Расчет и проектирование открытого цилиндрического резервуара

 

 

Министерство Образования и Науки Республики Казахстан

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им.Д.СЕРИКБАЕВА

 

 

 

Архитектрурно-строительный факультет

            Кафедра: Строительство зданий, сооружений и транспортных

                                                      коммуникаций

 

 

 

Курсовая работа

На тему: «Расчет и проектирование открытого цилиндрического

                                                        резервуара»

 

Выполнил:                                                                       Ст-т группы 13-ВР-1

                Столярова С.Е.

Проверил:                                                                         Преподаватель

                                                                                           Дрозд А.Е.

 

Усть-Каменогорск 2015 г.

 

                                              СОДЕРЖАНИЕ

Компоновка резервуара .....................................................................................    3

1 Расчет и проектирование  стены резервуара .................................................    4

1.1 Подбор горизонтальной  арматуры .............................................................    5

1.2 Подбор вертикальной  арматуры ................................................................   10     

1.2.1 От действия воды ………………………………………………………..  10

1.2.2 От действия грунта ……………………………………………………… 11

1.2.3 Расчет стены в стадии монтажа ………………………………………… 12

1.2.4 Подбор арматуры монтажных петель ………………………………….. 14

1.3 Расчет стены по второй  группе предельных состояний ………………… 14

2    Расчет и конструирование  фундамента под стену ………………………. 17

2.1 Расчет внешнего ребра …………………………………………………….. 18

2.2 Расчет внутреннего ребра …………………………………………………. 20

2.3 Расчет плиты фундамента  под наружной стеновой панелью  на изгиб по прочности нормальных сечений ……………………………………………… 22

Список используемой литературы………………………………………….. 26

 

 

 

 

 

 

Компоновка и исходные данные для расчета и проектирования конструкций открытого сборного цилиндрического резервуара

Диаметр резервуара …………………………………………………….        36 м

Высота резервуара ……………………………………………………...       4,2 м

Стеновые панели – сборные с предварительным напряжением после

монтажа из бетона класса ……………………………………………….        В30

Напрягаемая кольцевая арматура, навиваемая на стены резервуара,

применяется класса ……………………………………………….…..        А-IV

Натяжение кольцевой арматуры производится электротермическим

способом, на бетон после заделки стыков между стеновыми панелями при достижении 100 % прочности бетона стен и стыков;

Ненапрягаемая рабочая арматура  в  стене резервуара  применяется

класса  …………………………………………………………………….        А-II

Днище монолитное из бетона класса  ………………………………….      В12,5

Рабочая арматура в фундаменте резервуара применяется класса ……       А-III

Резервуар открытый, заглубленный , предназначен для воды.

Соединение стен с днищем жесткое.

Уровень грунтовых вод находится ниже днища резервуара.

Расчетное сопротивление грунта, кН/м2                                                           210

 

 

 

1 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ  СТЕНЫ РЕЗЕРВУАРА 

Исходные данные.

Параметр резервуара по внутренней грани стен составляет: π

D= 3, 14 36= 113, 04 м; где D = 36 м – диаметр резервуара.

    Принимаем количество стеновых панелей, раскладываемых по периметру сооружения равным 40. Тогда ширина стеновой панели равна:

113,04/40 = 2,82 м.

С учетом зазора между панелями, равного 3,5 см = 35 мм при стыке «на ус» ширина панели равна 2,82 – 0,035 =2,785 м.

    Панели принимаем «Плоско-выпуклые» с вертикальными стыками «на ус» между собой. В верхней части панели выполнено утолщение шириной 150 мм и высотой 150 мм. Толщину панелей принимаем предварительно равной 16 см и уточним в расчете по образованию трещин.

Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Данные для расчета стены

Наименование показателя	Значение  показателя	На каком основании принято
Класс бетона по прочности на сжатие	В30	По заданию
Вид бетона	Тяжелый	По заданию
Расчетное сопротивление бетона сжатию	Rb = 17 МПа	Приложение А или СНиП [2]
Модуль упругости бетона	Eb = 32,5×10³МПа	СНиП [2]
Класс напрягаемой арматуры	A-IV	По заданию

 

