:



Расчётная нагрузка передаваемая на фундаментную балку от веса остекления и стенового ограждения в нижней части колонны:


Поверхностная масса стеновых панелей 200 кг/м2 (Qст=2 кН/м2), переплетов с остеклением 35 кг/м2 (Qок=0,35 кН/м2).

γf,ст = 1,2 – для стен; для остекления γf,ок = 1,1;

∑h – высота стеновой панели или остекления.

Расчетная нагрузка от подкрановых балок:


Fпб= γf ∙ γн ∙ Gпб = 0,95 ∙ 1,1 ∙ 115 =120,18 кН,


Gпб – нормативный вес подкрановой балки пролетом L = 27 м.

Расчетная нагрузка от веса колонн.

Крайние колонны:

надкрановая часть


;


подкрановая часть

кН

Средние колонны:

Определение нагрузок от давления снега и ветра

Снеговая нагрузка

По приложению к СНиП 2.01.07 – 85* «Нагрузки и воздействия» вес снегового покрова в Екатеринбурге (расположен в I–ом снеговом районе) расчётное значение снеговой нагрузки so = 1,8 кПа.

Линейная распределенная нагрузка от снега на ригель рамы определяется по формуле:


qсн = γн· μ · so · b = 0,95·1·1,8·12 = 20,52 кН/м,


где so —расчётное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемая в зависимости от района строительства;

μ – коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1 м2 проекции кровли, при уклоне α ≤25є принять равным единице;

b — шаг стропильных конструкций;

Расчетная снеговая нагрузка:

– на крайние колонны:


Fкр, сн = qсн ·L/2 =кН;


– на средние колонны:


Fср, сн = qсн ·L =кН.


Ветровая нагрузка

По приложению к СНиП 2.01.07 – 85 «Нагрузки и воздействия» скоростной нормативный напор ветра в Екатеринбурге (расположена во II-ом районе по давлению ветра) wo=0,38 кН/м2. Тип местности В (города с окраинами, лесные массивы и подобные местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м).

При расчете одноэтажных производственных зданий высотой до 36 м при отношении высоты к пролету менее 1.5, размещаемых в местностях типов А и В, учитывается только статическая составляющая ветровой нагрузки, соответствующая установившемуся напору на здание. Характер распределения статической составляющей ветровой нагрузки в зависимости от высоты над поверхностью земли определяют по формуле:


qB = γнЧ γf Чweq ЧcЧ b,


где weq —эквивалентное по моменту в заделке значение ветрового давления;

с — аэродинамический коэффициент; c = 0,8 - для наветренной стороны, c=0,6 - для подветренной стороны;

γf — коэффициент коэффициент перегрузки, который для зданий равен 1,2;

b — ширина расчетного блока.

Определим ординаты эпюр нормативного ветрового давления на раму на высоте 5; 10; 12,3; 18 м. Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте здания, определим интерполяцией по таблице 6 СНиП 2.01.07-85*:


Табл. 2

Z высота, м ki w0,k = w0· ki , кПа
0 - 5 0,5 0,15
10 0,65 0,195
12,3 0,714 0,214
18 0,738 0,22

Переменный по высоте колонны скоростной напор заменяем равномерно распределённым, эквивалентным по моменту в заделке колонны (консольной балки длиной 12,3 м) по формуле:



где – сумма моментов относительно заделки колонны равнодействующих, определенных на участках в пределах высоты колонны с линейно изменяющейся ветровой нагрузкой.

Расчётная погонная нагрузка от ветра на крайние до отметки 18 м:

– с наветренной стороны w = 0,95·1,2·0,232·0,8·12=2,54 кН/м;

– с заверенной стороны wp = 0,95·1,2·0,232·0,6·12=1,91 кН/м.

