Проектирование конструкций одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами. Проектирование конструкций одноэтажного промышленного здания. Курсовой проект 2 Пояснительная записка и расчеты Проектирование конструкций одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами
 Скачать 403.5 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное общеобразовательное учреждение высшего образования Воронежский государственный технический университет Кафедра строительных конструкций, оснований и фундаментов КУРСОВОЙ ПРОЕКТ № 2 Пояснительная записка и расчеты «Проектирование конструкций одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами» Выполнил: студент гр. зБПГС-171 Цыплаков И.В. Принял: Соколов О.О. Воронеж - 2021 г. Содержание Введение Исходные данные для проектирования 1. Компоновка каркаса ОПЗ 2. Сбор нагрузок на поперечную раму 3. Статический расчет поперечной рамы при действии различных комбинаций нагрузок 4. Расчет и конструирование крайней колонны 5. Расчет и конструирование сегментной фермы 6. Расчет и конструирование плиты покрытия по двум группам предельных состояний 7. Расчет и конструирование монолитного фундамента под колонну Список используемой литературы Введение Бетон, как показывают испытания, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению. Железобетонные конструкции являются базой современной строительной индустрии. Их применяют: в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве - для зданий различного назначения. Такое широкое распространение в строительстве железобетон получил вследствие многих его положительных свойств: долговечности, огнестойкости, стойкости против атмосферных воздействий, высокой сопротивляемости статическим и динамическим нагрузкам, малых эксплуатационных расходов на содержание зданий и сооружений и др. Для металлургической, машиностроительной, легкой и других отраслей промышленности возводят одноэтажные каркасные здания. Конструктивной и технологической особенностью таких зданий является оборудование их транспортными средствами – мостовыми и подвесными кранами. Мостовые краны перемещаются по путям, опертым на колонны; подвесные краны перемещаются по путям, подвешенным к элементам покрытия. Покрытие одноэтажного производственного здания может быть балочным из линейных элементов или пространственным в виде оболочек. Пространственная жесткость и устойчивость одноэтажного каркасного здания достигаются защемлением колонн в фундаментах. В поперечном направлении пространственная жесткость здания обеспечивается поперечными рамами, образованными теми же колоннами, элементами покрытия, подкрановыми балками и вертикальными связями. Система связей работает совместно с основными элементами каркаса. /1/ Исходные данные для проектирования Требуется рассчитать конструкции одноэтажного отапливаемого производственного здания