Каркас однопролетного промышленного здания

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Тверской государственный  технический университет

Кафедра конструкций и  сооружений

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине: «Железобетонные  и каменные конструкции»

«Каркас однопролетного промышленного  здания»

Вариант № 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

 студент группы ПГС  – 08.01.                                                                            

 Петушков А.В.

                                                       Принял: Баркая Т.Р.

 

 

 

 

 

 

Тверь 2012 г

Содержание.

Задание на проектирование………………………………………………………….…3

1. Компоновка поперечной и продольной рамы здания…………………………3
1. Назначение высоты здания………………………………………….….3
2. Определение вида и размера колонн…………………………………..3
2. Статический расчет элементов здания……………………………………….…6
1. Определение нагрузок на поперечную раму здания. Нагрузка на покрытие………………………………………………………………....6
2. Временные нагрузки на здание. Ветровая нагрузка…………………..6
3. Определение крановых нагрузок……………………………………….8
1. Вертикальные крановые нагрузки………………………………….8
2. Горизонтальные (тормозные) крановые нагрузки………………...9
3. Расчет железобетонной фермы………………………………………………......9
1. Расчет верхнего пояса…………………………………………………....9
2. Расчет нижнего пояса…………………………………………………...13
3. Расчет сжатой стойки…………………………………………………...19
4. Расчет узлов фермы……………………………………………………..25
1. Расчет опорного узла ……………………………………………….25
2. Расчет промежуточного узла фермы ………………………………29
5. Расчет фермы в стадии изготовления……………………………….....30
4. Расчет двухветвеной колонны…………………………………………………...31
1. Исходные данные для расчета…………………………………………..31
2. Расчет надкрановой ветви……………………………………………….32
1. Расчет надкрановой ветви в плоскости рамы……………………...32
2. Расчет надкрановой ветви из плоскости рамы…………………….35
3. Расчет подкрановой ветви……………………………………………....37
1. Расчет подкрановой ветви в плоскости рамы……………………..37
2. Расчет подкрановой ветви из плоскости рамы…………………….41
4. Расчет промежуточной распорки……………………………………....43
5. Расчет колонны на монтажные нагрузки………………………………45
5. Расчет фундамента стаканного типа для двухветвевой колонны……………..47
1. Определение нагрузок на фундамент…………………………………..47
2. Определение давления под подошвой фундамента…………………...49
3. Расчет плиты фундамента на продавливание колонной……………...49
4. Определение армирования подошвы фундамента…………………….50
5. Расчет подколонника………………………………………………….…51

Список литературы………………………………………………………………………52

Приложение………………………………………………………………………………53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание на проектирование.

1. Район строительства: город Мурманск.
2. Длина пролётов: L = 24 м.
3. Количество пролётов: n = 1
4. Длина здания l =84 м.
5. Шаг колонн в продольном направлении по средним рядам: l₁ = 12 м.
6. Шаг колонн в продольном направлении по крайним рядам: l₂ =12 м.
7. Отметка головки подкранового рельса, (не менее): (ГПР) = 13,95 м.
8. Грузоподъемность мостового крана, Q =20 т.
9. Тип ригеля: ФСБ
10. Бетон фермы класса В40
11. Бетон колонны класса В25
12. Бетон фундамента класса В15
13. Сопротивление грунта, R_о = 1,5 кгс/см².
14. Ряд расчетной колонны и фундамента – крайняя.
15. Класс продольной арматуры (кроме преднапряженной) – А400.
16. Класс преднапряженной арматуры фермы – К1400(К7)

 

1.Компановка поперечной  и продольной рамы здания

1.1.Определение  высоты здания

Длина надкрановой части крайней колонны:

H₂ = h_кp + h_p + h_пб + Δ = 2,4 + 0,12 + 1,4 + 0,1 = 4,02 м.

Для подкрановых балок  l= 12 м:  h _пб = 1400мм.

Длина подкрановой части:

H₁ = ГПР - h_p - h_пб  = 13,95 – 0,12  – 1,4 = 12,43 м.

