Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

Факультет «Промышленное и гражданское строительство»

Кафедра «Строительные конструкции»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Пространственные железобетонные и армоцементные конструкции»

«Проектирование сборного железобетонного купола»

для студентов магистерской подготовки «Методы расчёта и проектирования комбинированных строительных конструкций зданий и сооружений»

КП 08.03.01.005.02.3.Б1.В.ДО.6.ПГМ-902-з

Студент группы ПГМ-902-3 Чарник Д.Г.

Руководитель проекта

д. т. н., профессор Абухасан М.С.

Санкт-Петербург, 2021

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
• 1.1 ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН
• 1.2 ОБЪЕМНО - ПЛАНИРОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ торгово-выстовочного центра
• 1.3 КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ
• 1.4 ВЕНТИЛЯЦИЯ
• 1.5 Противопожарные меры
• 1.6 Доступность сооружений для маломобильных групп населения
• 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ параметров купола и характеристик
• 2.1 Определение геометрических размеров купола
• 2.2 Выбор конструктивного решения купола
• 3. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КУПОЛА
• 3.1 Статический расчет
• 3.2 Определения усилий в куполе по безмоментной теории
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• ВВЕДЕНИЕ
• купол усилие сооружение конструктивный
• Кумпол (итал. cupola купол, свод) пространственная несущая конструкция покрытия, по форме близкая к полусфере или другой поверхности вращения кривой (эллипса, параболы).
• Купольные конструкции перекрывают преимущественно круглые, многоугольные, эллиптические в плане помещения и позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор. Образующими формами служат различные кривые, выпуклые вверх. От вертикальной нагрузки в купольных конструкциях возникают усилия сжатия, а также горизонтальный распор на опорах. Нагрузки выражены: собственным весом, ветровой нагрузкой, снеговой нагрузкой, а также технологическими нагрузками от массы оборудования и приспособлений. В зависимости от типа оболочки и вида нагрузки подбирается методика расчета.
• В данной курсовой работе целью является закрепление, углубление и обобщение теоретического материала, а также приобретение навыков самостоятельного конструирования и расчета пространственных конструкций.
• Задача курсовой работы состоит в конструировании и расчете сборного ребристого купола диаметром 36 м.
• 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
• Район строительства - г. Южно-Сахалинск
• Ветровой район - VI [3, приложение Е].
• Нормативное значение ветрового давления- w0 = 0,73 кПа [2, таблица 11.1].
• Снеговой район - V I I, согласно [3, приложение Е].
• Нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли Sg = 3,8 кПа [3, таблица 10.1].
• Расположение здания указано на публичной кадастравой карте на рис.1
• Рисунок 1 План участка, публичная кадастровая карта, карта Google

• Рисунок 2 Роза ветров в Южно-Сахалинск, 2020 г
• В целом климат острова Сахалин формируется под влиянием муссонов умеренных широт, системы морских течений и особенностями рельефа и отличается холодной сухой зимой и теплым влажным летом.

Южно-Сахалинск расположен на юге о. Сахалин, в центральной части Сусунайской низменности. Около одной пятой его территории находится на правобережье р. Сусуи выше впадения в нее р. Владимировки. Остальная часть города расположена на левобережье западных склонов Сусунайского хребта.

Город сформировался на месте бывшего пос. Бладимировка, основанного в 1881 г. в устьевой части рек Красносельская и Рогатка. В период японской оккупации (1905-- 1945 гг.) город назывался Тоехара и являлся административным центром Южного Сахалина. После освобождения в 1945 г. исконно русских земель Южного Сахалина и Курильских островов город стал быстро расти в культурном и промышленном отношении и фактически начал заново застраиваться. В июне 1946 г. он получил современное название и статус города, а с 18 апреля 1947 г. становится административным центром Сахалинской области. По административно-территориальному делению в состав города входят прилегающие поселки Октябрьский, Лиственничное, Христофоровка, Хомутово [50]. Численность жителей -- 280 тыс. человек (по переписи 2016 г.).

1.1 ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН

Рельеф участка спокойный, свободный от городской застройки. При размещении здания предусмотрены сохранение экологического баланса предусмотрено озеленение территории. В качестве плодородного слоя для газонов используется существующий почвенный покров с организацией его хранения в процессе строительства.

Рисунок 2.1 Размещение здания по ул. Ленина.