с пролетом 24 м. Эксплуатационная нагрузка от мостовых электрических кранов общего назначения грузоподъемностью 10т для среднего режима работы (в соответствии с ГОСТ 24378-80Е). Эксплуатационные условия нормальные. Фундаменты на естественном основании должны быть монолитными или сборно-монолитными. Все конструкции здания – сборные железобетонные. Бетон: для фундаментов и колонн - тяжелый, соответственно В20 и В25, для плиты В30, стропильной конструкции (фермы) В35. 1. Компоновка каркаса одноэтажного промышленного здания. Пространственная жесткость и устойчивость ОПЗ обеспечивается защемлением колонн в фундаментах, элементами покрытия и связями. Колонны со свободно опирающимися на них несущими конструкциями покрытия образуют рамы поперечника здания. В продольном направлении, также рассматривают рамы поперечника здания, состоящие из колонн, подкрановых балок и плит покрытия. Лучшие технико-экономические показатели по стоимости и трудоемкости получаются для сборных одноэтажных каркасных зданий с продольным шагом колонн 12м без устройства подстропильных конструкций в покрытиях. Для одноэтажных зданий каркасного типа, отличающихся большими пролетами (18…30м и более) важное значение имеет рациональный выбор типа конструкции покрытия, стоимость которого составляет значительную часть (30…50%) полной стоимости здания. В учебных целях, прежде всего, изучается обычная плоскостная конструкция, состоящая из крупных плит покрытия 12х3 м и поддерживающих их балок, ферм или арок (в нашем случае сегментная ферма 24м). При пролете здания 24м больше подходит несущая конструкция в виде фермы. Эффективность несущих конструкций покрытий значительно повышается с уменьшением их собственного веса за счет использования легких бетонов на пористых заполнителях и высокопрочной предварительно напряженной арматуры. 2.Сбор нагрузок на поперечную раму О.П.З. 2.1.Сбор нагрузок на покрытие.
2.2.Определение нагрузки от массы конструкции. Для начала определимся с геометрическими характеристиками колонны. Нcol = Hrel+Hcr+0.1м = 6,95+1,9+0,1=8,95м Нсоn=Нrel-0.15-Нcr.b =6,95-0,15-1,4=5,4м Колонна:b=500мм - ширина сечения колонны; hп =800мм-высота сечения подкрановой части колонны; hв=600мм-высота сечения надкрановой части колонны (см. рис. 2.1). Геометрическая схема рамы. Для выполнения статического расчета поперечной рамы необходимо определить: Н-высоту колонны от обреза фундамента до оголовка: Н=Нcol+0,15=8,95+0,15=9,1м. Нt=Нrel=6,95м, Нп= Нсоn+0,15=5,4+0,15=5,55м. Где Нп- высота подкрановой части колонны от обреза фундамента до опорной поверхности консоли. Постоянная нагрузка от массы конструкции: где q-расчетная нагрузка от веса кровли и плит покрытия; В- шаг поперечных рам; L-пролет стропильной конструкции; G-вес стропильной конструкции. Nq=4.23∙24∙12∙0.95/2+100∙1.10∙0.95/2=578.6+52.3=630.9 кН. Расстояние от Nq до