Проект здания отапливаемого склада для хранения промышленных товаров ёмкостью 100 тонн

 Определение нагрузок на пилястру:

- собственный  вес столба G

          G = b₂ x h₂ x γH = 0,38 х 0,38 х 18 х 8,4 = 21,8кН.

- собственный  вес стены P

          P = b x h₁ x γH = 1,14 х 0,38 х 18 х 9,4 = 73,3кН.

- опорная  реакция покрытия V

          V = q x B x L/2 = 2,15 х 5,5 х 36/2 +40 = 250 кН. (40 – примерный вес фермы)

Сумма всех нагрузок составит:

          21,8+ 73,3+ 250 = 345,1 кН,  из нее собственный вес стены P = 73,3 кН.

Нагрузка, передаваемая на столб:

          N = G + V = 21,8+ 250 = 271,8 кН.

 Определение геометрических характеристик сечения пилястры и примыкающей стены:

- центр тяжести  расчетного сечения

          y_C = Σ₁ / Σ₂;

Σ₁ = b x h₁ x h₁ /2 + b₂ x h₂ x (h₁ + h₂ /2) =1,14 х 0,38 х 0,38 /2 + 0,38 х 0,38 х (0,38 + 0,38/2) = 0,137;

Σ₂ = b x h₁ + b₂ x h₂ = 1,14 х 0,38 + 0,38 х 0,38 = 0,58;

          y_C = Σ₁ / Σ₂ = 0,137/ 0,58 = 0,236 м. 

   Определение изгибающих моментов от внецентренного действия нагрузок                    P = 73,3 кН и

       N = 271,8 кН.

- от веса  стены  M_P = - P x (y_C – y₁) = - 73,3 х (0,236 – 0,19) = - 3,37 кН· м

- от веса  покрытия и столба  M_N = N x (y₂ - y_C) = 271,8 х (0,57 – 0,236) = 90,78 кН· м 

Расчетный изгибающий момент       M = M_P + M_N = - 3,37 + 90,78= 87,41 кН· м. 

  Расчетный эксцентриситет от внецентренного действия нагрузок 

℮₀ = M / (P + N) = 87,41/ (73,3+ 271,8) = 0,253 м. 

  Определение высоты сжатой зоны расчетного сечения 

x = ((b₂ x h₂ / b) x (2 x ℮’’ – h₂) + (℮’’ – h₂)²)^1/2 = ((0,38 х 0,38 /1,14) х (2 х 0,253 – 0,38) +

+ (0,253 – 0,38)²)^1/2 = 0,179 м. 

  Площадь сжатой зоны 

A_C = (b₂ x h₂) + (h₁ – (h – (x + ℮’’))) x b = (0,38 х 0,38) + (0,38 – (0,76 – (0,179 + 0,253))) х 1,14 = 0,204 м². 

  Определение несущей способности участка стены и пилястры из условия:

N_P ≤ m_g x φ x R x A_C,

m_g = 1, так как меньшая сторона сечения больше 30 см.

φ – принимаемый по таблице в зависимости от величин λh и λi, где

λh = H / h_C,  h_C – высота сжатой зоны.

λi = H / i,  i – радиус инерции.

     Для определения радиуса инерции сечения выполним дополнительные вычисления момента инерции I : A = b₂ x h + 2 x b₁ x h₁ = 0,38 х 0,76 + 2 х 0,38 х 0,38 = 0,58;

     Расстояния  центра тяжести сечения от  середины:    К=2 х b₁ х h₁ х (h/2 – h₁/2) = 2 х 0,38 х 0,38 х (0,76/2 – 0,38/2) = 0,055 м;

      m = b₂ х b х (h/2 – h₁/2) / А = 0,38 х 1,14 х (0,76/2 – 0,38/2) / 0,58 = 0,142 м;

     I = b₂ х b х (b х b/12 + К х К) + 2 х b₁ x h₁ х (h₁ х h₁/12 + m х m) =

= 0,38 х 1,14 х (1,14 х 1,14/12 + 0,055 х 0,055) + 2 х 0,38 х 0,38 х (0,38 х 0,38/12 +    +0,142 х 0,142) = 0,057 м⁴;

i = (I/A)^1/2 = (0,057/0,58)^1/2 = 0,313;

λ_h = H / h_C =8,4/(0,253 + 0,179) = 19,44    φ = 0,96  

λi = H / i = 8,4/0,313 = 26,83     φ = 0,95  

Тогда несущая  способность пилястры и участка  стены будет равна:

N_P =  G + V + P = 21,8+ 73,3+ 250 = 345,1 кН  ≤ m_g x φ x R x A_C = 1 х 0,95 х 2400 х   x0,204= 465,12 кН. 