Ветровую нагрузку на шатёр – выше отметки 18 м (от низа ригеля до наиболее высокой точки здания), заменяем сосредоточенной силой, приложенной в уровне низа ригеля рамы (на расчётной схеме). Определим сосредоточенную силу от ветровой нагрузки:



Определение нагрузки от крановых воздействий

Вертикальные усилия от мостового крана

Согласно ГОСТ 25546–82 принимаем следующие характеристики для крана Q = 50/5 т: Fn,max = 465 кН, пролёт крана Lк = 27– 2∙0,75 = 25,5 м, база крана K = 5250 мм, ширина крана В = 6760 мм.

Вертикальная крановая нагрузка передается на подкрановые балки в виде сосредоточенных сил Fmax и Fmin при их невыгодном положении на подкрановой балке. Расчетное давление на колонну, к которой приближена тележка, определяется по формуле:


Dmax = γн∙γf ∙пс∙ Fn,max ∙∑yi ,


где γf – коэффициент перегрузки;

nс – коэффициент сочетаний, принимаемый равным 0,85 при 2-х кранах у крайней колонны и 0,70 при 4-х кранах у средней колонны;

Fn,max – нормативное вертикальное усилие колеса;

∑ yi – сумма ординат линий влияния.

Силу Dmin можно определить если заменить в формуле Fn,max на F n,min, т. е. на нормативные усилия, передаваемые колесами другой стороны крана на противоположную колонну.

Наименьшее давление колеса крана вычисляется по формуле (XIII.1 [1]):


,


где Q —грузоподъемность крана в т;

Q k — полный вес крана с тележкой, т;

no —число колес на одной стороне крана.

.


Рис. 2. Линии влияния крана (Fn = 195 кН).


Вертикальная крановая нагрузка при 2-х сближенных кранах у крайней колонны:

Dmax_2 = 0,95∙1,1∙0,85∙465 (1+0,633+0,842+0,475)=1218,46 кН;

Dmin_2 = 0,95∙1,1∙0,85∙105,85 ∙2,95= 277,36 кН.

Вертикальная крановая нагрузка при 4-х сближенных кранах у средней колонны:


Dmax_4 = 2∙( γн∙γf ∙пс∙ Fn,max ∙∑yi)= 2∙(0,95∙1,1∙0,7∙465 ∙2,95)= 2006,87 кН;

Определение горизонтальной силы от мостового крана

Горизонтальная сила от мостового крана, расположенная в плоскости поперечной рамы, возникает из-за перекосов крана, торможения тележки, распирающего воздействия колес при движении по рельсам, расстояние между которыми несколько меньше пролета крана и т. п. Нормативное значение силы передаваемой одним колесом на поперечную раму, для крана с гибким подвесом грузов, определяется по формуле (XIII.2 [1]):



где Q – грузоподъемность крана (т);

n0 – число колес с одной стороны крана;

QТ – масса тележки (т).

Расчетная горизонтальная сила Т, передаваемая подкрановыми балками от двух кранов при поперечном торможении на колонну от силы , определяется по формуле



где γf – коэффициент перегрузки, равный 1,1;

nc – коэффициент сочетания, равный при работе двух мостовых кранов среднего режима работы 0,85;

∑y – сумма ординат линий влияния (рис. 2).

3. Эксцентриситеты приложения нагрузок

-от опорной реакции балки покрытия в надкрановой части колонны:


м;

-от опорной реакции балки покрытия в подкрановой части:


м;


-от вертикального давления мостовых кранов на крайнюю колонну:


м;


-от вертикального давления мостовых кранов на среднюю колонну:


м;


-от стен и остекления в подкрановой части:


м;


3. Статический расчет поперечной рамы


Составление задания на статический расчет поперечной рамы на ЭВМ

Так как при расчете на ЭВМ на расчетной схеме мы задаем не все эксцентриситеты приложения сил, то часть вертикальных сил принимаем как моменты с плечом е0i.

