Файл: Расчёт и конструирование железобетонных конструкций одноэтажного промышленного здания.docx

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра «Проектирование зданий и сооружений»


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

‹‹Железобетонные конструкции II››.

Тема: «Расчёт и конструирование железобетонных конструкций одноэтажного промышленного здания».

Проверила: к.т.н., доцент

Бейсекеева С.З.
Выполнила: студент

Сейтмухамбетова А.С.
Группа:

РПЗС-32

Нyp-Султан 2021
Министерство образования и науки Республики Казахстан

РГП ПХВ ‹‹Евразийский Национальный университет им. Л.Н.Гумилева››

Факультет Архитектурно-строительный

Кафедра Проектирование зданий и сооружений
ЗАДАНИЕ

На выполнение курсовой работы

По дисциплине Железобетонные конструкции II

Для обучающихся по специальности 5В072900-Строительство

Тема курсовой работы: ‹‹Расчёт и конструирование железобетонных конструкций одноэтажного промышленного здания››.

Исходные данные

Здание отапливаемое, двухпролётное с пролетами

Шаг колонн

Длина температурного блока - 72 м.

Отметка низа стропильной конструкции - 12 м.

Отметка верха стакана фундамента

Грузоподъемность мостовых кранов

Подкрановый балки сборные железобетонные высотой

Район строительства г. Алматы.

Снеговая нагрузка для IV-го географического района, ветровая – для I-го района, местность открытая.

Расчетное сопротивление грунта 0,3 МПа.

Наружные стены панельные, навесные, опирающиеся на опорные столики колонны.

В состав курсовой работы входят пояснительные записка с расчетами, схемами и обоснованием принятых конструктивных решений, объемом 20 – 30 страниц и альбом рабочих чертежей конструкций. Оформление курсовой работы выполняется с учетом требований ЕСКД и СПДС.

Пояснительная записка выполняется на писчей бумаге формата А4 с помощью стандартных программ Microsoft Office: Word. Excel. Состав пояснительной записки: компоновка балочной клетки, расчет настила и прокатных балок, расчет и конструирование главной балки и колонны.

Графическая часть выполняется в виде альбома рабочих чертежей конструкций на листах формата А3 с помощью стандартных графических комплексов: AutoCAD, Компас, Allplan. Состав графической части проекта: чертежи стадии КМ: монтажная схема и разрезы рабочей площадки, основные узлы и стыки элементов, ведомость элементов и условные обозначения; чертежи стадии КМД: рабочие чертежи вспомогательной балки и балки настила, отправочной марки главной балки и колонны, спецификация металла, ведомость отправочных элементов и заводских сварных швов.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................4

1. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАМЫ – БЛОКА

1.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ...............................................................................5

1.2. КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ..................................................5

1.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА РАМУ – БЛОК…………………..........8

1.4. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАМЫ – БЛОК……………………………..14

1.5. СОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ СОЧЕТАНИЙ УСИЛИЙ……………28

2. КОЛОННЫ

2.1. РАСЧЕТ СПЛОШНОЙ КОЛОННЫ РЯДА А…………………………..33

2.1.1. ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ…………………………...33

2.1.2. РАСЧЕТ НАДКРАНОВОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ……………….33

2.1.3. РАСЧЕТ ПОДКРАНОВОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ……………….36

2.1.4. РАСЧЕТ КРАНОВОЙ КОНСОЛИ……………………………….39

2.1.5. ПРОВЕРКА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ И ПРОЧНОСТИ КОЛОННЫ В СТАДИЯХ ПОДЪЕМА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И МОНТАЖА………………………………………………………………42

3. ФУНДАМЕНТЫ

3.1. КРАТКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПОД КОЛОННЫ………………………………………...45

3.2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТА ПОД КОЛОННУ РЯДА А………………………………………………………………………...46

3.2.1. ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ…………………………...46

3.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА И КРАЕВЫХ ДАВЛЕНИЙ………………………………………………...47

3.2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНФИГУРАЦИИ ФУНДАМЕНТА И ПРОВЕРКА НИЖНЕЙ СТУПЕНИ……………………………………..49

