Автоматизированное проектирование многоэтажного безбалочного железобетонного каркаса здания на упругом основании на статические нагрузки в городе Санкт-Петербург

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра Строительных конструкций

Курсовая работа

по дисциплине:

«Информационные технологии в инженерно-строительных расчетах»

Автоматизированное проектирование многоэтажного безбалочного железобетонного каркаса здания на упругом основании на статические нагрузки в городе Санкт-Петербург

Выполнил: студент

Полудницына Е.И.

Санкт-Петербург

2016

Исходные данные

Длина по Х 18м

Длина по Y 24м

Высота здания 5 этажей

Шаг по Х 6м

Шаг по Y 6м

Район строительства г. Санкт-Петербург

1. Общие положения расчета

· Архитектурно-планировочного задания на проектирование административного здания.

· Технических условий на строительные конструкции, изделия и материалы для проектирования административного здания.

· Нормативных документов:

СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»;

СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»;

СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции»;

СП 52 -101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без

предварительного напряжения арматуры»;

СНиП II-23-81*-«Стальные конструкции» ;

Расчёт выполнен с применением сертифицированного программного комплекса «Лира-САПР».

Конструктивные расчёты - расчёт арматуры в элементах конструкции, а так же подбор и оптимизация металлических профилей конструкции покрытия выполнены с использованием вспомогательных программам комплекса «Лира САПР» в соответствии с принятой нормативной базой.

Расчет здания выполнен по пространственной модели с учетом влияния податливости основания.

2. Расчетная модель здания

Рис.1 Общий вид здания

Рис.2 Заданные типы жесткостей

Рис.3. Закрепление горизонтальных смещений фундаментной плиты.

3. Расчетные нагрузки

Загружение 1.

Рис.4 Собственный вес железобетонных элементов каркаса.

Загружение 2.

Определяем действующую снеговую нагрузку с помощью программы ВЕСТ программного комплекса SCAD.

СНЕГ

Расчет выполнен по нормам проектирования "СНиП 2.01.07-85* с изменением №2"

Таблица 1

Параметр	Значение	Единицы измерения
Местность
Снеговой район	III
Нормативное значение снеговой нагрузки	0.126	Т/м2
Тип местности	B - Городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м
Средняя скорость ветра зимой	4	м/сек
Средняя температура января	-10	°C
Здание
Высота здания H	21	м
Ширина здания B	24	м
L	18	м
f	3	м
Неутепленная конструкция с повышенным тепловыделением	Нет
Коэффициент надежности по нагрузке ?f?	1.429

Единицы измерения : Т/м²

Нормативное значение

Расчетное значение

Первая 1/3 q=0,072+0,169=0,241 Т/м²

Вторая 1/3 q=0,18+0=0,18 Т/м²

Третья 1/3 q=0,072+0,339=0,441 Т/м²



Рис.5. Снеговая нагрузка.

Загружение 3.

Определяем действующую ветровую нагрузку слева.

ВЕТЕР

Расчет выполнен по нормам проектирования "СНиП 2.01.07-85* с изменением №2"

Таблица 2

Исходные данные
Ветровой район	II
Нормативное значение ветрового давления	0.03 Т/м2
Тип местности	B - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м
Тип сооружения	Здания со сводчатыми или близкими к нему по очертанию покрытиями

Таблица 3

Параметры
Поверхность	Левая стена
Шаг сканирования	1 м
Коэффициент надежности по нагрузке kf	1.4
H	18	м
B	24	м
f	3	м
L	18	м

Таблица 4

Высота (м)	Нормативное значение (Т/м2)	Расчетное значение (Т/м2)
0	0.012	0.017
1	0.012	0.017
2	0.012	0.017
3	0.012	0.017
4	0.012	0.017
5	0.012	0.017
6	0.013	0.018
7	0.013	0.019
8	0.014	0.02
9	0.015	0.021
10	0.016	0.022
11	0.016	0.023
12	0.017	0.023
13	0.017	0.024
14	0.018	0.025
15	0.018	0.026
16	0.019	0.026
17	0.019	0.027
18	0.02	0.028

Ветер на перекрытие 1 этажа: q=(3+1,5)0,017=0,0765 Т/м

Ветер на перекрытие 2 этажа: q=3•0,018=0,054 Т/м

Ветер на перекрытие 3 этажа: q=3•0,021=0,063 Т/м

Ветер на перекрытие 4 этажа: q=3•0,023=0,069 Т/м

Ветер на перекрытие 5 этажа: q==(3+1,5)•0,026=0,117 Т/м

Определяем действующую ветровую нагрузку справа.