1. Постоянная нагрузка от собственного веса

При расчете на ЭВМ задаем:

– опорные реакции ригеля рамы: на крайних колоннах: FR,кр = 515,3 кН; на средней колонне: FR,ср = 1030,6 кН;

– момент в месте сопряжения ригеля с крайними колоннами:


МП1=FR,кр·е01 =515,3·0,15 =77,3 кН·м;


– момент в уступах крайних колонн задаем от веса стеновых панелей и остекления (89,88 кН), веса подкрановой балки (120,18 кН), надкрановой части колонны (32,13 кН) и опорной реакции ригеля (515,3 кН):


МП2 = –F1 ·е04+Fпб ·е03 – (FR,кр + Fкол,кр)·е02= –89,88·0,92+120,18·0,25 – (515,3+32,13)·0,45 = –44,17 кН·м;


– нагрузка от подкрановых балок прикладывается в уступе: на крайних колоннах: Fпб=120,18 кН; на средней колонне: Fпб_ср=240,36 кН;

Нагрузки от веса стеновых панелей и остекления и колонны учитываем как распределенные соответственно по высоте верхней ((89,88+33,95)/5,7=21,74 кН/м – для крайних; 33,95/5,7=5,95 кН/м – для средних) и нижней части колонны ((111,15+289,2)/12,3=32,6 кН/м – для крайних; 289,2/12,3=23,51 кН/м – для средних) .

2. Снеговая нагрузка

– опорные реакции ригеля рамы: на крайних колоннах: Fкр, сн =277,02 кН; на средней колонне: Fср, сн =554,04 кН;

– момент в месте сопряжения ригеля с крайними колоннами:


Мсн1= Fкр, сн·е01 =277,02·0,15=41,55 кН·м;


– момент в уступах колонн:


Мсн2 = Fкр, сн · е02 = 554,04 ·0,15 =83,11 кН;


3.Вертикальное давление от мостовых кранов

Вертикальная крановая нагрузка от 2-х сближенных кранах:

Мmin на крайнюю колонну:


Мmin=Dmin*е03=277,36∙0,25=69,34 кН∙м


Мmax=Dmax*е03=1218,46∙0,75=913,84 (кН∙м)


Мmax на крайнюю колонну:


Мmin=Dmin*е03=277,36∙0,75=208,02(кН∙м)


Мmax=Dmax*е03=2006,87∙0,25=501,72(кН∙м)


4. Горизонтальная нагрузка от торможения крановой тележки:

Расчетная горизонтальная сила Т, передаваемая подкрановыми балками от двух кранов при поперечном торможении на колонну от силы , определяется по формуле

Т=74,79 (кН)

5. Ветровую нагрузку принимаем линейно распределенной по высоте крайних колонн, сосредоточенную силу от ветровой нагрузки – приложенной в уровне ригеля

На основании полученных значений внешних воздействий производим определение внутренних усилий в элементах поперечной рамы, для следующих загружений:

1. постоянная нагрузка;

2. снеговая нагрузка;

3. вертикальная крановая нагрузка (от двух кранов) на левую колонну крайнего ряда;

4. вертикальная крановая нагрузка (от двух кранов) на колонну среднего ряда;

5. вертикальная крановая, от четырёх кранов, на колонну среднего ряда;

6. тормозная крановая на левую колонну крайнего ряда;

7. то же на колонну среднего ряда;

8. ветровая слева;

9. ветровая справа.

Результаты статического расчёта для элементов поперечной рамы представлены в таблице № 3.


4. Расчёт и конструирование крайней колонны


4.1 Характеристики бетона и арматуры


Для изготовления колонны применяется тяжёлый бетон класса В20, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении. Данный бетон имеет следующие характеристики прочности и деформативности: при коэффициенте условий работы γb2 = 1: Rb = 11,5 МПа; Rbt = 0,90 МПа; Eb = 24·10і МПа.

В качестве продольной арматуры колонны принимаем арматуру класса А-III, d>10мм, имеющую следующие характеристики Rs = Rsc =365 МПа; Es = 2·105 МПа, поперечную арматуру принимаем класса А-I.


