Железобетонные и каменные конструкции

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ 

имени Гагарина Ю.А.

 

Факультет:   СТРОИТЕЛЬНО-АРХИТЕКТУРНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

 

Кафедра:  Теория строительных конструкции и сооружений (ТСК)

 

Специальность:   Промышленное и гражданское строительство (ПГС)

 

Форма  обучения:   заочная

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции»

 

 

 

                                                 Выполнил студент группы _____61__________                                                                                                                 

   __________  /        Плешканев Д.С.       /

^{(подпись)}  

Дата представления к защите

 

     « ____ »  ______________ 2013 г.

 

Оценка «_______»  ________________ 

 

 

                                                   Руководитель проекта: доцент кафедры ПГС

 

        __________  /      Еремин А.П.      /

  ^{(подпись)}        

 Комиссия :

 

              __________  / ______________________/

  ^{(подпись)          (расшифровка)}

 

 

 

 

Саратов 2013 г.

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В разрабатываемом курсовом проекте  рассчитывается железобетонный каркас одноэтажного производственного здания согласно основным принципам расчета, конструирования и компоновки железобетонных конструкций.

Выполнение курсового проекта  “ Одноэтажного промышленного здания”  по дисциплине “Железобетонные и  каменные конструкции” направлено на усвоение знаний, полученных при изучении теоретической части данной дисциплины, а также на выработку практических навыков проектирования и расчета  железобетонных конструкций.

В курсовом проекте рассматриваются  особенности размещения конструктивных элементов каркаса в плане и по высоте, схемы связей между колоннами, горизонтальных и вертикальных связей по покрытию, компоновка поперечной рамы, правила определения величин и характера действующих на каркас различных нагрузок – постоянной, временных.

Сбор нагрузок осуществляется в  соответствии со СНиП 2.01.07-85 ²Нагрузки и воздействия², а расчет конструкций - в соответствии со СНиП 2.03.01--84* ²Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования².

Для уменьшения нагрузок в проекте  применяется легкое покрытие из лёгкого  ж/б с использованием эффективного утеплителя.

Расчет железобетонных конструкций производится по методу предельных состояний в соответствии с положениями СНиП 2.03.01-84* “Бетонные и железобетонные конструкции” и согласно  СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”.

Под предельным понимается такое состояние  конструкции, после достижения, которого ее дальнейшая нормальная эксплуатация становится невозможной вследствие потери способности сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получения недопустимых перемещений и местных повреждений. Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности - предельные состояния первой группы и по пригодности к нормальной эксплуатации - предельные состояния второй группы.

Расчет по предельным состояниям первой группы должен обеспечит необходимую прочность и устойчивость конструкции, чтобы предотвратить:

• хрупкое, вязкое или иного характера разрушение;
• потерю устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций т.п.) или ее положение (расчет конструкции на опрокидывание, скольжение, всплытие и т.д.);
• усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под действием многократно повторяющейся нагрузки - подвижной или пульсирующей: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и перекрытий под неуравновешенные машины и т. п.);
• разрушение от совместного действия силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (агрессивная среда, попеременное замораживание и оттаивание и т. п.).

Расчет по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить:

• образование в конструкциях трещин и их чрезмерное или длительное раскрытие (если по условиям эксплуатации образование или длительное раскрытие трещин недопустимо);
• чрезмерное перемещения (прогибы, углы поворота и перекоса, колебания).

Расчет по предельным состояниям конструкций в целом, а также отдельных ее элементов производится для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации, причем расчетные схемы должны соответствовать принятым конструктивным решениям. При расчете по предельным состояниям учитывают следующие факторы:

• нагрузки и воздействия, их вероятные отклонения (в основном превышение) от средних значений, неблагоприятное сочетание нагрузок постоянных и временных (длительных, кратковременных и особых);
• механические характеристики бетона и арматуры (временное сопротивление, предел текучести), изменчивость этих характеристик, условия работы материалов;
• общие условия работы конструкций, условия ее изготовления, агрессивность среды и т.п.