продольной координатной оси принимаем равным 175мм во внутрь здания. Эксцентриситет приложения этой нагрузки к оголовку колонны относительно геометрической оси надкрановой части колонны – е1 при нулевой привязке определяем по формуле: е1=175-hb/2 . е1=175-600/2=125 мм. Для выполнения статического расчета поперечной рамы продольную силу Nq, приложенную с эксцентриситетом- е1, заменяем эквивалентным одновременным воздействием осевой продольной силы- Nq и момента Мq1, величина которого определяется по формуле: Мq1=е1∙Nq= -0.125∙630.9= -70.86 кН∙м. Нагрузку от массы надкрановой части колонны : Nc=γ∙hb∙b∙Hb∙γf∙γn , где γ-удельный вес ЖБ; b-ширина поперечного сечения надкрановой части колонны; Hb- высота надкрановой части колонны. Nc=25∙0,5∙0,6∙1,1∙0,95=36,84 кН. Относительно геометрической оси подкрановой части: е 2=(hп- hв)/2=(1-0,6)/2=0,2 м. Нагрузка от массы подкрановых балок с рельсовыми путями: Nbcr=Gbcr ∙γf∙γn+qr∙B∙γf∙γn , где Gbcr- вес подкрановой балки; qr- погонная нагрузка от рельсового пути и крепежных приспособлений, qr=1.5 кН/м. Расстояние от Nbcr до продольной координатной оси принимаем равным 750мм. Эксцентриситет приложения этой нагрузки относительно геометрической оси подкрановой части колонны е 3 при привязке 250 мм: е3=750+250-hп/2=750+250-1000/2=500 мм=0,5м Подкрановая часть колонны испытывает воздействие осевой продольной силы Nqn, равной: Nq.n=Nq+Nc+Nbcr=630,9+36,84+138,99=806,7 кН . И момента Мq2=Nbcr∙e3-(Nq+Nc)∙e2=138.99∙0.5-(630.9+36.84)∙0.2=-64.05 кН∙м. 2.3.Снеговая нагрузка. Расчетную снеговую нагрузку на колонну определяем по формуле: Р=S0∙μ∙L∙γf∙γn/2 , где S0- нормативный вес снегового покрова /7/, S0=0.8 кН/м. μ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие /7/. Р=0,8∙1,6∙24∙1,1∙0,95/2=10,03 кН. Эксцентриситеты приложения снеговой нагрузки на колонну принимаем такие же, как и для постоянной нагрузки. Вследствие чего момент в оголовке колонны равен: Мp1=- е1∙Р= -0,125∙10,03=1,25 кН∙м, в подкрановой части: Мp2= е2∙Р=0,2∙10,03=2,006 кН∙м. 2.4.Вертикальная нагрузка от кранов. Давление Fmax,n определяем по формуле: F min,n = ( G cr +Q) / 2 – F max,n где Gcr=270 кН – вес крана с тележкой; Q=100кН – подъемная сила крана; Fmax,n=145 кН. Fmin,n=(270+100)/2 – 145=40 кН. У1=Х2/В=(В-Аk)/В = (12-4,4)/12= 0,633, У2=Х2/В=(В-Вk+Аk)/В= (12-6,3+4,4)/12=0,842, У3=Х3/В=(В-Вk)/В= (12-6,3)/12=0,475. Максимальное давление на колонну слева и минимальное давление на колонну справа: Dmax(min)= Fmax(min)∙(1+Y1+Y2+Y3)∙ψ∙γf∙γn, ψ - согласно [/7/п.4,17].  Dmax= 145∙(1+0.633+0.842+0.475)∙0.85∙1.2∙0.95=414.5 кН. Dmin =40∙(1+0.633+0.842+0.475)∙0.85∙1.2∙0.95=114.3 кН. Значение моментов от вертикального давления кранов: Мmax(min)=e3∙Dmax(min). Мmax=0.5∙414.5=207.3 кН∙м. Мmin=0,5∙114,3=57,2 кН∙м. 2.5.