Проектирование элементов железобетонного каркаса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сургутский политехнический институт

Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

“Сургутский государственный университет”

Специальность: Промышленное и гражданское строительство

Факультет: очная форма обучения

Кафедра: Строительные технологии и конструкции

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту №1 по дисциплине:

“Железобетонные и каменные конструкции”

на тему: “Проектирование элементов железобетонного каркаса”

Выполнил:

студ. Гр. ПГС-10.01

Плешков В.А.

Принял:

доц. каф. СТиК

Емельянова Т.А.

Сургут 2013



СОДЕРЖАНИЕ

1. Расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания

1.1 Конструктивная и расчетная схема рамы здания

1.2 Определение нагрузок на раму

1.3 Статический расчет рамы

1.4 Составление таблицы расчетных усилий



1. РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ОДНОЭТАЖНОГОПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

1.1 Конструктивная и расчетная схема рамы здания

Конструктивная схема здания состоит из железобетонной сегментной фермы пролетом 20,1 м с преднапряженными нижним растянутым поясом и колоннами. Крайние колонны проектируются сплошными, прямоугольного сечения, средние назначаются сквозными двухветвевыми. Привязка крайних колонн к разбивочным осям при шаге колонн 12 м равна 250 мм. Подкрановая балка преднапряженная железобетонная, высотой 1,4 м.

Высота верхней части колонны от низа фермы до консоли Н_в устанавливается в зависимости от габаритов мостового крана и высоты подкрановой балки:

(1.1)

Высота нижней части крайней и средней колонн (от подкрановой консоли до обреза фундамента) равна:

(1.2)

Высоту нижней части принимаем кратной 600 мм.

Расчетная длина крайней и средней колонн равна:

(1.3)

Соединение фермы покрытия с колоннами выполняется на сварке закладных деталей и в расчетной схеме считается шарнирным; соединение колонн с фундаментами считается жестким.

На рис. 1 представлена расчетная схема одноэтажного промышленного здания.

Рис. 1. Расчётная схема промздания

1.2 Определение нагрузок на раму

а) постоянная нагрузка

Подсчет нагрузок на 1 м² покрытия сводим в таблицу:

Таблица 1. Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² покрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке гf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Ж/бетонные плиты покрытия	1,92	1,1	2,15
Обмазочная пароизоляция битумом	0,05	1,2	0,06
Утеплитель (керамзит) 0,1х400	0,40	1,2	0,48
Асфальтовая стяжка h=2 см	0,35	1,2	0,42
Рулонный ковер из 3-х слоев	0,15	1,2	0,18
Итого	2,90		3,30

Расчетное опорное давление фермы:

от веса покрытия при шаге рам 12 м:

от веса фермы при шаге рам 12 м:

от веса фермы фонаря при шаге рам 12 м:

от веса остекления и бортов фонаря при шаге рам 12 м:

Итого:

53,4 т=534 кН.

Расчетная продольная сила от покрытия:

в крайней колонне

N_п= 53,4т =534 кН,

в средней колонне

N_п=2?53,4=106,8т= 1068 кН.

Расчетная нагрузка на крайнюю колонну от веса стеновых панелей и заполнения оконных проемов:

б) снеговая нагрузка

Вес снегового покрова по СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»[1] для заданного 3 -го района (г. Рязань) определяется по формуле:

(1.4)

S_g - вес снегового покрова на 1м² покрытия горизонтальной поверхности земли принимается по таблице 10.1 СНиП 2.01.07-85* [1]S_g = 1,8 кПа

м - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузки на покрытие (из СП 20.13330.2011приложение Г [2])

Рис. 2. Определение коэффициента м по двум типам нагружения

(1.5)

с_е- коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов.

(1.6)

Где b- шаг колонн, V-скорость ветра (принимается 2 м/с), к=1,15 - табличный коэффициент, учитывающий высоту здания.