3.2.4. ПОДБОР АРМАТУРЫ ПОДОШВЫ……………………………..52

3.2.5. РАСЧЕТ ПОДКОЛОННИКА И ЕГО СТАКАННОЙ ЧАСТИ….54

4. СТРОПИЛЬНЫЕ И ПОДСТРОПИЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

4.1 РАСЧЕТ ФЕРМЫ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПОЯСАМИ...........................59

ПРИЛОЖЕНИЕ…………………………………………………………………….71

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………………...74

ВВЕДЕНИЕ
Конструкции промышленных зданий, как и гражданских, состоят из отдельных элементов, связанных в единую систему. Отдельные элементы зданий - плиты и балки перекрытий, колонны, стены и др. - должны обладать прочностью и устойчивостью, достаточной жесткостью, трещиностойкостью и участвовать в общей работе здания. При загружении одного из элементов здания в работу включаются и другие элементы, происходит работа пространственной системы. Здание в целом должно надежно сопротивляться деформированию в горизонтальном направлении под влиянием различных нагрузок и воздействий, т.е. должно обладать достаточной пространственной жесткостью.

Конструктивные схемы зданий, удовлетворяющие изложенным требованиям, могут быть каркасным и панельными (бескаркасными), многоэтажными и одноэтажными. Каркас одноэтажного здания образуют колонны, заделанные в фундамент, и ригели, шарнирно или жестко соединенные с колоннами.

Каркас многоэтажного здания образуют основные вертикальные и горизонтальные элементы - колонны и ригели.

Целью данной курсовой работы является запроектировать в сборном железобетоне основные несущие конструкции одноэтажного каркасного производственного здания с мостовыми кранами.
1. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАМЫ – БЛОКА
1.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Здание отапливаемое, двухпролётное с пролетами Шаг колонн , длина температурного блока 72 м. Отметка низа стропильной конструкции 12 м, отметка верха стакана фундамента Грузоподъемность мостовых кранов Подкрановый балки сборные железобетонные высотой Наружные стены панельные, навесные, опирающиеся на опорные столики колонны. Район строительства г. Алматы. Снеговая нагрузка для IV-го географического района, ветровая – для I-го района, местность открытая. Расчетное сопротивление грунта 0,3 МПа.
1.2. КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ
В качестве основных несущих конструкции покрытия принимаем фермы с параллельными поясами пролетом и подстропильные фермы пролётом Плиты покрытия предварительно напряженные железобетонные ребристые размером 3х6 м. Крайние колонны проектируют сплошными; средние колонны - двухветвевыми. Привязка координационных осей крайних рядов колонн «нулевая», а привязка осей крановых путей (рис. 1.1.).

Длину надкрановой части колонн и подкрановой частей колонн определим исходя из:

• 
  Отметки низа стропильной конструкции, равной 12 м;
  
• 
  Габаритных размеров крана по высоте
  
• 
  Зазора между нижним поясом фермы и краном
  
• 
  Высота кранового рельса
  
• 
  Высота подкрановой балки
  
• 
  Отметка обреза фундамента .
  

Длина надкрановой части колонн:

Длина подкрановой части колонн: Общая длина колонны:

Отметка головки подкранового рельса:
Высота поперечного сечения надкрановой части колонн крайних рядов при «нулевой» привязке:

где – расстояние от оси кранового рельса до края моста крана (прил. I).

Высота сечения подкрановой части:

принимаю ширину сечения равной 600 мм.

Рис. 1.1. Поперечный разрез и фрагмент плана

Рис. 1.2. Узлы рамы

Рис. 1.3. Разрез стены
1.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА РАМУ – БЛОК

• 
  Постоянные нагрузки. Распределённые по поверхности нагрузки от веса покрытия приведены в табл. 1.1. Все расчётные нагрузки определены с коэффициентом надёжности по назначению здания
  

Нагрузки от покрытия собираем с грузовых площадей, равных: 9×9 м для колонны по ряду А, (18+18) / 2×12 = 18×12 м для средней, и 9×12 м - для крайней по ряду В. Нагрузки от массы подкрановых балок, крановых путей, стеновых панелей, от ветра собираем с полосы 12 м, равной по ширине раме-блоку.


