Вступ
В даній роботі проектується поперечна рама промислової будівлі.
При зведенні будівель та споруд широко використовуються збірні залізобетонні конструкції із звичайним та попередньо напруженим армуванням. Проектування указаних конструкцій представляє собою комплекс розрахунків і графічних робіт, що включають себе виготовлення і експлуатацію конструкцій.
Завдання які поставлені в даній роботі передбачають підбір основних елементів рами: колони, балки покриття та фундаменту. В результаті розрахунку даних конструкції запроектувати їх армування, з забезпечень умов міцності, надійності та економічності споруди.
Компоновка каркасу будівлі.
Основою каркасу служить поперечна рама, що складається із залізобетонних колон, жорстко закріплених у фундаменти, і жорстко з’єднаних з ригелем. В якості ригеля служить ферма покриття з паралельними поясами.
1.1Компонування поперечної та повздовжньої рими будівлі
Прив’язка колони до модульної 250. Так як крок рам складає 12 м, а позначка головки рейки підкранової балки 10,8 м то приймаємо підкранову балку таврового перерізу вистою 1400мм ( Hпб=1400мм ).
Габарити крана:
Характеристики крану:
Проліт крану:
Lк = 25,5м;
Ширина крану:
В = 6300 мм;
База крану:
К = 4400мм;
Висота крану:
Hкр = 1900мм;
Тиск на колеса підкранової балки
P = 145кН – тиск катків;
Маса:
Ġв = 4 т – вага візка;
Ġкр=27 т – вага крана з теліжкою
В1 = 260мм;
Тип кранового режиму КР-70
Переріз колон промислової будівлі приймається в залежності від вантажопідйомності крана, кроку колон та їх висоти. Для даного проекту приймаються двогілкові колони з розмірами поперечного перерізу наскрізної частини b=500 мм, h1=1400 мм; поперечний переріз надкранової частини b2=500 мм, h2=600 мм; ширина вітки –– 300 мм; переріз розпірок: b=500 мм.
Висота колони розраховується як сума величин підкранової частини колони, надкранової частини і глибини защемлення колони у фундаменті, які, у свою чергу, розраховуються за даними формулами:
- висота підкранової частини колони:
H1= Hгол.рей. - hпб - hрей. + hп (1.1)
H1= 10,8-1,4-0,12+0,15=9,43 м,
Де hрей. =120 мм, марка підкранової рейки КР – 70 (2, додаток 1) hпб = 1400 мм.
Визначаємо висоту над кранової частини:
H2 = Hкр + hпб + hрей + а1 (1.2)
H2 = 1,9+1,4+0,12+0,15= 3,57м
де, а1 =150 мм зазор між низом кроквяної конструкції і верхом візка крана.
Висота колони до позначки 0,000:
H = H1 + H2 -0,15 (1.3)
H =9,43+3,57-0,15=12,85м
Приймаємо колону висотою H =13,2 м
Глибина защемлення колони в фундамент:
Наh (1.4)
Наh
Приймаємо Наh= 1,0м;
Повна висота колони
Hк = Hк + Наh+0,15 (1.5)
Hк = Hк + Наh =13,2+1+0,15=14,350 (м)
Приймаємо =450мм
Приймаємо =2400 м.
Приймаємо висоту над кранової частини Н2= 3700 м, підкранової Н1= 9500 м
Рисунок 1.1 – Геометричні характеристики колони
Згідно до завдання в якості кроквяної конструкції запропонована ферма з паралельними поясами.
Рисунок 1.1 - Геометричні характеристики ферми покриття
1.2 Конструктивна схема поперечної рами
Схема наведена на рисунку 1.2 зі вказаними основними параметрами та відмітками.