Таким образом, расчетом по предельным состояниям гарантируется, что за расчетный период эксплуатации сооружения не наступит ни одно из недопустимых предельных состояний для конструкции в целом и для отдельных ее частей. В данном курсовом проекте расчёт всех конструкций производится по предельным состояниям первой группы.

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Длина здания	108 м
Пролет здания	18 м
Ригель рамы	Балка двускатная
Шаг колонн	12 м
Грузоподъемность крана	50 т
Отметка верха колонны	15,6 м
Район строительства	Томск
Тип кровли	1
Условное расчетное сопротивление грунта	125 кПа

 

Конструкция кровли:

 

Рулонная кровля, кН/м2	0,18
Выравнивающий слой цементного раствора (ρ = 18 кН/м3) , толщиной, мм	20
Утеплитель и крупнопористого  керамзитобетона (ρ = 9 кН/м3), толщиной, мм	120
Швы замоноличивания, кН/м3	0,15

 

 

I. Расчет двускатной балки покрытия

 

Сбор нагрузок осуществлен в  табличной форме.

Таблица1

Вид нагрузки	Нормативная, кН/м2	γf	Расчетная, кН/м2
Постоянная
1. Рулонная кровля	0,18	1,3	0,234
2. Цементный раствор	0,36	1,2	0,432
3. Утеплитель	1,08	1,3	1,404
4. Швы замоноличивания	0,15	1,3	0,195
5. Плиты покрытия 12×3 м (Р=70кН)	1,94	1,1	2,134
6. Ригель (балка Р=91кН)	0,764	1,1	0,840
Итого	4,474		5,239
Временная
7. Снеговая (IV район)	1,68		2,4
7.1 длительно действующая	0,252		0,36
7.2 кратковременная	0,588		0,84

1. Расчет по 1-й группе предельных состояний

1. Конструктивная схема балки

 

Рис. 1

Рис. 2

1.2 Материалы

 

Бетон В40 с тепловой обработкой:

R_b=22 МПа, R_bt=14 МПа, R_b,ser=29 МПа, R_bt,ser=2,1 МПа, E_b=32500 МПа

Принимаем R_bр=0,8·B=0,8·40=32МПа>15,5 МПа.

Арматура:

• напрягаемая К19 : R_s=1175 МПа, R_sc=400 МПа, E_s=180000 МПа, R_s,ser=1410 МПа
• конструктивная АIII : R_s=1175 МПа, R_sc=400 МПа, R_sw=290 МПа;

ВрI : R_s=360 МПа, R_sc=360 МПа;

Предварительное контролируемое напряжение назначаем σ_sp=0,7·R_s,ser=0,7·1410=987 МПа

3. Определение усилий

 

Равномерно распределенная нагрузка на ригель:

q^H=q^H_п+q^H_s =4,474*12+1,68*12=63,77 кН/м,

q=q_n+q_s=5,239*12+2,4*12=77,27 кН/м.

Максимальный момент и поперечная сила в середине пролёта:

Изгибающий момент в 0,37 пролета  балки:

4. Предварительный расчет арматуры

 

• в середине пролета:

• в опасном сечении:

• из условия обеспечения трещиностойкости:

β=0,6 – согласно [7]

Необходимое число канатов:

n=A_sp/A_s=30,93/1,287=24,03

где A_sp=1,287 см² – для канатов К-19.

Назначаем n=25 К-19. Для дальнейших расчетов предварительно принимаем:

A_sp=25·1,287=32,18 см² n=25 K-19,

A_s=4,52 см² - 4ø12 – A III, (конструктивно)

A^’_s=4,52 см² - 4ø12 – A III, (конструктивно).

5. Определение геом. характеристик приведенного сечения

 

Отношение модулей упругости:

α=E_s/E_b=180000/32500=5,54.

Приведенная площадь арматуры:

α·A_sp=5,54·32,18=178,28 см²;

 α·A_s= α·A^’_s=5,54·4,52=25,04 см².

