Расчет и конструирование железобетонных конструкций

Федеральное агентство по образованию

Ангарская государственная  техническая академия

Кафедра промышленного  и гражданского строительства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка к курсовому проекту  № 2

по курсу: Железобетонные конструкции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:  студент гр. ПГС–06-1

 

      Проверил: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ангарск 2010

 

Содержание

 

Задание на проектирование

 

Размеры здания в плане:

длина здания L=96 м, величина пролета B=24 м;

Количество пролетов – 3;

Высота от уровня пола до низа стропильной конструкции: H = 16,2 м;

Грузоподъемность крана среднего режима работы, Q=10тс;

Снеговая нагрузка – r_сн^н = 240 кгс/м²;

Ветровая нагрузка – r_в^н = 48 кгс/м²;

Район строительства –  г. Красноярск;

Условия эксплуатации: здание не отапливаемое;

Условное сопротивление грунта=0,25 МПа;

Параметры крана:

 

Q, т.	Lк, м.	Основные параметры				Крановый рельс	Давление колеса на рельс			Вес, т.
		В	К	Нкр	В1		Рнmax	Рнmin	Тн	Тележки	Крана
10	16,5	6,3	4,4	1,9	0,3	кр70	12,5	3,0	0,4	4	21,0

1. Выбор вариантов

 

Рассмотрим два  варианта сетки колонн с шагом 6 м  и 12 м.

Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² покрытия

Таблица 1

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка Н/м2	Коэф-фициент  надеж-ности по нагрузке gf	Расчетная нагрузка Н/м2
2 слоя изоэласта	100	1,3	130
Стяжка из цем.-песч. раствора δ=20 мм; g0=1800 кг/м3	360	1,3	468
Плиты ж/б ребристые:  3x6	1600	1,1	1760
3x12	1800	1,1	1980
ИТОГО:    3x6	gн=2060	-	gр=2358
3x12	gн=2260		gр=2578
Снеговая нагрузка	2400*0,8=1920		2400
ИТОГО:	3980/4180		4758/4978

 

Подбираем марку плит и ферм покрытия.

 

 

 

 

Технико-экономические  показатели покрытия

Таблица 2

 

№ вар.	Наименование  конструкции	Кол-во, шт	Расход материала		Стоимость материала, руб
			бетон, м3	сталь, т	бетон	сталь	всего
1	2	3	4	5	6	7	8
1 вар шаг 6 м	Ферма	68	285,6	57,9	1142,4	10422
	Плиты покрытия	384	410,9	38,8	16436	6984
	Колонны крайние	34	201,3	27,6	8052	4968
	Колонны средние	34	316,2	43,6	12648	7848
	Колонны фахверка	8	8	0,6	320	108
	ИТОГО:				38598,4	30330	68928,4
2 вар шаг 12 м	Ферма	27	153,9	32,6	6156	5868
	Плиты покрытия	192	480	64,2	19200	11556
	Колонны крайние	18	141,8	20,4	5672	3672
	Колонны средние	18	172,8	23,9	6912	4194
	Колонны фахверка	24	24	1,8	960	324
	ИТОГО:				38900	25614	64514

 

В результате проведения технико-экономического сравнения, делаем вывод, что вариант с шагом колонн 12 м более экономичен в финансовом плане и производство работ по возведению здания будет производится быстрее, следовательно принимаем шаг колонн 12 м.

2. Эскизное проектирование

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1   Угловая привязка                    Рис.   Привязка относительно

деформационного шва

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Сбор нагрузок

3.1.  Постоянные нагрузки.

