Проектирование железобетонных прямоугольных резервуаров

Пояснительная записка

к курсовому проекту

 

Исполнитель – студентка гр. 52304

***********

Руководитель –

Н.В. Таничева

 

Петрозаводск 2007

СОДЕРЖАНИЕ

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО КУРСУ «СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ»............................................................................................................................. 3

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................... 4

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ ПАНЕЛИ ПОКРЫТИЯ 6

1.1 Выбор материалов.................................................................................................................. 6

1.2 Сбор нагрузок и статический расчет.................................................................................. 7

1.3 Расчет панели по первой группе предельных состояний.............................................. 9

1.3.1 Расчет прочности панели по сечению, нормальному к продольной оси...................... 9

1.3.2 Расчет полки панели на местный изгиб........................................................................ 10

1.3.3 Расчет прочности панели по сечению, наклонному к продольной оси...................... 10

1.4 Расчет панели по второй группе предельных состояний............................................ 13

1.4.1 Определение геометрических характеристик сечения............................................... 13

1.4.2 Определение потерь предварительного напряжения.................................................. 15

1.4.3 Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси............................... 17

1.4.4 Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси................................. 17

1.4.5 Расчет прогиба панели.................................................................................................... 19

1.5 Конструирование панели................................................................................................... 23

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ................................................ 25

2.1 Выбор материалов................................................................................................................ 25

2.2 Определение усилий в средней колонне......................................................................... 25

2.3 Расчет прочности колонны................................................................................................ 25

2.4 Конструирование колонны................................................................................................ 26

3 РАСЧЕТ ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ 27

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО КУРСУ «СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ»

 

Составить комплексный проект по строительным конструкциям, включая основания и фундаменты, резервуара чистой воды в системе водоснабжения промышленного предприятия.

 

ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

1. Резервуар – сборный, прямоугольный в плане с плитнобалочным перекрытием, сетка 6x6 (м)

2. Объем резервуара 3000 (куб.м)

3. Размеры в плане 24*30 (м)

4. Высота 4,8 (м)

5. Район строительства г. Мурманск

6. Грунт песок крупный

ВВЕДЕНИЕ

1. Общие сведения

Сооружения водопровода и водоотведения в большем или меньшем объеме применяют в каждом промышленном комплексе.

К сооружениям водопровода, возводимым на промышленных площадках, относятся резервуары для воды, водонапорные башни, градирни, насосные станции и др.; к сооружениям водоотведения – песколовки, жироловки, нефтеловушки, отстойники, осветлители, колодцы и др.

Большая часть сооружений водопровода и водоотведения представляет собой емкостные сооружения.

Наземные, подземные и полуподземные резервуары для воды выполняют главным образом из железобетона. Они могут быть монолитными, сборными и сборно-монолитными. Емкость железобетонных резервуаров колеблется от 5,0 м³ до десятков тысяч кубических метров.

По форме железобетонные резервуары подразделяются на цилиндрические и прямоугольные.

Расчет резервуаров для воды производят на следующие нагрузки:

Покрытие. Рассчитывают на собственный вес конструкций, вес грунтовой засыпки или утеплителя, снеговую нагрузку, соответствующую климатическому району строительства с учетом коэффициента m неравномерности отложения снегового покрова, равного единице, либо, взамен снеговой нагрузки, на монтажную, принимаемую равной 1,5 – 2,0 кПа.

Стенки. Рассчитывают на вертикальные нагрузки, передаваемые на них конструкциями покрытия, и горизонтальные нагрузки двух знаков:

Гидростатическое давление воды.

Горизонтальное давление грунта.

Эти нагрузки не суммируются, т.е. рассматривается случай работы либо не обсыпанного грунтом, либо не заполненного водой резервуара.

Днище. При отсутствии внутренних колонн вся плоскость днища за исключением полосы, примыкающей к стенкам, является нерабочей. Примыкающая к стенкам полоса является фундаментом стенок. При наличии внутренних колонн вертикальная нагрузка с соответствующей грузовой площади покрытия воспринимается колоннами и передается ими на конструкции днища.

В курсовом проекте запроектированы в железобетоне основные конструкции прямоугольного резервуара чистой воды в системе водоснабжения населенного пункта или промышленного предприятия вместимостью 3000 тысячи м³.

Покрытие резервуара предусмотрено панельно-балочным.

В пояснительной записке изложены вопросы проектирования ребристой предварительно напряженной панели покрытия резервуара, колонны, сборного фундамента под колонну, а также расчет осадки фундамента методом послойного суммирования.