Площадь приведенного сечения посредине  балки:

A_red=48·20+15·19+15·9,5+40·19+10·147,5+178,28+25,04=4110,82 см²

Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани:

S_red=40·20·210+15·19·192,5+40·19·9,5+15·9,5·31,25+10·147,5·111,25+

+178,28·12+25,04·216=412864 см³

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до нижней грани y₀=S_red/A_red=412864/4110,82=100,63 см 101 см; то же, до верхней грани y’₀=220-101=119 см.

Момент инерции приведенного сечения  относительно центра тяжести сечения:

 Момент сопротивления приведенного  сечения для нижней растянутой  грани балки при упругой работе  материалов:

W_red=J_red/y₀=30843797/101=305384 см³;

то же для верхней грани:

W’_red=J_red/y’₀=30843797/119=258717 см³;

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до верхней ядровой точки:

r=φ·W_red/A_red=0,85·305384/4110,82=63,14 см,

где коэф. φ принимаем согласно п.4.5 [1], в зависимости от отношения σ_b/R_b,ser; принимая σ_b/R_b,ser=0,75, имеем φ=1,6 - σ_b/R_b,ser=1,6-0,75=0,85

то же до нижней ядровой точки:

r_inf =φ·W’_red/A_red=0,85·258717/4110,82=53,5 см

Момент сопротивления сечения  для нижней грани балки с учетом неупругих деформаций бетона определяем по формуле:

W_pl=[0,292+0,75·(γ₁+2·μ·α)+0,075·(γ^’₁+2·μ^’·α)]·b·h²=[0,292+0,75·(0,342+2·0,014·5,54)+0,075·(0,691+2·0,002·5,54)]·10·220²=347670 см³

где

 

μ=A_sp/bh=32,18/(10·220)=0,014;

μ’=A’_s/bh=4,52/(10·220)=0,002.

То же для верхней грани:

W’_pl=[0,292+0,75·(γ₁+2·μ·α)+0,075·(γ^’₁+2·μ^’·α)]·b·h²=[0,292+0,75·(0,345+2·0,002·5,54)+0,075·(0,682+2·0,014·5,54)]·10·220²=304995 см³

где

μ’=A’_s/bh =32,18/(10·220)=0,014;

μ=A_sp/bh =4,52/(10·220)=0,002.

6. Определение потерь предварительного напряжения арматуры

 

Первые потери (согласно табл.5[1]):

• от релаксации напряжений в арматуре

(0,22·0,7-0,1)·987=53,3 Мпа;

• от температурного перепада

σ₂=1,25· Δt=1,25·65=81,25 МПа;

• от деформации анкеров вблизи натяжных устройств, при длине арматуры l=19 м

σ₃=E_s· Δl/l=180000·2/19000=14,4 МПа;

где Δl=2 мм.

Усилие обжатия с учетом первых потерь при коэф. точности натяжения  арматуры γ_sp=1 (согласно п.1.27[1])

P₁= γ_sp·A_sp(σ_sp - σ₁ - σ₂ - σ₃)=1·32,18(987-53,5-81,25-14,4)/10=2696 кН

Эксцентриситет действия силы P₁:e_op=y₀-a=101-12=89 см. Напряжение обжатия бетона на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от действия усилия P₁ и момента от собственного веса балки, при изготовлении балки в вертикальном положении М^н_мах:

=0,764 кН/м² равномерно распределенная по площади нагрузка от собственного веса балки (см табл.1);

l =12м –шаг колонн.

Отношение σ_bp/R_bp=12,4/32=0,39 <0,95, что удовлетворяет п.1.29[1].

• Потери от быстронатекающей ползучести:

т.к α=0,8> σ_bp/R_bp=0,39 (α=0,25+0,025·R_bp=0,25+0,025·32=1,05>0,8, принимаем α=0,8), то

σ₆=0,85·40· σ_bp/R_bp=0,85·40·0,39=13,26 МПа.

Вторые потери (согласно табл.5[1]):

• от усадки бетона В40: σ₈=40 МПа
• от ползучести бетона при σ_bp/R_bp=0,39<0,75: σ₉=150· α· σ_bp/R_bp=150·0,85·0,39=49,73 МПа,