Проектирование одноэтажного промышленного здания

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные для проектирования 4

1. КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ 5
1. Определение размеров колонн по высоте 5
2. Привязка колонн. Выбор типов колонн и назначение размеров поперечных сечений колонн 5
3. Выбор и компоновка стенового ограждения и покрытия 5
2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ЗДАНИЯ 6
3. СБОР НАГРУЗОК НА ПОПЕРЕЧНУЮ РАМУ 9
1. Расчетная схема поперечной рамы 9
2. Определение постоянных нагрузок на поперечную раму 9
4. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ 10
1. Определение усилий 10
2. Сочетание усилий в расчетных сечениях крайней колонны 12
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОПИЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ 13
1. Исходные данные для расчета 13
2. Материалы 13
3. Статический расчет 13
1. Нормативные нагрузки 13
2. Расчетные нагрузки 13
4. Расчет нижнего пояса 15
1. Расчет по первой группе предельных состояний 15
2. Расчет по второй группе предельных состояний 15
5. Расчет верхнего пояса 19
6. Расчет раскосов 21
7. Расчет стоек 23
8. Расчет узлов 25
1. Узел 1 – опорный узел фермы 25
2. Узел 2 – промежуточный верхний узел 27
6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОЛОННЫ 28
1. Исходные данные 28
2. Расчет прочности нормальных сечений колонны в плоскости рамы 28
1. Определение расчетных длин и минимальной площади продольной арматуры 28
2. Расчет надкрановой части колонны 29
3. Расчет подкрановой части колонны 31
3. Расчет прочности нормальных сечений колонны из плоскости рамы 33
1. Определение расчетных длин 33
2. Расчет надкрановой части колонны 33
3. Расчет подкрановой части колонны 35
4. Расчет подкрановой консоли колонны 37
5. Конструирование колонны сплошного прямоугольного сечения 38
7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА 40
1. Исходные данные для расчета 40
2. Предварительный выбор основных размеров фундамента 40
1. Глубина заложения фундамента 40
2. Размеры стаканной части фундамента 40
3. Размеры подошвы фундамента 41
3. Расчет и конструирование плитной части фундамента 42
1. Конструирование плитной части фундамента 42
2. Проверка плитной части фундамента на продавливание 43
3. Армирование подошвы фундамента 45
4. Расчёт и конструирование подколонника 46
1. Проверка прочности подколонника по нормальным сечениям 46
2. Проверка прочности подколонника по наклонным сечениям 48
3. Армирование подколонника 48

Список использованных источников 49

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

- район строительства – г.  Хабаровск;

- пролет здания – L = 18 м;

- шаг колонн – a = 6 м;

- грузоподъемность крана – Q = 20 т;

- отметка кранового рельса – H_р = 11 м;

- расчетное сопротивление грунта  – R₀ = 0.2 МПа;

- плотность утеплителя – ρ₀ = 125 кг/м³;

- поперечная рама – однопролетная  с ригелем в виде сегментной  раскосной фермы.

1 Компоновка поперечной рамы

1.1 Определение размеров колонн по высоте

Высота надкрановой части колонны:

Н_в = Н_кр + (h_п.б. + а₁) + а₂,

где Н_кр = 2.4 м – габаритный размер крана;

h_п.б. = 0.8 м – высота подкрановой балки;

а₁ = 0.15 м – высота кранового рельса;

а₂ = 0.15 м – зазор между низом стропильной конструкции и верхом крановой тележки.

Н_в = 2.4 + (0.8 + 0.15) + 0.15 = 3.5 м.

Ориентировочно высота помещения  определяется по формуле:

Н_п⁰ = Н_р + Н_кр + а₂,

Н_п⁰ = 11 + 2.4 + 0.15 = 13.55 м.

Принимаем высоту помещения здания Н_п = 14.4 м.

Отметка кранового рельса:

Н_р = Н_п - Н_кр - а₂,

Н_р = 14.4 - 2.4 - 0,15 = 11.85 м.

Высота подкрановой части колонн:

Н_н = Н_п - Н_в + а₃,

где а₃ = 0,15 м – расстояние от уровня чистого пола до обреза фундамента,

Н_н = 14.4 - 3.5 + 0.15 = 11.05 м.

Высота колонн:

Н = Н_н + Н_в,

Н = 11.05 + 3.5 = 14.55 м.

1.2 Привязка колонн. Выбор типов колонн и назначение размеров поперечных сечений колонн

Для зданий с шагом колонн a = 6 м при грузоподъемности крана Q = 20 т и при среднем или легком режиме работы принимается привязка колонн 0 м.

При Н_п = 14.4 м, Q = 20 т и a = 6 м – принимаю марку крайней колонны – К3 с размерами:

h_в = 0.38 м, h_н = 0.8 м, b_к = 0.4 м.

1.3 Выбор и компоновка стенового ограждения и покрытия

Стеновое ограждение - стеновые панели из ячеистого бетона класса В2.5 по ГОСТ 11118-73 «Панели из автоклавных ячеистых бетонов для наружных стен зданий».

