Многоэтажное транспортное здание

• Министерство образования Республики Беларусь
• Белорусский национальный технический университет
• Факультет транспортных коммуникаций
• Кафедра «Мосты и тоннели»
• Курсовой проект
• По теме: «Многоэтажное транспортное здание»
• Выполнил студент гр. 114 314
• Ролич Д.В.
• Проверил Пастушков В.Г.
• Минск 2006
• Содержание
• Введение
• 1.Объемно-планировочные решения здания. Компоновка металлической балочной клетки.
• Объемно-планировочные решения здания
• Компоновка металлической балочной клетки.
• Вариант 1.
• Вариант 2.
• Сравнение двух вариантов.
• 2.Расчет и конструирование монолитной железобетонной плиты и вспомогательной стальной балки.
• Расчет и конструирование монолитной железобетонной плиты.
• Расчет вспомогательной стальной балки
• 3.Расчет и конструирование составной главной стальной балки.
• 4.Расчет и конструирование колонны и ее базы.
• Литература
• Введение
• Гараж — здание или комплекс зданий и сооружений для хранения, технического обслуживания и текущего ремонта подвижного состава автомобильного транспорта. Гараж как новый тип архитектурного сооружения появились в 1-й половине 20 века, с началом массового производства автомобилей. Гаражи строятся для грузовых, легковых и специализированных автомобилей (санитарных, пожарных и др.), автобусов и для смешанного парка, включая мотоциклы и мотороллеры.
• Различают гаражи-стоянки, предназначенные для хранения автомобилей и выполнения несложных операций по ежедневному обслуживанию (ЕО) и комплексные, в которых дополнительно осуществляются профилактические и ремонтные операции по техническому обслуживанию (ТО-1 и ТО-2) и текущему ремонту автомобилей.
• По расположению относительно поверхности земли различают гаражи наземные, полуподземные и подземные. Нередко встречаются комбинированные решения, когда один или несколько этажей гаража размещаются ниже уровня земли, а остальные возводятся над землёй. Для грузовых автомобилей и автобусов гаражи, как правило, возводятся одноэтажными. В многоэтажных гаражах для перемещения автомобилей по вертикали используют прямые или криволинейные рампы, полурампы (когда одна часть гаража смещается по отношению к другой на половину высоты этажа), наклонные полы в сочетании с различными видами рамп или без них, а также механические подъёмники, лифты различных типов
• По количеству мест хранения различают гаражи и стоянки малой вместимости (до 50 машино-мест), средней вместимости (от 50 до300 машино-мест), большой вместимости (более 300 машино-мест).
• По внутренней планировке зоны хранения автомобилей известны гаражи и стоянки манежного типа (автомобили размещаются в едином зальном помещении с выездом с места хранения в общий проезд), боковые гаражи (с непосредственным выездом из каждого отдельного изолированного помещения (бокса) наружу).
• По характеру ограждающих конструкций известны сооружения со стенами и без них (закрытые гаражи, открытые гаражи, гаражи-этажерки). В соответствии с углом расстановки автомобиля по отношению к продольной оси проезда схемы стоянок подразделяются на параллельные, перпендикулярные и косоугольные.
• Выбор того или иного типа сооружения зависит от конкретных условий и прежде всего от его назначения и места расположения данного обьекта.

1.Объемно-планировочные решения здания. Компоновка металлической балочной клетки.

Объемно-планировочные решения здания

В данном курсовом проекте рассматривается четырехэтажное транспортное сооружение закрытого типа с высотой этажа 3 м и двумя пристроенными двухполосными рампами, возводимое в городе Минске. Пространство гаража разделено на три секции: две секция, А (шаг главных балок 7.8м, пролет-5.8м) и одна секция Б (шаг главных балок 6.4, пролет-7.0м). На каждом из этажей секций

А и Б предусмотрены технические помещения.

