Многоэтажное производственное здание

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительных конструкций

Курсовой проект

по теме:

МНОГОЭТАЖНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ЗДАНИЕ

Выполнил: студент группы ПГС - 43

Арсенов Н.В.

Проверил: ассистент каф. СК

Смирнов А.Ю.

Пермь 2010

Содержание

Исходные данные для проектирования

1 Компоновка конструктивной схемы здания

1.1 Выбор несущих конструкций каркаса

1.2 Мероприятия по обеспечению жесткости и устойчивости каркаса

2 Статический расчет поперечной рамы

2.1 Назначение размеров элементов рамы и определение нагрузок, действующих на раму

2.1.1 Назначение предварительных размеров элементов рамы

2.1.2 Сбор нагрузок на перекрытие и покрытие

2.1.3 Уточнение размеров элементов рамы

2.1.4 Определение жесткостей элементов рамы

2.2 Расчетная схема и статический расчет поперечной рамы

2.3 Перераспределение усилий, построение огибающих эпюр

2.4 Вычисление продольных сил в колоннах первого этажа

3 Проектирование панели перекрытия

3.1 Назначение размеров и выбор материалов. Сбор нагрузок на продольные ребра. Расчетная схема. Определение усилий

3.2 Расчет панели на прочность по нормальному сечению

3.3 Вычисление геометрических характеристик приведенного сечения

3.4 Определение потерь предварительного напряжения и усилия обжатия

3.5 Расчет панели на прочность по наклонному сечению

3.6 Расчет панели по второй группе предельных состояний

3.7 Расчет полки панели

4 Проектирование ригеля

4.1 Расчет прочности ригеля по нормальному сечению

4.2 Расчет прочности ригеля по наклонному сечению

4.3 Построение эпюры материалов

4.3.1 Определение мест фактического обрыва нижних стержней

4.3.2 Определение мест фактического обрыва верхних стержней

5 Проектирование колонны

5.1 Расчет колонны на устойчивость и прочность

5.2 Расчет консоли колонны

5.3 Расчет стыка ригеля с колонной

6 Проектирование монолитного перекрытия

6.1 Компоновка конструктивной схемы монолитного перекрытия

6.2 Расчет и конструирование монолитной плиты

6.2.1 Определение шага второстепенных балок

6.2.2 Выбор материалов

6.2.3 Расчет и армирование плиты

6.3. Расчет по прочности второстепенной балки

6.3.1 Назначение размеров второстепенной балки и статический расчет

6.3.2 Расчет прочности второстепенных балок по нормальному сечению

6.3.3 Расчет прочности второстепенных балок по наклонному сечению

Библиографический список

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Номер зачетной книжки тАУ 06076.

Шифр № 276.

Количество этажей тАУ n_эт=6.

Высота этажа тАУ h_эт=3.3 м.

Количество пролетов тАУ N=3 шт.

Район строительства тАУ город Иваново.

Пролет здания L=6.4 м.

Шаг колонн здания B=5.8 м.

Нормативная временная нагрузка на междуэтажное перекрытие Р=14 кН/м².

Условное расчетное сопротивление основания R₀=0.27 МПа.

1 Компоновка конструктивной схемы здания

1.1 Выбор несущих конструкций каркаса

Каркас проектируемого здания сборный железобетонный и состоит из колонн и ригелей, образующих многоэтажные поперечные рамы с жесткими узлами. Конструктивными элементами здания являются также панели перекрытий, соединяющие рамы в единую пространственную систему, стеновое ограждение (стеновые панели и панели остекления) и фундаменты.

Колонны высотой на два этажа с явновидимыми консолями для опирания ригелей. Привязка колонн: средних тАУ осевая (разбивочные оси совмещаются с геометрическими осями колонн), крайних тАУ нулевая (разбивочные оси совмещаются наружными гранями колонн).

Ригели пролётом 6.4 м с предварительным напряжением с полками для опирания плит.

Наружные стены тАУ навесные. Высота керамзитобетонных стеновых панелей (плотность керамзитобетона тАУ 1000 кг/м³) тАУ 0,9; 1,2; 1,8 м, толщина тАУ 300 мм, высота панелей остекления тАУ 1,2 м.

1.2 Мероприятия по обеспечению жесткости и устойчивости каркаса

Каркас здания рамно-связевой

Поперечная жесткость здания обеспечивается работой многоэтажных поперечных рам: колоннами, жестко заделанными в стаканы фундаментов и жестким сопряжением колонн с ригелями.