3.1.1. Нагрузка от покрытия:

Р_р=q_p*L/2*B= 4,978*12*24/2=716,83 (кН)

от фермы:

  кН

Расчетная нагрузка от веса покрытия с учетом коэффициента надежности по значению γ_n=0,95

На крайнюю  колонну:

G₁=(716,83+102б3)*0,95=819,13кН

Расстояние от линии действия нагрузки до геометрической оси надкрановой части стойки:

м

Расстояние по вертикали от верха колонны до точки приложения силы:

 

- на среднюю  колонну:            

 

 

3.1.2 Нагрузка от веса стен и оконных переплетов ниже отметки 13,800 воспринимают фундаментные балки, поэтому усилия в колонне от этой нагрузки не возникают.

Расчётная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления передаваемая нагрузка колонну выше отметки 13,8 м:

где  q_w - вес 1 м² стеновых панелей;

q - вес 1м² остекления.

 

на участке  между отметками 13,800 и 16,200:

 

Нагрузка от стен считается приложенной на уровне их опирания по вертикали, проходящей через ось стены. Расстояние от линии  действия нагрузки до геометрической оси подкрановой  части стойки:

м

Знак  минус означает , что сила приложена  с другой стороны по отношению  к обозначенной.

Расстояние  по вертикали от верха колонны  до точек приложения нагрузки:

 на  отметке 16,200

на  отметке 13,800

на участке между отметками 16,200 и 19,800:

Расчётная нагрузка от веса стеновых панелей предаваемая  на фундаментную балку:

 

3.1.3. Расчетная нагрузка от веса  подкрановых балок

Р_пб=(115*1,1+1,5*12)=144,5 кН

Нагрузка от подкрановых балок считается приложенной на уровне их опирания по вертикали, проходящей через ось подкранового пути. Расстояние от линии действия нагрузки до геометрической оси подкрановой  части стойки: м

Расстояние по вертикали до точки приложения нагрузки до низа стойки:

3.1.4. Расчетная нагрузка от веса колонн

Надкрановая часть:

Р_в=0,5*0,6*2,4*2500*1,1*0,95=1881 (кг)=18,8 (кН)

Подкрановая часть:

Р_н=(1,1*0,5*2,25+(0,3*0,5*12,5)*2+(0,45*0,5*0,5)*5)*2500*1,1=15262 (кг)=15,3(кН)

 

3.2.  Временные нагрузки.

3.2.1. Расчетная снеговая нагрузка  при с=1, γ_f=1,4

, 

где S_o — расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемая в зависимости от района строительства. Для города Красноярск нормативное значение снеговой нагрузки S_o = 2,4 кПа;

μ — коэффициент, учитывающий конфигурацию покрытия; для расчета рамы принимается  μ = 1;

γ_f — коэффициент надежности по нагрузке, для снега принимаемый в зависимости от отношения нормативной нагрузки от веса покрытия к нормативному значению веса снегового покрытия, γ_f = 1.4;

L - пролет стропильных конструкций.

Определим расчетную  снеговую нагрузку на крайнюю колонну:

F_s =2,4^. 1∙12∙24/2∙1,4∙0,95=459,6 кН

 

3.1.2. Крановая нагрузка.

Вес поднимаемого груза Q=100 кН. Пролет крана 24-2*0,75=22,5 (м)

Согласно стандарту  на мостовые краны:

база крана  М=630 см;

расстояние между  колесами К=440 см;

вес тележки G_n=4,0 кН

F_{n max}=125 кН

F_{n min}=30 кН

Расчетное максимальное давление на колесо крана при γ_f=1,1:

F_max = F_{n max} * γ_f * γ_n=125*1,1*0,95= 130,6 (кН);

F _min= F_{n min}* γ_f * γ_n=30*1,1*0,95=31,35 (кН)

Расчетная поперечная тормозная сила на одно колесо:

= 0,423т

Вертикальная  крановая нагрузка на колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетаний γ_i=0,85

D_max= F_max *γ_i *åy_i=130.6*0,85*2,6=508,08 (кН)

D_min=62,7*0,85*2,6=138,57 (кН)

åy_i=2,949 – сумма ординат линий влияния 2-х подкрановых балок на колонну

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис2.  Линии влияния давления на колонну

