Разработка одноэтажного железобетонного каркасного производственного здания

Курсовой проект

Разработка одноэтажного железобетонного каркасного производственного здания

Исходные данные

• район строительства город Смоленск;

• габаритная схема здания С1-9-48

• длина пролета  9 м;

• длина здания ;

• шаг колонн  = 6 м ;

• отметка подошвы фундамента

• утеплитель:

высота слоя утеплителя

плотность утеплителя  ;

• расчетное давление на грунт 0,22 Мпа ;

• тип балок - балка двускатная;

• плиты покрытия ребристые 3х6;

• класс бетона:

плиты;

балки;

колонны;

фундамента;

• класс арматурной стали:

плиты;

балки;

колонны

фундамента;

монтажной, конструктивной ;

Монтажная схема здания

Габаритная схема здания С1-9-48;

.        Размеры здания в плане

;

2.        9 м;

3.       Высота здания  4,8м;

4.       Шаг колонн  = 6 м ;

5.       Количество продольных осей равно 2;

6.       Количество поперченных осей ;

Предварительное назначение размеров конструктивных элементов здания

Колонна

 ;

 ;

 ;

 ;

 ;

 ;

;

 ;

Плита покрытия

Размеры плиты покрытия 3 х 6м

 - нагрузка от утеплителя;

 - снеговая нагрузка;

 ;  ;

 ; ;

 ;;

 ,

;

;

Расчетное значение веса снегового покрова S_g на 1 м² горизонтальной поверхности земли принимаем в зависимости от снегового района Российской Федерации по данным табл. 4 СНиПа 2.01.07-85*.

 ;

 ;

;

Нормативная нагрузка от собственного веса плиты:

 ;

Толщину стяжки принимают в пределах . Примем =2 см. В зависимости от материала определяется:  .

Нормативная нагрузка стяжки на плиту покрытия:

;

По стяжке устраивают кровлю. В нашем варианте это будет 3 слоя рубероида на битумной мастике 3 слоя рубероида

Стены делаются из стеновых панелей. Выбираем значение ПСЯ=1,2х6,0х0,2  ;

По заданным и принятым размерам составляем схему поперечной рамы здания.

Определение усилий в несущих элементах здания

Снеговая нагрузка

 ;

 ;

 ;

 ;

 ;

Ветровая

 ,

- коэффициент, зависящий от высоты здания();

 ;

 =0,384  ;

 ;

  ;

Определение усилий конструкции на плиту покрытия

Нагрузки, действующие на балку покрытия

Нагрузки, действующие на раму

;

 ;

 ;

  ;

 ;

 ;

 ;

  ;

 ;

Усилия в элементах рамы

кНм ; кН ; кН;

кНм ; кН ; кН ;

кНм ; кН ; кН .

Балки покрытия

Балки покрытия применяются в зданиях промышленного, сельскохозяйственного, гидротехнического и природоохранного назначения при пролетах от 6 до 18 метров. При пролетах 24 метра и более обычно применяются фермы покрытия, обладающие лучшими технико-экономическими показателями. Балки изготавливают с параллельными поясами, одно- и двухскатные, со сплошной или сквозной стенкой. Сечение балок принимают прямоугольным, тавровым или двутавровым в зависимости от длины балки и вида армирования. Для балок таврового и двутаврового сечения на опорных участках предусматривается уширение. Уклон верхнего пояса принимается . Для изготовления балок покрытия применяется бетон класса B25-B60. При длине балок от 9до 18 метров применяется арматура: высококачественная стержневая (А600-А1000), проволочная () и канатная (). Балки перекрытия рассчитываются на равномерно распределенные нагрузки от собственного веса, веса кровли и снега. При наличии световых фонарей, подвесного транспортного оборудования, их вес учитывается как сосредоточенная нагрузка в наиболее невыгодном сочетании.

Предварительное назначение размеров балки

Поперечное сечение балки

Высота поперечного сечения изгибаемого элемента зависит от его длины, назначения воспринимаемых нагрузок, и назначается из условия обеспечения необходимой жесткости элемента.

Балки пролетом 9… 24 м применяют с напрягаемой арматурой. Они могут быть двутаврового сечения или решетчатыми.

В данном варианте балка будет с напрягаемой арматурой двутаврового сечения.

Для двускатной балки (рис 1) высоту сечения в пролете принимают:

,

 - пролет балки.

При назначении размеров поперечного сечения балок необходимо учитывают требования Единой модульной системы(ЕМС). В соответствии в этими требования высота балок назначается кратно 50 мм при  мм, а при  мм кратной 100 мм.

Принимаем высоту сечения балки в пролете ;

Высоту балки на опоре определяют в соответствии с уклоном пояса. По эксплуатационным условиям наиболее рациональным является уклон верхнего пояса  . Принимаем уклон . Высота сечения балки на опоре определяется из условия:

 ;

Однако, исходя из унификации стеновых плит, высота балки на опоре стандартизирована и принимается 60…90…120 см

Принимаем ;

В случае двутаврового сечения параметром «b» обозначается ширина стенки (или ребра) балки. Обычно ширина балки в этом случае принимается .