2. Оборудование резервуара для воды

Резервуар для воды оборудован четырьмя водопроводными трубами – подающей, отводящей, переливной и грязевой. Грязевая труба выходит из специального приямка, предусмотренного в конструкции днища. В покрытии резервуара предусмотрены вентиляционные трубы, а также устроен световой люк и люк, от которого ведет стремянка в резервуар.

Резервуар оборудован также камерой для установка приборов сигнализации уровня воды.

Конструкции люков – кольца и плиты – принимаются сборные железобетонные по ГОСТу 8020.

3. Условия работы

Сборный железобетонный резервуар можно применять на всей территории России, в районах с температурой наружного воздуха не ниже минус 40°С и расчетной сейсмичностью не выше 7 баллов. Строительство возможно на площадках, как с сухими грунтами, так и при наличии грунтовых вод (при высоте подпора до 2,0 м).

Грунты основания должны быть однородными, непросадочными и иметь расчетное сопротивление не менее 0,15 МПа.

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ ПАНЕЛИ ПОКРЫТИЯ

1.1 Выбор материалов

Расчетная температура района минус 27 градусов, V климатический район, нормативная снеговая нагрузка

В соответствии с расчетной температурой глубина грунтовой засыпки на покрытии принята 1000 (мм). Гидроизоляция покрытия, препятствующая проникновению в резервуар ливневых вод, состоит из битумной обмазки толщиной 1,5 (см) и цементной стяжки d = 3 (см).

Для резервуара принято покрытие из предварительно напряженных ребристых панелей размером 5950 * 1485 (мм). Панели покрытия опираются на наружные стены и сборные ригели, установленные с шагом 6 (м). Ригели опираются на сборные железобетонные колонны, установленные с сеткой 6 * 6 (м). Колонны опираются на сборные железобетонные стаканы.

Для армирования панелей назначен класс арматуры в соответствии с пунктом 2.21 [1] - AV.

В соответствии с выбранным классом по таблице 8 [1] назначен класс бетона B30:

По пункту 2.6 [1] назначена величина передаточной кубиковой прочности бетона

По пункту 1.23 [1] назначено предварительное напряжение

.

Категория трещиностойкости назначается третья. По таблице 2 [1]: .

 

1.2 Сбор нагрузок и статический расчет

Таблица 1 - Подсчет нагрузок на панель

 

Вид нагрузка	Нормативная нагрузка, кПа	Коэффициент надежности по нагрузке gf	Расчетная нагрузка, кПа
Постоянная
Собственный вес ребристой панели	1,5	1,1	1,65
То же, слоя битумной мастики	0,18	1,3	0,234
То же, слоя цем-го раствора d=3 (см)	0,03 * 22 = 0,66	1,3	0,858
То же, грунта h=1м.	20*1=20	1,15
Временная: (снег)	3,2*0,7=2,24		3,2
Длительная	1,12
Кратковременная	1,12
Полная:
Постоянная и длительная	q¢¢ = 23,46
Кратковременная	q¢¢¢ = 1,12
Всего	q¢ = 24,58		q¢¢¢¢ =28,924

 

= 24,58 * 1,5 = 36,87(кПа)

= 23,46* 1,5 = 35,19(кПа)

= 0,95 * 28,942 * 1,5 = 41,242(кПа)

где a – ширина панели.

Панели рассчитываются как свободно лежащие на двух опорах.

Для установления расчетного пролета панели предварительно заданы размеры сечения ригеля

= (1/12)*6 = 0,5 (м)

b = 0,5 * h = 0,5 / 2 = 0,25 (м)

При опирании на ригель поверху расчетный пролет

= l – b / 2 = 6 – 0,5 / 2 = 5,875 (м)

 

Рисунок 1 - Типовые размеры сечения

 

 

Рисунок 1 - Типовые размеры сечения

 

Значения изгибающих моментов и поперечных сил

=

=

значение изгибающего момента от полной нагрузки

=

значение изгибающего момента от постоянной и длительной нагрузок

=

Высота сечения предварительно напряженной ребристой панели назначена h = 0,3 (м)

Рабочая высота сечения ho = h – a; ho = 0,3 – 0,05 = 0,25 (м)

где a = + d / 2 = 32 + 32 / 2 = 48 (мм) 0,05 (м)

1.3 Расчет панели по первой группе предельных состояний

1.3.1 Расчет прочности панели по сечению, нормальному к продольной оси

Расчетное сечение панели – тавровое с полкой в сжатой зоне.

Определяем положение границы сжатой зоны. Для этого сравниваем M с моментом, который в состоянии воспринять полностью сжатая полка

т.е. граница сжатой зоны проходит в пределах полки – сечения рассчитываются как прямоугольные с шириной, равной bf¢.

Определяем =

Принимаем x = 0,1375; 0,931.