 

Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от 2-х кранов при поперечном торможении

T= T_max * γ_i *å y_i =4,23*0,85**(1+0,633+0,841+0,475)=10,6 (кН)=1,06 (т)

Горизонтальная сила поперечного  торможения считается приложенной  к стойке на уровне верха подкрановой балки. Расстояние по вертикали от верха колонны до точки приложения силы:

3.1.3. Ветровая нагрузка

Нормативное значение ветрового давления по табл.5 СНиП 2.01.07-85 для III района составляет ( =О,38кПа. Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки

где:

 

q₀- нормативный скоростной напор ветра, принимаемый по СНиП II-6-74

К- коэффициент, учитывающий изменение ветрового  давления по высоте (для типа местности  В по табл.6 СНиП 2.01.07-85 К составляет следующие величины: на высоте 10м - К=0, 65 и на высоте 20м К=0,9);

 С_е- аэродинамический коэффициент, устанавливаемый по прил.4 СНиП 2.01.07-85. Для данного примера расчета при действии ветра слева направо   для наветренной поверхности здания С_е=0,8; для подветренной стороны С_е=-0,6.

n- коэффициент перегрузки, который для зданий равен 1,2

B-ширина расчетного блока, равна шагу рам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.  Схема ветровой нагрузки на раму.

 

Определим по линейной интерполяции значение К для высоты 16,2м.

 

Для удобства расчета  фактическую линейную нагрузку( в  виде ломаной прямой) можно заменить эквивалентной q_э, равномерно распределенной по всей высоте. Если принять, что моменты в заделке консоли, равной по длине высоте рамы от эквивалентной и фактической нагрузки, равны, то  эквивалентные нагрузки активного давления и отсоса определяются по формулам:

 

Ветровая нагрузки , действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки  здания, заменяется сосредоточенной  силой, приложенной в уровне низа ригеля рамы. Величина этой силы от активного давления F_B и отсоса F`_B показана на рисунке3.( заштрихованная часть площади эпюры):

 

 

 кН/м   кН/м 

 

кН/м   кН/м

 

 кН/м   кН/м

 

 кН/м     кН/м

 

кН     

 

 

 

Поперечный разрез многопролетной рамы

 

 

Схема фактических нагрузок на раму

Схема приведенных  нагрузок на раму

 

 

 

 

 

4. Определение геометрических характеристик стоек

   Отношение  высоты надкрановой части стойки  к полной высоте

λ=2,4/(13,8+2,4) ≈0,15

 

Момент инерции  сечения надкрановой части стойки

J₂=(b*h³)/12=(40*50³)/12=41.6*10⁴ см⁴

Момент инерции  сечения подкрановой части стойки

J₁=( b*h³)/12=(40*80³)/12=170*10⁴ см⁴

   Отношение  моментов инерции

n= J₂/ J₁=41.6/170≈0,244

Смещение геометрических осей надкрановой и подкрановой частей стойки:

м

5 Определение усилий в стойках от отдельных видов нагрузок

 

Загружение 2. Снеговая нагрузка на покрытии пролета в осях «А»-«Б».

По табл.16,1 для n=0,18 λ=0,15 и у_в=0 по интерполяции находим k₁=1,639 ₁=1,442.

Величину горизонтальной реакции R_в находим по формуле:

Rв=Рсн/Н*( k₁*е_в- k₁*е)=459,6/16,2*(1,639 *0,14-1,442*0,3)=5,76 кН

   Определяем  усилия в сечениях стойки:

изгибающие моменты:

М_I= 459.6*0,14= 64,34 кНм;

М_II= 459,6*0,14 +5,76*2,4= 78,16 кНм;

М_III=  -459,6*0,3+5,76 *2,4= -124,1 кНм;

М_IV= -459,6*0,3+5,76 *16,2= -44,57 кНм;

продольные силы:

N_I=N_II=N_III=N_IV=459,6 кНм;