Принимаем ширину полки  

Балка - изгибаемый элемент. Полка тавра как правило располагается в сжатой зоне. В железобетонных конструкция сжатый пояс обозначается апострофом (‘). Ширину сжатой полки назначают из условий обеспечения жесткости сечения:

 ;

В то же время из условия опирания плит покрытия ширину полки принимают в пределах от 200 до 400 мм.

Принимаем ширину полки ;

С учетом условий работы сжатых свесов высота сжатой полки принимается:

 ;

 ;

В балках с предварительно напряженной арматуры для удобства расположения последней в растянутой зоне устраивается уширение и сечение приобретает вид двутавра. Толщина (ширина) стенки балки назначается главным образом из условия удобства размещения арматурных каркасов, укладки и уплотнения бетона в вертикальном положении. Размеры полки растянутой принимают:

;

из условий размещения предварительно напряженной арматуры.

Принимаем значения:

 ;

из условий размещения предварительно напряженной арматуры

Переход о полок к вертикальной стенке осуществляется посредством вутов с углом наклона плоскости близким к 45 . Обычно технологические скосы назначаютконструктивно в пределах 50 … 100 … 200 мм.

Принимаем значения:

В опорной части балок предусматриваются уширение сечения путем плавного увеличения толщины стенки. Бетонные уширения сечения предназначены для восприятия опорных реакций, обеспечения прочности и трещиностойкости наклонных сечений и передачи на балку усилия предварительного напряжения арматуры, при этом расчетное сечение остается двутавровым.

Расчетная длина балки

Пролет балки определяется объемно-планиовочным решением задания, зависящим от назначения объекта. Расчетная схема балок покрытия принимается, как правило, в виде свободно опертой балки на двух опорах. При этом расчетная длина (пролет) принимается с учетом деталей опирания балки на колонны. На рис. 3 показан расчетный узел опирания балки покрытия на крайнюю колонну, где :

 -технологический зазор, принимаемый 20 … 25 мм. Примем ;

 - реальная длина балки;

 - расчетная длина (пролет) балки;

 - высота сечения колонны, на которую опирается балка;

 - площадка опирания балки на колонну.

каркасный производственный здание железобетонный

Для однопролетных зданий расчетная длина балки определяется следующим образом:

 ;

 ;

;

 ;

Определение усилий в балке покрытия

Нагрузкой на балку покрытия является вес плит покрытия с кровле, собственный вес балки снеговая нагрузка. В качестве плит покрытия примем плиты ребристые, и нагрузка от них на балку передается в виде сосредоточенных сил. Однако при числе точек опирания  фактическую нагрузку от сосредоточенных сил заменяют на эквивалентную равномерно распределенную. При наличии в здании световых фонарей, подвесных кранов и подвесных грузов нагрузка от них учитывается как сосредоточенная.

Под действием нагрузки в балке возникают изгибающий момент и поперечная сила. Изгибающий момент определяет максимальные нормальные напряжения  в сечении, а поперченая сила- максимальные касательные напряжения . Значения нормальных напряжений зависит также от момента сопротивления сечения:

 .

В случае балок с параллельными поясами, т.е. . Тогда зона максимальных моментов  совпадает с зоной максимальных напряжений  . В этом случае опасным нормальным сечением балки будет сечение балки в середине пролета.

В балках двухскатных высота сечения пролета по длине растет от опорного участка с середине пролета, т.е. . В этом случае(рис 4) опасное нормальное сечение балки не совпадает с серединой пролета, его положение зависит от уклона верхнего пояса и находится на расстоянии  от опоры.

 ;

Величины моментов и поперечной силы определяются по выражениям для двухскатной балки:

 ;

 ;

 ;

  ;

 ;

 ;

;

 ;

 ,

 - поперечная сила в расчетном опорном сечении ;

 - суммарная расчетная постоянная нагрузка, действующая на балку покрытия;

 - расчетная временная длительно действующая нагрузка;

 - расчетная временная кратковременная нагрузка;

 - суммарная нормативная постоянно действующая нагрузка;

 - нормативная временная длительно действующая нагрузка;

 - нормативная временная кратковременная нагрузка

Расчет и конструирование железобетонной предварительно напряженной балки покрытия

Определение параметров расчетного сечения балки

В ходе расчета изгибаемого элемента возникает необходимость определения различных параметров и геометрических характеристик сечения. В целях упрощения расчетов для двутавровой балки принимаем форму и размеры поперечного сечения, приведенные на рис. 5

При этом в балке двускатной ширина и высота сжатой и растянутой полок остается постоянной, а общая высота сечения изменяется от высоты на опоре  до высоты в пролете за счет изменения высоты стенки (ребра) балки. В этом случае расчетная высота нормального сечения балки  определяется из условия:

 ;

.

 ;

Назначение величины предварительного напряжения арматуры

Предварительное напряжение арматуры применяют для повышения трещеностойксти, жесткости и, как следствие, экономичности конструкции. напрягают только высокопрочную арматуру. Принимаемое значение должно соответствовать требованиям условий эксплуатации и быть экономически оправданным.

