Железобетонные конструкции промышленного здания

1. Задание на проектирование

2. Выбор несущих железобетонных конструкций каркаса пром. здания

3. Технические характеристики кранового оборудования

4. Теплотехнический расчет

5. Расчет поперечной рамы

5.1 Сбор нагрузок на поперечную раму

5.1.1 Постоянные нагрузки

5.1.2 Снеговая нагрузка

5.1.3 Ветровая нагрузка

5.1.4 Крановая нагрузка

5.2 Определение жесткостей элементов поперечной рамы

6. Расчет колонны по оси Б

6.1 Расчет надкрановой части колонны по первой группе предельных состояний

6.1.1 Расчет в плоскости действия момента

6.1.2 Расчет из плоскости действия момента

6.2 Расчет подкрановой части колонны

6.2.1 Расчет в плоскости действия момента

6.2.2 Расчет из плоскости действия момента

6.3 Расчет консоли колонны

6.4 Расчет колонны в стадии транспортировки

6.4.1 Расчет по первой группе предельных состояний

6.5 Расчет колонны на стадии монтажа

7. Расчет ребристой плиты покрытия

7.1 Расчет полки плиты покрытия

7.2 Расчет поперечного ребра плиты покрытия

7.2.1 Расчет прочности по нормальному сечению

7.2.1 Расчет по наклонному сечению на действие поперечной силы

7.3 Расчет продольного ребра

7.3.1 Статический расчет

7.3.2 Расчет прочности по нормальному сечению

7.3.3 Определение геометрических характеристик

7.3.4 Определение величины предварительного напряжения

7.3.5 Расчет наклонного сечения по бетонной полосе между наклонными сечениями

7.3.6 Расчет наклонного сечения на действие поперечной силы

7.3.7 Проверка трещенностойкости плиты в стадии эксплуатации

7.3.8 Расчет плиты по прогибам

7.4 Расчет плиты на стадии транспортирования

7.5 Расчет плиты на стадии монтажа

1. Задание на проектирование Таблица 1

2. Выбор несущих ж/б конструкций каркаса промышленного здания Таблица 2

3. Технические характеристики кранового оборудования Таблица 3

4. Теплотехнический расчет покрытия Исходные данные:

Табл.4

Рис. 3. Состав покрытия Таблица 5

Состав покрытия

ГСОП = (tв — tот.пер.) zот.пер. = (16 — (-4,9)) 245 = 2720

По табл. 1а* [4]:

— требуемое термическое сопротивление.

отсюда Принимаем толщину утеплителя X = 230 мм.

Итого общая толщина покрытия: 330 мм.

5. Расчет поперечной рамы

5.1 Сбор нагрузок на поперечную раму

5.1.1 Постоянные нагрузки Таблица 6

Сбор нагрузок на 1 м² покрытия

Погонная расчетная нагрузка на покрытие:

Погонная расчетная нагрузка от собственного веса стропильных балок:

Расчетная продольная сила от покрытия, действующая:

· на крайнюю колонну по оси А, В:

· на среднюю колонну по оси Б:

Нагрузки от собственного веса подкрановой балки и кранового пути.

Тип рельса КР-70:

Нагрузка от собственного веса колонны:

Крайняя колонна:

· надкрановая часть:

· подкрановая часть:

Средняя колонна:

· надкрановая часть:

· подкрановая часть:

Собственный вес крайней колонны:

Собственный вес средней колонны:

Рис. 4. Поперечный разрез здания с привязками колонн

5.1.2 Снеговая нагрузка Нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности для пятого снегового района S0 = 2 кН/м2.

Приложение 3 [3]: коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие? = 1, снеговая нагрузка распределена равномерно.

Нормативное значение снеговой нагрузки:

Согласно коэффициент надежности по нагрузке? снf = 1,4.

Расчетное значение снеговой нагрузки:

Погонная расчетная снеговая нагрузка:

Узловая расчетная снеговая нагрузка:

5.1.3 Ветровая нагрузка Ветровая нагрузка прикладывается к колоннам в виде равномерно распределенной нагрузки (средней составляющей ветровой нагрузки) и сосредоточенной силы (ветровая нагрузка на шатер, переход на колонны). Расчетная средняя составляющая ветровой нагрузки:

W=f k Ce W0;

f = 1,4 — коэффициент надежности для ветровой нагрузки;

W0 = 0,3 кН/м2 — нормативное значение ветрового давления (для 2 ветрового района);

Ce = 0,8 — аэродинамический коэффициент для наветренных поверхностей;

Ce = 0,6 — аэродинамический коэффициент для подветренных поверхностей.