Балочная клетка нормального типа выполняется в соответствии с исходными данными к заданию. Вдоль длинных стен гаража с шагом 7.8 м установлены колонны К1. На колонны опираются главные балки Б1, на которые в свою очередь опираются вспомогательные балки Б2, установленные с шагом в 2.6 м.

По вспомогательным балкам уложена монолитная железобетонная плита перекрытия, по которой уложен слой гидроизоляции, защитный слой и асфальтобетонный пол.

Исходные данные курсового проекта

Компоновка металлической балочной клетки

Определение нагрузок на 1 мІ перекрытия.

Определим нагрузку, которую создает слой асфальтобетонного покрытия толщиной 40 мм:

Нагрузка от цементопесчаного слоя толщиной 20 мм равна:

Два слоя гидроизоляции толщиной 5 мм создают нагрузку равную:

Нагрузка от железобетонной плиты толщиной 100 мм равна:

Таблица 1.1 Нагрузка на 1 м² перекрытия.

Вариант 1

Расчет металлической балочной клетки c вспомогательных балок

Расчет вспомогательной балки Б2.

Вычислим распределенную нагрузку q с учетом собственного веса:

кН/м Найдем максимальный изгибающий момент:

кНм.

Вычисляем необходимый момент сопротивления:

см³,

Из сортамента прокатной стали выбираем двутавр 40Б1 с W=803.6 см³,

А= 61.25см² и m_уд = 48.1 кг/м.

Расчет главной балки Б1._.

Определим силу F с учетом собственного веса балки:

кН Найдем максимальный изгибающий момент:

кНм Вычисляем необходимый момент сопротивления:

см³,

Из сортамента прокатной стали выбираем двутавр 60Б1 с W=2656 см³,

А=135.26 см² и m_уд = 106,2 кг/м.

Расчет колонны К1_.

Определим сжимающую силу с учетом собственного веса колонны:

кН Определим необходимую площадь сечения:

см²

По сортаменту выбираем двутавр 30К2 c А=122.7 см², m_уд =96.3 кг/м.

Расчет плиты Пм1.

q = 15. 238 кН/м Найдем момент:

Толщину плиты вычисляем по формуле:

где коэффициент ж=0.1, расчетное сопротивление Rb=14.5 МПа мм.

За окончательную толщину плиты принимаем h, которая рассчитывается по формуле, где — это защитный слой равный 25 мм.

мм принимаем =110 мм

Вариант 2

Расчет металлической балочной клетки без вспомогательных балок

Расчет вспомогательной балки Б2

Вычислим распределенную силу q с учетом собственного веса:

кН/м.

Найдем максимальный изгибающий момент:

кНм.

Вычислим необходимый момент сопротивления:

см³

Из сортамента прокатной стали выбираем двутавр 45Б1 с W=1125.8 см³, А=76.23 см² и m_уд = 59.8 кг/м.

Расчет главной балки Б1_.

Определим силу кН/м.

Найдем максимальный изгибающий момент:

кНм Вычисляем необходимый момент сопротивления:

.

Из сортамента прокатной стали выбираем двутавр 60Б1 с W=2656см³, А=135.26 см² и m_уд = 106.2 кг/м.

Колонну принимаем ту же, что и в первом варианте.

Расчет плиты Пм1.

Подставим значение расчетной нагрузки qТ в выражение:

Получим:

Соотношение между l₂ и l1 следующее:

Согласно этому соотношению принимаем из таблицы значения соотношений:

M2/M1; M _І/M1; M _І м/M1; M _ІІ /M1; M _ІІ м/M1 .

Таблица 1.2.

Примем М₂=М₁, М₁=2.5М_І, М _ІІ =2.5М₁, M _І м=2.5M1 M _ІІ м=2.5M1 и подставим в первоначальное выражение:

После преобразований получим:

Отсюда найдем М1:

М₁=М2=7.89 кНм, M _І =М _ІІ =М₁ м=M _ІІ м=19.75

Определим толщину плиты по формуле:

;

За окончательную толщину плиты принимаем h равное

h=+25=119.6+25=144.6 мм Принимаем h=150 мм

Сравнение двух вариантов

Для сравнения двух вариантов балочной клетки подсчитаем расход материала, трудозатраты и стоимость в двух случаях.