Таблица 1.1

Постоянные нагрузки на покрытие

Элементы покрытия	Нагрузка, Па
	Нормативная	Расчетная
		При	При
Водоизоляционный ковер (три слоя рубероида на мастике) Асфальтовая стяжка ( ) Минераловатый плитный утеплитель ( ) Пароизоляция – два слоя пергамина на мастике Ребристая плита покрытия 3х12 м с учётом заливки швов	90 360 600 48 2050	86 342 570 46 1948	111 445 741 60 2143		1,3 1,3 1,3 1,3 1,1
Итого	3148	2992	3500		-

Места приложения сосредоточенных сил устанавливаем по конструктивным решениям узлов (рис. 1.2).

Массы основных несущих конструкций по прил. II:

• 
  ферма с параллельными поясами L = 18 м: масса 9,1 т, вес 89,2 кН;
  
• 
  подстропильная ферма L = 12 м: масса 11,3 т, вес 114,8 кН.
  

Расчетные нагрузки при на стойки рамы-блока и эксцентриситеты их приложения:

1. На две колонны по ряду А:

• 
  от веса покрытия и ферм L = 18:
  

, (6)
эксцентриситет нагрузки относительно геометрической оси надкрановой части колонны:
(7)

• 
  от веса надкрановой части двух колонн:
  

, (8)
эксцентриситет нагрузки относительно геометрической оси подкрановой части колонны:

(9)

• 
  от веса подкрановой части двух колонн:
  

; (10)

• 
  от стеновых панелей толщиной 300мм ( = 2,5 ):
  

, (11)
эксцентриситет нагрузки относительно геометрической оси подкрановой части колонны:
(12)

• 
  от веса подкрановых балок и кранового пути:
  

; (13)
эксцентриситет нагрузки относительно оси подкрановой части колонны:
(14)
2. На колонну по ряду Б:

• 
  от веса покрытия на ферм:
  

; (15)

• 
  от веса подстропильной фермы:
  

; (16)

• 
  от веса надкрановой части (без учёта опорного участка подстропильных ферм = 700 мм):
  

; (17)

• 
  от веса подкрановой части при числе отверстий n= 4:
  

(18)

• 
  от веса двух подкрановых балок и крановых путей:
  

(19)
эксцентриситет приложения нагрузки от подкрановой балки:

• 
  Снеговая нагрузка. При расчете поперечной рамы принимаем снеговую нагрузку равномерно распределенной во всех пролетах здания (коэффициент ). Нормативное значение веса снегового покрова на 1 горизонтальной проекции покрытия для III-го района , тогда нормативная нагрузка на 1 горизонтальной проекции покрытия:
  

кПа, (20)
коэффициент надежности по снеговой нагрузке = 1,4.

Расчетные (при = 1,4) снеговые нагрузки на колонны рамы блока:

По ряду А: (21)

По ряду Б: (22)

Эксцентриситеты приложения сил от снеговых нагрузок точно такие же, что и для продольных сил от веса покрытия.

Длительно действующую часть снеговой нагрузки отдельно не выделяем ввиду ее незначительной величины.

• 
  Ветровая нагрузка. Для І-го района скоростной напор ветра ; коэффициент надежности по нагрузке Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте здания.
  

На отм. 12,000 ; (23)

На отм. 13,800 .

Скоростной напор ветра:

На отм. 5,000 ; (k=0,75); (24)

На отм. 10,000 ; (k=1,0);

На отм. 12,000 ; (25)

На отм. 13,800 .

Переменный по высоте колонны скоростной напор заменяем по формуле равномерно распределенным, эквивалентным по моменту в заделке колонны:

Аэродинамические коэффициенты для вертикальных стен:

• 
  c=0,8 – с наветренной стороны;
  
• 
  c=0,6 – с заветренной.
  

Расчетная погонная нагрузка от ветра на две колонны крайнего ряда рамы-блоки до отметки 12,0 м:

• 
  с наветренной стороны:
  

• 
  с заветренной стороны:
  

Нагрузку от ветрового давления на надколонную часть здания (шатер покрытия) выше отметки 12,0 м приводим к сосредоточенной силе по формуле:

Сосредоточенная сила W условно считается приложенной на уровне верха колонны. На рис. 1.4. приведена расчетная схема поперечной рамы с указанием нагрузок, мест их приложения и эксцентриситетом.