Подставим полученные значения в формулу (1.4):

Расчетная продольная сила от снега:

на крайнюю колонну:

на среднюю колонну:

в) нагрузка от мостовых кранов

Вес поднимаемого груза по заданию

Q=20т=200кН.

Пролет крана

20,1-1,5= 18,6 м.

По ГОСТу 3332-54 [3] находим общий вес крана: G_к= 360 кН, вес тележки G_т=85 кН и нормативное максимальное давление одного колеса P^н_max =220 кН.

Расчетное максимальное давление одного колеса при г_f= 1,2:

(1.7)

Расчетное минимальное давление одного колеса:

(1.8)

Расчетная поперечная тормозная сила на одно колесо:

(1.9)

Определяем расчетную нагрузку на колонну от двух сближенных кранов. Расстояние между колесами моста кранового пути К=4,4 м, ширина моста В=6,3 м, минимальное расстояние между колесами двух сближенных кранов

6,3-4,4=1,9 м.

Рис. 3. Определение нагрузки на колонну от 2-х кранов

Определяем сумму координат линии влияния подкрановой балки под колесами кранов:

?у=0,63+1+0,84+0,48=2,95.

Максимальное давление на колонну от двух сближенных кранов с учётом веса подкрановой балки 107 кН и веса кранового рельса 0,90 кН/м будет равно:

(1.10)

Минимальное давление на колонну:

(1.11)

Тормозное давление на колонну:

(1.12)

г) ветровая нагрузка

Нормированное значение средней составляющей нагрузки ветра по СНиП 2.01.07-85*[1] для заданного V-го района (г. Рязань) определяется по формуле:

(1.13)

Где W₀ =0,6кПа скоростной напор ветра для заданного района,

к=1 (высота до 10 м); 1,15(выше 10 м) - табличный коэффициент, учитывающий высоту здания

с - аэродинамический коэффициент для наружных стен и наружных поверхностей остекления фонарей:

с наветренной стороны с=+0,8,

с заветренной стороны с=-0,6,

то же, для внутренних поверхностей остекления фонарей:

с наветренной стороны с=-0,5,

с заветренной стороны с=-0,6.

Для высоты здания до 10 м, согласно формуле (1.13):

Для высоты здания свыше 10 м, согласно формуле (1.13):

Расчетная ветровая нагрузка на 1 м² поверхности при г_f=1,2:

Рис. 4. Определение ветровой нагрузки на здание

Расчетная ветровая нагрузка на колонны поперечной рамы при шаге колонн 12 м принимается равномерно-распределенной до отметки 10 м:

(1.14)

(1.15)

Ветровая нагрузка, действующая на здание выше верха колонн, принимается в виде сосредоточенной силы, приложенной на уровне верха колонн:

(1.16)

1.3 Статический расчет рамы

Перед расчетом рамы предварительно назначим размеры сечения колонн и определим их жесткости. Для крайней колонны принимаем сечение в надкрановой части: bxhв=50x60 см, в подкрановой части bxhн=50х80 см (рис. 5а). Для средней двухветвевой колонны в надкрановой части назначаем из условия опирания на колонну двух ферм сечение bxhв=60x60 см, в подкрановой части - две ветви bxhс=60x30 см; а общая высота сечения (с учетом двух ветвей) hн=140 см (рис. 5б).

Рис. 5. Размеры сечения колонн в разных уровнях

Вычисление моментов инерции сечений колонн.

1) надкрановая часть первой колонны:

2) подкрановая часть крайней колонны:

3) надкрановая часть средней колонны:

4) подкрановая часть средней колонны:

5) ветвь средней колонны:

Вычисление относительных жесткостей колонн рамы.

1) надкрановая часть крайней колонны:

2) подкрановая часть крайней колонны:

3) надкрановая часть средней колонны:

4) подкрановая часть средней колонны:

5) ветвь средней колонны:

а) единичное перемещение основной системы

Расчет рамы выполняется методом перемещений:

,

где неизвестным является - горизонтальное перемещение верха колонн. Основная система содержит горизонтальную связь, препятствующую этому перемещению. Подвергаем основную систему единичному перемещению (рис.6) и вычисляем реакции верхнего конца сплошной и двухветвевой колонн .