Для подсчета массы стали, необходимой на изготовление элементов необходимо удельную массу данного элемента m_уд умножить на его длину и на количество таких элементов. Длину колонн в пределах этажа принимаем 3.0 м.

Для подсчета объема бетона перемножаем длину и ширину одной ячейки на толщину плиты (получаем объем одной неразрывной плиты) и умножаем на количество ячеек балочной клетки на этаже (на количество неразрывных плит).

Для подсчета трудозатрат количество материала умножаем на соответствующие коэффициенты:

— для нахождения трудозатрат на изготовление стальных элементов массу стали, умножаем на 2;

— для нахождения трудозатрат на монтаж стальных элементов массу стали, умножаем на 1,8;

— для нахождения трудозатрат на устройство железобетонного перекрытия объем бетона умножаем на 2,9.

Стоимость стальных балок, изготовленных из стали С245 составляет 400 у.е. за 1 т, монтаж стальных элементов — 40 у.е. за 1 т, монтаж железобетонного перекрытия с учетом стоимости укладки — 60 у.е. за 1 м³.

После расчета технико-экономических показателей вариантов балочной клетки можно заметить, что наиболее приемлемый является первый вариант расчета. Для дальнейшего расчета примем первый вариант, как наиболее экономичный.

2.Расчет и конструирование монолитной железобетонной плиты и вспомогательной стальной балки

Расчет и конструирование монолитной железобетонной плиты

Расчетная схема Пм1

Найдем изгибающие моменты, возникающие в различных сечениях от равномерно распределенной нагрузки:

кНм.

кНм.

кНм.

Расчетные формулы:

— изгибающий момент;

— расчетное сопротивление бетона;

— ширина пролета;

— относительная высота ;

— высота сжатой зоны;

— плечо внутренней пары сил ;

— площадь сжатой зоны.

Берем бетон В25 с расчетным сопротивлением сжатию Rb=14.5МПа

Найдем h — высоту плиты. Принимаем жопт=0.1 и по таблице находим значение выражения, которое равно 0.095.

Рассчитываем полезную высоту плиты при b=1м:

=

Окончательная высота плиты вместе с покрытием равна:

=мм, принимаем h=110мм Схема армирования:

Максимальный изгибающий момент равен Ммах=9.36 кНм;

Далее находим значение выражения:

исходя из табличных данных выбираем ж=0.1

Армирование будем производить арматурой класса AIII (S400), с расчетным сопротивлением растяжению Rs=355МПа.

Определим площадь поперечного сечения арматуры:

Зададимся шагом армирования 250 мм, тогда на одном метре можно разместить арматуры:

Площадь поперечного сечения одной арматуры равна:

В соответствии с площадью принимаем из таблицы диаметр арматуры Ш12.

Найдем фактическую площадь поперечного сечения одной арматуры:

Окончательно принимаем арматуру Ш12 AIII (S400) Шаг 250.

Высота сжатой зоны равна:

Рассчитаем арматуру для сечения с М₂ = 7.35 кН

= =

По таблице определяем, что ж=0,07

Определим площадь поперечного сечения арматуры:

Принимаем шаг S = 200

Площадь сечения одного стержня равна :

По сортаменту принимаем арматуру Ш8 Ш200 AIII (S400)

Рассчитаем арматуру для сечения с М₃ = 6,43кН

= =

По таблице определяем, чтож =0,06

Определим площадь поперечного сечения арматуры:

Принимаем шаг S = 200

Площадь сечения одного стержня равна :

По сортаменту принимаем арматуру Ш8 Ш200 AIII (S400)

Схема армирования монолитной железобетонной плиты.

