Курсовая работа (т): Проектирование конструкций одноэтажного производственного здания

Проектирование конструкций одноэтажного производственного здания

Оглавление

1. Исходные данные

2.      Компоновка поперечной рамы

3. Определение нагрузок на раму-блок

3.1 Расчетная схема рамы

3.2 Постоянные нагрузки

3.3 Расчётные нагрузки и эксцентриситеты, их приложения, действующие на колонны крайнего и среднего ряда

3.4 Временные нагрузки

.4.1 Снеговая нагрузка

.4.2 Крановая нагрузка

.4.3 Ветровая нагрузка

.5 Статический расчет рамы-блока

.5.1 Вычисление геометрических характеристик сечений колонн

3.5.2 Определение реакций верха колонн рамы-блока от единичного смещения

.5.4 Загружение снеговой нагрузкой

.5.5 Загружение крановой нагрузкой

3.5.6 Загружение ветровой нагрузкой

4. Расчет прочности двухветвевой колонны среднего ряда

. Расчет внецентренно нагруженного фундамента под среднюю двухветвевую колонну

.1 Данные для расчета

.2 Определение геометрических размеров фундамента

. Расчет и конструирование панели оболочки КЖС

.1 Исходные данные для проектирования

.1.2 Подсчет нагрузок и усилий

.1.3 Расчет панели КЖС по общей несущей способности и устойчивости

.1.4 Характеристики предварительного напряжения

.1.5 Расчет прочности наклонных сечений

.1.6 Расчет поля оболочки на изгиб между диафрагмами

.1.7 Расчет КЖС по II-ой группе предельных состояний

Список используемой литературы

1. Исходные данные:

Шаг колонн - 12 м.

Размеры пролетов - 24 м.

Отметка головки крановых путей - 9.6

Грузоподъемность мостовых кранов - 50/10 т.с.

Вид строительной конструкции - КЖС

Расчетное сопротивление грунта - 0,22 Мпа

Длина здания - 96 м.

Тип местности по ветровой нагрузки - В

Район строительства - Курган

Задание на проектирование конструкций одноэтажного каркасного производственного здания:

Требуется запроектировать в сборном железобетоне основные несущие конструкции одноэтажного каркасного производственного здания с мостовыми кранами.

2. Компоновка поперечной рамы

Устройство фонарей не предусмотрено.

Покрытие: основные конструкции - балка пролетом 12 м, весом 160 кН

подкрановые балки ж/б предварительно напряженная, высотой 1,4 м

наружные стены панельные, навесные.

Колонны: кр. колонны проектируют сплошными прямоугольного сечения ступенчатыми

ср. колонна - сквозные двухветвевые.

Отметки головок крановых рельс h = 9,6 м.

Высота кранового рельса 150 мм.

Отметка подкрановой балки h - 150мм = 9,45м.

Габаритные размеры крана по высоте Н_cr = 3150 мм (для крана грузоподъемности Q = 50 т.).

Зазор между нижним поясом фермы и краном a₁ = 100 мм.

Высота кранового рельса КР-80 с прокладками h_{r =} 150 мм.

Высота подкрановой балки h_св = 1400 мм при шаге 12 м.

Отметка обреза фундамента а₂ = 0,15 м.

Для колонн крайнего ряда длина надкрановой части составит:

H₁ = Н_cr+а₁+h_cr+h_св = 3150+100+150+1400 = 4800 мм.

Колонна крайних рядов имеет длину от обрезов фундамента до верха подкрановой консоли:

H₂ = 9,6-(1,4+0,15)+0,15 = 7,9 м.

Полная длина колонны:

H = H₁+ H₂ = 4800+7900 = 12700 мм.

Окончательно полную высоту колонны H необходимо назначить так, чтобы отметка верха колонны была бы кратной 0,6 м. Таким образом, принимаем H = 12,6 м.

Для колонн среднего ряда длина надкрановой и подкрановой части колонны составит:

H₁ = 3150+100+150+1400 = 4800 мм.

H₂ = 12600-4800 = 7800 мм.

Высота сечения надкрановой части крайних колонн назначается из условия размещения кранового оборудования при «нулевой» привязке:

h₁ = λ-B₁-70 = 750-300-70 = 380 мм,

где В₁ = 300 мм - расстояние от оси кранового рельса до края моста крана.

Высота поперечного сечения подкрановой части этих же колонн из условия обеспечения требуемой прочности и жесткости:

h₂ = ≥1/14 H₂ = 7,8/14 = 0,557м = 557 мм.

Принимаем h₂ = 600 мм.

Ширина поперечного сечения крайних колонн из условия обеспечения достаточной жесткости должна быть не менее 1/25 Н, т.е.

b≥12,6/25 = 0,504 м = 504мм.

Принимаем b = 600 мм.

Назначаем размеры поперечного сечения:

подкрановой части h* b = 600*600 мм.

надкрановой части h* b = 380*600 мм.

Для двухветвевой колонны среднего ряда размеры сечения надкрановой части из условия надежного опирания подстропильных конструкций принимаем равным h₁ = 600 мм. и b = 600 мм.

