Одноэтажное каркасное производственное здание

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. Содержание 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 Введение 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 [10] 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 9x24м Сетка колонн 6х9м Высота этажа - 4500мм Рассчитываемой несущей конструкцией является сборные железобетонные конструкции рамы Колонны - сечение 500х500мм В качестве ригеля принимаем сегментную безраскосную ферму пролетом 9м, плиты - ребристые 3x6м Высота от отметки 0.000 м до низа стропильной конструкции - 5.0 м. Покрытие совмещенное по сборным ребристым плитам 3 x 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 IL 0,5 при коэффициенте пористости е Сейсмичность площадки строительства при наличии грунтов II категории равна сейсмичности района и составляет 9 баллов. Согласно выше перечисленному значения коэффициента динамичности bi в зависимости от расчетного периода собственных колебаний Тi 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 1м2 покрытия Вид нагрузки Нормативная нагрузка, Н/м2 Коэффициент надёжности по нагрузке Расчётная нагрузка, Н/м2 Постоянная: Собственный вес ребристой плиты 3x6 м 2000 1,1 2200 Пароизоляция 1 слой пергамина 50 1,3 65 Утеплитель - керамзитобетон δ=80мм (ρ=800кг/м3) 640 1,3 832 Цементно-песчаная стяжка δ=20мм 300 1,3 390 4 слоя рубероида на мастике 200 1,3 260 слой гравия δ=10мм 300 1,3 390 Итого 3490 4137 Временная Снеговая 630 900 3. Определение периода собственных колебаний и форм колебаний Для грунтов II категорий по сейсмическим свойствам: при Тi £ 0,1 с bi = 1 + 1,5Тi при 0,1 с

приТi ³ 0,4 с bi = 2,5 (0,4/ Тi) 0,5 Во всех случаях значения bi 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 9м принята равной 4т 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 Еb=32500МПа. Приняты колонны сечением 400х400мм, 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 TПри 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 Sik. При длине здания 48 м эксцентриситет эксцентриситет e0=0,1x48=4,8м. Крутящий момент от воздействия всей сейсмической нагрузки Tik=4,8ΣSik должен восприниматься колоннами каркаса в виде дополнительных поперечных сил ΔQik=Tik/l=0,96ΣSik=ΔSik. Можно вычислить значение коэффициента, учитывающего влияния случайного крутящего момента: Согласно [10] расчетная сейсмическая нагрузка Sik в выбранном направлении, приложенная к точке k и соответствующая i-му тону собственных колебаний зданий или сооружений, определяется по формуле Sik = χTK1 S0ik, где К1 - коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений, принимаемый по табл.3 [10] ; 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. S0ik - значение сейсмической нагрузки для i-го тона собственных колебаний здания или сооружения, определяемое в предположении упругого деформирования конструкций по формуле Soik = Qk AbiKwnik, где Qk - 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; bi - коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний зданий или сооружений; Кw - коэффициент равный 1,3 для каркасных зданий, стеновое заполнение которых не влияет на их деформативность. С учетом коэффициентов получаем Sok = 969,68∙0,1∙1,03∙1,3∙1=129,84кН. Sk = χT∙K1 S0k= 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 [10] принимаются, действующими в горизонтальном направлении, вертикальная составляющая сейсмических сил не учитывается. Так же не учитывают по п.2.4 [10] 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 Nl=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; 32500 МПа Арматура: класса А400 с 355 МПа; МПа; Сечение колонны 400х400 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; Ml=0 кН∙м; Q=27,61 кН; N1=883,38 кН; N1l=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 (As+As’) =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 2Ø25 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 8мм. Принимаем Ø8A-III с шагом s=0,5∙600=300мм 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. Список литературы 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.