Расчет  монолитного внецентренно нагруженного фундамента под пилястру.

     1) Исходные данные: по данным расчета  пилястры принимаем значения   е₀=0.253 м; М=87,41 кН·м; N_P=345,1 кН. Расчетное сопротивление грунта R₀=240 кПа, материал фундамента – бетон класса В15, арматура класса А-III, глубина заложения фундамента d=1,0 м.

     2) Определение предварительных размеров  подошвы фундамента. Площадь сечения  подошвы А определяется по формуле:

       А = N_P/(R₀ – γ·d),

       где γ – осредненное значение удельного  веса грунта и тела фундамента.                  γ = 21 кН/м³.

А = 345,1/(240 – 21 · 1,0) = 1,51 м².

Принимаем прямоугольное сечение фундамента м.

     3) Проверка достаточности полученных значений сечения подошвы фундамента исходя из уточнения расчетного сопротивления грунта.

Учитывая, что  глубина заложения меньше 2м, а  также отсутствие подвала проверку проводим по формуле:

R = R₀·(1 + 0,05·(b – 1)/b)·((d+2)/4) = 240·(1 + 0,05·(1.44 – 1)/1.44)·((1+2)/4) =242,5

     4) Определение краевого давления  на основание.

Определяем вес  грунта на уступах фундамента

 G = a·b·d·γ = 1,8·1.44·1·21 = 54,5 кН.

Эксцентриситет  равнодействующей усилий от всех нагрузок:

     е = М/(N_P + G) = 87,41/(345,1+54.5) = 0.225 м. Т.к. е = 0.2≤ а/6= 0.3, то краевое давление вычисляем по формуле:

    +р₁, –р₂ = ((N_P + G)·0,95/(a·b))·(1±6·е/а) ≤ 1,2·R.

+р₁ = ((345,1 + 54.5)·0,95/(1,8·1,44))·(1+6·0.225/2) = 238,3 кПа ≤ 1,2·242,5 = 291 кПа.

–р₂ = ((345,1 + 54.5)·0,95/(1,6·1,28))·(1-6·0.225/2) = 96,02 кПа

Расчет тела фундамента.

Рабочую высоту фундамента у основания пилястры определим из условия прочности  на продавливание. Данные взяты из расчета  пилястры: b₂=0,38 м; h₂=0,38 м. р=238,3 кПа (максимальное из значений +р₁, –р₂.)

       h₀ ≥ – (b₂+h₂)/4+0,5 ,

       где N = р·(a·b–b₂·h₂) = 238,3·(1,8·1,44 – 0,38·0,38) = 583,3 кН;

R_bt – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

R_bt = 1,1 МПа.

h₀ ≥ – (0,38+0,38)/4+0,5*(583,3/(1100*1,1+238,3)+((0,38+0,38)/2)²)^1/2=0,204 м. Принимаем h₀ = 0,3 м.

6) Расчет рабочей  арматуры сетки нижней плиты  в направлении – а.

Требуемое сечение  арматуры подбирается по формуле:

А_s = M₁/(0,9·h₀·R_s),

где M₁ = p_m·a²·b/2 = 119,2·1,8²·1,44/2 = 278,1 кН·м;

p_m = 0,5·р = 0,5·238,3 = 119,2 кПа;

R_s = 345МПа – расчётное сопротивление арматуры.

А_s = 278.1/(0,9·0,3·345000) = 30 см².

Принимаем шаг  стержней s = 200 мм. Тогда при а = 1,8 м количество стержней равно     n= а/s = 1,8/0.2 = 9 шт. Принимаем 9 шт.                                                   

Принимаем стандартную  сварную сетку с рабочей арматурой  из стержней с шагом s = 200 мм. При b = 1.44 м примем в конструктивных целях сетку с рабочей арматурой из стержней с шагом s = 100 мм 
 
 
 
 
 

Расчет  металлического прогона.

 

 Исходные данные: В = 5,5 м, шаг прогонов а = 6м, γ_n = 0,95, R = 235 МПа. 

