Одноэтажное промышленное здание

Министерство образования  Российской Федерации

 

Томский государственный архитектурно-строительный университет

 

 

 

 

 

 

Кафедра «Железобетонных  и каменных конструкций.»

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка 

к курсовому проекту:

 

 

«Одноэтажное промышленное здание.»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                                             Студент гр. 111.6

                                                                                                                Богачев М.С.

Проверил:                                                                                             Богатырева

 

 

 

 

                                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2005 г.

 

      1.1 Компоновка поперечной рамы и определение нагрузок:

Компоновку поперечной рамы производим в соответствии с требованиями типизации конструктивных схем одноэтажных промышленных зданий. Находим высоту надкрановой части колонн, принимая высоту подкрановой балки 0.8 м (по приложению XII), а кранового пути 0,15 м с учетом минимального габарита приближения крана к стропильной конструкции 0,1 м и высоты моста крана грузоподъемностью 20.5 т H_k – 2,4 м (см. приложение XV):

Н₂≥2,4+0,8 + 0,15 + 0,1 = 3,45м.

С учетом унификации размеров колонн серии 1.424.1 (приложение V) назначаем H₂ – 3,5 м.

Высоту подкрановой части колонн определяем но заданной высоте до низа стропильной конструкции 13,2 м и отметки обреза фундамента – 0,150 м при Н₂ = 3,5 м: Н₁ = 13,2 – 3,5+ 0,15 = 9,87 м.

Расстояние от верха колонны  до уровня головки подкранового рельса соответственно будет равно у = 3,5 – 1,2 – 0,15 = 2,15 м.

Для назначения размеров сечений колонн по условию предельной гибкости вычислим их расчетные длины в соответствии с требованиями табл. 32 [2]. Результаты представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Расчетные  длины колонн (l₀):

Часть колонны	При расчёте  в плоскости поперечной рамы		В перпендикулярном направлении
	При учёте  нагрузок от крана	Без учёта  нагрузок от крана
Подкрановая Н1 =8,65м	1,5∙Н1=1,5∙9,87=14,805м	1,2∙(Н1+Н2)=1,2∙(9,87+3,45)==13,32	0,8∙Н1=0,8∙9,87= =7,896м
Надкрановая Н2 =3,5м	2∙Н2=2∙3,5=7,0м	2,5∙Н2=2,5∙3,5=8,75м	1,5∙Н2=1,5∙3,5=5,25м

 

Согласно требованиям  п. 5.3 [2], размеры сечений внецентренно сжатых колонн должны приниматься такими, чтобы их гибкость l₀/r  (l₀/h) в любом направлении, как правило, не превышала 120 (35). Следовательно, по условию максимальной гибкости высота сечения подкрановой части колонн должна быть не менее 14,58/35 = 0,417 м, а надкрановой – 9,87/35 = 0,25 м. С учетом требований унификации для мостовых кранов грузоподъемностью более 30 т принимаем поперечные сечения колонн в надкрановой части 400×600 мм. В подкрановой части для крайних колонн назначаем сечение 400×800 мм, и для средней –  400×800 мм. В этом случае удовлетворяются требования по гибкости и рекомендации по назначению высоты сечения   подкрановой   части  колонны  в пределах (1/10...1/14)Н₁ = (1/10...1/14)8,65 = =0,865...0,618м.

 В соответствии с  таблицей габаритов колонн (приложение V) и назначенными размерами поперечных сечений принимаем для колонн крайнего ряда по оси А номер типа опалубки 4, а для колонн среднего ряда по оси Б –  9.

Стропильную конструкцию  по заданию принимаем в виде безраскосной арочной фермы типа ФС24 из тяжелого бетона. По приложению VI назначаем марку фермы ФБ 24-III, с номером типа опалубочной формы 3, с максимальной высотой в середине пролета 3,28 м (объем бетона 5,94 м³).

По приложению XI назначаем тип плит покрытия размером 3×6 м (номер типа опалубочной формы 1 высота ребра 300 мм, приведенная толщина с учетом заливки швов бетоном 65,5 мм).

Толщина кровли (по заданию  тип 2), согласно приложению XIII, составляет 1,330 мм.

По заданию проектируем  наружные стены из сборных навесных панелей. В соответствии с приложением XIV принимаем панели из бетона на пористом заполнителе марки по плотности D 900 толщиной 300 мм. Размеры остекления назначаем по приложению XIV с учетом грузоподъемности мостовых кранов.

Результаты компоновки поперечной рамы здания представлены на рис. 1 и 2.

Определяем постоянные и временные нагрузки на поперечную раму: постоянные нагрузки, распределенные по поверхности от веса конструкции покрытия заданного типа (рис. 2) приведены в табл. 2.

