Инженерные сооружения

Водонапорная башня цилиндрической формы состоит из железобетонного ствола (стен), поддерживающих металлическую емкость с конусообразной крышей. Фундаментом башни является продолжение стен одинакового с ними сечения, опирающегося на круглую плиту, также выполненную из железобетона. Расчетное сечение здания приведено на рис.1Рис.1. Расчетное сечение водонапорной башни.(5)Фундамент водонапорной башни заглублен в основание, представленное песчаными грунтами различной крупности (от крупных до пылеватых), плотности сложения и степени влажности, в совокупности характеризующимися значением R. Сумму вертикальных сил, действующих на фундамент, представляют суммой постоянных и временных нагрузок Nп + Nв = N. К постоянным нагрузкам относятся: собственный вес стен N1=9561(кН);вес ёмкости N2=109,15 (кН);вес запаса воды N3=8,8 (кН);вес чердачного перекрытая и кровли N4=114,4 (кН);вес оборудования N5=350 (кН);вес неучтенного оборудования N6=300 (кН)К временным нагрузкам относят переменный вес воды в ёмкости N7 и снеговую нагрузку N8. Сумма вертикальных сил составит: N = N1 + N2 + N3 + N4 + N5 + N6 + N7 + N8N= 4781+193,5+439,6+114,4+350+300+1,26+51,24 = 6231 (кН). Исходя из приведенных выше данных, посчитаем постоянные нагрузки.Собственный вес стен до обреза фундамента рассчитывается по формуле N1 = U · δ1 · H1 · ρ1 , (4) в которой осевой периметр U может быть определен из выражения U = π·dср, где dср = 0,5·(d1 + d2) - представляет собой средний диаметр кольцаU =3,14·0,5(6,7+5,3)=18,84 (м). N1 = 18,84·0,7·14,5·25=4781 (кН)Произведем расчет веса стенок ёмкости, N2 =π·dср · (δ2·3) · (1+H2+ Н3+Н4) · ρ2 = 3,14·0,5·8·(0,01·3)·(3,5+3)·79 = 12,56·0,03·6,5·79 = 193,5 (кН)Далее произведем расчет веса постоянного запаса воды N3 = π·dср · H2 · ρ3 =12,56·3,5·10 = 439,6 (кН)Чердачное перекрытие в башне совмещено с конструкцией кровли и его вес в этом случае учитывается при расчете нагрузки от кровли, собранной из листового железа по стропильным балкам. Нагрузка от кровли рассчитывается с учетом нормативной нагрузки q1, выбранной в зависимости от конструкции крыши, и площади кровли F1 , м2. N4 = q1 · F1 = 2,2·52 = 114,4 (кН) . Для конусообразной крыши площадь кровли F1 можно подсчитать по формулам: , где α - угол наклона кровли к горизонту. Вес оборудования N5 подсчитывается ориентировочно, например, в промышленных сооружениях с подъемным краном грузоподъемностью 50-100 кН вес оборудования принимается равным утроенной грузоподъемности крана, вес же неучтенного оборудования N6 определяется по нормативам. N5 и N6 приведены в вариантах заданий. Временные нагрузки Снеговая нагрузка устанавливается в зависимости от конструкции кровли, её площади F1 и нормативного веса снегового покрова на 1 м2 проекций кровли q2 кПа по формуле: N8 = q2 · F1 =1·51,24=51,24 (кН)N7-Вес переменного запаса воды, создающий временные нагрузки, N7 = 12,56·0,01·1·10 = 1,26 (кН) Ветровая нагрузка рассчитывается исходя из нормативного давления ветра q3 кПа, зависящего от скоростного напора ветра, аэродинамического коэффициента и площади стен здания, воспринимающих давление ветра. Для сооружений башенного типа цилиндрической формы давление ветра принимается равномерно распределенным по вертикальному сечению F0 через диаметр башни на высоту от земной поверхности. Сила ветра составляет: N9 = q3 · F0 = 1,6·140,7= 225,12 (кН)Горизонтальная сила давления ветра приложена на половине высоты башни и создает момент силы относительно обреза фундамента М1 или его подошвы М, которые можно вычислить из выражений: М1 = 0,5 · N9 · Н = 0,5·225,12·21 = 2363,76 (кН· м) М = N9 · (0,5Н + h) = 225,12·(0,5·21+3) = 3039,12 (кН· м) Нагрузки от фундамента Сбор постоянных нагрузок от фундамента на основание.Нагрузки от фундамента Q составляют определенную долю в весе всего сооружения и в общем случае складываются из веса фундамента Qф и веса грунта на обрезах фундамента Qг, т.е.Q = Qф + Qг = 5603+728,64 = 6332 (кН),Qг =0,5·8,5·3,14·1·3·18,2 = 728,64 (кН),Qф = 13,34·0,7·24·25= 5603 (кН).Данные нагрузки посчитаны с учетом формулы 4, т.е. исходя из объёмов конструкций или грунтов на обрезах фундамента и плотности материалов и грунтов основания.Подведем посчитанные нагрузок на основание от водонапорной башни (рис.1) и рассчитаем давление по подошве фундамента.(5)Сбор нагрузок и проверка устойчивости сооружения. Постоянные нагрузки на фундамент:N1 = 4781 кН - вес стен, N2 = 193,5 - вес ёмкости, N3 = 439,6 - вес запаса воды N4 = 114,4 - вес чердачного перекрытия и кровлиN5 = 300 - вес неучтенного оборудования, N6 = 350 – вес оборудования,N7 = 1,26 - вес переменного запаса воды, N8 = 51,24 - вес снега: сила давления ветра,N9 = 225,12 - Ветровая нагрузка M1= 2363,76 кН м - момент силы давления ветра на обрезе фундамента, М = 3039,12 - момент силы давления ветра на подошве фундамента,Постоянные нагрузки на основание от фундамента:вес фундамента, Qф = 5603 кНвес грунта на обрезах фундамента, Qг =728,64 кНПлощадь подошвы фундамента, F = 64,3м2.Для оценки максимального и минимального давления на гранях фундамента необходимо кроме момента М знать момент сопротивления площади сечения фундаментадля круглого сечения, который рассчитывается по формуле:Сравним теперь этот параметр с заданным расчетным сопротивлением грунтов, из табл.1 (вариант 3) R = 250 кПаPmax = Расчетное сопротивление грунтов, Pmax = ±≤250 ,Pmax =195,4±50,4≤250Условие проверено, тем самым обеспечивается надежность основания и устойчивость сооружения.Библиографический списокГрутман И.О. Свайные фундаменты. - Киев: Будивельник, 1969.Калачев, Максимов С.Н. Инженерные сооружения – М.: Изд-воМГУ, 1991.Ободовский А.А. Проектирование свайных фундаментов. - М.:Стройиздат, 1977.4. Сваи и свайные фундаменты. Справочник-пособие /Н.С.Метелюк, Г.Ф.Шишко, А.Б.Соловьева и др. - Киев: Будивельник, 1977.А.Г. Купцов, Е.М. Пашкин, О.Е. Вязкова. Методические указания по курсу «Инженерные сооружения». –М.2010