Расчетная нагрузка на прогон:

q_x = q х а = 2,15 х 6 = 12,9 кН/м;

 Изгибающий  момент равен:

M_x = q_x х l_x²/8 =12,9 х 5,5²/8 = 48,8 кН·м;

    Требуемый момент сопротивления:

W_x^тр= М_x/R = 48,8/23500 = 208см³;

Принимаем двутавр №22 W_x=232 см³ 
 

Расчет  связей. 

    Связи горизонтальные проектируем крестового вида из одиночных уголков, когда  оба стержня не прерываются, по нижнему  поясу. Предельная гибкость растянутых стержней равна 400. Сечение подбирают  по предельной гибкости. Вычисляем  требуемый радиус инерции:

    r^x_тр= l/λ= 814 /400= 2,04 см, принимаем L 70 х 5, r^x= 2,16 см, толщина         фасонки 12 мм.  

    Связи по верхнему поясу  обеспечиваются двутаврами прогона. 

    Расчет  опорного листа на смятие. 

    Исходные  данные: опорная реакция – V=250 кН, равная половине общей нагрузки на ферму, расчетное сопротивление смятию R_p=332 Мпа. Толщина опорного листа – 16 или 20 мм.

    Площадь смятия А_см.т принимается в зависимости от толщины листа и ширины листа из условия размещения болтов (180мм).

    А_см.т=0,016*0,18=0,00288м².

    Напряжение  смятия: . 
 
 
 

Расчет  сварных швов. 

Для равнополочных  уголков длина шва делится  между обушком и пером и, кроме  того, усилие в элементе Ni будет делиться на две части между парными уголками

N = 0,5 x 0,7 x Ni/2 – у обушка;

N = 0,5 x 0,3 x Ni/2 – у пера. 

1. Элемент верхнего  пояса   N = - 729,513 кН. 

Сварное усилие у обушка:     N_об = 0,5 x 0,7 x -729,513 /2 = 127,66 кН;

Сварное усилие у пера:          N_пер = 0,5 х 0,3 х -729,513 /2 = 54,71 кН. 
 
 

Расчет  по срезу металлического шва.

Наименьшая требуемая  длина шва, м:

L_w^треб = N x γ_n / (β_f x k_f x R_wf x γ_wf x γ_c) + 10 x 10^-3, где:

γ_n = 0,95 – коэффициент в зависимости от класса ответственности сооружения;

β_f = 0,7 – коэффициент в зависимости от способа сварки;

k_f = 0,012 м – катет шва в зависимости от толщины свариваемых элементов и способа         сварки;

R_wf = 180 МПа – расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу шва для электрода Э-42А.

γ_wf = 1 – коэффициент условий работы шва в зависимости от климатического района;

γ_c = 1 – коэффициент условий работы. 

Наименьшая требуемая  длина шва

          у обушка:  L_w ^треб = 127,66 х 0,95 / (0,7 х 0,012 х 180 х 10³ х 1 х 1) + 10 х 10^-3 = 10 см;

          у пера:   L_w ^треб = 54,71 х 0,95 / (0,7 х 0,012 х 180 х 10³ х 1 х 1) + 10 х 10^-3 = 5 см. 

Расчет  по срезу металла  границы сплавления.

Наименьшая требуемая  длина шва, м:

L_w^треб = N x γ_n / (β_z x k_f x R_wz x γ_wf x γ_c) + 10 x 10^-3, где:

γ_n = 0,95 – коэффициент в зависимости от класса ответственности сооружения;

β_z = 1 – коэффициент в зависимости от способа сварки;

k_f = 0,012 м – катет шва в зависимости от толщины свариваемых элементов и способа         сварки;

R_wz = 175 МПа – расчетное сопротивление углового шва по металлу границы сплавления.

γ_wz = 1 – коэффициент условий работы шва в зависимости от климатического района;

γ_c = 1 – коэффициент условий работы. 

Наименьшая требуемая  длина шва 

         у обушка:   L_w  ^треб = 127,66 х 0,95 / (1 х 0,012 х 175 х 10³ х 1  х 1) + 10 х 10^-3 = 7 см

         у пера:    L_w ^треб = 54,71 х 0,95 / (1 х 0,012 х 175 х 10³ х 1  х 1) + 10 х 10^-3 = 5 см 

  2. Элемент нижнего пояса   N = 673,09 кН. 

Сварное усилие у обушка:     N_об = 0,5 x 0,7 x 673,09/2 = 117,8 кН