Одноэтажное каркасное производственное здание

Федеральное агентство по образованию ГОУВПО Кубанский государственный технологический университет Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений Курсовая работа по дисциплине

" Конструкции сейсмостойких зданий и сооружений «

на тему:

" Одноэтажное каркасное производственное здание"

Краснодар 2008

Реферат

Данная курсовая работа дает представление об основах проектирования железобетонных конструкций зданий, возводимых в сейсмических районах. В ходе выполнения курсовой работы, студент самостоятельно приобретает навыки определения сейсмических нагрузок на здания и сооружения с последующей оценкой сейсмостойкости, подбора материала, компонки сечения.

Представленная пояснительная записка к курсовой работе на тему:

" Одноэтажное каркасное производственное здание" имеет в объеме 16 листов. В ней представлены расчеты сейсмостойкости конструктивного решения несущих конструкций проектируемого.

Пояснительная записка иллюстрирована необходимыми пояснениями и рисунками, а также схемами ко всем расчетам. В ней также отражены антисейсмические мероприятия.

К пояснительной записке прилагается графическая часть — 1 лист формата А1.

• Введение
• 1. Компоновка конструктивного решения здания
• 2. Определение сейсмичности строительной площадки и сбор нагрузок
• 2.1 Определение сейсмичности строительной площадки
• 2.2 Сбор нагрузок
• 3. Определение периода собственных колебаний и форм колебаний
• 4. Усилия в сечениях элементов рамы от сейсмической нагрузки
• 5. Проверка прочности колонн с учетом сейсмических нагрузок
• 5.1 Подбор площади сечения арматуры колонн
• 5.2 Проверка прочности сечений, наклонных к продольной оси колонн
• 6. Проверка общей устойчивости здания
• 7. Антисейсмические мероприятия
• Список литературы

В районах подверженных сейсмическим воздействиям силой 7 и более баллов, возникла необходимость возведения зданий и сооружений, способных выдерживать сейсмические воздействия.

При разработке проектов зданий и сооружений выбор конструктивных решений производят исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, достигаемых за счет внедрения эффективных строительных материалов и конструкций, снижения массы конструкций и т. п. Принятые конструктивные схемы должны обеспечивать необходимую прочность, устойчивость; элементы сборных конструкций должны отвечать условиям механизированного изготовления на специальных предприятиях.

При проектировании гражданских зданий необходимо стремиться к наиболее простой форме в плане и избегать перепадов высот. При проектировании часто выбирают объемно-планировочные и конструктивные решения, так как они обеспечивают максимальную унификацию и сокращение числа типоразмеров и марок конструкций.

Увеличение объема капитального строительства при одновременном расширении области применения бетона и железобетона требует всемерного облегчения конструкций и, следовательно, постоянного совершенствования методов их расчета и конструирования

1. Компоновка конструктивного решения здания

Одноэтажное здание из сборного железобетона.

По рекомендациям п. 1.2 приняты: симметричная конструктивная схема (см. рис. 1.1) с равномерным распределением жесткостей конструкций и масс; конструкции из легкого бетона на пористых заполнителях, обеспечивающие наименьшие значения сейсмических сил; условия работы конструкций с целесообразным перераспределением усилий вследствие использования неупругих деформаций бетона и арматуры при сохранении общей устойчивости здания.

Под колонны проектируем отдельные фундаменты стаканного типа

Размеры здания в плане 9×24м

Сетка колонн 6×9м

Высота этажа — 4500 мм

Рассчитываемой несущей конструкцией является сборные железобетонные конструкции рамы

Колонны — сечение 500×500мм

В качестве ригеля принимаем сегментную безраскосную ферму пролетом 9 м, плиты — ребристые 3×6м

Высота от отметки 0.000 м до низа стропильной конструкции — 5.0 м.

Покрытие совмещенное по сборным ребристым плитам 3×6 м.

Кровля — плоско-совмещенная с покрытием рубероидным ковром.

Ограждающие конструкции — стеновые панели из легкого бетона

Рисунок 1.1 — План здания

Рисунок 1.2 — Разрез здания

2. Определение сейсмичности строительной площадки и сбор нагрузок

2.1 Определение сейсмичности строительной площадки

Согласно СНиП II-7−81* (Строительство в сейсмических районах) в разделе Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации ОСР-97″ (Список населенных пунктов) по карте ОСР-97-В-5% сейсмичность района г. Красножар составляет 9 баллов (Карта В — массовое строительство. Решение о выборе карты при проектировании конкретного объекта принимается заказчиком по представлению генерального проектировщика, за исключением случаев, оговоренных в других нормативных документах).

Определение сейсмичности площадки строительства производим на основании сейсмического микрорайонирования для II категории грунта по сейсмическим свойствам, грунтами которой являются: скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечномерзлые, кроме отнесенных к I категории; крупнообломочные грунты, за исключением отнесенных к I категории; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем консистенции I_L 0,5 при коэффициенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 — для супесей; вечномерзлые нескальные грунты пластичномерзлые или сыпучемерзлые, а также твердомерзлые при температуре выше минус 2 °C при строительстве и эксплуатации по принципу I

Сейсмичность площадки строительства при наличии грунтов II категории равна сейсмичности района и составляет 9 баллов.