Рисунок 1.2 - Поперечний переріз промислової каркасної будівлі з залізобетонним каркасом
1.3 Постійні навантаження від власної ваги елементів
Надкранова частина колони
0,5×0,6×25×1,1×0,95=7,84 кН/м;
Підкранова частина колони
0,5×0,3×25×1,1×0,95=3,91 кН/м;
Розпірка колони
0,5×0,5×25×1,1×0,95=6,53 кН/м;
Верхня розпірка колони колони
0,5×1,05×25×1,1×0,95=13,71 кН/м;
В ПК Лира навантаження від власної ваги елементів задаємо в автоматичному режимі.
Постійне навантаження від ваги покриття.
Навантаження що виникають від покрівлі споруди зводяться до таблиці 1.
Таблиця 1. – Збір навантажень від покрівлі на 1м2
Найменування |
Нормативне навантаження, кН/м2 |
Коефіцієнт надійності по навантаженню |
Розрахункове навантаження кН/м2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
З/б ребриста плита покрівлі розміром в плані 3×12м з урахуванням заливки швів |
1,9 |
1,1 |
2,09 |
Пароізоляція |
0,05 |
1,2 |
0,06 |
Утеплювач з пінополіуретану товщиною 100 мм |
0,25 |
1,2 |
0,3 |
Мембранне покриття |
0,2 |
1,2 |
0,24 |
Навантаження від ліхтарів та обладнання |
0,5 |
1,2 |
0,6 |
Разом |
|||
|
2,9 |
- |
3,29 |
Розподілене навантаження від покрівлі на балку покриття:
(1.7)
2,9×12×3= 104,4 кН
3,9×12×3= 118,44 кН
У крайніх вузлах =52,2 кН, =59,22 кН
Навантаження від підкранової балки
(1.8)
116·1,1·0,95=121,2 кН
Gn – вага підкранової балки довжиною 12 м, Gn = 116 кН.
1.6 Постійні навантаження від стінових панелей
Навантаження від стінових панелей, яке передається на колону на висоті вище 4,8м:
(2,4·6+0,4·3,6) ·12· 1,1· 0,95= 198,63 (кН)
(2,4·7,2+0,4∙1,2) ·12· 1,1· 0,95= 222,71 (кН)
2,4кН·м2 вага 1м2 стінових панелей
сумарна висота стінових панелей
0,4 кН·м2 вага 1м2 остіклення
висота остіклення
1.7 Навантаження від снігу
Для Вінниці характеристичне снігове навантаження S0=1,36 кН/м2
, (1.10 )
де γfm=1,04 (таблиця 8.1 [1]) так як Т=60 років ,
γfе=0,49
коефіцієнт С обчислюється за формулою:
. (1.11)
тут:
Граничне розрахункове значення снігового навантаження:
Sm=1,04·1,36·1=1,41 (кН/м2).
Експлуатаційне значення снігового навантаження:
Sе=0,49·1,36·1=0,67(кН/м2).
Розподілене навантаження, що прикладається до балки покриття набуває значень:
0,67×12= 8,04кН /м
1,58×12= 16,92 кН/м
У крайніх вузлах = 4,02 кН, = 8,46 кН
1.8 Кранові навантаження
Вага підіймаємого вантажу Q=100 кН. Проліт крана 27–2×0,75=25,5м. База крана В=6300мм, відстань між колесами К=4400мм, вага возика Gвізка=4 т, вага крана з возиком - Gкр=27 т. Розрахунковий максимальний тиск на колесо крана кН при γf=1,1.
1.8.1 Вертикальні кранові навантаження
Граничні розрахункові кранові навантаження:
- вертикальні (1.12)
- горизонтальні (1.13)
Експлуатаційні розрахункові:
- вертикальні (1.14)
- горизонтальні (1.15)
Мінімальний тиск коліс кранів на підкранову балку
(1.16)
де Q – вантажопідйомність крана;
Gкр з візком – вага крана з возиком , в кН ;
n0 – кількість коліс на одній стороні крана.
Граничні розрахункові значення
Вертикальне кранове навантаження на колону від двох зближених кранів з коефіцієнтом сполучення ψ=0,85.