Расчет вспомогательной стальной балки

Вспомогательная балка изготавливается из прокатной строительной стали С245 двутаврового профиля.

Расчет на прочность по нормальным сечениям

Вычислим распределенную силу q:

Найдем максимальный изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления:

где с₁ = 1,1 — коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в первом приближении.

По сортаменту принимаем балку двутаврового сечения 35Б2 с W=662.2 см³, А=55.17 см², h=349 мм, b=155 мм, s=6.5 мм, t=10 мм.

Уточним коэффициент с₁:

=1.097

Проверим номер двутавра с учетом уточненных данных:

Расчет на прочность по наклонным сечениям

Проверим прочность балки по формулам сопротивления материалов:

.

условие прочности выполняется

Расчет на жесткость

Проверим максимальный прогиб в середине балки:

.

Максимальный прогиб более чем в 2 раза меньше допустимого.

3.Расчет и конструирование составной главной стальной балки

Главная балка воспринимает нагрузку от вспомогательных балок, расположенных с шагом 2.6 м. Сосредоточенная сила F= 234.38кН

Подбор сечения составной главной балки

Определим максимальный изгибающий момент в балке:

Тогда необходимый момент сопротивления сечения:

Определение геометрических размеров элементов сечения начнем с нахождения высоты балки. Минимальная высота балки из условия жесткости при максимальном относительном прогибе 1/400 должна быть не менее:

Толщину стенки рассчитываем по формуле:

Принимаем толщину стенки равной 1 см.

Оптимальную высоту балки можно посчитать по эмпирической формуле:

где k =1.15 — для сварных балок.

Принимаем высоту балки h = 55 cм и толщину стенки tw=10 мм. Проверяем принятую толщину стенки из условия действия касательных напряжений:

Проверяем условие, при соблюдении которого не требуется постановка продольных ребер в стенке:

Далее производим подбор размеров полок балки. Для чего вычисляем требуемый момент инерции сечения балки I, момент инерции стенки I_w, и полок I_f:

Затем находим площадь сечения полок А_f и находим их размеры:

где h₀ =55−2=53см — расстояние между осями полок.

Принимаем сечение полок 230×20 мм. Тогда площадь сечения полок А_f=44.5см².

Проверяем принятую ширину поясов b, исходя из обеспечения их местной устойчивости:

Условие удовлетворяется. Проверим то же, при упругопластической работе сечения балки:

Окончательные размеры элементов сечения балки:

высота балки h 55 см высота стенки h 51 см толщина стенки t_w 1 см ширина полки b 24 см толщина полки t_f 2 см Проверяем принятое сечение на прочность. Для этого предварительно вычисляем фактические момент инерции и момент сопротивления балки:

где

.

Напряжение составляет:

Проверяем касательные напряжения по нейтральной оси сечения у опоры балки где — S статический момент полусечения:

Проверка общей и местной устойчивости элементов главной балки

Потеря общей устойчивости может наступить, когда сжатая полка балки не раскреплена в боковом направлении и напряжения достигли критического значения.

Главная балка раскреплена вспомогательными балками через 2.6 м. Отношение расстояния между точками закрепления сжатой полки к ширине полки:

где

.

Условие соблюдается, значит проверка общей устойчивости балки не требуется.

Потеря местной устойчивости может наступить в стенке или полке балки под действием нормальных или касательных напряжений. Критическое состояние наступает быстрее в тонких гибких элементах при отношении высоты к ширине больше предельного.

Проверку устойчивости стенки выполняют с учетом значений ее предельной гибкости и наличия местной нагрузки на пояс балки.

Определяем необходимость постановки ребер жесткости

следовательно, поперечные ребра жесткости по расчету не требуются.

Конструктивно назначаем установку поперечных ребер жесткости в сечениях, на которые опираются вспомогательные балки.

Ширину ребер жесткости определим по формуле:

Принимаем ширину ребер жесткости .

Толщину ребер жесткости можно найти:

Окончательно принимаем сечение ребер жесткости 50×4 мм.