Согласно выше перечисленному значения коэффициента динамичности _i в зависимости от расчетного периода собственных колебаний Т_i здания или сооружения по i-му тону при определении сейсмических нагрузок следует принимать по формулам (1) .

2.2 Сбор нагрузок

Сбор нагрузок производим на 1 м² покрытия здания и перекрытия.

Вес фермы учитывается при определении ярусной нагрузки на стр. 9.

Конструктивное решение пола принимаем одинаковым для всех этажей.

Сбор нагрузок производим в табличной форме и представлен в таблице 2.1

Таблица 2.1 Нагрузка на 1 м² покрытия

3. Определение периода собственных колебаний и форм колебаний

Для грунтов II категорий по сейсмическим свойствам:

при Т_i 0,1 с _i = 1 + 1,5Т_i

при 0,1 с Т_i 0,4 с _i = 2,5 (1)

приТ_i 0,4 с _i = 2,5 (0,4/ Т_i) ^0,5

Во всех случаях значения _i должны приниматься не менее 0,8.

Расчетную схему здания представляем в виде вертикального консольного стержня с сосредоточенной горизонтальной нагрузкой, приложенной к его верху.

Рисунок 1.1 — Расчетная схема здания

Для расчета принимаем одну раму и сбор нагрузок осуществляем для грузовой площади с шириной 6 м. Определим ярусные нагрузки на уровне покрытия, затем произведем их суммирование. От веса покрытия без учета фермы (с учетом коэффициентов сочетаний: 0,9; 0,8 и 0,5):

где 9 м — ширина здания, 6 м — шаг колонн;

от веса фермы (масса фермы сегментной безраскосной длиной 9 м принята равной 4 т в соответствии с [1]):

от веса наружных стеновых панелей для всей высоты этажа:

;

от веса колонн длиной, равной половине высоты этажа:

;

Итого G =969,68кН. Для определения периода собственных колебаний и форм колебаний необходимо вычислить жесткость конструкций. Для конструкций зданий в данном районе применён легкий бетон класса В30 с использованием мелкого плотного заполнителя с начальным модулем упругости Е_b=32 500МПа. Приняты колонны сечением 400×400мм, тогда

Для панелей наружных стен

Перемещение колонны и двух наружных стен от единичной силы

Соответствующая жесткость

.

Период собственных колебаний здания определяется по формуле сек,

где g — ускорение свободного падения.

Так как T<0,1c то коэффициент = 1 + 1,5•0,02=1,03

При расчете зданий и сооружений (кроме гидротехнических сооружений) длиной или шириной более 30 м помимо сейсмической нагрузки необходимо учитывать крутящий момент относительно вертикальной оси здания или сооружения, проходящей через его центр жесткости. Значение расчетного эксцентриситета между центрами жесткостей и масс зданий или сооружений в рассматриваемом уровне следует принимать не менее 0,1 В, где В — размер здания или сооружения в плане в направлении, перпендикулярном действию силы S_ik. При длине здания 48 м эксцентриситет эксцентриситет e₀=0,1×48=4,8 м. Крутящий момент от воздействия всей сейсмической нагрузки T_ik=4,8УS_ik должен восприниматься колоннами каркаса в виде дополнительных поперечных сил ДQ_ik=T_ik/l=0,96УS_ik=ДS_ik. Можно вычислить значение коэффициента, учитывающего влияния случайного крутящего момента:

Согласно расчетная сейсмическая нагрузка S_ik в выбранном направлении, приложенная к точке k и соответствующая i-му тону собственных колебаний зданий или сооружений, определяется по формуле

S_ik = ч_TK₁ S_0ik,

где К₁ — коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений, принимаемый по табл.3; для зданий и сооружений, в конструкциях которых могут быть допущены остаточные деформации и повреждения, затрудняющие нормальную эксплуатацию, при обеспечении безопасности людей и сохранности оборудования, возводимых из железобетонных крупнопанельных или монолитных конструкций К₁=0,22.

S_0ik — значение сейсмической нагрузки для i-го тона собственных колебаний здания или сооружения, определяемое в предположении упругого деформирования конструкций по формуле

S_oik = Q_k A_iK_wn_ik,

где Q_k — вес здания или сооружения, отнесенный к точке k, определяемый с учетом расчетных нагрузок на конструкции;

А — коэффициент равный 0,1 для расчетной сейсмичности 7 баллов;

_i — коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний зданий или сооружений;

К_w — коэффициент равный 1,3 для каркасных зданий, стеновое заполнение которых не влияет на их деформативность.

С учетом коэффициентов получаем

S_ok = 969,68•0,1•1,03•1,3•1=129,84кН.

S_k = ч_T•K₁ S_0k= 1,96•128,06•0,22=55,22 кН.