Высоту сечения подкрановой части можно назначить так, чтобы ось ветви совпадала с осью подкрановой балки. Тогда при высоте поперечного сечения ветви h_br = 300 мм получим

h₂ = 2 λ+ h_br = 2·750+300 = 1800 мм.

Назначаем размеры поперечного сечения двухветвевой колонны среднего ряда:

надкрановая часть: h* b = 600*600 мм.

подкрановая часть: h* b = 600*1800 мм.

высота ветви: h_br = 300 мм.

3. Определение нагрузок на раму-блок

Наружные стены - керамзитобетонные панели, остекленение - ленточные, постоянные нагрузки, грузовые площади от покрытия действующие для:

крайнего ряда A₁ = L·a = 12·24/2 = 144 м²

среднего ряда A₂ = L·a = 12·24 = 288 м² ,где

L - пролёт, A - шаг балок

.1 Расчетная схема рамы

3.2 Постоянные нагрузки

Распределенные по поверхности нагрузки от веса покрытия приведены в табл.1.1. Все расчетные нагрузки определены с коэффициентом надежности по назначению здания γ_n = 0,95.

Таблица 1

Постоянные нагрузки на покрытие

3.3 Расчётные нагрузки и эксцентриситеты, их приложения, действующие на колонны крайнего и среднего ряда

Колонна крайнего ряда:

от веса покрытия

G₁ = g A₁ = 3,7·144 = 532,8 кН

Эксцентриситет относительно оси надкрановой части:

e₁ = h₁/2-175 = 380/2-175 = 15 мм.

от веса надкрановой части

G₂ = 0,6·0,38·4,8·2,5·9,81·1,1·0,95 = 28,05 кН

Эксцентриситет относительно геометрической оси подкрановой части колонны

e₂ = ( h₁- h₂)/2 = (600-380)/2 = 110 мм.

от веса подкрановой части одной колонны

G₃ = 0,6·0,6·8,4·2,5·9,81·1,1·0,95 = 77,5 кН

Эксцентриситет относительно своей оси равен нулю

от стеновых панелей

t_w = 300 мм - толщина панелей

G₄ = 120 кН

Эксцентриситет относительно оси подкрановой части:

e₄ = ( t_w+ h₂)/2 = (300+600)/2 = 450 мм.

от веса подкрановой балки и крановых путей

G₅ = (114,8·1,4+1,5·12)·1,1·0,95 = 186,76 кН

Эксцентриситет относительно оси подкрановой части колонны

e₃ = λ- h₂/2 = 750-600/2 = 450 мм.

Колонна среднего ряда:

от веса покрытия

G₆ = 532,8·2 = 1065,6 кН

от веса надкрановой части

G₇ = 0,6·0,38·4,8·2,5·9,81·1,1·0,95 = 44,3 кН

от веса подкрановой части при числе отверстия n = 4

G₈ = 69.4 кН

от веса подкрановых балок и крановых путей

G₉ = 2·1,1·0,95·(160,72+1,5·12) = 712,1 кН

Эксцентриситет e₄ = λ = 750 мм.

.4 Временные нагрузки

.4.1 Снеговая нагрузка

Расчётная нагрузка на колонну:

крайнего ряда

S₁ = S_g·A₁ = 1,8·144 = 259,2 кН

S_g = 1,8 ( по СНиП 2.01.07-85^* ”Нагрузки и воздействия”)

среднего ряда

S₂ = S_g·A₂ = 1,8·288 = 518,4 кН

3.4.2 Крановая нагрузка

P_n,max = 46,5т.с = 465 кН

P_n,min = 11,8т.с. = 118 кН

Горизонтальное давление (тормозная сила)

T_n = 1,7 т.с. = 17 кН

Для определения расчетного максимального давления на колонны строится линия влияния опорных реакций от воздействия 2-х сближенных кранов.

Габариты крана: ширина В = 6,65 м.

база крана А_cr = 5,25 м

Σy = 1+0,535+0,883+0,445 = 2,863

Расчетное максимальное и минимальное давление от 2-х сближенных кранов по крайнему ряду колонну:

D_max,l = ψ· P_n,min·Σy·γ_f·γ_n = 0,85·465·2,863·1,1·0,95 = 1182,5 кН

D_min,l = D_max,l·(P_n,min/ P_n,max) = 1182,5·(118/465) = 300 кН

Расчётная тормозная сила:

Т_r = ψ T_n Σy γ_f·γ_n = 0,85·17·2,863·1,1·0,95 = 43,23кН, где

ψ = 0,85- для крайнего ряда колонн

ψ = 0,8 для среднего ряда

Расчётное максимальное давление D_max от 4-х кранов у средней колонны:

Вертикальное давление:

D_max,r = ψ·2·P_n,max·Σy·γ_f·γ_n = 0,7·2·465·2,863·1,1·0,95 = 1947,7кН

D_min,r = D_max,r·( P_n,min/ P_n,max) = 1947,7 (118/465) = 494,25 кН

Т_r = ψ·T_n Σy γ_f·γ_n = 0,7·2·17·2,863·1,1·0,95 = 71,2 кН

3.4.3 Ветровая нагрузка.