Общая длина колонны:

Н ≥ Н₁ + Н₂ = 12,43 + 4,02 = 16,45 м.

Принимаем высоту здания согласно модулю Н_зд = 16,8м.

Высота колонны Н = 18 100мм.

1.2. Определение вида и размеров колонны

Тип колонны:

Сквозная (двухветвевая) колонна

Размеры колонны: Н = 18100мм, Н₂ =4100мм_, h₂ = 600мм,b = 500мм, h_b = 200мм, d = 1400  мм.

Основными несущими элементами каркаса здания являются колонны, ригеля, фундаменты, подкрановые балки и  плиты перекрытия, образующие жёсткий  диск, который объединяет все элементы каркаса в единую, совместно деформирующуюся  систему. Совместная работа элементов  каркаса обеспечивается также системой горизонтальных и вертикальных связей. С целью уменьшения температурных  деформаций всё здание разделяется  поперечными швами на отдельные  температурные блоки. При большой  ширине здания устраиваются также продольные температурные швы.

В данном курсовом проекте  размеры температурного блока заданы -60 м, поэтому необходимо решить вопросы  привязки колонн к продольным и поперечным осям в пределах этого температурного блока и с помощью рационально  размещённых связей обеспечить его  пространственную устойчивость.

       Привязка  колонн к координатным осям  определяется следующими соображениями.  Оси колонн смещаются относительно  поперечных осей у торцов температурного  блока внутрь на 500 мм и совмещаются с поперечными промежуточными осями, а наружные грани двухветвевых колонн, расположенных с шагом 6м при высоте здания до 18 м, совмещаются с наружными гранями колонн.

 Система вертикальных  и горизонтальных связей предназначена  обеспечить жёсткость покрытия  в целом, придать устойчивость  сжатым поясам ригелей поперечных  рам, воспринять ветровые нагрузки, действующие на торец здания  и передать тормозные усилия  от мостовых кранов на все элементы каркаса.

 Для предупреждения деформаций от действия горизонтальных нагрузок в продольном направлении в крайних пролётах блока между колоннами устанавливают по высоте ригелей вертикальные связевые фермы, связанные между собой по верху колонн железобетонными или стальными распорками, но так как в данном случае высота ригеля на опоре менее 800 мм, то по верху устанавливают только распорки.

Для восприятия тормозных  крановых усилий в продольном направлении  примерно посередине температурного блока  устанавливают вертикальные портальные связи.

В торцах блока с целью  увеличения сопротивления изгибу колонн от ветровой нагрузки устанавливают  горизонтальные связи в виде крестовых  решёток, которые образуют ветровые фермы из стальных уголков по нижним поясам ферм.

Привязка колонн крайних рядов 250 мм, когда наружные грани колонн и внутренние поверхности стен смещаются с продольных осей на 250мм наружу – в зданиях, оборудованными мостовыми кранами грузоподъёмностью до 50т, при шаге колонн 12 м и высоте здания более 16,2м

Габариты крана     Тип рельса КР-70

Грузоподъёмность крана Q = 20/5т.  Высота рельса, hp = 120 мм.

Пролёт крана, Lк = 22,5 м.    Ширина головки = 70мм.

Ширина моста = 6,3 м.    Ширина подошвы = 120 мм.

База крана = 4,4 м.     Площадь сечения = 67,3

Высота крана, Н = 2,4 м.    Момент инерции Jx =1081,99

Зазор, В = 0,26 м.     Момент инерции Jy = 327,16

Давление колеса =220 кН.    Масса 1 п.м. = 52,8 кг.

Масса тележки = 8,5 т.

Масса крана с тележкой = 36т.

 

 

 

Рис 1. Габариты колонн крайнего ряда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Статический  расчет элементов здания.

2.1. Определение  нагрузок на поперечную раму  здания.

Нагрузка на покрытие.