Рис. 6. Основная схема рамы по методу перемещений

Для сплошной крайней колонны:

(1.17)

(1.18)

(1.19)

Для средней двухветвевой колонны при числе панелей n=4:

(1.20)

(1.21)

(1.22)

(1.23)

Находим суммарную реакцию верха колонн:

б) загружение постоянной нагрузкой

Продольная сила от веса покрытия N_П=534 кН на крайней колонне действует с эксцентриситетом в верхней части

,

и тем самым вызывает момент:

(рис. 7)

В подкрановой части крайней колонны вследствие изменения высоты колонны эксцентриситет составит

,

при этом продольная сила вызывает момент

(момент, действующий по часовой стрелке, берется со знаком «+», а момент противоположного направления - со знаком «-»). Вычисляем реакции верхнего конца крайней левой колонны в основной системе:

(1.24)

Реакция правой колонны В=4,61кН - равна по величине реакции левой колонны, но противоположна по знаку. Реакцию, направленную вправо, считаем положительной. Средняя колонна загружена центрально и для нее В=0. Суммарная реакция связей в основной системе:

Тогда из канонического уравнения

следует, что

Затем определяем упругую реакцию для левой колонны:

Изгибающие моменты в сечениях левой колонны будут равны:

Рис. 7. Эпюра М от веса покрытия

Продольные силы крайней колонны:

от веса надкрановой части

от веса подкрановой части:

от веса стеновых панелей и остекления N_ст=230 кН, тогда

Продольные силы средней колонны:

От веса надкрановой части

от веса подкрановой части:

в) загружение снеговой нагрузкой

Продольная сила на крайней колонне действует с таким же эксцентриситетом, как при постоянной нагрузке (рис. 8):

(1.25)

(1.26)

Поэтому изгибающие моменты в крайней колонне от снеговой нагрузки получим путем умножения соответствующих изгибающих моментов от постоянной нагрузки на коэффициент, равный отношению продольных сил, т.е.

рама здание сечение колонна

(1.27)

Рис. 8. Эпюра М от снеговой нагрузки

Продольная сила от снега для крайней колонны Nc=436,57 кН, а для средней колонны Nc=873,14 кН.

г) загружение крановой нагрузкой М_max крайней колонны

На крайней колонне сила D_мах=908,4 кН приложена с эксцентриситетом

(1.28)

Момент в консоли крайней колонны:

(1.29)

Реакция крайней левой колонны:

(1.30)

Одновременно на средней колонне действует сила D_min=342 кН с эксцентриситетом

- при этом возникает момент:

(1.31)

Реакция средней колонны:

(1.32)

Суммарная реакция в основной системе:

С учетом пространственной работы каркаса при крановой нагрузке каноническое уравнение имеет вид:

где спр=3,4 при шаге рам 12 м.

Отсюда:

Упругая реакция крайней левой колонны:

Изгибающие моменты в левой колонне:

Упругая реакция средней колонны:

Изгибающие моменты в средней колонне:

Упругая реакция крайней правой колонны:

Изгибающие моменты в правой колонне:

Рис. 9. Эпюра М от крановой нагрузки М_max на крайней колонне

д) загружение крановой нагрузкой М_max средней колонны

На средней колонне эксцентриситет продольной силы e₁=0,75м.