Таблица 2. Постоянные нагрузки на 1 м² покрытия:

Элемент совмещённого покрытия	Нормативная нагрузка [кН/м2]	Коэффициент γс	Расчётная нагрузка [кН/м2]
Кровля:
Слой гравия, втопленного в битум	0,16	1,3	0,208
Четырехслойный рубероидный ковёр	0,12	1,3	0,156
Цементная стяжка (δ = 25 мм, ρ = 18 кН/м³)	0,27	1,3	0,351
Утеплитель пенобетон(δ = 110 мм, ρ = 5,0 кН/м³)	0,30	1,3	0,390
обмазочная пароизоляция	0,03	1,3	0,039
Ребристые плиты  покрытия размером 3х6 м с учётом заливки швов (δ = 89,7 мм, ρ = 25 кН/м³)	1,637	1,1	1,801
Стропильная сегментная ферма (Vб=5,94 м3, пролёт 24 м, шаг колонн 6 м, бетон легкий) 5,94·25/(24·6) = 0,325 кН/м²	1,031	1,1	1,134
итого			4,665

 

С  учетом  коэффициента  надежности  по назначению  здания γ_n = 1 (класс ответственностиIII) и шага колонн в продольном направлении 6 м, расчетная постоянная нагрузка на 1 м ригеля рамы будет равна G = 4,665·6 = 27,99 кН/м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - 1

Рис.1. Фрагмент плана одноэтажного трёхпролётного промышленного здания  и поперечный разрез.

Нормативная нагрузка от 1 м² стеновых панелей из бетона на пористом заполнителе марки D 900 при толщине 240 мм составит 8,8·0,24 = 2,112 кН/м², где ρ= 8,8 кН/м³ – плотность бетона на пористом заполнителе, определяемая согласно п. 2.13 [3]. 

Нормативная нагрузка от 1 м² остекления в соответствии с приложением XIV равна 0,5 кН/м².

Расчетные нагрузки от стен и остекления оконных переплетов производственного здания:

на участке между отметками 11,4 и 13,8 м G₁ = 27,59 кН;

на участке между отметками 9,0 и 11,4 м G₂ = 22,66

на участке между отметками 0,0 и 9 м G₃ = 44,44 кН;

Расчетные нагрузки от собственного веса колонн из тяжелого бетона (ρ = 25 кН/м³):

Колонна по оси  А, подкрановая часть с консолью

G₄₁=0,6·0,5+0,5·0,5/2)·0,4·25·1,1·0,95=76,76кН;

надкрановая часть G₄₂ = 0,4·0,6·3,5·25·1,1·0,95 = 21,95кН;

итого G₄ = G₄₁+G₄₂ = 76,76+21,95 = 104,8 кН.

колонна по оси Б, подкрановая часть  с консолями

G₅₁=(0,8·8,65+2·0,6·0,65+0,65·0,65)·0,4·25·1,1·0,95 =84,88кН;

надкрановая часть G₅₂ = G₄₂ = 21,95 кН;

итого G₅= G₅₁+G₅₂ = 84,88+21,95 = 124,85 кН.

Расчетная нагрузка от собственного веса подкрановых балок (по приложению XII) и кранового пути (1,5 кН/м) будет равна: G₆ = 48,4 кН

Временные нагрузки: снеговая нагрузка для расчета поперечной рамы принимается равномерно распределенной во всех пролетах здания. Для заданного района строительства

(г. Казань) по [7] определяем нормативное значение снегового покрова s_o = 1,5 кПа (район III) и соответственное полное нормативное значение снеговой нагрузки s = s_o·μ = 1,5·1 = 1,0 кПа (при определении коэффициента μ не следует учитывать возможность снижения снеговой нагрузки с учетом скорости ветра). Коэффициент надежности для снеговой нагрузки γ_f = 1,4. Тогда расчетная нагрузка от снега на 1 м ригеля рамы с учетом класса ответственности здания соответственно будет равна P_sn = 1,5·1,4·6,0·0,95 = 12 кН/м. Длительно действующая часть снеговой нагрузки согласно п. 1.7 [7] составит P_sn,l =0,5·P_sn = 0,5·12 = 6 кН/м.

 

Гравий, втопленый в битум

четырехслойный рубероидный ковер

Цементная стяжка (δ=25 мм ρ=25 кН/м²)

Утеплитель пенобетон (δ=110 мм ρ=5 кН/м²)

 обмазочная пароизоляция

Плита покрытия 3×6 м

 

Рис.2 К определению  эксцентриситетов продольных сил в  колоннах.

 

Крановые нагрузки: по приложению XV находим габариты и нагрузки от мостовых кранов грузоподъемностью Q = 20/5 т (196,2/49 кН): ширина крана В_к = 5,6 м; база крана А_к = 4,4 м; нормативное максимальное давление колеса крана на подкрановый рельс Р_мaх,п = 180 кН; масса тележки G_T = 6,3 т; общая масса крана G_к = 25,5 т;

Нормативное минимальное давление одного колеса крана на подкрановый рельс (при 4 колесах): Р_мin,п= 0,5(Q + Q_к) – Р_мaх,п= 0,5(122,63 + 20,5·9,81) – 135 = 26,87 кН. Нормативная горизонтальная нагрузка на одно колесо крана, направленная поперек кранового пути и вызываемая торможением теле-жки, при гибком подвесе груза будет равна:

Т_п= 0,5·0,05(Q + Q_т) = 0,5·0,05(122,63 + 3·9,81) = 3,8кН.