4. Усилия в сечениях элементов рамы от сейсмической нагрузки

Так как расчетные сейсмические нагрузки по п. 2.3 принимаются, действующими в горизонтальном направлении, вертикальная составляющая сейсмических сил не учитывается. Так же не учитывают по п. 2.4 вертикальную сейсмическую нагрузку для рам пролетом менее 24 м.

Рассчитываем наиболее напряженную колонны первого этажа Поперечные силы в сечениях колонн рамы:

кН

Так как ригель опирается на колонны шарнирно, изгибающие моменты в сечениях колонн рамы:

кН•м кН•м

5. Проверка прочности колонн с учетом сейсмических нагрузок

5.1 Подбор площади сечения арматуры колонн

Продольная сила в сечении средней колонны первого этажа (кН) при особом сочетании нагрузок:

от веса совмещенной кровли: 4137•24•6•0,9 = 536,16кН;

от веса снегового покрова: 0,5•0,9•24•6•0,9 =58,32 кН;

от веса колонны:

от веса стеновых панелей: ;

от веса фермы 100/2=50 кН;

Итого:

N=536,16+58,32+106,18+132,72+50=883,38 кН (в том числе длительная N_l=825,06 кН).

Принята нулевая привязка колонн продольного ряда, поэтому опирание фермы на колонну осуществляется по всей ширине и момента от покрытия в колоннах не возникает

Поперечная сила

Подбираем площадь сечения арматуры колонны

Бетон: класса В30 с17 МПа; 1,15 МПа; 32 500 МПа

Арматура:

класса А400 с 355 МПа; МПа;

Сечение колонны 400×400 мм с 5 м и см⁴. Для продольной арматуры принимаем, а = а' = 40 мм, тогда рабочая высота сечения h₀ = h — a = 400 — 40 = 360 мм

Усилия М=138,05 кН•м; M_l=0 кН•м; Q=27,61 кН; N₁=883,38 кН; N_1l=825,06 кН.

Эксцентриситет продольной силы:

Относительный эксцентриситет:

.

должен быть не менее

Также учитываем особые коэффициенты условий работы при расчете на прочность нормальных сечений элементов из тяжелого бетона с арматурой класса А400

Влияние длительности действия нагрузки на прогиб при эксцентриситете ее действия :

Характеристика сжатой зоны бетона

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона

Выражение для критической силы имеет вид:

(6.3)

где. В первом приближении задаемся, тогда (A_s+A_s') =0,005•40•40=8см²

Коэффициент, учитывающий влияние прогиба на значение эксцентриситета продольной силы:

(6.6)

Расстояние от направления действия силы до центра тяжести сечения наименее сжатой арматуры

Высота относительная сжатой зоны

(6.7)

Толщина сжатой зоны бетона. В случае

(6.9)

Принимаем 2Ш25 АIII c As=9,82 см².

5.2 Проверка прочности сечений, наклонных к продольной оси колонн

При поперечной силе и при продольной силе. Коэффициент, учитывающий благоприятное влияние продольной сжимающей силы на прочность наклонного сечения: (6.10)

следовательно, в расчете учитывается только .

При для тяжелого бетона находим:

(6.11)

При поперечная арматура не требуется по расчету и устанавливается конструктивно. Согласно требованиям п. 3.54 СНиП II-7−81 должна применяться поперечная арматура диаметром не менее 8 мм. Принимаем Ш8A-III с шагом s=0,5•600=300мм<15•32=480 мм.

6. Проверка общей устойчивости здания

Рисунок 6.1 — Расчетная схема здания для проверки общей устойчивости

Общая устойчивость здания обеспечена.

7. Антисейсмические мероприятия

Жесткость здания в поперечном и поперечном направлении обеспечивается рамами (колонны, ригели)

В качестве ограждающих стеновых конструкций применяются навесные панели. Между поверхностями стен и колонн каркаса должен предусматриваться зазор не менее 20 мм. По всей длине стены в уровне верха оконных проемов должен устраиваться антисейсмические пояс, соединяющийся с каркасом здания.

1. Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции. Общий курс, М., 1985.

2. СНКК 22−301−2000. «Строительство в сейсмических районах Краснодарского края»

3. СНКК 20−303−2002. «Нагрузки и воздействия. Ветровая и снеговая нагрузки. Краснодарский край»

4. СНиП 31−01−2003. «Здания жилые многоквартирные» Госстрой М., 1985.

5. СНиП 2.01.07−85*. «Нагрузки и воздействия» Госстрой М., 1985.

6. СНКК 23−302−2000. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по теплозащите зданий. Краснодарский край

7. СНиП 2.03.01−84*. Бетонные и железобетонные конструкции. М., 1985.

8. СНиП 2.02.01−83*. Основания зданий и сооружений. М., 1982.

9. СНиП II-3−79*. Строительная теплотехника

10. СНиП II-7−81*. Строительство в сейсмических районах. М., 2000.

11. Бондаренко В. М., Судницын А. И. Расчет строительных конструкций. Железобетонные и каменные конструкции. М., 1984.

12. Бондаренко В. М., Суворкин Д. Г. Железобетонные и каменные конструкции. М., 1987.