Продольная жесткость здания обеспечивается работой металлических связей, установленных на каждом этаже в середине температурного блока в каждом продольном ряду колонн, а так же плитами перекрытия, играющими роль связевых, устанавливаемых в уровне каждого этажа вдоль продольных рядов колонн.

Рис. 1.1. Маркировочная схема каркаса на отметке 3.3 м.

Рис. 1.2. Разрез 1-1.

2 Статический расчет поперечной рамы

2.1 Назначение размеров элементов рамы и определение нагрузок, действующих на раму

2.1.1 Назначение предварительных размеров элементов рамы

Поперечное сечение ригеля тавровое с полкой внизу (Рис. 2.1.).

Предварительная высота ригеля: h_р^предв=(1/10тАж1/8)*l=(1/10тАж1/8)*6.4=(0.64тАж0.8) м, примем с учетом требования унификации h_р^предв=0.7 м.

Предварительная ширина ригеля: b_р^предв=(0.3тАж0.5)*h_р^предв=(0.3тАж0.5)*0.7=(0.21тАж0.35), примем с учетом требования унификации b_р^предв=0.3 м.

Рис. 2.1. Предварительное поперечное сечение ригеля.

Предварительно сечение колонны примем размером 400*400 мм.

2.1.2 Сбор нагрузок на перекрытие и покрытие

Нагрузка на ригель рамы принимается равномерно распределенной, т.к. количество сосредоточенных сил в пролете больше трех.

Вычисление нагрузок от покрытия и перекрытия с учетом коэффициента надежности по назначению здания γ_n=0.95 приведено в таблице 1.

Таблица 1.

Вычисление нагрузок от покрытия и перекрытия

№п/п	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м²	Коэффициент надежности по нагрузке, γ_f	Расчетная нагрузка, кН/м²
1	2	3	4	5
	ПОКРЫТИЕ
I	ПОСТОЯННАЯ (g^пок)
1	Два слоя линокрома ТУ 5774-002-13157915-98 10 кг/м² 109,810,95/1000	0.093	1.3	0.121
2	Цементо-песчанная стяжка ρ=1800 кг/м³, δ=20 мм 18000,029,81*0,95/1000	0.336	1.3	0.436
3	Пенополистирол ГОСТ 15588-86 ρ=50 кг/м³, δ=100 мм 500,19,81*0,95/1000	0.047	1.3	0.061
4	Рубероид 1 слой ГОСТ 10923-93 5 кг/м² 59,810,95/1000	0.047	1.3	0.061
5	Цементо-песчанная стяжка ρ=1800 кг/м³, δ=20 мм 18000,029,81*0,95/1000	0.336	1.3	0.436
6	Железобетонная панель покрытия высотой 400 мм.	2.75	1.1	3.025
	ИТОГО: åg^пок=g₁+g₂+g₃+g₄+g₅+g₆	3.607		4.140
II	ВРЕМЕННАЯ (V^пок)
	Снеговая (V^пок)	2.28В·0,7=1.596	1/0,7=1,428	2.4В·0,95=2.28
	ПОЛНАЯ: g^пок=åg^пок+V^пок	5.203		6.420
	ПЕРЕКРЫТИЕ
I	ПОСТОЯННАЯ (g^пер)
1	Керамические плитки ρ=1800 кг/м³, δ=13 мм 18000.0139,81*0.95/1000	0.218	1.1	0.240
2	Слой цементного раствора ρ=1800 кг/м³, δ=20 мм 18000.029,81*0.95/1000	0.336	1.3	0.436
3	Выравнивающий слой из бетона ρ=2200 кг/м³, δ=20 мм 22000.029,81*0.95/1000	0.410	1.3	0.533
4	Железобетонная панель перекрытия высотой 400 мм.	2.75	1.1	3.025
	ИТОГО: åg^пер=g₁+g₂+g₃+g₄	3.714		4.234
II	ВРЕМЕННАЯ (V^пер)
1	Полезная (V₁) а) кратковременная б) длительная	14 7 7	1.2 1.05	8.4 7.35
2	Перегородки (V₂)	0.5	1.1	0.55
	ИТОГО: åV^пер=V₁+V₂	14.5		16.3
	ПОЛНАЯ: g^пер=åg^пер+åV^пер	18.214		20.534

Вычисляем расчетные нагрузки на 1 погонный метр ригеля:

1) ригель покрытия:

а) постоянная:

- от кровли и плит:

P₁^пок=Σg^пок*B=4.140*5.8=24.010 кН/м,

-от массы ригеля:

P₂^пок=S_сеч*ρ*9.81*γ_f *γ_n/1000=0.286*2500*9.81*1.1*0.95/1000=7.330 кН/м.