При расчете по прочности железобетонных элементов с высокопрочной арматурой расчетное сопротивление должно быть умножено на коэффициент , определяемый по формуле

, если выполняется условие

=

выполняется условие

=

(для тяжелого бетона a = 0,85)

=

Для арматуры класса AV коэффициент h принимается 1,15.

Таким образом, , .

Вычисляем площадь сечения растянутой арматуры

= (cм²)

= 9,77(cм²) = 977 (мм²)

В соответствии с сортаментом горячекатаной арматурной стали d = 25 (мм);

= 9,82 (см²).(2Ø25 AV)

 

1.3.2 Расчет полки панели на местный изгиб

Расчетный пролет при ширине ребер вверху 10 см составит = 146,5 – 2 * 10 = 126,5 см. Нагрузка на 1м² полки может быть принята такой же, как и для панели, равная q````.

Изгибающий момент для полосы шириной b=1 м с учетом частичного защемления в ребрах

=

Рабочая высота сечения = 5 – 1,5 = 3,5 (см)

Определяем =

x = 0,25; 0,878

()

Вычисляем по формуле:

=

Согласно ГОСТу назначаем сетку с поперечной рабочей арматурой № 14, A_s= 3,92 (см²).

.

1.3.3 Расчет прочности панели по сечению, наклонному к продольной оси

Расчет ведут по наклонному сечению, которое имеет наименьшую несущую способность. Диаметр стержней задают из условия технологии электросварки так, чтобы отношение диаметра поперечного стержня к диаметру продольного стержня составляло .

Задаем диаметр арматуры класса AI диметром, равным 6мм.

(число хомутов)

Выписываем расчетные данные для дальнейшего расчета:

Проверяем, требуется ли поперечная арматура:

121,148 <

условие не выполняется, следовательно, требуется поперечная арматура.

Определяем промежуточные значения:

,

,

,

так как , , то принимаем .

.

Должно выполняться условие:

, поэтому принимаем

.

.

,

где ,

,

.

Если ,

,

то :

При этом должно выполняться условие:

,

Также должно выполняться условие ,

где ,

.

.

Условие выполняется.

Рассчитываем шаг хомутов:

< 15 (см)

d_w = 8 (мм), A_w = 101 (мм²)

По пункту 5.27 (1) принимаем шаг .

Должно выполняться условие: ,

где .

Условие выполняется, поэтому принимаем шаг хомутов .

Также должно выполняться условие прочности для элементов, армированных хомутами:

,

при этом , а с в расчетах принимается равным .

.

.

Так как , то принимаем .

Условие выполняется.

 

1.4 Расчет панели по второй группе предельных состояний

1.4.1 Определение геометрических характеристик сечения

 

.

Статический момент площади приведенного сечения относительно нижней грани:

, Отношение модулей упругости: .

Площадь приведенного сечения

,

где

где

.

Расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения:

.

Момент инерции:

,

 

Момент сопротивления приведенного сечения по нижней зоне:

.

Момент сопротивления приведенного сечения по верхней зоне:

.

Расстояние от ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны до центра тяжести приведенного сечения:

,

где .

Расстояние от ядровой точки, наименее удаленной от растянутой зоны до центра тяжести приведенного сечения:

.

Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне:

,

где для таврового сечения с полкой в сжатой зоне.

Упругопластический момент сопротивления по растянутой зоне в стадии изготовления и обжатия элемента:

,
где для таврового сечения с полкой в растянутой зоне при и .

 

1.4.2 Определение потерь предварительного напряжения

Потери предварительного напряжения определяются, руководствуясь п. 1.25 и табл. 5 (1), усилия предварительного обжатия и эксцентриситет его приложения в соответствии с п. 1.28 (1). Коэффициент точности натяжения арматуры при этом .

Первые потери

, так как при пропаривании форма нагревается вместе с изделием.

, так как при электротермическом способе натяжения эти потери учтены при определении значения полного удлинения арматуры.

Натяжение в бетоне от усилия обжатия и с учетом изгибающего момента от веса панели (для определения ):

,

где .

.

Момент от веса панели:

,

.

По табл. 5 (1) находим :

,

где ,

.

Первые потери составят:

.

Вторые потери:

.

По табл. 5 (1):

,

.

.

Полные потери:

.

Усилие обжатия с учетом всех потерь:

.

 

1.4.3 Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси

,

где ядровый момент усилия обжатия: ,

,

,

,

Момент образования трещин вычислен по приближенному способу ядровых моментов

Проверяем условие:

159,07 < 67,46

Поскольку условие не выполняется, поэтому проверяем:

- расчетное сопротивление растяжению при с

476,27 * (16,66 - 20,41) - 927,78 < 0,087 * 41298,14

- 2713,79 < 3592,94

Условие выполняется, следовательно, начальные трещины в верхней зоне не образуются.