Тип местности В — городские территории.

1 участок — колонна h1 =13 200мм

2 участок — шатер h2 = hБ+hпл+hкровли=1540+450+330=2320мм

i — участок с однозначной эпюрой давления

j — участок осреднения

hij — высоты учатков с однозначными эпюрами на осредненных участках

Kicp j — осредненный коэффициент изменения ветрового давления по высоте

tg i — тангенс угла наклона эпюры давления ветра на участке с однозначной эпюрой

Рис. 5. Схема приложения ветровой нагрузки Определение расчетных значений ветровой нагрузки:

Определение погонной ветровой нагрузки на колонну:

Определение сосредоточенной ветровой нагрузки на ригель (на шатер):

5.1.4 Крановая нагрузка Расчетные усилия Dmax и Dmin можно определить по линии влияния опорных реакций подкрановой балки при наиболее невыгодном расположении кранов на балках.

Кратковременные крановые нагрузки в пролете АБ от двух кранов Q1=10т, Q2=32т Расчетным загружением рамы мостовыми кранами является такое, при котором на одну из колонн действует наибольшее вертикальное давление Dmax, а на другуюминимальное Dmin.

Рис. 6. Схема загружения подкрановых балок для определения Dmax

Расчетное максимальное усилие на колонну Dmax, к которой приближена тележка крана где Q — грузоподъемность крана, кН

— максимальное нормативное вертикальное давление колес крана, Кн

— полный вес крана с тележкой, кН

=2 — число колес крана с 1-ой стороны.

— коэффициент надежности крановой нагрузки

— ордината линии влияния.

=0,85- коэффициент сочетания при работе двух кранов.

?fпк =1- коэффициент надежности по нагрузке для подкрановых конструкций, равный 1,0

Gпк =36,12кН — собственный вес подкрановых конструкций На другой ряд колонн будет передаваться минимальное вертикальное давление Dmin

Рис. 7. Схема загружения подкрановых балок для определения Dmin

— минимальное нормативное вертикальное давление колес мостовых кранов, кН Определяем крановые моменты Мкрmax=Dmax· ек=495,44·0,75=371,58кНм Мкрmin=Dmin· ек=171,53·0,75= 128,65кНм где екрасстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны Сила поперечного торможения от одного колеса:

— коэффициент трения при гибком подвесе.

=2 — число колес крана с одной стороны

=4 — число колес тележки.

=2 — число тормозных колес тележки

=87кН — вес тележки Сила поперечного торможения определяется от двух сближенных для совместной работы кранов в пролете.

Рис. 8. Схема загружения подкрановых балок для определения Тпоп Расчетная горизонтальная сила, передаваемая подкрановыми балками на колонну от сил Ткн:

Тпоп=f· ·Тнik·yi

Нормативное значение Тнik передаваемое на поперечную раму:

где fкоэффициент трения, при жестком подвесе равный 0,2

Gтвес тележки, кН

— отношение числа тормозных колес тележки к числу колес тележки

nоккчисло колес крана с одной стороны

— коэффициент сочетаний, принимается от двух кранов Линия влияния определяется так же, как и при расчете вертикального давления:

Ткр поп=1,1· 0,85·(20,35·0,592+20,35·1+7,7·0,903+7,7·0,475)=40,22кН Рис. 9. Схема загружения 1 поперечной рамы постоянными нагрузками Рис. 10. Схема загружения 2 поперечной рамы снеговой нагрузкой Рис. 7 Схема загружения 3 поперечной рамы ветровой нагрузкой слева Рис. 8 Схема загружения 4 поперечной рамы ветровой нагрузкой справа Рис. 9 Схема загружения 5 крановой нагрузкой Dmax на стойку, А Рис. 10. Схема загружения 6 крановой нагрузкой Dmax на стойку Б Рис. 11. Схема загружения 7 крановой нагрузкой Dmax на стойку В Рис. 12. Схема загружения 8 крановой нагрузкой Dmax на стойку Б Рис. 13. Схема загружения 9 крановой нагрузкой Тпоп на стойку, А Рис. 14. Схема загружения 10 крановой нагрузкой Тпоп на стойку Б Рис. 15. Схема загружения 11 крановой нагрузкой Тпоп на стойку В

5.2 Определение жесткостей элементов поперечной рамы Модуль нормальной упругости бетона: Eb = 30· 103 МПа = 30· 106 кН/м2 (табл. 11 [2], тяжелый бетон класса B25).