Толщину стеновых панелей и утеплителя кровли определим из теплотехнического  расчета, выполним его в программе  ТеРеМОК.

Принятая конструкция покрытия приведена на рисунке 1.

Принимаем однослойные стеновые панели из ячеистого бетона толщиной d_ст = 300 мм.

Ориентировочная высота остекления в  надкрановой части здания определяется по формуле:

h₂⁰ = H_B^k - (h_п.б. + а₁) - 0.6,

h₂⁰ = 3.5 - (0.8 + 0.15) - 0.6 = 1.95 м.

Принимаю высоту остекления h₂ = 1.8 м.

Рисунок 1. Конструкция покрытия

Высота здания от обреза фундамента до верха стенового ограждения:

H_l = H_n + h₁ - 0.6 + 0.15,

H_l = 14.4 + 3 - 0.6 + 0.15 = 16.95 м.

Компоновка поперечной рамы представлена на рисунке поперечного разреза здания (рисунок 2).

2 ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ЗДАния

Пространственная жесткость одноэтажного промышленного здания и диска  покрытия обеспечивается защемлением колонн в фундаментах и устройством специальных связей.

В поперечном направлении жесткость здания обеспечивается поперечными рамами, образованными колоннами, жестко защемленными в фундаментах, и ригелями, шарнирно связанными с колоннами.

В продольном направлении жесткость  здания частично обеспечивается продольными рамами (колонны и шарнирно связанные с ними подкрановые балки и плиты покрытия). Для повышения пространственной жесткости здания в продольном направлении и обеспечения устойчивости колонн при действии крановых тормозных и ветровых сил, в подкрановой части колонн устанавливаются (рисунки 2, 3, 4):

1) вертикальные крестовые связи ВС1 из двух уголков,

2) горизонтальные связевые фермы  ГС1 в уровне консолей из двух  швеллеров №16 соединённых распорками из швеллеров №6.5.

Рисунок 2. Поперечный разрез здания

 

3 сбор нагрузок на поперечную раму

3.1 Расчетная схема поперечной рамы

Принимаем жесткое защемление колонн в фундаментах. Крайняя колонна в расчетной схеме заменяется стержнем ломаного очертания. Стропильную ферму ввиду её большой жесткости в плоскости рамы считаем абсолютно жесткой. Соединение стропильной конструкции с колонной считаем шарнирным. Расчетная схема поперечной рамы изображена на рисунке 5.

Рисунок 5. Расчетная схема поперечной рамы

3.2 Определение постоянных нагрузок на поперечную раму

Нагрузка от веса покрытия определена в таблице 1 (конструкция покрытия - рисунок 1).

Таблица 1

Нагрузка от веса покрытия

Нагрузка	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м2
Слой изопласта К qк1 = 5,0 кг/м2 (ТУ 5774-005-05766480-95)	qк1 * q * 10-3 * γn = 5.0 * 9.81 * 10-3 * 0.95 = 0.047	1.3	0.064
Слой изопласта П qк2 = 5,5 кг/м2 (ТУ 5774-005-05766480-95)	qк2 * q * 10-3 * γn = 5.5 * 9.81 * 10-3 * 0.95 = 0.051	1.3	0.070
Цементно-песчаная стяжка dст = 0,02 м, rст = 1800 кг/м3	rст * dст * q * 10-3 * γn = 1800 * 0.02 * 9.81 * 10-3 * 0.95 = 0.336	1.3	0.459
Минераловатные плиты dо = 0,14 м, rо = 125 кг/м3 (ГОСТ 9573-96)	rо * dо * q * 10-3 * γn = 125 * 0.14 * 9.81 * 10-3 * 0.95 = 0.163	1.2	0.206
Слой рубероида qр = 5,0 кг/м2 (ГОСТ 10923-93)	qр * q * 10-3 * γn = 5 * 9.81 * 10-3 * 0.95 = 0.047	1.3	0.064
Ж/б ребристые плиты покрытия размером 3 * 6 м qпл = 157 кг/м2 (с заливкой швов) (ГОСТ 28042-89)	qпл * q * 10-3 * γn = 157 * 9.81 * 10-3 * 0.95 = 1.463	1.1	1.694
ИТОГО	qн = 2.106	-	qр = 2.429

Массу стропильной фермы пролетом 18 м при шаге колонн 6 м примем G_р = 6000 кг.

Нормативное значение снеговой нагрузки на 1 м² горизонтальной поверхности земли:

S_n = S₀ * γ_f, 

где S₀ - расчетное значение снеговой нагрузки на 1 м² горизонтальной поверхности земли, город Хабаровск находится во II снеговом районе, S₀ = 120 кг/м²;

γ_f = 0.7 - коэффициент надежности по снеговой нагрузке.

S_n = 120 * 0.7 = 84 кг/м².

Хабаровск находится в III ветровом районе, нормативное значение ветрового давления - w₀ = 38 кг/м².