Продолжение таблицы 1

Расчетное сопротивление арматуры класса A-VI растяжению	Rs = 510МПа	По СНиП
Расчетное сопротивление арматуры класса А-VI  растяжению для II ГПС	Rs,ser = 590 МПа	По СНиП
Модуль упругости арматуры класса A- VI	Es =1,9105 МПа	По СНиП
Класс ненапрягаемой арматуры	А-II	По заданию
Расчетное сопротивление арматуры класса A-II растяжению	Rs  = 365 МПа	По СНиП
Высота резервуара	Н=4,2 м	По заданию
Объемный вес воды	= 10 кН/м3	По справочнику
Толщина стены	=0,16 м	предварительно
Радиус резервуара (R/D)	18	По заданию
Коэффициент надежности по нагрузке для воды	f = 1,0	СНиП (нагрузки и воздействия)
Коэфициент надежности по нагрузке для грунта	f = 1,15	СНиП (нагрузки и воздействия)
Объемный вес грунта	гр =18 кН/ м3	По справочнику

 

 

 

 

 

1.1 Подбор горизонтальной  продольной арматуры

 Подбор горизонтальной  продольной напрягаемой рабочей  арматуры из расчета прочности  нормальный сечений центрально  растянутой в горизонтальном  направлении стены не обсыпанного  резервуара, заполненного водой производится по алгоритму приведенному ниже, результаты расчета заносятся в таблицу 2.

 

Алгоритм расчета

1 Резервуар по высоте  делится на ярусы, равные 1 м. При высоте равной 4,2 м, последний ярус будет равен 0,2 м (рисунок 1).

2 Определяем расстояние  от верха стены до середины  каждого участка – hi (h1 = 0,1 м, h2 = 0,7 м, h3 = 1,7 м, h4 = 2,7м, h5 = 3,7 м, h6= 4,2 м) 

3 Нормативное давление  воды на глубине hi от верха стены (на 1 м длины диаметра) определяется по формуле:

PBiH = γ hi

,      кН/м

 где γ = 10 кН/м3,    

РB1H= 10 0,1 = 1 кН/м;

РB2H= 10 0,7 = 7 кН/м;

РB3H= 10 1,7 = 17 кН/м;

РB4H= 10 2,7 = 27 кН/м;

РB5H= 10 3,7 = 37 кН/м;

РB6H=10 4,2 = 42 кН/м

 

4 Расчетное сопротивление  воды

PBi = γf

PBiH , кН/м

где γf= 1 – коэффициент надежности по нагрузке для воды.

РB1H = 1 1 = 1 кН/м;

РB2H = 1 7 = 7 кН/м;

РB3H = 1 17 = 17 кН/м;

РB4H = 1 27 = 27 кН/м;

РB5H = 1 37 = 37 кН/м;

РB6H=1 42 = 42 кН/м

5 Горизонтальные кольцевые  усилия на участках высотой  1 м и для свободно стоящей стены

Toi = PBi r = γ hi γf r

, кН

где r = 18 м – радиус резервуара, принимаемый по заданию.

Тo1 = 1 18 = 18 кН;

Тo2 = 7 18  = 126 кН;

Тo3 = 17 18 = 306 кН;

Тo4 = 27 18  = 486 кН;

Тo5 = 37 18  = 666 кН;

Тo6 = 42 18 = 756 кН

6 Горизонтальные кольцевые  усилия на участках высотой  1 м и для стены замещенной в фундаменте

Ti = Toi - Pmax r [η1 + η2 (1 - S/H)]

, кН;

где Pmax = γf γ H = 1104,2 = 42

кН/м – гидростатическое давление воды у низа стены.

S = 0,76 = 1,289 м– характеристика жесткости стены.

7 Определяем расстояние от низа стены до центра рассматриваемого участка xi, рисунок 1. (х1 = 4,1 м, х2 = 3,5 м, х3 = 2,5 м, х4 = 1,5 м, х5 = 0,5 м, х6 = 0 м)

8 Определяем φi=xi/S;

φ1 = 4,1 / 1,289 =3,18 ;

φ2 = 3,5 / 1,289 =2,71 ;

φ3 = 2,5 / 1,289 =1,93 ;

φ4 = 1,5 / 1,289 =1,16 ;

φ5 = 0,5 / 1,289 =0,38 ;

φ6 = 0/1,289 = 0.