Рис. 1.4. Расчетная схема поперечной рамы

• 
  Крановые нагрузки. В соответствии со стандартами на мостовые электрические краны принимаем нагрузки и габариты:
  

• 
  максимальное нормативное давление колеса:
  
• 
  общая масса крана:
  
• 
  масса тележки:
  
• 
  ширина крана:
  
• 
  база крана:
  

Минимальное давление колеса:

Нормативная тормозная сила от поперечного торможения крана, приходящаяся на одно колесо:

Расчётное максимальное вертикальное давление кранов на колонны определяем по линии влияния опорных реакций подкрановых балок. Рама -блок включает две колонны крайнего ряда – одну по центру блока и две колонны по границам блока, которые работают и на соседние блоки. Общая линия влияния состоит из трех, показанных пунктиром (рис. 1.5.); при суммировании ординат получим обычную линию влияния для шага колонн 12м.

Сумма ординат линий влияния:

Расчётное максимальное и минимальное давление от двух сближенных кранов в пролёте А-Б:

Рис. 1.5. Линии влияния опорных реакций подкрановых балок
Расчётная тормозная сила от двух кранов в пролёте А-Б:

Расчетное максимальное давление от 4-х кранов у средней колонны определяется точно так же, но с коэффициентом сочетаний .

Вертикальные нагрузки и от кранов приложены с теми же эксцентриситетами, что и постоянные нагрузки от подкрановых балок; горизонтальные тормозные силы Т приложены в уровне верха подкрановых балок на отметке 9,15 м.
1.4. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАМЫ – БЛОК

• 
  Вычисление геометрических характеристик сечений колонн. Моменты инерции сечений двух колонн ряда А или В:
  

• 
  надкрановой части:
  

• 
  подкрановой части:
  

Коэффициенты для вычисления реакций по формулам:

для сплошной колонны.

Моменты инерции в сечении двухветвевой колонны ряда Б:

• 
  надкрановой части:
  

• 
  подкрановой части:
  

где  расстояние между осями ветвей.

Коэффициенты для вычисления реакций по формулам:

где момент инерции сечения ветви колонны:

число панелей (отверстий) в подкрановой части двухветвевой колонны.

• 
  Определение реакции верха колонн рамы – блока от единичного смещения. Верхним концам колонны придаем горизонтальное смещение и определяем реакции в основной системе от этого смещения.
  

• 
  для двух колонн крайнего ряда А или В:
  

• 
  для средней колонны:
  

Суммарная реакция верха колонн:

• 
  Загружение рамы – блока постоянной нагрузкой. Определяем реакции колонн в основной системе.
  

1. Реакция двух колонн ряда А или B:

где ;

моменты в сечениях I-I и III-III от внецентренного приложения постоянной нагрузки.

2. Реакция средней колонны:

3. Суммарная реакция верха колонн в основной системе:

4. Перемещение верха колонн в заданной системе:

5. Упругие реакции верха колонн в заданной системе:

• 
  колонны ряда А или В:
  

• 
  колонны ряда Б:
  

6. Усилия в сечениях колонн:

• 
  в колонне ряда А или В:
  

Проверка:

• 
  в колонне по ряду Б:
  

• 
  Загружение снеговой нагрузкой.
  

1. Реакции верха колонны ряда А в основной системе:

где ;


2. Реакция верха колонны ряда Б:

3. Суммарная реакция в основной системе:

4. Перемещение верха колонн в заданной системе:

5. Упругие реакции верха колонн в заданной системе:

• 
  колонны ряда А или В:
  

• 
  колонны ряда Б:
  

6. Усилия в сечениях колонны:

• 
  в колонне ряда А или В:
  

Проверка:

• 
  в колонне ряда Б:
  

• 
  Загружение крановой нагрузкой.
  

Кран в пролете АБ

1. Давление на крайней колонне.

Вертикальное давление приложено с эксцентриситетом создавая момент Одновременно на средней колонне действует давление с эксцентриситетом создавая момент:

Реакция верха левой стойки рамы-блока в основной системе:

Реакция верха средней стойки рамы-блока в основной системе:

Суммарная реакция в основной системе:

Перемещение верха колонн в заданной системе:

где при шаге колонн 12 м.