Проверка прогиба главной балки

По СНиП 2.01.07−85* «Нагрузки и воздействия» предельное значение прогиба для главной балки с пролетом 6 — 12 м составляет 1/400. Прогиб балки не должен превосходить данное значение:

условие выполняется.

Расчет соединения поясов со стенкой

Сдвигающее усилие Т приходящееся на 1 см длины балки составит:

где S_f — статический момент полки (сдвигаемой по стыку со стенкой) относительно нейтральной оси:

Сдвигающая сила T воспринимается двумя швами, тогда минимальная толщина этих швов при длине будет:

где — меньшее из произведений коэффициента глубины проплавления (или) на расчетное сопротивление, принимаемое по условному срезу металла шва () или по срезе металла на границе сплавления (); при ==1 и для автоматической сварки проволокой d=2мм марки Св-08А и имеем:

n=2 — при двухсторонних швах.

Принимаем конструктивно минимальную толщину шва =7мм, рекомендованную при толщине пояса 17 — 22 мм.

Расчет крепления вспомогательных балок к главным

Вспомогательные балки крепятся на болтах к поперечным ребрам, совмещаемым с ребрами жесткости балки.

Применим болты диаметром 16 мм нормальной точности класса 4.6.Отверстия под болты диаметром 19 мм.

Необходимое количество болтов рассчитаем из условий прочности на срез и смятие. Из условия прочности на срез:

Из условия прочности на смятие:

где F — сила, с которой вспомогательная балка действует на главную; сопротивление болтов срезу R_bs = 150 МПа; сопротивление смятию соединяемых элементов

R_bp = 345 Мпа.

Необходимо 4 болта диаметром 16 мм нормальной точности класса 4.6.

Расчет изменения сечения по длине балки

Сечение разрезной составной балки, подобранное по максимальному моменту, можно в соответствии с эпюрой моментов уменьшить в местах снижения моментов на некотором расстоянии от опор. Учитывая увеличение трудоемкости изготовления, рекомендуется уменьшать сечения поясов в балках пролетом 10−12 м и более. Так как пролет балки 7.8 м, оставляем ее сечение постоянным по всей длине.

Расчет опоры главной балки на колонну

Балка опирается на опорный столик сбоку колонны.

Рассчитаем опорные ребра на смятие торцевой поверхности при действии

F=234.38 кН Определим площадь смятия торца опорного ребра из формулы:

.

Принимаем опорное ребро сечением 120×10 мм.

Крепление опорного ребра к стенке проектируем двусторонними швами полуавтоматической сваркой проволокой Св-08Г2. и. Расчетное сопротивление и Вычисляем наименьшее произведение что больше

Находим наименьшее значение катета сварного шва по границе сплавления при ограничении длины шва величиной :

Принимаем толщину сварных швов, прикрепляющих ребро к стенке балки,

=5 мм, что соответствует требованиям и проверяем напряжение среза по металлу границы сплавления:

где .

Главная балка крепится к колонне болтами в нижней части опорного ребра, что позволяет такому соединению работать шарнирно. Применим для этой цели болты диаметром 22 мм нормальной точности класса 4,6.

Отверстия под болты диаметром 24 мм. Минимальное расстояние от центра болта до края элемента поперек усилия равно 1,5d₀. Необходимое количество болтов рассчитаем из условий прочности на срез и смятие. Из условия прочности на срез:

Из условия прочности на смятие:

где сопротивление болтов срезу R_bs=150 МПа; сопротивление смятию соединяемых элементов R_bp = 365 Мпа.

Необходимо 4 болта диаметром 22 мм

Расчет крепления опорного столика

Катет сварных швов принимаем k_f = 12 мм. Тогда, с учетом коэффициента к=1,3, учитывающего возможность неравномерной передачи опорного давления, длина опорного столика будет (ручная сварка):

где _fR_wf = 0.7^*180 = 126МПа < _zR_wz =1^.165 = 165МПa. С учетом непровара по концам принимаем длину опорного столика 5 см.