(кН);
(кН);
Рисунок1.4 – Лінія впливу опорних тисків двох суміжних кранів
Горизонтальні навантаження
|
|
Рисунок 1.5 - Варіанти прикладення бічних сил для чотириколісних кранів
Горизонтальне кранове навантаження від двох кранів при поперечному гальмуванні:
(1.17)
де Fnmax, Fnmin – характеристичне значення вертикального тиску на колесо, відповідно на більш або на менш навантаженій стороні крана;
В, L – відповідно база і проліт крана;
– коефіцієнт, прийнятий таким, що дорівнює 0,03 при центральному приводі механізму руху моста і 0,01 – при роздільному приводі.
Приймаємо =0,01
При цьому до інших коліс прикладаються сили, що дорівнюють або (приймається невигідний варіант), кожна з яких може бути спрямована як назовні, так і всередину прольоту
кН
кН
Р озрахункові схеми дії кранового навантаження приведені на рисунках 1.5 – 1.6, у випадку максимуму на лівій колоні, максимум на правій задається аналогічно.
Рис.1.5 - Лінія впливу тиску катків крану в горизонтальному напрямі (ДБН В.1.2-2006 схема а)
Рис.1.6 - Лінія впливу тиску катків крану в горизонтальному напрямі (ДБН В.1.2-2006 схема б)
у1=0,63м;
у2=1,0м;
у3=0,842м;
у4=0,475м;
Проведемо розрахунок Н0 по схемі прикладання а):
Н01а,ліва = 14,5(0,63+1-0,842-0,475)=18,31 (кН);
Н01а,права = 20,5(-0,63+1+0,842-0,475)=15,1 (кН);
Н02а,ліва = 4(0,63+1-0,842-0,475)=1,25 (кН);
Н02а,права = 15,1 (кН);
Проведемо розрахунок Н0 по схемі прикладання б):
Н01б,ліве = 14,5(0,63-0,842)+20,5(1-0,475)=7,68 (кН);
Н01б,праве = 20,5(-0,63+0,842)+14,5(1-0,475)=11,95 (кН);
Н02б,ліве = 4(0,63-0,842)+20,5(1-0,475)=9,91 (кН);
Н02б,праве = 20,5(-0,63+0,842)+4(1-0,475)=6,44 (кН);
Граничне розрахункове кранове навантаження:
Нm1а,ліва =1,1∙18,31=20,14(кН);
Нm1а,права = 1,1∙15,1=16,61(кН);
Нm2а,ліва =1,1∙1,25=1,37 (кН);
Нm2а,права =1,1∙15,1=16,61(кН);
Нm1б,ліве =1,1∙7,68=8,44(кН);
Нm1б,праве =1,1∙11,95=13,14(кН);
Нm2б,ліве = 1,1∙9,91=10,9 (кН);
Нm2б,праве = 1,1∙6,64=7,3(кН);
Для розрахунку обираємо значення з найбільшою різницею: Нm2а,ліва =1,37 (кН); Нm2а,права =16,61 (кН).
1.11 Навантаження від вітру зліва направо:
Для Білої Церкви характеристичне вітрове навантаження W0=0,47 кН/м2.
Граничне розрахункове значення снігового навантаження на горизонтальну проекцію покриття визначається за формулою:
(1.21)
де γfm=1,04 - коефіцієнт надійності по граничному значенню вітрового навантаження (п. 9.7 [1]).
С = Сaer Ch Calt Crel Cdir Cd , (1.22)
-аеродинамічний коефіцієнт зі сторони дії вітру
Се3=-0,6 – аеродинамічний коефіцієнт з підвітряної сторони
Ch5=0,9 - коефіцієнт висоти споруди
Ch10=1,2
Ch20=1,5
Calt=1 - коефіцієнт географічної висоти, що визначається за 9.10 [1];
Creяl=1 - коефіцієнт рельєфу, що визначається за 9.11 [1];
Cdir=1 - коефіцієнт напрямку, що визначається за 9.12 [1];
Cd=0,95 - коефіцієнт динамічності, що визначається за 9.13 [1].