1.2 ОБЪЕМНО - ПЛАНИРОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ торгово-выстовочного центра

Объект строительства - трехэтажное здание торгово-выстовочного центра. Здание разновысотное, прямоугольное в плане, габаритными размерами в осях 66,6Ч58,3 м. Высота помещения главного зала расположенного составляет 7м, высота помещений вспомогательного назначения составляет 3,6м. Вспомогательные помещения центра включают в себя: вестибюль с местами для размещения мобильной торговли, административные помещения, санитарно-технические узлы, инвентарные помещения. В здании предусмотрено два входа со стороны главного фасада и два эвакуационных выхода непосредственно из помещения для обеспечения быстрой эвакуации во время чрезвычайной ситуации.

Основные виды отделки:

Полы - керамогранит, коммерческий линолеум, керамическая плитка.

Окна, витражи - индивидуальные из алюминиевого профиля с 2х камерными стеклопакетами.

Наружные двери - индивидуальные из алюминиевого профиля с 1о камерными стеклопакетами.

Двери внутренние - деревянные по ГОСТ 6629-88, ПВХ- профиля.

Внутренняя отделка - акриловая и водоэмульсионная окраска, эмалевая окраска, глазурованная плитка.

Наружная отделка - алюминиевые панели "Alcotex".

1.3 КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ

Здание состоит из двух частей: зала и центрального газгольдера с со вспомогательными помещениями.

Оболочка покрытия выполнена в виде купола положительной гауссовой кривизны.

Фундамент выполнен в виде плиты. В качестве материала для фундамента, принят бетон класса В25.

Основное здание со вспомогательными помещениями выполнена бескаркасной с продольными и поперечными несущими стенами. Кладка стен выполнена из керамического пустотелого кирпича марки М150 на цементно-песчаном растворе марки М100 с армированием каждого шестого ряда кладки арматурной кладочной сеткой. Толщина кладки 380 мм.

1.4 ВЕНТИЛЯЦИЯ

Вентиляция, кондиционирование воздуха и аварийная противодымная вентиляция здания запроектирована в соответствии с [10]. Применяется общеобменная приточно-вытяжная механическая вентиляция с подогревом и охлаждением приточного воздуха.

Для помещений с влажным режим (туалеты) предусмотрено устройство вентиляционных каналов.

1.5 Противопожарные меры

Проектируемое закрытое сооружение относится к классу функциональной пожарной опасности Ф 2.1 по [1].

Сооружение оборудовано эвакуационным освещением. Оно обеспечивает освещенность на полу путей эвакуации, ресурс же работы автономного источника питания обеспечивает аварийное освещение на путях эвакуации в течение расчетного времени эвакуации людей в безопасную зону.

Автоматическая установка пожарной сигнализации предназначена для обнаружения очага возгорания, сопровождающегося выделением дыма в контролируемых помещениях и передачи извещений о возгорании.

Шкафы пожарной сигнализации (ШПС) установленные на каждом этаже. Для обнаружения очага возгорания в защищаемых помещениях предусмотрена установка адресных дымовых пожарных извещателей.

Во всех посещениях присутствует система речевого оповещения 3-го типа - то есть система управления инженерными системами.

По сигналу «Пожар» осуществляется запуск оповещения, выдача сигнала «Пожар» в общую систему пожарной сигнализации здания, выдача сигнала на отключение вентиляции, включения дымоудаления и подпора воздуха, включение насосов противопожарного водопровода, речевого оповещения о пожаре.

Извещения о пожаре передаются в подразделения пожарной охраны по выделенному в установленном порядке радиоканалу. Речевые оповещатели, включаются автоматически при пожаре.

Светоуказатели «Выход» (Молния-24В) включены постоянно и устанавливаются в соответствии с. [1] над эвакуационными выходами из здания, с этажей здания, вдоль путей эвакуации здания, на входах из актовых залах; по длине коридоров на расстоянии не более 25 м друг от друга, на высоте не менее 2 м.

Световые мигающие оповещали устанавливаются в местах пребывания маломобильных групп населения у каждой двери лифта. Лифтовые холлы, и общественный уборные, где маломобильный гражданин, в том числе с дефектами слуха, может оказаться один, оборудованы двусторонней связью с диспетчером или дежурным [1]

Пожарная безопасность обеспечивается следующими решениями:

- изоляция трубопроводов систем отопления, теплоснабжения и воздуховодов вентиляции выполнена из несгораемых материалов;

- воздуховоды, проходящие транзитом через необслуживаемые помещения, изолируются несгораемыми материалами;

- на воздуховодах, пересекающих огне задерживающие преграды, устанавливаются огне задерживающие клапаны с нормативным пределом огнестойкости;

- предусмотрены системы дымоудаления и подпора воздуха;

- при размещении оборудования в подшивных потолках обслуживаемых помещений, а также в коридорах, в местах пересечения воздуховодами стены, разделяющей коридор и обслуживаемое помещение установлены огне задерживающие клапаны;

Предусмотрено автоматическое выключение систем вентиляции при возникновении пожара.