4.2 Расчёт прочности надкрановой части колонны


Размеры прямоугольного сечения: b = 380 мм; h = h2 = 600 мм; для продольной арматуры принимаем а = а' = 40 мм, тогда рабочая высота сечения


h0 = h – а = 600 – 40 = 560 мм.


Рассматриваем сечение 1-0 на уровне верха консоли, в котором действуют три комбинации расчётных усилий, приведённые в таблице. Так как в статическом расчёте рамы-блока по крайним рядам принимались по одной колонне, то для подбора арматуры расчётные усилия остаются те же (табл.№6).


Комбинации усилий для надкрановой части колонны Таблица №6

Вид усилия Величины усилий в комбинациях

Mmax Mmin Nmax
M, кН·м 36,59 74,65 181,81
N, кН 892,83 643,51 892,83

Усилия от всех нагрузок без учёта крановых и ветровых (см. табл.№5):

M' = 24,8 кН·м; N' =920,53 кН.

Усилия от продолжительно действующих (постоянных) нагрузок:

Ml = 18,88 кН·м; Nl =643,51кН.

Расчёт прочности сечения колонны должен выполнятся на 4 комбинации усилий, а расчётное сечение симметричной арматуры должно приниматься наибольшим. В целях упрощения количества расчётов, расчет прочности сечения колонны можно производить по наиболее опасному сочетанию нагрузок. В данном случае расчет производим по первому сочетанию нагрузок (Mmax ).

Расчётное сопротивление Rb принимаем с коэффициентом γb2 = 1,1, т.к. в комбинации включены постоянная, снеговая, крановая и ветровая нагрузки.

Расчёт в плоскости изгиба

Расчётная длина надкрановой части колонны в плоскости изгиба по табл. XIII.1 [1]; при учёте крановых нагрузок l0 = 2H2; без учёта крановых нагрузок l0=2,5H2. В данном случае l0 =2·5,7 =11,4 м.

Определяем гибкость надкрановой части колонны по формуле:


λ=l0/i, (3.2.1)


где i – радиус инерции сечения, м;


Так как минимальная гибкость в плоскости изгиба λ=l0/i =1140/17,32 =48,5>14, то необходимо учитывать влияние прогиба колонны на её несущую способность.

Случайные эксцентриситеты:


еа1 = l0/600 = 11,4/600 = 0,019 м = 19 мм;

ea2 = h/30 = 0,6/30 = 0,02 = 20 мм;


Эксцентриситет приложения нагрузки е0 = |M|/N =3659/892,83 = 4,1см <еа2= =20 мм, следовательно случайный эксцентриситет не учитываем.

Находим условную критическую силу Ncr и коэффициент увеличения начального эксцентриситета η.


, (IV.19[1])


где


δ = е0/h = 4,1/600 = 0,007< δе,


min = 0,5 – 0,01· l0/h – 0,01· Rb γb2 =0,5-0,14- 0,01∙11,5∙1,1 =0,234. Принимаем δ= 0,234.

I –момент инерции бетонного сечения, м4;

Is – приведённый момент инерции сечения арматуры, вычисляемый относительно центра тяжести бетонного сечения, и определяемый по формуле (3.2.3),м4;


, (3.2.2)

, (3.2.3)


μ – коэффициент армирования, в первом приближении задаёмся равным 0,01;

а=а/ =4см – расстояние от наружной грани до центра тяжести арматуры;


α =Es/Eb =200/24 =8,33


φl – коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии, определяемый по формуле:


φl=1 + β∙Ml/M, (IV.20[1] )


M и Мl – моменты, определяемые относительно оси, параллельной границе сжатой зоны, проходящей через центр растянутой или менее сжатой (при полностью сжатом сечении) арматуры, соответственно от совместного действия всех нагрузок и от постоянной и длительной нагрузки;

β – коэффициент принимаемый согласно табл. IV.2[1], принимаем β=1.

Моменты М и МI одного знака, тогда коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки:


φl = 1 +