Упругие реакции верха колонн в заданной системе:

• 
  колонны ряда А:
  

• 
  колонны ряда Б:
  

Усилия в сечениях колонн:

• 
  в колонне по ряду А:
  

Проверка:

• 
  в колонне по ряду Б:
  

Проверка:

2. Горизонтальная тормозная сила у ряда А:

Реакция верха колонны ряда А в основной системе:

реакции суммарная реакция перемещение:

Упругие реакции в заданной системе:

• 
  колонны ряда А:
  

• 
  колонны ряда Б:
  

• 
  колонны ряда В:
  

Усилия в сечениях:

• 
  в колонне по ряду А:
  

Проверка:

• 
  в колонне по ряду Б:
  

3. Давление на средней колонне:

Момент в узле средней колонны от вертикального давления крана:

Одновременно на крайней стойке действует давление:

создавая в узле стойки момент:

Реакция верха колонны ряда А в основной системе:

Реакция верха колонны ряда Б в основной системе:

Суммарная реакция в основной системе:

Перемещение верха колонн в заданной системе:


 

Упругие реакции верха колонны:

• 
  колонны ряда А:
  

• 
  колонны ряда Б:
  

Усилия в сечениях:

• 
  в колонне по ряду А:
  

Проверка:

• 
  в колонне по ряду Б:
  

Проверка:

4. Горизонтальная тормозная сила у ряда Б:

Реакция верха средней колонны в основной системе:

реакции суммарная реакция

Перемещение:

Упругие реакции в заданной системе:

• 
  колонн ряда А и В:
  

• 
  колонны ряда Б:
  

Усилия в сечениях:

• 
  в колонне по ряду А:
  

• 
  в колонне по ряду Б:
  

Кран в пролете БВ

Усилия в сечениях колонн при загружении крановой нагрузкой пролета БВ идентичен крану в пролете АБ.
Загружение средней колонны от 4-х кранов
Данное загружение предусмотрено для получения максимальной продольной силы в средней колонне, когда на неё действует слева и справа от двух кранов в каждом пролёте.

Вертикальное давление кранов принимаем с коэффициентом сочетаний

Узловой момент так как

На крайней колонне действует узловой момент:

А на правой крайней колонне момент:

Реакция верха колонн рамы-блока в основной системе:

• 
  по ряду А:
  

• 
  по ряду Б: так как
  
• 
  по ряду В:
  

Суммарная реакция в основной системе:

Следовательно, и перемещение колонн в заданной системе:

Упругие реакции верха колонн в заданной системе:

Усилия в сечениях колонн рамы-блока:

• 
  по ряда А:
  

Проверка:

• 
  по ряду Б:
  

• 
  Загружение ветровой нагрузкой.
  

1. Давление ветра слева направо. Реакции верха колонн рамы-блока в основной системе:

• 
  по ряду А:
  

• 
  по ряду Б:
  

• 
  по ряду В:
  

Суммарная реакция верха колонн в основной системе (с учётом реакции от сосредоточенной силы ):

Перемещение верха колонн рамы-блока в заданной системе:

Упругие реакции верха колонн рамы-блока в заданной системе:

• 
  по ряду А:
  

• 
  по ряду Б:
  

• 
  по ряду В:
  

Усилия в сечениях колонн рамы-блока:

• 
  по ряду А:
  

• 
  по ряду Б:
  

2. Давление ветра справа налево. При изменении направления ветра усилия в стойках рамы-блока будут обратно симметричны.
1.5. СОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ СОЧЕТАНИЙ УСИЛИЙ
Таблицы расчётных усилий M, N, Q в сечениях колонн рядов А и Б составляем по результатам статического расчёта рамы-блока. Рассматриваем три сечения по длине колонн: II-II - на уровне верха консоли; III-III - на уровне низа консоли; IV-IV - на уровне обреза фундамента.

Для каждого сечения определяем три комбинации расчётных усилий:

В таблицах 1.2-1.3 выделены варианты основного сочетания усилий с учётом влияния длительности действующих нагрузок на прочность бетона - сначала сочетания, включающие нагрузки непродолжительного действия (крановые и ветровые), а затем сочетания без крановых и ветровых нагрузок.

В сечении IV-IV в сочетание включены поперечные силы, необходимые при расчёте фундамента. С той же целью в этом сечении расчётные значения всех усилий даны при коэффициенте надёжности по нагрузке как так и