1.6 Доступность сооружений для маломобильных групп населения

Планировка и благоустройство участка выполнены с учетом обеспечения беспрепятственного и удобного доступа маломобильных групп населения в торгово-выставочный центр, а именно:

уклоны пешеходных дорожек (продольный и поперечный) не превышают соответственно 5% и 1-2% для возможности безопасного передвижения инвалидов на креслах-колясках [2];

в местах пересечения пешеходных путей с проезжей частью высота бортового камня принята в пределах 4.0 см, съезды с тротуаров имеют уклон, не превышающий 1:10 [2];

по всей территории участка на покрытии пешеходных путей предусмотрены тактильные средства, выполняющие предупредительную функцию (не менее чем за 0,8 м до начала опасного участка, изменения направления движения, входа). Тактильные средства, выполняющие предупредительную функцию на покрытии пешеходных путей на участке, производится бетонной плиткой с фактурой, отличающейся от основного покрытия пешеходных дорожек. На все время эксплуатации комплекса на всех путях движения должна быть обеспечена система средств информационной поддержки доступных для МГН [8];

на путях движения МГН не применяются непрозрачные калитки на навесных петлях двустороннего действия, калитки с вращающимися полотнами, а также турникеты [8];

для доступа в здание инвалидов на креслах-колясках предусмотрен пандус [8];

размер ступеней на путях эвакуации, общих для МГН и остальных эвакуируемых, принят в соответствии с нормами [8];

Парковки на прилегающей территории сооружения рассчитывают и организовывают с учетом всех клиентских групп (зрителей, участников, обслуживающего персонала и др.).

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ параметров купола и характеристик

2.1 Определение геометрических размеров купола

Стрела подъема:

Принимаем f = 7 м

Находим радиус купола ниже опорного кольца:

Количество колонн и расстояние между ними по нижнему кольцу В?6 м:

Принимаем 18 шт.

Тогда

Центральный угол:

Рисунок 1 Схема расчленения части купола (1-5 часть).

Рисунок 2 Сечение нижнего опорного кольца

2.2 Выбор конструктивного решения купола

Высота купола - 15 м, диаметр купола - 35 м, стрела подъёма - 7,8 м.

Оболочка собирается из криволинейных плит толщиной 40 мм с продольными (меридиальными) рёбрами.

Нижнее опорное кольцо состоит из отдельных сборных балок криволинейного очертания, изготовленных из бетона В30 с R_b = 17 МПа, E_B = 32 500 МПа. Напрягаемая арматура Вр1300 с Rs = 1070 МПа располагается у наружной грани опорного кольца.

Бетон для сборных элементов купола принят класса В25 с R_b = 14,5 МПа, E_B = 30 000 МПа.

Сбор нагрузок приведем ниже (табл. 2).

Таблица 2

Нормативные и расчетные нагрузки на купол

№ п/п	Наименование слоя	Плот-ность слоя, кг/м3	Норма-тивная нагрузка, кН/м2	Коэффи-циент на-дежности по нагруз-ке	Расчетная нагрузка, кН/м2
1.1	Собственный вес купола = =	2500	2,5	1,1	2,75
1.2	Пароизоляция = =	600	0,06	1,3	0,078
	Утеплитель-минераловатные плиты повышенной жесткости		0,15	1,3	0,195
2.1	Гидроизоляция	-	0,15	1,3	0,195
	Снеговая нагрузка		1,275	-	1,3
	Итого постоянная по поверхности:		2,86	-	3,218
	Итого снеговая по проекции		1,275		1,3

Снеговая нагрузка: г. Южно-Сахалинск - Снеговой район - V I I, нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли Sg = 3,8 кПа

Для купольных покрытий круглых в плане, при d=36 м 60 м c_e = 0,85.

С_t = 1 - термический коэффициент.

Коэффициент надежности по нагрузке _{f = 1,4.}



Рисунок 3 Снеговая нагрузка на здания с купольными круговыми и близкими к ним по очертаниям покрытиями

Для варианта 1 коэффициент перехода от веса снеговой нагрузки на покрытие принимаем в соответсвии с [нагр и в. п. прил. Б.11]:

Для варианта 2 следует принимать ?? как функцию по формуле:

??₂=????₁ (??/??₁ )² sin??

где ??_??1=2,55???????(0,8?14 ??/??)