ИТОГО:

P_g^пок=P₁^пок+P₂^пок=24.010+7.330=31.340 кН/м.

б) временная (снеговая):

P₃^пок=V^пок*B=2.28*5.8=13.224 кН/м,

P_3,дл^пок=0,5*P₃^пок=0,5*13.224=6.612 кН/м,

P_3,кр^пок=(1-0,5)*P₃^пок=(1-0,5)*13.224=6.612 кН/м,

Полная погонная расчетная нагрузка на ригель покрытия:

P^пок=P_g^пок+P₃^пок=31.340+13.224=44.564 кН/м.

2) ригель перекрытия:

а) постоянная:

- от пола и панелей: P₁^пер=Σg^пер*B=4.234*5.8=24.558 кН/м,

- от массы ригеля: P₂^пер=P₂^пок=7.330 кН/м,

ИТОГО: P_g^пер=P₁^пок+P₂^пок=24.558+7.330=31.8876 кН/м.

б) временная:

- от перегородок: P₃^пер=V₂*B=0.55*5.8=3.19 кН/м,

- полезная: P₄^пер=V₁*B=(8.4+7.35)*5.8=91.35 кН/м,

P_V_,дл^пер=P₃^пер+0.5*P₄^пер=3.19+0.5*91.35=48.865 кН/м,

P_V_,кр^пер=(1-0,5)*P₄^пер=(1-0,5)*91.35=45.675 кН/м.

ИТОГО: P_V^пер=P₃^пер+P₄^пер=3.19+91.35=94.5400 кН/м.

Полная погонная расчетная нагрузка на ригель перекрытия:

P^пер=P_g^пер+P_V^пер=31.8876+94.5400=126.428 кН/м.

2.1.3 Уточнение размеров элементов рамы

1. Определение размеров сечения ригеля.

Для уточнения предварительно принятых размеров сечения ригеля вычисляется требуемая высота на основании упрощенного расчета. Опорный момент приближенно принимаем равным: М=(0,6тАж0,7)*М₀, где М₀=Р^пер*L²/8тАУизгибающий момент в ригеле, вычисленный как для однопролетной балки.

М₀=126.428*6.4²/8=647.309 кН*м.

М=0,7*647.309=453.117 кН*м.

Примем бетон ригеля марки B25, с расчетным сопротивлением сжатию: R_b=14.5 МПа, тогда рабочая высота ригеля:

h₀==(453.117/(0.2888*14.5*0.3*1000))^0,5=0.6006 м=60.06 см,

где А₀^опт=ξ^опт*(1-0,5*ξ^опт)=0.35*(1-0,5*0.35)=0.2888 м².

Высота ригеля: h_р=h₀+a_s=60.06+7=67.06 см.

Принимаем ригель высотой h_р=70 см и шириной b_р=30 см из бетона класса B25 (Рис. 2.2.)

Рис. 2.2. Поперечное сечение ригеля.

2. Определение размеров сечения колонн.

Нагрузка на среднюю и крайнюю колонны нижнего этажа:

N_ср=P^пок*L+P^пер*L*(n_эт-1)=44.564*6.4+126.428*6.4*(6-1)=4330.891 кН;

N_кр=N_ср/2=4330.891/2=2165.445 кН.

Примем бетон средней колонны марки B30, с расчетным сопротивлением сжатию R_b=17 МПа, крайней тАУ B30 (R_b=17 МПа) тогда требуемая площадь сечения средней и крайней колонн нижнего этажа:

А_ср^тр=(1,1тАж1,5)*N_ср/(γ_b₂*R_b)=1.1*4330.891/0.9*17=3113.712 см²;

А_кр^тр=(1,1тАж1,5)*N_кр/(γ_b₂*R_b)=1.1*2165.445*10/0.9*17=1556.856 см².

Задаемся шириной колонны b_col=40 см, тогда требуемая высота сечения колонн нижнего этажа:

h_{ср сol}^тр=А_ср^тр/b_col=3113.712/40=77.84 см;

h_{кр сol}^тр=А_кр^тр/b_col=1556.856/40=38.92 см.