а) Нижняя (подкрановая) часть крайней колонны:

б) Верхняя (надкрановая) часть крайней колонны:

в) ригель:

Рис. 16. Расчетная схема поперечной рамы Последовательность введения жесткостей: EF (кН); EJ (кНм2)

Расчет поперечной рамы проведен по программе «ЛИРА» (приложение 1) на следующие виды нагрузок:

— постоянная нагрузка;

— снеговая нагрузка;

— снеговая длительная нагрузка;

— ветровая нагрузка;

— крановая нагрузка;

— торозная нагрузка.

6. Расчет колонны по оси Б Определение характеристик материалов.

Бетон класс В25

Арматура А400

6.1 Расчет надкрановой части колонны по первой группе предельных состояний Колонна по оси Б рассчитывается на усилия в сечениях 1−1, 2−2.

Расчетные усилия в сечениях колонны Таблица 8

Рис. 17 Сечение верхней части колонны

6.1.1 Расчет в плоскости действия момента Расчетная длина надкрановой части колонны:

?0 = 2 • H2 = 2•4,5 = 9,0 м

H2 = 4,5 м — конструктивная длина надкрановой части.

не обходимо учитывать влияние прогиба на величину эксцентриситета.

Эксцентриситет.

— значение момента не корректируем

1) момент от полной нагрузки:

2) момент от постоянных и длительных нагрузки:

где

Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента

=1 для тяжелого бетона

В первом приближении принимаем = 0,01 = 1% - процент армирования Жесткость железобетонного элемента в предельной стадии Условная критическая сила Относительная величина продольной силы.

Требуемая площадь сечения арматуры.

Принимаем 2O16 А400

Уточняем процент армирования

6.1.2 Расчет из плоскости действия момента железобетонный каркас рама крановой Расчет из плоскости не требуется.

Рис. 18 Сечение верхней части колонны по оси Б Поперечная арматура В500

6.2 Расчет подкрановой части колонны Колонна по оси Б рассчитывается на усилия в сечениях 3−3, 4−4.

Таблица 9

Рис. 19 Сечение нижней части колонны

6.2.1 Расчет в плоскости действия момента Расчетная длина надкрановой части колонны:

?0 = 1,5 • Hн = 1,5•9,9 = 14,85 м

Hн = 9,9 м — конструктивная длина подкрановой части.

необходимо учитывать влияние прогиба на величину эксцентриситета.

Эксцентриситет.

— значение момента не корректируем.

1) момент от полной нагрузки:

2) момент от постоянных и длительных нагрузок:

где

Коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента

=1 для тяжелого бетона В первом приближении принимаем = 0,01 = 1% - процент армирования Жесткость железобетонного элемента в предельной стадии Условная критическая сила Относительная величина продольной силы.

Требуемая площадь сечения арматуры.

Принимаем 2O20 А400

Уточняем процент армирования

5.2.2 Расчет из плоскости действия момента Рис. 20. Сечение нижней части колонны по оси Б

Расчет из плоскости не требуется.

Поперечная арматура В500

6.3 Расчет консоли колонны Рис. 21. Консоль колонны где — расчетное максимальное давление колес крана на колонну;

— расчетная нагрузка от подкрановой балки.

Требуемая площадь сечения арматуры.

Принимаем 2O20А400

Т.к., то поперечное армирование принимаем горизонтальными хомутами.

Принимаем O8мм В500

Шаг хомутов

6.4 Расчет колонны в стадии транспортировки

6.4.1 Расчет по первой группе предельных состояний Колонну в стадии транспортировки рассчитывают как балку на двух опорах. Нагрузку принимают равномерно распределенной от собственного веса с учетом коэффициента надежности по нагрузке? f = 1,1, и коэффициента динамичности? d = 1,6.