Расчетные крановые нагрузки вычисляем  с учетом коэффициента надежности по нагрузке    y_f = 1,1 согласно п. 4.8 [7].

Определим расчетные нагрузки от двух сближенных кранов по линии влияния (рис.3) без учета коэффициента сочетания Ψ:

максимальное давление на колонну D_мaх= Р_мaх,п·γ_f ·Σ_у·γ_n = 135·1,1·3,083·0.95=428,67 кН, где Σ_у – сумма ординат линии влияния Σ_у = 0,542+0,908+1+0,633=3,083;

           минимальное давление на колонну D_min = Р_min,п·γ_f ·Σ_у·γ_n = 26,87·1,1·3,083·0,95=101,38 кН.  тормозная поперечная нагрузка на колонку Т= Т_п·γ_f ·Σ_у·γ_n = 3,8·1,1·3,083·0.95 = 15,36 кН.

Ветровая нагрузка: Пенза расположена в II ветровом районе по скоростным напорам ветра. Согласно п. 6.4 [7] нормативное значение ветрового давления равно w₀=0,3 кПа. Для заданного типа местности В с учетом коэффициента k (см. табл 6 [7]) получим следующие значения ветрового давления по высоте здания:

на высоте до 5 м  w_n1= 0,75·0,3 = 0,225 кПа;

на высоте 10 м   w_n2= 1,0·0,3 = 0,300 кПа;

на высоте 20 м   w_n3= 1,25·0,3 = 0,375 кПа.

Согласно рис.4, вычислим значения нормативного давления на отметках верха колонн и покрытия:

на отметке 12,0м   w_n4=0,12+[(0,12–0,165)/(20–10)](12,0–10)=0,129 кПа;

на отметке 15,875 м    w_n5 = 0,12 + [(0,165 – 0,12)/(20 – 10)](15,875 – 10) = 0,1464 кПа.

Переменный по высоте скоростной напор ветра заменяем равномерно распределенным, эквивалентным по моменту в заделке консольной балки длиной 12 м:

       кПа

Рис.4 К определению  эквивалентного нормативного значения ветрового давления

 

 

Для определения ветрового  давления с учетом габаритов здания находим по прил. 4 [7] аэродинамические коэффициенты с_е = 0,8 и с_е3 = – 0,425, тогда с учетом коэффициента надежности по нагрузке, γ_f  = 1,4 и шага колонн 12 м получим: расчетная равномерно распределенная нагрузка на колонну рамы с наветренной стороны w₁ = 0,1214·0,8·1,4·12,0·0,95= = 1,87 кН/м; то же, с подветренной стороны w₂ = 0,1214·0,425·1,4·12,0·0,95 = 0,93 кН/м; расчетная сосредоточенная ветровая нагрузка от давления ветра на ограждающие конструкции выше отметки 12м имеем

·γ_f··L·γ_n= 0,129+0,1464)/2(15,875 –

–12,0)·(0,8+0,425)·1,4·12·0,95 = 12,74 кН.

Расчетная схема поперечной рамы с указанием мест приложения всех нагрузок приведена на рис.5. При определении эксцентриситета опорных давлений стропильных конструкций следует принимать расстояния сил до разбивочных осей колонн в соответствии с их расчетными пролетами по приложениям VI – X.

Рис.5 Расчетная схема  поперечной рамы

 

2. Проектирование стропильной конструкции – 

сегментная  раскосная ферма:

Решение. Воспользуемся  результатами автоматизированного статического расчета безраскосной фермы марки ФС24III для III снегового района.

Для анализа напряженного состояния элементов фермы построим эпюры усилий N, М и Q от суммарного действия постоянной и снеговой нагрузок (снеговая 1), как показано на рис. 2.23[1]  .

Согласно эпюрам усилий N и М наиболее неблагоприятные сочетания усилий для расчета нормальных сечений верхнего и нижнего поясов фермы имеем в контуре с сечениями 7, 8 и 11, 12. Для расчета прочности стоек следует проанализировать напряженное состояние сечений 17–20 с учетом вариантов схем загружения снеговой нагрузкой.

 Нормативные и расчетные  характеристики тяжелого бетона  заданного класса В45, твердеющего в условиях тепловой обработки при атмосферном давлении, эксплуатируемого в окружающей среде влажностью 70% (у_b2 = 0,9); R_bn= R_b,ser = 32 МПа; R_b= 0,9·25= 22,5 МПа; R_bt,n= R_bt,ser = 1,305Па; Е_ь = 34000 МПа; R_bp = 30МПа (см. табл. 2.3).

Расчетные характеристики ненапрягаемой  арматуры: продольной класса A-III, R_s = R_sc = 365 МПа; E_s = 200 000 МПа; поперечной класса А-I, R_sw = 175 МПа; E_s = 210 000 Мпа.

Рис. 6 к расчету сечений нижнего  пояса безраскосной фермы