9 Коэффициент для расчета  балок на упругом основании  определяется   по формулам:

η1 = e-φ cosφ                                                             η2 = e-φ sinφ;

η1 = е-3,18 cos 3,18 = 0,04 

η2 = е-2,71 cos 2,71 = 0,066

η3 = е-1,93 cos 1,93 = 0,145

η4 = е-1,16 cos 1,16 = 0,313

η5 = е-0,38 cos 0,38 = 0,683

η6= е-0 cos 0 = 0                            

η1 = е-3,18 sin 3,18 =0,002;

η2 = е-2.71 sin 2,71 =0,003;

η3 = е-1.93 sin 1,93 =0,004;

η4 = е-1,16 sin 1,16 =0,006;

η5 = е-0,38 sin 0,38 =0,0004;

η6 = е-0 sin 0 = 0                                                                    Определив значения всех входящих в формулу коэффициентов, непосредственно определяем горизонтальные кольцевые усилия:

Тi=Т0i-Pmaxr[ŋ1+ ŋ2(1-S/H) ];  кН

Т1 = 18 – 756 [0,040,69] = 2,88  кН;

Т2 =126 – 756 [0,0690,69] = 90,46  кН;

Т3 = 306– 756 [0,149 0,69] = 228,88 кН;

Т4 = 486 – 756 [0,319 0,69] = 319,68  кН;

Т5 = 666 – 756 [0,6830,69] = 309,92  кН;

Т6 = 756– 756 0 = 0  кН

 

10 Требуемая площадь поперечного  сечения горизонтальной арматуры, устанавливаемой на каждом участке, определяем по формуле:

Asi = (Ti / Rs γs6) 10

, см2

As1 = (2,88 / 5101,2)10 = 0,047 см2;

As2 = ( 90,40 / 5101,2)10 = 1,478 см2;

As3 = (228,88 / 5101,2)10 = 3,739 см2;

As4 = (319,68/ 510 1,2)10 = 5,223 см2;

As5 = (309,92 / 5101,2)10 =5,064 см2;

As6 = 0

где R = 510 МПа и γs6 = η =1,2 – так как арматура класса А-IV  .

 

 

Таблица 2 – Результаты расчета стены резервуара

№ участка от верха стены	h, м	, м	, кН/м	, кН/м	=x/S			, кН	Аsi, см2
1	0,1	4,1	1	18	3,90	0,04	0,002	2,88	0,16
2	0,7	3,5	7	126	3,33	0,066	0,003	90,40	1,12
3	1,7	2,5	17	306	2,38	0,145	0,004	288,88	2,72
4	2,7	1,5	27	486	1,42	0,313	0,006	319,68	4,32
5	3,7	0,5	37	666	0,47	0,683	0,0004	309,92	5,92
6	4,2	0	42	756	0	1	0	0	0

 

Подбор горизонтальной рабочей арматуры из расчёта прочности нормальных сечений центрально-растянутой стены. Определение требуемой площади арматуры.

Принимаем, учитывая повышенные требования по трещиностойкости, на 40-50% больше требуемой площади арматуры (таблица 3). Шаг стержневой арматуры принимается в пределах от 150 до 750 мм.

 

 

 

 

 

Таблица 3 – Подбор фактической горизонтальной кольцевой арматуры

№ участка	1	2	3	4	5	6
Asтр,	0,16	1,12	2,72	4,32	5,92	0
Asтр с учетом увеличения на 40%	0,224	1,568	3,808	6,048	8,288	0
Количество и диаметр	2Ø12	2Ø12	3Ø12	4Ø12	6Ø12	0
Asф	2,26	2,26	3,39	4,52	6,79	0

 

          Минимальная требуемая площадь арматуры исходя из минимального процента армирования, согласно п.5.16 СНиП [2] для первого участка при h1=0.09 м и для второго участка h2=0,4 м равна

Asmin =

µ*h3 * δ μ h1 δ= 0,001   10   16 = 0,16 cм2    

И  для последующих участков при hi = 1 м = 100 см равна

Asmin = µ hi δ,

  cм2;

 

1)0,0011016=0,16 cм2;

 

2) 0,0017016=1,12 cм2;

 

3) 0,00117016=2,72 cм2;

 

4)0,00127016=4,32 cм2;

 

5)0,00137016=5,92 cм2;

 

 

Рисунок 1 – Схема расположения участков горизонтальной кольцевой рабочей напрягаемой арматуры по высоте стены резервуара

1.2 Подбор вертикальной арматуры.

Из расчета прочности нормальных сечений стены резервуара при изгибе от действия воды и грунта производится подбор арматуры для участка стены шириной b=1 м и высотой H=4,2 м.

1.2.1 От действия воды

Максимальный изгибающий момент от гидростатического действия воды на уровне днища