Рис. 22 Расчетная схема колонны в стадии транспортировки с1/6l = 1/614 400=2400мм. Принимаем с = 2350 мм.

Нагрузка от собственного веса колонны:

где — коэффициент динамичности Находим реакцию опор относительно правой опоры.

Моп1 = кНм, Моп2 = кНм, Мпр = кНм,

1) Проверка прочности сечения 1−1:

Рис. 23 Сечение нижней части колонны по оси Б (1−1)

— 70%-ая прочность бетона B25 (0,7 · B25)

где

2O20 1O16

Несущая способность колонны Прочность обеспечена.

Проверка трещиностойкости в сечении 1−1.

Момент от собственного веса колонн Момент при образовании трещины.

где — пластический момент сопротивления

— т. е. трещины не образуются.

2) Проверка прочности сечения 2−2:

Рис. 24 Сечение верхней части колонны по оси Б (2−2)

где

2O16 1O12

Прочность обеспечена.

Проверка трещиностойкости в сечении 2−2.

Момент от собственного веса колон без учета коэффициента динамичности.

Момент при образовании трещины.

где — пластический момент сопротивления

— т. е. трещины не образуются.

6.5 Расчет колонны на стадии монтажа Рис. 25. Расчетная схема колонны на стадии монтажа Нагрузка от собственного веса колонны:

где — коэффициент динамичности Находим реакцию опор относительно правой опоры.

Моп = кНм, Мпр = кНм, М2−2 = кНм.

Проверка прочности сечения 3−3:

Рис. 26 Сечение нижней части колонны по оси Б (3−3)

Прочность обеспечена.

Проверка прочности сечения 2−2:

Рис. 27 Сечение верхней части колонны по оси Б (2−2)

Прочность обеспечена.

7. Расчет ребристой плиты покрытия Рис. 28 Схема плиты Бетон класс В30 Арматура А400 Арматура В500

7.1 Расчет полки плиты Нагрузка на полку плиты,

Таблица 10

Рис. 29. Варианты загружений полки Расчет полки плиты выполняем как расчет многопролетной неразрезной балки, т.к.

— полка рассчитывается как плита, опертая по контуру.

=1230мм — расстояние в свету между поперечными ребрами.

=1320мм — расстояние в свету между продольными ребрами.

Расчетная погонная нагрузка на полку плиты.

Рис. 30. Расчетная схема плиты Расчетные моменты.

Расчет ведем по

1) Подбор арматуры в продольном направлении Требуемая площадь сечения арматуры.

Принимаем 5O4 В500 с шагом 200 мм.

Рис. 31. Сечение полки плиты

2) Подбор арматуры в поперечном направлении Принемаем конструктивно Принимаем O4 В500 с шагом 200 мм.

7.2 Расчет поперечного ребра плиты Рис. 32. Сечение поперечного ребра Собственный вес ребра где см. табл.

— шаг поперечных ребер.

Рис. 33. Расчетная схема поперечного ребра Расчетная длина поперечного ребра:

7.2.1 Расчет по нормальному сечению Рис. 34. Сечение поперечного ребра Момент воспринимаемый полкой.

— т. е. граница сжатой зоны проходит в полке, и расчет производим как для прямоугольного сечения шириной

сжатая арматура по расчету не требуется Требуемая площадь сечения арматуры.

Принимаем 1O10А400

7.2.2 Расчет наклонного сечения Поперечная сила воспринимаемая бетоном.

т.е. нужно установить поперечную арматуру.

Принимаем один каркас с арматурой O3В500 и шагом 50 мм.

Поперечная сила воспринимая хомутом.

Прочность наклонного сечения обеспечена.

Полку и поперечные ребра допускается не проверять по 2 группе предельных состояний, т.к. раскрытие трещин не превышает допустимых значений и жесткость конструкции в стадии эксплуатации достаточна.

7.3 Расчет продольного ребра плиты

7.3.1 Статический расчет Рис. 35. Расчетная схема продольного ребра Расчетный пролет продольного ребра.

Погонные нагрузки.

Усилия от полной расчетной нагрузки от полной нормативной нагрузки от нормативной длительной нагрузки от нормативной кратковременной нагрузки Нормативная нагрузка от собственного веса плиты.

Расчетная нагрузка от собственного веса плиты.

от полной расчетной нагрузки.