 

1.4.4 Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси

В соответствии с таблицей 2 [1] определена предельная ширина раскрытия трещин: непродолжительная и продолжительная .

Ширину раскрытия трещин определяем по формуле:

d = 25 (мм), , .

По п. 4.14[1] определяем значения:

для изгибаемых и внецентренно сжатых элементов d = 1,

для стержневой арматуры периодического профиля h = 1

- коэффициент армирования сечения.

.

Значение приращения напряжений от действия внешней нагрузки определяем по формуле: ,

где ,

,

,

,

Расчет ширины раскрытия трещин от непродолжительного действия всей нагрузки (M=M_n, ):

.

Расчет ширины от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузок (M=M_nl, ):

Расчет ширины от продолжительного действия постоянной и длительной нагрузок (M=M_nl, ):

.

Высчитываем ширину раскрытия трещин:

=

Проверяем выполнение условий:

;

0,238 < 0,2

0,223 < 0,1

условия не выполняются, поэтому в соответствии с сортаментом горячекатаной арматурной стали, повышаем диаметр стержней и получаем:

= 12,32 (см²) (2Ø28 AV)

 

1.4.5 Расчет прогиба панели

Расчетный прогиб не должен превышать предельный прогиб , определенный в соответствии с разделом 10 [3]

где

S принимается от непродолжительного действия всей нагрузки, при непродолжительном действии постоянной и длительной нагрузок и от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок.

При выгибе вследствие усадки и ползучести бетона от усилия предварительного обжатия коэффициент S = .

Полный прогиб вычисляется по формуле: .

Рассчитываем кривизну :

, и определяются по формуле: .

Здесь:

Z – расстояние от центра тяжести площади арматуры S до точки приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне сечения над трещиной.

,

,

Для тяжелого бетона b = 1,8;

, ()

Коэффициент армирования -

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения деформаций крайнего сжатого волокна бетона по длине участка с трещинами и принимаемый для тяжелого бетона класса выше B7,5 – 0,9.

- коэффициент, учитывающий работу растянутого бетона на участке с трещинами,

определяется по формуле:

,

при этом следует принимать .

Коэффициент учитывает влияние длительности действия нагрузки и принимается по таблице 36 [1].

При непродолжительном действии нагрузки и арматуре периодического профиля =1,1.

При продолжительном действии нагрузки =0,8.

рассчитываем по формуле:

,

здесь .

Для :

.

Для :

Рассчитаем для трех случаев:

= ,

= ,

=

,

Рассчитаем коэффициент для трех случаев:

Рассчитаем расстояние Z для трех случаев:

,

.

Вычисляем кривизну:

- кривизна от непродолжительного действия всей нагрузки ():

=

= 0,0000992 ().

- кривизна от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузок ():

=

.

- кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок ()

=

.

- кривизна, обусловленная выгибом элемента вследствие усадки и ползучести бетона от усилия предварительного обжатия.

; ;

= 44 + 35 + 128 = 207 (МПа)

=0

,

.

Вычисляем прогибы:

Полный прогиб высчитывается по формуле

.

Условие выполняется ().

 

1.5 Конструирование панели

Для обеспечения трещиностойкости и прочности опорного узла устанавливаются сетки С-3 из арматуры диаметром 6 мм класса AIII. Сетки установлены на длине .

Принимаем = 27 (cм), так как

= 0,6 44,1 = 26,46 (cм);

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ

2.1 Выбор материалов

В качестве продольной арматуры назначена арматура класса AIII. В качестве поперечной арматуры назначена арматура класса AI.

Класс бетона B20 назначен в соответствии с пунктом 2.5 [1].

= 365 (МПа)

= 11,5 (МПа)

Расчетное сечение колонны принято 400 (мм) * 400 (мм).

 

2.2 Определение усилий в средней колонне

Грузовая площадь средней колонны при сетке колонн 6 * 6 = 36 (м²).

Продольная сила от полной нагрузки:

Продольная сила от длительных нагрузок:

 

2.3 Расчет прочности колонны

В соответствии с расчетом суммарная площадь в сечении элемента принята равной

= 9(см²). Армирование 4 стержнями арматурой диаметром 25мм класса AIII.

Расчет произведен согласно пункту 3.64 [5], где для сжатых элементов из тяжелого бетона классов B15 – B40 на действие продольной силы, приложенной с эксцентриситетом, принятым согласно пункту 3.50 [5], равным случайному допускается пользоваться формулой

,

где ,

коэффициенты и принимаются из соотношения ( / N = 0,97) и (l / h = 4,8 / 0,4 = 12) в соответс