Знаходимо значення активної та пасивної складової вітрового навантаження на відмітках 5, 10, 20метрів (граничні значення):
Активна складова
Інтерполюючи визначаємо значення для відмітки 13,2 та 16,8 метрів:
Пасивна складова
Інтерполюючи визначаємо значення для відмітки 13,2та 16,8 метрів:
2Розрахунок колони
2.1 Розрахунок над кранової частини колони
Вихідні дані:
Арматура класу А500С ,Rsc=Rs=365 МПа,Es=200000 МПа.
Бетон використовується важкий класу В-25,Rb=14,5 МПа, Rbt=1,05 МПа,
Rbtn=1,6 МПа, Eb=30000 МПа.
За розрахунком в ПК ЛИРА вибираємо найбільш невигідні комбінації комбінації що виникають у над крановій частині колони.
Варіант 1:
Ммах=-420,91 кНм
Nмах=-636,52кН
Q=89,71кН
Варіант 2:
Ммах=-420,5кНм
Nмах=-781.86кН
Q=89,6кН
Розрахунок ведемо за найбільш невигідним варіантом 2.
Визначаємо геометричні характеристики перерізу над кранової частини колони:
Робоча висота перерізу:
hо=h-as (2.1)
hо= 600-40=560мм=0,56м.
Розрахункова довжина при врахуванні кранового навантаження
10х = μН2 (2.2)
10у = μН2 (2.3)
10х = 2*3,95=7,9 м.
10у =1,5*3,95=5,925 м.
Радіуси інерції перерізу:
іх=0289h (2.4)
іу=0289b (2.5)
іх=0,289∙600=17,34см
іу=14,45см
Визначаємо гнучкість колони:
λх=10у/ іх (2.6)
λу=10у/ іу (2.7)
λх=592,5/17,3=34,2
λу=790/14,45=54,67
Розраховуємо ексцентриситет фактичний:
(2.8)
(2.9)
Приймаємо е0=54см
Мінімальне необхідне армування колони:
λу=54.7 → μs,min=0,2%
μs,min=As,min/bh0→ As,min= A/ s,min= μs,min bh0/100 (2.10)
As,min= A/ s,min=0,002∙50∙56=5,6 (см2)
Приймаємо 2ø20 As=6,09см
Збір навантаження на колону N, М, Q.
Умовна критична сила:
(2.11)
(2.12)
(2.13)
(2.14)
(2.15)
(2.16)
Звідки умовна критична сила згідно із формулою (2.11) набуває значення:
Необхідно враховувати гнучкість колони, тобто вплив прогину на величину ексцентриситету за допомогою коефіцієнта:
η = 1/(1- N/Ncr) (2.17)
η = 1/(1- 420,5/3329,6) = 1,14
Ексцентриситет зусилля відносно менш стиснутої сторони:
е = е0 ∙ η +0.5hв - а (2.18)
е =0,54 ∙ 1,14 + 0,5 ∙0,60 – 0,04 =0,88 (м).
Враховуючи знакоперемінність моментів у елементі запроектуємо несиметричне армування над кранової частини колони.
Вихідні дані для проектування армування:
Робоча висота перерізу: h0=56см
Ексцентриситет зусилля: е=0,88м
Відносна висота стисненої зони:
(2.19)
(2.20)
= =Rs=365 МПа
=500 МПа → γb2=0,9
Зідно з (2.19):
Площа арматури Аs визначається за формулою:
(2.21)
Площа арматури визначається за формулою:
(2.22)
Оскільки отримане заначення відємне приймаємо армування конструктивно виходячи з мінімального відсотка армування: 2ø20 =6,09см2
За формулою (2.21) визначемо необхідне армування:
Приймаємо 4ø36 =40,72см2
Рисунок 2.1 - Армування надкранової частини.