Ветровая нагрузка

Ветровое давление действует на здание одновременно: с наветренной стороны - активная нагрузка, с подветренной стороны - пассивная нагрузка.

Расчёты ветровой нагрузки произведены по методике указанной в [3,раздел 11], согласно которой нормативное значение ветровой нагрузки , т/кв.м определятся как сумма средней , т/кв.м, и пульсационной , т/кв.м, составляющих по следующему выражению (2.5):

. (2.5)

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки определяется по формуле (2.6):

, (2.6)

где 0.03 т/кв.м нормативное значение ветрового давления, принимаем по [табл.А.1, строка 12]; - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты,определённый для типа местности «В» [3, таблица Д.1]; аэродинамический коэффициент, принимаемый по [3, табл.Д.2].

Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки т/кв.м на эквивалентной высоте , исходя из условия что отношение высоты здания к пролёту менее 1.5 [3, подраздел 11.1.8] - определяется по следующему выражению(2.7):

, (2.7)

где коэффициент пульсации давления ветра, (таблица Д.1); коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (таблица Д.2).

Давление от ветра распределяется на вертикальные стены, в зависимости от направления ветра подразделяются на наветренную сторону (А), подветренная сторона (С) боковые стороны (В) [3, прил. В1.4].

Рассматриваем один случая ветрового воздействия: направление ветра вдоль оси Х для которых принимаем следующие схемы загружения ветровой нагрузкой в указанных рисунке 3.

Рисунок 3 При определении коэффициента v в соответствии с [3, п. 11.1.11, прил В1.4]



3. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КУПОЛА

3.1 Статический расчет

Расчеты выполнены с помощью программного комплекса SCAD

Построение конечно-элементной расчётной модели производилось с использованием пластинчатых четырехугольных и стержневых конечных элементов (КЭ). Тип КЭ: для стержней - 10, для пластин - четыре узловые 44. Размер и конфигурация КЭ принята исходя из необходимой точности определения усилий по длине стержневых элементов и по площади плит перекрытий и стен [10, подраздел 6.3.5]. Точность расчётной модели составляет 0.0001 м. Вид конечно-элементной модели представлен на рисунке 2.2.

Рисунок 8 Расчетная схема купола

Сбор и задание нагрузок - является следующим этапом после создания геометрии схемы, и задания описания жесткостных характеристик ее элементов. Этот этап необходим для моделирования условий работы реального объекта, для которого выполняется расчёт.

1. Собственный вес купола

2. Первый вариант снеговой нагрузки

3. Второй вариант снеговой нагрузки



4. Постоянная нагрузка от покрытия

5. Ветровая нагрузка на купол



При расчете будем рассматривать следующие сочетания нагрузок:

Рис. 15 Комбинации загружений



Рисунок 16 Усилия N, кН от комбинации С4

Рис. 17 Усилия М, кНм от комбинации 1

3.2 Определения усилий в куполе по безмоментной теории

Рисунок 4 К анализу напряженного состояния купола: a - распределение усилий N₁ и N₂ (слева - эпюра усилий N_2, справа - усилий N₁); б - геометрия купола; в-схема уравновешивания отсеченной части купола погонным усилием N₁ в текущем широтном сечении; 1-ось вращения, 2-шов перехода, 3-текущая параллель, 4-текущий меридиан; 5-краевая параллель

Усилия от симметричной нагрузки на меридиальные N₁, и кольцевые N₂ вычисляются по формулам. Усилия от постоянной нагрузки у нижнего опорного кольца

То же, у фонарного кольца:

Усилия от симметричной снеговой нагрузки у опорного кольца

У фонарного кольца

Усилия от односторонней снеговой нагрузки в вершине купола:

Меридиальные усилия у опорного кольца:

Кольцевые



Усилия от односторонней снеговой нагрузки у верхнего кольца:

Усилие в фонарном кольце от полной нагрузки

Усилие в фонарном кольце от постоянной нагрузки

От симметричного

Сумма усилий



Подбор арматуры элементов купола

Арматуру криволинейной плиты купола принимаем из расчета на максимальное усилие.

(кольцевые усилия от постоянной и односторонней снеговой в вершине купола).

Поскольку

b = 100 cм - полоса 1 м; t = 3,5 см - толщина полки плиты, то арматура ставится конструктивно.

Задаём сечение ребер плиты

До замоноличивания плита покрытия работает как балка с нагрузкой от собственного веса и монтажной нагрузки 0,6 кН/м2. Рассчитываем верхнюю плиту, имеющую большую проекцию.