Момент в консоли средней колонны (рис. 10):

(1.33)

Реакция средней колонны:

(1.34)

Одновременно на левой колонне действует сила D_min=342 кН с эксцентриситетом e₁=0,6м. и тогда момент в консоли левой крайней колонны:

(1.35)

Реакция левой колонны:

(1.36)

Суммарная реакция в основной системе:

С учетом пространственной работы:

Упругая реакция крайней левой колонны:

Изгибающие моменты в крайней левой колонне:

Упругая реакция средней колонны:

Изгибающие моменты в средней колонне:

Упругая реакция крайней правой колонны:

Изгибающие моменты в правой колонне:

Рис. 10. Эпюра М от крановой нагрузки М_max на средней колонне

е) загружение тормозной силой Т крайней колонны

Вычисляем реакцию крайней колонны:

(1.37)

При этом

r_1p=В= -14,4 кН,

с учетом пространственной работы:

Упругая реакция крайней левой колонны:

Изгибающие моменты в крайней левой колонне:

Упругая реакция средней колонны:

Изгибающие моменты в средней колонне:

Упругая реакция крайней правой колонны:

Изгибающие моменты в правой колонне:

Рис. 11. Эпюра М от Т на крайней колонне

ж) загружение тормозной силой Т средней колонны

Находим реакцию средней колонны:

(1.38)

При этом

r_1p=В=-13,77 кН,

с учетом пространственной работы:

Упругая реакция средней колонны:

Изгибающие моменты в средней колонне:

Поперечная сила:

Упругие реакции левой и правой колонн:

Изгибающие моменты в левой и правой колоннах одинаковы:



Рис. 12. Эпюра М от Т на средней колонне

з) загружение ветровой нагрузкой

При действии ветровой нагрузки qа=6,96 кН/м слева реакция крайней левой колонны составит:

(1.39)

Реакция крайней правой колонны от нагрузки qn=5,16 кН/м равна:

Реакция связи от сосредоточенной силы W=93,23 кН равна: В=-93,23 кН. Суммарная реакция в основной системе

Из канонического уравнения

,

находим:

Упругая реакция левой колонны:

Изгибающие моменты в левой колонне:

Упругая реакция средней колонны:

Изгибающие моменты в средней колонне:

Упругая реакция правой колонны:

Изгибающие моменты в правой колонне:

Рис. 13. Эпюра М от ветровой нагрузки

1.4 Составление таблицы расчетных усилий

На основании выполненного расчета составляется таблица усилий M, Q, N в 4-х сечениях по длине колонн: 0-0 - у верха колонны, 1-1 - непосредственно над крановой консолью, 2-2 - непосредственно под крановой консолью, 3-3 - у верха фундамента.

Усилиями в левой колонне от крановой нагрузки в правом пролете ввиду малости пренебрегаем. В каждом сечении колонны определим три комбинации усилий: Mmax и соответствующая N; Mmin и соответствующая N; Nmax и соответствующий М. Кроме того, для сечений двухветвевой колонны во всех комбинациях находим соответствующую силу Q.

При составлении таблицы расчетных усилий согласно СНиП 2.01.07-85*[1] рассматриваются основные сочетания, включающие постоянные, длительные нагрузки и одну из кратковременных нагрузок без снижения. Кроме того, еще рассматриваются основные сочетания, включающие постоянные, длительные и две или более кратковременные нагрузки; при этом усилия от кратковременных нагрузок умножаются на коэффициент сочетаний n_С=0,9.

Таблица 2. Комбинация нагрузок и расчётные усилия в сечениях колонн поперечной рамы