7.3.2 Расчет нормального сечения Рис. 36. Расчетное сечение продольного ребра

Момент воспринимаемый полкой.

— т. е. граница сжатой зоны проходит в полке, и расчет производим как для прямоугольного сечения шириной

сжатая арматура по расчету не требуется Требуемая площадь сечения арматуры.

Принимаем 2O12А600

7.3.3 Определение геометрических характеристик Площадь бетона Площадь приведенного сечения.

Рис. 37. Расчетное сечение продольного ребра Статический момент приведенного сечения относительно растянутой грани.

Момент инерции приведенного сечения относительно центра тяжести.

где

Моменты сопротивления.

— относительно нижней грани

— относительно верхней грани Определяем радиусы инерции

7.3.4 Определение величины предварительного напряжения Способ натяжения арматуры электротермический Максимально допустимое значение без учета потерь Первые потери.

Потери от релаксации напряжений в арматуре.

Потери от температурного перепада .

Потери от деформации стальной формы учитываются

Потери от деформации анкеров

Первые потери

Усилия предварительного обжатия с учетом первых потерь.

Предварительное напряжение в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры.

где

Вторые потери.

— от усадки бетона

— ползучести бетона

где — коэффициент ползучести бетона при влажности воздуха окружающей среды более 75%.

Сумма вторых потерь Принимаем Предварительное напряжение арматуры с учетом всех потерь Усилие предварительного обжатия бетона с учетом всех потерь напряжений.

Эксцентриситет приложения усилия

7.3.5 Расчет наклонного сечения по бетонной полосе между наклонными сечениями Усилие обжатия

— площадь бетонного сечения без учета свесов сжатой полки Принимаем

7.3.6 Расчет наклонного сечения на действие поперечной силы Поперечная сила, воспринимаемая бетоном.

Поперечная сила воспринимается бетоном.

Поперечную арматуру устанавливаем конструктивно Принимаем 2O5В500

Продольные стержни принимаем конструктивно 4O12А400

7.3.7 Проверка трещиностойкости плиты в стадии эксплуатации Момент образования трещин

=?W=

=1,3+99,44=191,73кНм

=191,73кНм > М=186,10 кНм — трещины не образуются

7.3.8 Расчет плиты по прогибам Кривизна от непродолжительного действия кратковременной нагрузки.

Где Eb модуль деформации сжатого бетона Кривизна от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок.

где Еb

— коэффициент ползучести бетона при классе В30 и влажности воздуха 75%.

Полная кривизна для участков без трещин в растянутой зоне — в середине пролета.

Прогиб Жесткость обеспечена.

7.4 Расчет плиты на стадии транспортирования Рис. Расчетная схема плиты в стадии транспортировки Нагрузки от собственного веса плиты.

где и — соответственно нормативная и расчетная нагрузка от собственного веса плиты .

— коэффициент динамичности.

Моменты Расчет сечения на опоре:

Требуемая площадь сечения арматуры.

Конструктивно принимаем 2O12А400

Проверка трещиностойкости верхней зоны .

Момент при образовании трещины.

=55,47кНм > кНм трещины не образуются.

7.5 Расчет плиты на стадии монтажа Нагрузка от собственного веса плиты.

— коэффициент динамичности.

Моменты Проверка прочности:

Прочность обеспечена Проверка трещиностойкости верхней зоны .

Момент при образовании трещины.

=64,31кНм трещины не образуются.

1. СНиП 2.03.01−84*. Бетонные и железобетонные конструкции/Госстроя СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1996

2. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01−84). — М.: Стройиздат, 1984.

3. СНиП 52−01−2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.

4. СП 52−101−2003. Свод правил по проектированию и строительству. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения.

5. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СНиП 52−102−2004)/Науч.-исслед., проектно-конструкт. И технолог. ин-т бетона и железобетона. — М., 2005

6. СП 52−102−2004. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. — М., 2004.

7. СНиП 2.01.07−85*. Нагрузки и воздействия. М.: ГУП ЦПП, 2005 — 106с.

8. Бондаренко В. М., Римшин В. И. Примеры расчета железобетонных и каменных конструкций. М.: Высшая школа, 2007. — 567 с.

9. Бондаренко В. М., Суворкие Д. Г. «Железобетонные и каменные конструкции. М.: Высшая школа, 1987 — 384 с.