Горизонтальная крановая нагрузка. Т=Fh∙(1+Y1+Y2+Y3)∙ψ∙γf∙γn, где Fh – горизонтальная поперечная нагрузка на одно колесо крана принимается при гибком подвесе груза: Fh=0.05∙(Gt+Q)/2=0.05∙(40+100)/2=3.5 кН, где Gt-вес тележки, кН. Т=3,5∙(1+0,633+0,842+0,475)∙0,85∙1,2∙0,95=10 кН. 2.6.Ветровая нагрузка. Ветровая нагрузка на колонны поперечной рамы передается через стеновые панели и определяется согласно указаниям /7/ в зависимости от географического района, типа местности и высоты здания. При статическом расчете рамы переменного по высоте здания скоростной напор ветра заменяют равномерно эквивалентным Wп, эквивалентным по высоте колонне Нcol=8.95 м. Wn=2∙Мact /Hcol2 , где Мact =0.5∙[(Wc+W)∙(Hcol2-102) / 2 + W∙102] , где W-нормативное значение средней составляющей нагрузки на высоте 10 м от поверхности земли, определяемое по формуле: W=W0∙ c ∙k. По /7/ W0=0.38 кПа (для 3-го ветрового района), с=0,8; k=1; W=0.38∙0.8∙1=0.3 кПа. W20=W0. Wc = W+ (Hcol-10)∙(W20-W) / 10=0.3+(8.95-10)∙(0.38-0.3) / 10=0.29 кПа. Мact = 0.5∙[(0.29+0.3)∙(8.95’-10’) / 2+0.3∙10’] = 12.07 кН∙м. Wn = 2∙12,07 / 8,952=0,301 кПа. При Нcol< =10 м Wn =W = 0.3 кПа. qw =Wn ∙ В ∙γf ∙ γn = 0.3∙12∙1.4∙0.95=4.79 кН/м. Ветровая нагрузка, действующая на части колонн, приводится к сосредоточенной силе Рw, приложенной в уровне верха колонн. Рw=В∙(Wpar+Wc) ∙ (Hpar – Hcol) / 2, где Wpar – нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на уровне отметки парапета стены, принимаемая равным: Wpar=W+(Hpar-10)∙(W20-W) / 10, Hpar=9.1 м -отметка парапета. Wpar=0.3+(9.1-10) ∙ (0.38-0.3) / 10=0.293 кН/м. Расчетная равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну до отметки Hcol с заветренной стороны определяется по формуле: qw’= qw ∙ ce3 / 0.8 , где сe3- аэродинамический коэффициент, принимаемый для заветренной стороны здания равным 0,4…0,6 ,согласно /7/. Так как L / Lзд =0,167< 1, следовательно сe3 = - 0,4. Тип местности - А.  qw’=4.49∙0.4 / 0.8 =2.395 кН / м. Сосредоточенная сила Рw’ = Pw ∙ ce3 / 0.8= 0.525∙0.4 / 0.8=0.263 кН. 3.Статический расчет поперечной рамы при действии различных комбинаций нагрузок. 4.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КРАЙНЕЙ КОЛОННЫ. Определение усилий в крайней колонне. Формирование расчетных сочетаний усилий - РСУ. Расчет и конструирование арматурных изделий. Предварительно сформируем сочетания нагрузок для расчета в расчетных сечениях. Каждое расчетное сечение будем рассчитывать на два сочетания: 1. Mmax, Nc, Qc, Nl, Ml. 2. Mmin, Ml, Nc, Nl, Qc. 4.1. Расчет надкрановой части колонны. СЕЧЕНИЕ 4-4. 1 – сочетание. Nl = Nq+Sl, Mmax=72.1 кН/м, Qc=21.8 кН, Ml=70.9 кН/м, Nc=Nq+P=609.12+0=609.12 кН, Nl=21.3 кН. 1) Определяем гибкость колонны: λ =l0 / i, i =  =0,173 м; l0=2∙Hb=2∙4.2=8.4 м; λ =8,4 /0,173 =48,52) Определим величину случайных эксцентриситетов: е0= M/N +ea , где M=Mmax; N=Nc. 1/30∙h= 1/30 ∙ 42=1.4 см, 1/600∙l0= 1/600 ∙ 840=1.4 см. Принимаем еa=0,014 м; Агр=144 м2 ; Nq=4.23∙144=609.12 кН. е0=72,1/609,12+ 0,014= 0,132 м. е = е0∙ η + h0/2 - a , h0=h-a=0.6-0.04=0.56 м. η= 1 / [1-(Nc / Ncr)]; бl=l0 / hb=0.132/0.6=0.265. Js= μ∙hb∙b∙(h0/2-a)2=0.005∙0.5∙0.6∙(0.56/2-0.04)2=0.0000864 м4. φl= 1+B∙Ml’/M’, Ml’=Ml + Nl∙(h0/2-a)=21.3∙(0.56/2-0.04)=5.112 кН∙м. М’=M + Nc∙(h0/2-a)=72.1+609.12∙(0.56/2-0.04)=- 218.29 кН∙м. Т.