Учитывая, что кроме бетона нагрузку воспринимает арматура, примем следующие сечения колонн:

- средних тАУ b_ср_col*h_{ср сol}=400*600 мм из бетона класса B30.

- крайних тАУ b_кр_col*h_{кр сol}=400*400 мм из бетона класса B30.

Расчетные пролеты ригелей (расстояния между осями колонн):

- в крайних пролетах l₀₁=L-h_{кр сol}/2=6400-400/2=6200 мм;

- в средних пролетах l₀₂=L=6400 мм.

2.1.4 Определение жесткостей элементов рамы

Длину стоек, вводимых в расчет, принимаем равной высоте этажа h_эт=3.3 м.

Средняя расчетная длина ригелей:

l₀=(l₀₁+l₀₂)/2=(6200+6400)/2=6300 мм=6.3 м.

Расстояние от центра тяжести сечения до нижней грани сечения ригеля:

y=S/A_p=0.090/0.286=0.3147 м,

где A_p=b_p*h_p=0.3*0.7=0.286 м².

S=b_p*h_p²/2+2*0,02*h_пл*0,5*(h_p-h_пл+h_пл/3)+2*0,17*0,1*(h_p-h_пл-0,05)+2*0,17*(h_p-h_пл-0,1)²*0,5*2/3=0.3*0.7²/2+2*0,02*0.4*0,5*(0.7-0.4+0.4/3)+2*0,17*0,1*(0.7-0.4-0,05)+2*0,17*(0.7-0.4-0,1)²*0,5*2/3=0.090 м³ тАУ

статический момент относительно нижней грани сечения.

Определим жесткости ригеля (1), средних стоек (2) и крайних стоек (3), а также их соотношения.

1) Момент инерции сечения ригеля относительно центра тяжести:

I_p=b_p*h_p³/12+b_p*h_p*(h_p/2-y)²=0.3*0.7³/12+0.3*0.7*(0.7/2-0.3147)²=0.00884 м⁴.

Погонная жесткость ригеля (ригель из бетона класса B25, бетон подвергнут тепловой обработке, E_b=27000 МПа):

i_p=E_b*I_p/l₀=27*10³*0.00884/6.3=37872 кН*м.

2) Момент инерции сечения средней стойки:

I^ср_s3=b^ср_col*h^ср_col³/12=0.4*0.6³/12=0.0072 м⁴.

Погонная жесткость средних стоек (колонна из бетона класса B30, бетон подвергнут тепловой обработке E_b=29000 МПа):

i_3s=iтАЩ_3s=E_b*I^ср_s3/h_эт=29000*10³*0.0072/3.3=63273 кН*м.

Соотношение жесткостей:

η₃=(i₃_s+1,5*iтАЩ₃_s)/i_p=(63273+1,5*63273)/37872=4.177.

3) Момент инерции сечения крайней стойки:

I^кр_s4=b^кр_col*h^кр_col³/12=0.4*0.4³/12=0.00213 м⁴.

Погонная жесткость крайних стоек (колонна из бетона класса B30, бетон подвергнут тепловой обработке E_b=29000 МПа):

i_4s=iтАЩ_4s=E_b*I^кр_s4/h_эт=29000*10³*0.00213/3.3=18747 кН*м.

Соотношение жесткостей:

η₄=(i₄_s+1,5*iтАЩ₄_s)/i_p=(18747+1,5*18747)/37872=1.238.

2.2 Расчетная схема и статический расчет поперечной рамы

Расчетная схема поперечной рамы изображена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Расчетная схема поперечной рамы.

Статический расчет поперечной рамы проведем в программе RAMA2. Исходные данные для выполнения расчета сведены в таблицу 2.

Таблица 2.

Исходные данные для программы RAMA2.

Величина	l₀₁	l₀₂	P_g^пер	P_V^пер	η₃	η₄
Обозначение в программе	L01	L02	Pgпер	Pvпер	K1	K2
Значение	6.2000	6.4000	30,6830	94.5400	4.1770	1.2380

Вместе с этим смотрят:

Авангардизм як явище архiтектури ХХ столiття

Автоматическая автозаправочная станция на 250 заправок в сутки

Амурський мiст

Анализ деятельности строительного предприятия "Луна-Ра-строй"

Анализ проектных решений 20-ти квартирного жилого дома