№ п.п.	Наименование нагрузки	qн кН/м2.	γf	q кН/м2.
А 1. 2. 3.   4. 5. 6.	Постоянная. Гидроизоляционный ковер 2-х  слойный Цементно-песчаная стяжка 30 мм. Утеплитель ρ=4 кН/м2. V снеговой район толщиной 200 мм. Пароизоляция. Цементно-песчаная стяжка 50 мм. Ребристая плита перекрытия (3х12)	0,7 0,45 0,8   0,05 0,75 1,67	1,3 1,3 1,3   1,3 1,3 1,1	0,91 0,585 1,04   0,065 0,975 1,837
	Итого на ферму без учета  собственного веса фермы	4,42		5,412
Б	Снеговая  В том числе длительная	2,29 1,145	1,4	3,2 1,6
	Итого полная нагрузка на ферму В том числе длительная	6,71 5,565		8,612 7,012

Узловая нагрузка на ферму.

а) Постоянная.

Р_n =g_n∙l₂∙d =4,42∙12∙3=159,12 кН.

Где d – ширина панели ФСБ s =3м

Р =g∙l₂∙d =5,412∙12∙3=194,83 кН.

б) Снеговая нагрузка.

Р_сн,n = 2,29∙12∙3=82,44 кН.

Р_сн,n,l = 1,145∙12∙3=41,22 кН.

Р_сн = 3,2∙12∙3=115,2 кН.

Р_сн,l = 1,6∙12∙3=57,6 кН.

2.2. Временные нагрузки на здание.

Ветровая нагрузка.

Принимаем местность В. Статическую  составляющую ветрового давления определяем по карте ветрового давления в зависимости от заданного района. Мурманск находится а VI ветровом районе, по СНиП 2.01.07-85*.

Нормативное значение средней  составляющей ветровой нагрузки w на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле:

 

где  w₀ – нормативное значение ветрового давления, составляющее согласно табл. 5 [3] для VI -го ветрового района 73 кгс/м²;

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте и определяемый согласно табл. 6 [3]:

на высоте ≤ 5 м – 0,5;

на высоте ≤ 10 м – 0,65;

на высоте ≤ 20 м – 0,85;

на высоте 16,8 м – 0,786 (значение определено по линейной интерполяции).

с – аэродинамический коэффициент, составляющий, согласно обязательному приложению 5 [3], для вертикальных и отклоняющихся от вертикальных не более чем на 15° поверхностей:

-с наветренной стороны  0,8;

-с подветренной – 0,6.

Итак, нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки с наветренной  и подветренной стороны на высоте

5 м над поверхностью  земли:

 

 

На высоте 10 м: 

 

На высоте 16,8 м

 

 

Постоим эпюру фактического давления.

 

Рис. 2. Эпюра фактического давления ветра.

Для упрощения расчетов распределенная по нелинейному закону ветровая нагрузка заменяется эквивалентной, нормативная  интенсивность которой определяется по формуле:

,

где  M_act – изгибающий момент от действия фактической ветровой нагрузки.

Найдем эквивалентную  нагрузку и эквивалентный момент.

Определим величины моментов от давления ветра с наветренной M_act и подветренной M'_act стороны:

 

 

 

 

Эквивалентная нагрузка.

 

 

Находим равномерно распределенную нагрузку.

 

 

 

 

Сосредоточенная сила, действующая  на верх колонн.

 

 

 

3. Крановая нагрузка.
1. Вертикальные крановые нагрузки.

Определяем минимальное  и максимальное усилия на колонну  крайнего ряда.

Q = 200 кН, Р_max = 220 кН, G_тел = 85 кН, G_кр = 360 кН

 

Рис. 3. Схема к определению нагрузки от мостовых кранов.

 

у₂ = 0,842;   у₃ = 0,475;   у₄ = 0,633.

 

Загружаем линии влияния.

Определяем Р_min.

2∙Р_max + 2∙ Р_min = Q + G_кр

 

Максимальное и минимальное  нормативное значение реакции подкрановой  балки можно определить по формуле:

 

где  P_max и P_min – соответственно максимальное и минимальное нормативное давление колеса крана на рельс, кН;

y_i – ордината на линии влияния под i-тым колесом крана.

 

 

 

 

 

 

2. Горизонтальная крановая нагрузка.