Предварительные напряжения арматуры  принимают не более  для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры (стержневая арматура класса А) и не более  для холоднодеформированной арматуры (проволочная арматура класса ) и арматурных каркасов (арматура класса К). Поскольку различные факторы могут привести к потерям предварительного напряжения и тем самым существенно снизить его влияние на работу конструкции на стадии эксплуатации, минимальное значение величины предварительного напряжения для всех классов арматуры принимается не менее  , где  - нормальное значение сопротивленияарматуры напряжению. Таким образом, первоначально величину предворительного напряжения арматуры принимают

 ;

 ;

 .

Определение значения граничной относительной высоты сжатой зоны

Расчет прочности нормальных сечений производится в зависимости от соотношения между значение относительной высоты сжатой зоны бутона  и ее граничным значением  , где  - выота сжатой зоны бетона; - рабочая высота сечения, т.е. расстояние от центра тяжести растянутой рабочей продольной арматуры до крайнего сжатого волокна.

В соответствии с СП 52-102-2004 значение граничной относительной высоты сжатой зоны определяется:

 ,

 - значение высоты сжатой зоны бетона, при которой предельное состояние элемента наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре напряжения, равного расчетному сопротивлению арматуры растяжению  ;

 - относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных расчетному значению сопротивления бетона осевому сжатию , принимаемая равной 0,0035;

 - относительная деформация арматуры растянутой зоны. вызванная внешенй нагрузкой при достижении в арматуре напряжения, равного  . Относительная деформация арматуры определяется по выражению

 ,

 - модуль упругости арматуры;

 - предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь и коэффициентом натяжения арматуры =0,9;

значение 400 принимается в МПа.

Для арматуры  расчетное сопротивление арматуры по продольному растяжению при расчте по предельному состоянию I группы будет равно .

Величина потерь предварительного напряжения зависти от количества принятой рабочей продольной арматуры. Так как первоначально количество рабочей продольной арматуры неизвестно, то предварительно принимаем  ;

предварительное напряжение арматуры с учетом всех потерь.

 ;

Соотношение между относительной высотой сжатой зоны и ее граничным значением определяет случай разрушения изгибаемого элемента по нормальному сечению. При  разрушение происходит по I случаю разрушения, т.е. плавно. При  - имеет место хрупкое разрушение, т.е. II случай разрушения. Для изгибаемых элементов рекомендовано за расчетный случай принимать I случай разрушения.

Расчет прочности балки по нормальным сечениям.

Предварительно напряженные балки покрытия таврового сечения рассчитываются по прочности нормальных сечений в зависимости от случая разрушения и с учетом положения сжатой зоны. В зависимости от действующих усилий сжатая зона бетона может находиться целиком в пределах сжатой полки ( - 1 случай работы таврового сечения) или выходить в ребро ( - 2 случай работы таврвого сечения). Тавровое сечение работает по 1 случаю, если выполняется условие:

.

Условия прочности нормальных сечений предварительно напряженной тавровой балки покрытия, работающей по I случаю работы таврового сечения балки в области I случая разрушения имеет вид:

 ;

 ;

 , где

 - коэффициент условий работы бетона, учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки;

 - коэффицент условий работы предварительно напряженной арматуры.

Поскольку в представленных условиях прочности количество неизвестных параметров превышает количество независимых уравнений, в ходе расчета рядом неизвестных параметров задаются из конструктивных соображений.

Определение требуемого количества рабочей продольной арматуры

Предварительно назначение рабочей высоты сечения.

Рабочая высота сечения определяется как расстояние от центра тяжести рабочей продольной арматуры растянутой зоны до крайнего сжатого волокна сечения:

 ,

 - положение центра тяжести продольной арматуры.

Так как количество арматуры первоначально не известно, из условия размещения арматуры предварительно принимаем:

 ;

м;

Принимаем .

Определение высоты сжатой зоны и проверка случая работы таврового сечения.

Предположим I случай работы таврового сечения.

Находим высоту сжатой зоны:

 ;

В случае если , необходимо, либо изменить предварительно принятую высоту сжатой полки, либо рассчитать сечение по 2 случаю работы таврового сечения с использованием уравнений прочности для этого случая.

Для бетона В45 расчетное сопротивление бетона на сжатие при расчете по предельным состояниям первой группы       ;

;

I случай работы таврового сечения.

Проверка случая разрушения сечения

Случай разрушения проверяем по выражению . Если относительная высота сжатой зоны оказывается больше ее граничного значения, т.е. , то необходимо изменить размеры сечения, или применит двойное армирование балки.

1 случай разрушения

Определение необходимого количества рабочей продольной арматуры

Из уравнения  находим требуемое количество арматуры растянутой зоны:

 ,

Далее по сортаменту принимаем расчетное количество арматуры, площадью не менее требуемой. При выборе числа стержней необходимо соблюдение симметрии сечения относительно вертикальной оси.

3x14==1,287*3=3,861

Определение проектного положения рабочей продольной арматуры