к. Ml’ и М’ имеют разные знаки, то φl=1,(β =1). α  =Es / Eb=210000 / 27000=7.41Ncr= 6.4∙27∙106 / 8,4 2 ∙[ 0.009∙(0.11/(0.1+0.265)+0.1) + 0.0000864∙7.41] = = 10414.4 кН. η = 1 / (1- 609,12/10414,4)=1,062. e = 0.132∙1.062+0.56/2-0.04=0.38 м. 3) граничная относительная высота сжатой зоны: ξr= ω / [1+ σsr / σ sc∙(1-ω / 1.1)] . σsr=Rs=365 МПа. ( А- 111), т.к. γb2 = 1.1>1, то σsc = 400 МПа. ω=0,85-0,008∙Rb =0.85-0.008∙18.5 = 0.702. ξr= 0.702 / [1+365 / 400∙(1-0.702/1.1)] = 0.53. По таб. 3.1. / 1 / αr = 0.39. 4) Требуемая площадь сечения сжатой арматуры: A’s= ( N∙e – αr ∙ Rb∙b∙h02∙γb2 ) / (( Rsc∙(h0-a)) = (609.12∙0.38-0.39∙18500∙0.5∙ ∙0.562∙1.1) / (365000∙(0.56-0.04)) = - 0.0105м 2 < 0, следовательно A's = μmin ∙ b ∙ h0 = 0.002∙0.6∙0.56=6.72 см2 Т.к. λ = 48,5 , то μ = 0,002 (/ 1 /, стр. 166). α0 = ( N∙e – A's ∙Rsc∙ ( h0 – a ) / ( Rb∙b∙h02∙γb2) = = (609.12∙0.38-0.000672∙365000∙(0.56-0.04)/(18500∙0.5∙0.562∙1.1) = 0.032. По таб. 3.1. / 1 / ξ = 0,032. 5) Требуемая площадь сечения растянутой арматуры: As = ( Rb∙b∙h0∙ξ∙γb2 – N ) / Rs + A’s = = ( 18500∙0.5∙0.56∙0.032∙1.1 -609.12 ) / 365000 + 0.000672 =- 0.000497м2. Т.к. Аs<0 , следовательно As = A’s = 6.72 см2. Принимаем 4ø 16 А-111, с Аs = 8.04 см2. 2- сочетание. Mmin =0, Qc=-21.3 кН, Мl=0, Nc = Nq = 609.12 kH. Nl = Nq + Sl =21.3 kH. λ = l0 : hb = 48.5; ea=0.014 м ; e0=Mmin:Nc+ea=0.014 м; бl = 0,014 : 0,6 = 0,023. Is = 0.0000864 м4, α = 7,41; Ml’ = Ml + Nl ∙ (h0 / 2 – a) = 0+21.3 ∙ (0.56:2 – 0.04) = -5.112кН/м; M’ = M + Nc ∙ (h0 / 2 – a) = 0+609.12 ∙ (0.56:2-0.04) = -146.19 кН/м; φl = 1 + 1 ∙ (-5.112 ) : (-146.19) = 1.035; Ncr = 6.4∙27∙106 : 8.42 ∙ [0.09 / 1.035∙(0.11:(0.1+0.023)+0.1) ∙ 0.0000864∙7.41]= =135.6 кН; η = 1 : [1-(609.12 : 135.6)] = - 0.286; e = 0.014∙ (-0.286) + (0.56 : 2 – 0.04) = 0.236 м; ξr = 0.53, αr = 0.39; A’s = [ 609.12∙0.236 -0.39∙0.5∙18500∙0.562∙1.1] : [365000∙(0.56-0.04)] = = - 0.0058 м2; A’s = μmin∙b∙h0=6.72 см 2 ; α0 =[609.12∙0.236-0.000672∙365000∙(0.56-0.04)]:[18500∙0.5∙0.562∙1.1] = 0.0051 As = (18500∙0.5∙0.56∙0.01∙1.1 – 609.12) : 365000 = - 0.0015 м 2 < A’s=6.72 см 2. Принимаем 4ø16 А-111, As = 8,04 см2.. СЕЧЕНИЕ 3 – 3. 1- ое сочетание. Mmax = 12.9 кН∙м, Qc = - 7.7 кН, Ml = 0 кН∙м, Nc = 609.12 + 1.5∙144) ∙ 1 = 855.12 кН, Nl = 4.23+0+4.2∙0.5∙0.6∙25 = 35.73 кН. λ = 48,5; ea = 0.014 м; e0 = 12.99 : 855.12 + 0.014 = 0.029 м; бl = 0,029 : 0,6 = 0,048; α = 7,41; M’l = 0+35.73∙ (0.56 : 2 – 0.04) = 8.57 кН/м; Ml = 12.9+855.12∙(0.56 : 2 – 0.04) = - 218.13 кН/м; Is = 0.0000864 м4, |