Рачетный пролет верхней плиты от проекции:

Рисунок 5 Поперечное сечение продольного ребра плиты

Сечение, в котором момент имеет максимальное значение, находим из условия

Где

Откуда следует:

Ширина плиты в опасном сечении

Рисунок 6 Поперечное сечение продольного ребра плиты

Граница сжатой зоны находится в полке.

По сортаменту принимаем 2 диаметром 20 А400 с



В верхнем кольце

Площадь сечения верхнего кольца

Арматуру назначаем конструктивно.

В предварительно напряженном нижнем опорном кольце

Напрягаемая арматура Вр1400 d5 с R_s=1150Мпа

где - для арматуры Вр1400.

Принимаем 6 d16 А1000 с A_sp^табл=12,06см²

A_sp^табл=9,42см²

Выбираем напряжения арматуры механическим способом (на бетон) по условию, до:

Принимаем

Определение потерь предварительного напряжения арматуры

Вычисляем потери предварительного напряжения арматуры.

Первые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации предварительных напряжений в арматуре, потери от температурного перепада при термической обработке конструкций, потери от деформации анкеров и деформации формы (упоров).

I. Первые потери:

-от трения арматуры о поверхность бетона

Потери от релаксации напряжений арматуры определяют по формулам:

- для арматуры классов А600, А800 и А1000 при способе натяжения механическом - Д у sp 1 = 0,1 у sp - 20;

Первые потери:

Потери (МПа) от температурного перепада Д t (° C ), определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения при нагреве бетона, принимают равными:

При отсутствии точных данных по температурному перепаду допускается принимать Д t = 65 °С.

2. от усадки бетона

Потери напряжений в рассматриваемой напрягаемой арматуре ( S или S ' ) от ползучести бетона определяют по формуле

Условно принимаем сечение кольца центрально-сжатым при этом значение .

II. Вторые потери:

Полные потери:

Вычисляем в опорном кольце от полной нагрузки

Напряжения в опорном кольце от полной нагрузки

где площадь сечения опорного кольца

см2

Необходимую площадь напрягаемой арматуры, обеспечивающую без-моментное состояние оболочки купола, найдём из условия равенства напряжений, действующих в оболочке и кольце.

Коэффициент армирования

где

Проверяем прочность сечения опорного кольца на действие силы обжатия напрягаемой арматуры в момент отпуска. Величина напряжений в бетоне

где В-класс бетона на сжатие.



Негативным влиянием температурно-усадочных деформаций можно пренебречь, т.к. по условию температурно-усадочные швы проектируются на куполах диаметром больше 36 м.

Определение усилий краевого эффекта.

Приведенная толщина оболочки

Рисунок 7 К определению момента инерции

Геометрические характеристики

Коэффициент затухания вычисляем по формуле:

Напряжения в опорном кольце после обжатия и положения постоянных нагрузок

Напряжения в опорном кольце после обжатия и положения постоянных нагрузок

Кольцевое усилие в оболочке на границе с опорным кольцом

МПа

Расчет устойчивости купола

Критическая нагрузка на оболочку купола

где

Расчет прогиба купола

Расчет прогиба купола w определяем приближенно по безмоментной теории расчета применительно к оболочкам положительной кривизны, свободно опертым по контуру:

где q - нормативное значение нагрузки (табл. 9.1);

R - радиус сферической поверхности оболочки;

- длительный модуль деформаций бетона;

- коэффициент ползучести бетона, равный 1,9 для бетона класса B30.

t_п - приведенная толщина оболочки.

что значительно меньше допустимого нормативного значения прогиба 1/500.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ Технический регламент о требованиях пожарной безопасности (в редакции от 29.07.2017).

2. Распоряжение Федерального дорожного агентства от 5 июня 2013 г. № 758-р «Об издании и применении ОДМ 218.2.007-2011 «Методические рекомендации по проектированию мероприятий по обеспечению доступа инвалидов к объектам дорожного хозяйства»

3. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* (с Изменением N 1).

4. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*

5. СП 387.1325800.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.

6. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: ГУП «НИИЖБ, ФГУП ЦПП, 2012.

7. СП 52-102-2004 Предварительно напряженные железобетонные конструкции

8. СП 118.13330.2012 Общественные здания и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 31-06-2009 (с Изменениями N 1).

9. СП 332.1325800.2017 Спортивные сооружения. Правила проектирования.

10. СП 60.13330.2012 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003

11. Руководство по проектированию железобетонных пространственных конструкций покрытий и перекрытий. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1979.

12. Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции: общий курс, 1991 г

Размещено на Allbest.ru