Тип местности - В, для района - II скоростной напор ветра W₀ = 0,3kH/м²( табл. 5. СНиП 2.01.07-85^*), γ_f· = 1,4.

Скоростной напор ветра на разной высоте определяется по формуле:

W = k_w·c ·γ_f· ·γ_n

k_w- коэффициент ветрового давления, принимаемый по табл.6 СНиП 2.01.07-85^*

c- аэродинамический коэффициент принимаемый по прил. 4 СНиП 2.01.07-85^*

Для открытой местности коэффициент k:

В k

≤ 5 м 0,5

≤ 10 м 0,65

≤ 20 м 0,85

Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте здания, по формуле:

на отметке 12,450 k₁ = 0,65+(0,85-0,65)·(12,45-10)/10 = 0,699

на отметке 13,650 k₂ = 0,65+(0,85-0,65)·(13,65-10)/10 = 0,723

Скоростной напор ветра:

на отметке 5,000 w₁ = w₀· k = 0,5·0,3 = 0,15 кПа

на отметке 10,000 w₂ = 0,65·0,3 = 0,19 кПа

на отметке 12,450 w₃ = 0,699·0,3 = 0,2097 кПа

на отметке 13,650 w₄ = 0,723 ·0,3 = 0,217 кПа

Переменный по высоте колонны скоростной напор заменяем равномерно распределенным, эквивалентным по моменту в заделке колонны:

w_eq = 2·M_a/H² =

Аэродинамические коэффициенты:

c = 0,8 с наветренной стороны

c = -0,6 с заветренной стороны

Расчетная нагрузка на колонну крайнего ряда до отметки 13,200 м

с наветренной стороны:

W_а = c·w_eq·B· γ_f·γ_n = 0,8·0,186·12·1,4·0,95 = 2,375 кН/м, где

В = 12, шаг колонн или ширина рамного блока.

с заветренной стороны:

W_p = 0,6·0,186·12·1,4·0,95 = 1,781 кН/м.

W = (c₁₊c₂)·( w_eq+w_max)·(H_max-·H₀)·B/2

w_max- ветровое давление на отметке H_max;

H_max- отметка конька фонаря или наивысшей точки покрытия;

H₀- отметка верха колонны;

.5 Статический расчет рамы-блока

.5.1 Вычисление геометрических характеристик сечений колонн

Моменты инерции сечения колонны среднего ряда:

надкрановой части

подкрановой части

Коэффициенты для вычисления реакций по формулам:

k₁ = 0 для сплошной колонны

Моменты инерции сечения колонны крайнего ряда:

надкрановой части

подкрановой части

где с = h₂-h_br = 1800-300 = 1500 мм - расстояние между осями ветвей

Коэффициенты для вычисления реакций по формулам:

, где

- момент сечения ветви колонны

n = 4 -число панелей (отверстий) в подкрановой части двухветвевой колонны.

3.5.2 Определение реакций верха колонн рамы-блока от единичного смещения

Верхним концам колонны придаем горизонтальное смещение  = 1 и определяем реакции В в основной системе от этого смещения:

для колонн крайнего ряда

для средней колонны

Суммарная реакция верха колонн

.5.3 Загружение рамы-блока постоянной нагрузкой

Определяем реакции колонн в основной системе (т.е. с несмещаемыми верхними концами) по формулам:

где М₁ = G₁·е₁ = 532,8·0,015 = 8 кН

М₂ = -G₁·е₂- G₂·е₂- G₄·е_w· G₅·е₃ = -532,8*0,11-28,05*0,11-

120*0,45+186,76*0,45 = -31,65 кН·м

- моменты в сечениях I- I и III- III от внецентренного приложения постоянной нагрузки.

Согласно принятому правилу знаков, положительная реакция направлена вправо.

для колонны среднего ряда

 е = 0

Суммарная реакция верха колонны в заданной системе:

Перемещение верха колонн в заданной системе:

C_dim = 1, коэффициент, учитывающий пространственную работу каркаса при действии крановых нагрузок.

Упругие реакции верха колонн в заданной системе для крайних колонн или крайнего ряда.

для колонн крайнего ряда

для колонн среднего ряда

Проверка: (-8,05-17,3)/7,9 = -3,21 кН

Усилия в сечениях колонн:

для колонн крайнего ряда

М_{I- I} = М₁ = 8 кН·м

М _II-II = М₁+В_e,l·H₁ = 8+3,25·4,8 = 23,6 кН·м

М _III-III = М _II-II+ М₂ = 23,6-31,65 = -8,05 кН·м

М_IV-_IV = М₁+ М₂+ В_e,l·H = 8+(-31,65)+3,25·12,6 = 17,3 кН·м

Проверка: (-8,05-17,3)/7,9 = -3,21 кН

N _II-II = G₁+G₂ = 532,8+28,05 = 560,85 кН

N _III-III = N _II-II+ G₄+G₅ = 560,85+120,+186,76 = 867,61 кН_IV-_IV = N _III-III+ G₃ = 867,61+77,5 = 945,11 кН