4.Расчет и конструирование колонны и ее базы

Определение нагрузок и расчет стержня колонны

Выполним расчет относительно оси х, пересекающей стенку. В этом случае соединение колонны с фундаментом можно рассматривать как шарнирное. Сверху колонна шарнирно закреплена вспомогательными балками. Расчетная схема колонны представлена на рисунке.

При шарнирном закреплении с двух концов коэффициент = 1.

.

Задаемся = 30 и = 0,931, тогда, необходимая площадь сечения будет:

.

Принимаем составное двутавровое сечение из пластин универсальной стали по ГОСТ 82–70*. Размеры сечения:

высота сечения (ширина колонны) h 30 см высота стенки h_w 26.4 см толщина стенки t_w 1. см ширина полки b t_w 30 см толщина полки t_f 1.8 см Найдем фактическую площадь сечения колонны:

Проверим данное сечение на прочность и устойчивость. Для этого в начале определим моменты инерции сечения:

;

Вычислим радиусы инерции и гибкость:

Находим = 0,964

Вычислим напряжение в колонне:

Проверим устойчивость данного сечения, относительно оси у. Так как анкерные болты не допускают поворота колонны в месте соединения с фундаментом, то такое соединение можно представить как защемление. Коэффициент = 0,7. Тогда расчетная длина:

;

Находим = 0,953. Вычислим напряжение в колонне:

Данная балка проходит по требованиям прочности и устойчивости в двух плоскостях.

Проверка местной устойчивости элементов колонны

Условные гибкости колонны:

;

Так как условная гибкость меньше 2, то местную устойчивость стенки проверяем из выражения:

Местная устойчивость стенки обеспечена. Проверим на местную устойчивость полку:

.

Местная устойчивость полок колонны так же обеспечена.

Расчет базы колонны

База колонны состоит из опорной плиты, укрепленной на фундаменте из бетона класса В12,5 анкерными болтами.

Принимаем плиту размером 540×520 мм, A_pl = 2808 см², а верх фундамента 600×700 мм, Проверим напряжение R_b,loc:

Тогда требуемая площадь плиты будет:

что меньше чем принятая площадь, условие выполняется.

Определим толщину плиты. Она должна быть в интервале 20…40 мм. Точное значение определим, рассчитав плиту на изгиб. Плита работает на изгиб от реактивного давления фундамента равного:

.

Рассмотрев плиту, можно выделить два участка: консольный и опертый по контуру Максимальные изгибающие моменты на этих участках при единичной ширине плиты определяются по формуле:

где — коэффициент, зависящий от отношения сторон участка, для консоли = 0,5; а — меньший размер участка (вылет консоли).

Момент в консольном участке:

.

Момент, на участке опертом с трех сторон (между стенкой (26.9см) и полками (свес полок по 14.425см)). По отношению 14.42/26.9 = 0.53 определяем = 0,06

.

По максимальному значению момента определяем толщину плиты:

Принимаем толщину плиты 42 мм.

При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом необходимы анкерные болты диаметром d = 20…30 мм для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процессе монтажа. Принимаем два анкерных болта диаметром d = 24 мм. Болты устанавливаются в плоскости главных балок с креплением к плите базы, что обеспечивает за счет гибкости плиты шарнирное сопряжение колонны с фундаментом.

1. Мандриков А. П. Примеры расчета металлических конструкций: М. Стройиздат, 1991; 435с.

2. Мандриков А. П. Примеры расчета железобетонных конструкций, М. Стройиздат, 1989;506с.

3. Строительные нормы и правила: СНиП П-23−81(стальные конструкции), СНиП 2.0301−84(железобетонные конструкции).

4. Жабинский А. Н. Шевченко С. В, Металлические конструкции. Балки и балочные перекрытия: Мн. БГПА, 2000;112с.