№ п/п	Вид нагрузки	Сечение крайней колонны
		0-0	1-1	2-2	3-3
		М, кНм	N, кН	М, кНм	N, кН	М, кНм	N, кН	М, кНм	N, кН
1.	Постоянная	66,75	567	48,31	567	-5,09	567	-35,52	895,98
2.	Снеговая	54,57	436,57	39,61	436,57	-4,17	436,57	-29,13	436,57
3.	Крановая (Mmax, на левой колонне)	-	-	-235,84	-	309,2	908,4	-79,94	908,4
4.	Крановая (Mmax, на средней колонне)	-	-	-95,92	-	109,28	342	-48,99	342
5.	Крановая (Т, на левой колонне)	-	-	±54	-	±54	-	±22,43	-
6.	Крановая (Т, на средней колонне)	-	-	±3,6	-	±3,6	-	±9,54	-
7.	Ветровая слева	-	-	232,4	-	232,4	-	859,32	-
8.	Ветровая справа	-	-	-49,16	-	-49,16	-	-326,16	-
	Основные сочетания, включающие одну кратковременную нагрузку (nc=1)	Mmax	1+2	1+7	1+3+5	1+7
			121,32	1003,57	280,71	567	358,11	1475,4	823,8	895
		Mmin	-	1+3+5	1+8	1+8
			-	-	-241,53	567	-54,25	567	-361,68	895
		Nmax	1+2	1+2	1+3+5	1+3+5
			121,32	1003,57	87,92	1003,57	358,11	1475,4	-93,03	1804,38
	Основные сочетания, включающие две или более кратковременных нагрузок (nc=0,9)	Mmax	1+2	1+2+7	1+2+3+5+7	1+7
			109,19	903,21	288,29	903,21	527,71	1720,77	741,42	806,38
		Mmin	-	1+3+5+8	1+8	1+2+3+5+8
			-	-	-261,621	510,3	-48,83	510,3	-403,49	2016,86
		Nmax	1+2	1+2	1+3+5+2	1+2+3+5
			109,19	903,21	79,13	903,21	318,55	1720,77	-109,94	2016,86
№ п/п	Вид нагрузки	Сечение средней колонны
		0-0	1-1	2-2	3-3
		М, кНм	N, кН	Q, кН	М, кНм	N, кН	Q, кН	М, кНм	N, кН	Q, кН	М, кНм	N, кН	Q, кН
1.	Постоянная	-	1107,5	-	-	1107,5	-	-	1107,5	-	-	1222,5	-
2.	Снеговая	-	873,14	-	-	873,14	-	-	873,14	-	-	873,14	-
3.	Крановая (Mmax, на левой колонне)	-	-	21,37	85,48	-	21,37	-171,02	342	21,37	-29,98	342	21,37
4.	Крановая (Mmax, на средней колонне)	-	-	34,86	34,86	-	34,86	-541,86	908,4	34,86	1050,8	908,4	34,86
5.	Крановая (Т, на левой колонне)	-	-	±2,23	±8,92	-	±2,23	±8,92	-	±2,23	±23,64	-	±2,23
6.	Крановая (Т, на средней колонне)	-	-	±11,64	±46,56	-	±11,64	±46,56	-	±11,64	±42,15	-	±11,64
7.	Ветровая слева	-	-	23,21	192,52	-	23,21	192,52	-	23,21	510,18	-	23,21
8.	Ветровая справа	-	-	-23,21	-192,52	-	-23,21	-192,52	-	-23,21	-510,18	-	-23,21
	Основные сочетания, включающие одну кратковременную нагрузку(nc=1)	Mmax	-	1+7	1+7	1+7
			-	-	-	192,52	1107,5	23,21	192,52	1107,5	23,21	510,18	1222,5	23,21
		Mmin	-	1+8	1+4+6	1+8
			-	-	-	-192,52	1107,5	-23,21	-495,3	2015,9	46,5	-510,18	1222,5	-23,21
		Nmax	1+2	1+2	1+2	1+2
			-	1980,6	-	-	1980,6	-	-	1980,6	-	-	2130,9	-
	Основные сочетания, включающие две или более кратковременных нагрузок (nc=0,9)	Mmax	-	1+4+6+7	1+7	1+3+5+7
			-	-	-	246,55	996,75	62,74	173,27	1279,6	20,89	453,46	307,8	46,81
		Mmin	-	1+8	1+4+6+8	1+4+6+8
			-	-	-	-173,27	996,75	-20,89	-687,82	1814,3	20,96	-476,1	1917,8	0,009
		Nmax	1+2	1+2	1+2+4+6	1+2+4+6+7
			-	1782,6	-	-	1782,6	-	±445,8	2600,1	±41,85	±1603,1	2703,6	±62,74

Размещено на Allbest.ru

...