Максимальное и минимальное давления колеса крана F_max = 170 кН, F_min = 71.5 кН.

4 СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ

4.1 Определение усилий

Статический расчет поперечной рамы проведем в программе «Poperechnik», исходные данные для которой собраны в таблице 2.

Таблица 2

Исходные данные для расчета программы «Poperechnik»

№ п/п	Исходная величина для  расчета	Обозначение и размерность	Численное значение
1	Фамилия и номер варианта	-	276
2	Пристройка слева здания	-	нет
3	Пристройка справа здания	-	нет
4	Высота сечения надкрановой  части крайней колонны	hвк, м	0.38
5	Высота сечения подкрановой  части крайней колонны	hнк, м	0.8
6	Высота надкрановой  части крайней колонны	Hвк, м	3.5
7	Высота подкрановой  части крайней колонны	Hнк, м	11.05
8	Ширина сечения крайней  колонны	bк, м	0.4
9	Высота сечения надкрановой  части средней колонны	hвс, м	0
10	Высота сечения подкрановой  части средней колонны	hнс, м	0
11	Высота надкрановой  части средней колонны	Hвс, м	0
12	Высота подкрановой части средней колонны	Hнс, м	0
13	Ширина сечения средней  колонны	bc, м	0
14	Расчет усилий в расчетном  сечении средней колонны	-	Нет
15	Модуль упругости бетона колонн	Ев, МПа	32500
16	Размер привязки	δ, м	0
17	Расчетная нагрузка от веса покрытия и кровли	qp, кН/м2	2.43
18	Масса ригеля	Gр, кг	6000
19	Масса снегового покрова  на 1 м2 поверхности земли	S0, кг/м2	120
20	Напор ветра на высоте 10 м	w0, кг/м2	38
21	Грузоподъемность основного  крюка крана	Q, т	20
22	Максимальное давление колеса крана	Fmax, кН	170
23	Минимальное давление колеса крана	Fmin, кН	71.5
24	Шаг крайних колон  здания	а, м	6
25	Пролет здания	L, м	18
26	Высота здания до верха  стенового ограждения	Hl, м	16.95
27	Суммарная высота остекления в надкрановой  части	Σhoc, м	1.8
28	Суммарная высота панелей  в надкрановой части	Σhсп, м	4.2

4.2 Сочетание усилий в расчетных сечениях крайней колонны

Таблица 3

Сочетание усилий в расчетных сечениях крайней колонны однопролетной рамы

Коэффициент сочетания	Сочетание усилий	Сечение
		1-1	2-2	3-3	4-4
0.9	загружения	1+3	1+3+15	1+5+7+15	1+3+5+7+15
	Mmax Nсоот Qсоот	-9.2 231.5 -	41.2 245.1 -	62.6 567.9 -	322.5 734.7 38.9
	загружения	1+3	1+5+7+17	1+3+17	1+5+7+17
	Mmin Nсоот Qсоот	-9.2 231.5 -	-57.7 169.0 -	89.8 201.9 -	-186.6 658.6 -33.6
	загружения	1+3	1+3+15	1+3+5+7+15	1+3+5+7+15
	Nmax Mсоот Qсоот	231.5 -9.2 -	245.1 41.2 -	644.0 49.9 -	734.7 322.5 38.9
1	загружения	1+2	1+2	1+4	1+4
	M N Q	-9.6 239.9 -	18.5 253.5 -	36.3 600.1 -	2.3 690.8 -3.1
	загружения	1	1	1	1
	Ml,max Nl,соот Ql,соот	-6.2 155.4 -	14.9 169.0 -	-44.6 278.0 -	22.0 368.7 6.0

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОПИЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ

5.1 Исходные данные для расчета

Пролет фермы – L = 18 м;

Шаг колонн – a = 6 м;

Плиты покрытия – 3 * 6 м;

Район строительства – г. Хабаровск.

5.2 Материалы

Принимаем в качестве предварительно напрягаемой арматуры канаты класса К1500, в качестве ненапрягаемой арматуры горячекатаную стержневую арматуру класса А400 и бетон класса В30. В качестве конструктивной арматуры принимаем стержневую арматуру А240 и проволочную арматуру В500.

Характеристики напрягаемой арматуры - канатов класса К1500:

R_sp.ser = 1500 МПа; R_sp = 1250 МПа; E_sp = 180000 МПа.

Характеристики ненапрягаемой арматуры класса А400:

R_s = 355 МПа; R_sc = 355 МПа; R_sw = 285 МПа; E_s = 200000 МПа.

Характеристики бетона класса В30:

R_bt.ser = 1.75 МПа; R_b.ser = 22 МПа; R_bt = 1.15 МПа; R_b = 17 МПа; γ_b2 = 0.9; E_b = 32500 МПа.

5.3 Статический расчет

5.3.1 Нормативные нагрузки

Нормативная нагрузки от веса покрытия рассчитана в таблице 1 и равна q_n = 2.11 кН/м².