ВЕТЕР

Расчет выполнен по нормам проектирования "СНиП 2.01.07-85* с изменением №2"

Таблица 5

Исходные данные
Ветровой район	II
Нормативное значение ветрового давления	0.03 Т/м2
Тип местности	B - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м
Тип сооружения	Здания со сводчатыми или близкими к нему по очертанию покрытиями

Таблица 6

Параметры
Поверхность	Правая стена
Шаг сканирования	1 м
Коэффициент надежности по нагрузке kf?	1.4
H	18	м
B	24	м
f	3	м
L	18	м

Таблица 7

Высота (м)	Нормативное значение (Т/м2)	Расчетное значение (Т/м2)
0	-0.008	-0.011
1	-0.008	-0.011
2	-0.008	-0.011
3	-0.008	-0.011
4	-0.008	-0.011
5	-0.008	-0.011
6	-0.008	-0.012
7	-0.009	-0.013
8	-0.009	-0.013
9	-0.01	-0.014
10	-0.01	-0.015
11	-0.011	-0.015
12	-0.011	-0.016
13	-0.012	-0.016
14	-0.012	-0.017
15	-0.012	-0.017
16	-0.013	-0.018
17	-0.013	-0.018
18	-0.013	-0.018

Ветер на перекрытие 1 этажа: q=(3+1,5)0,011=0,0495 Т/м

Ветер на перекрытие 2 этажа: q=3•0,012=0,036Т/м

Ветер на перекрытие 3 этажа: q=3•0,014=0,042 Т/м

Ветер на перекрытие 4 этажа: q=3•0,016=0,048 Т/м

Ветер на перекрытие 5 этажа: q==(3+1,5)•0,017=0,0765 Т/м

Определяем действующую ветровую нагрузку на кровлю.

ВЕТЕР

Расчет выполнен по нормам проектирования "СНиП 2.01.07-85* с изменением №2"

Таблица 8

Исходные данные
Ветровой район	II
Нормативное значение ветрового давления	0.03 Т/м2
Тип местности	B - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м
Тип сооружения	Здания со сводчатыми или близкими к нему по очертанию покрытиями

Таблица 9

Параметры
Поверхность	Кровля
Шаг сканирования	1 м
Коэффициент надежности по нагрузке kf	1.4
H	18	м
B	24	м
f	3	м
L	18	м

Таблица 10

Расстояние от края кровли (м)	Нормативное значение (Т/м2)	Расчетное значение (Т/м2)
0	-0.018	-0.025
1	-0.018	-0.025
2	-0.018	-0.025
3	-0.018	-0.025
4	-0.018	-0.025
5	-0.018	-0.025
6	-0.02	-0.027
7	-0.022	-0.031
8	-0.022	-0.031
9	-0.022	-0.031
10	-0.022	-0.031
11	-0.022	-0.031
12	-0.014	-0.02
13	-0.01	-0.014
14	-0.01	-0.014
15	-0.01	-0.014
16	-0.01	-0.014
17	-0.01	-0.014
18	-0.01	-0.014

Рис.6. Ветровая нагрузка.

Загружение 4.

Рис.7 Полезная нагрузка на перекрытия и фундаментную плиту.

Загружение 5.

Рис.8 Нагрузка от стен.

Загружение 6.

Рис.9 Нагрузка от покрытия.

Загружение 7.

Рис.10 Собственный вес металлических элементов покрытия.

4. Задание РСУ и РСН

Рис. 11 Расчетные сочетания усилий

Рис.12 Расчетные сочетания нагрузок

5. Модель упругого основания

После назначения вертикальных нагрузок в загружениях определяется сумма всех вертикальных нагрузок и делится на площадь фундаментной плиты. Получаем значение среднего вертикального давления на плиту Pz в т/м².

Pz = (2175,27+2,929+129,442-10,08+692,008+92,413+1209.61) / 20х26=8,253 т/м2

Создание модели грунта и определение коэффициентов постели С1 и С2, а так же глубины сжимаемой толщи грунта под плитой в соответствии с назначенными скважинами геологических разрезов:

Рис. 13 Задание скважин

Результаты расчета по программе ГРУНТ.

Рис. 14. Значения осадки.



Рис. 15. Значения коэффициента постели С1.

Рис. 16. Значения коэффициента постели С2.

Результаты итерационного расчета грунта.

Рис. 17 Распределение вертикального давления Pz.

Рис. 18 Распределение отпора грунта Rz.

6. Анализ напряженно-деформированного состояния здания по РСН

Анализ результатов расчета производится от РСН. Усилия - по РСН1 (расчетные значения нагрузок), перемещения - по РСН2 (нормативные значения нагрузок)

Рис. 20. Деформированная схема здания.

6.1 Усилия в колоннах

Рис. 21. Эпюра продольных усилий N.

Мин. сжимающее усилие N=-183.104 т; =183.104/0.16=11.444 Мпа = 11.444 Мпа [ ] = 14,5 Мпа

Рис. 22. Эпюра изгибающих моментов Му.

Рис. 23 Эпюра поперечных сил Qy



Рис. 24 Эпюра поперечных сил Qz

6.2 Усилия в фундаментной плите

Рис. 25 Изополя напряжений по Mx



Рис. 26 Изополя напряжений по My

Рис. 27 Изополя напряжений по Qx



Рис. 28 Изополя напряжений по Qy

Рис. 29 Изополя напряжений по Nx



Рис. 30 Изополя напряжений по Ny

Для класса бетона В25 [ ] = 14,5 Мпа, [ ]= 1,05 Мпа = 0.0212 Мпа [ ] = 14,5 Мпа; = 0.0103 Мпа [ ]= 1,05 Мпа

6.3 Усилия в плите перекрытия 1 этажа

Рис. 31 Изополя напряжений по Mx



Рис. 32 Изополя напряжений по My

Рис. 33 Изополя напряжений по Qx



Рис. 34 Изополя напряжений по Qy

Рис. 35 Изополя напряжений по Nx



Рис. 36 Изополя напряжений по Ny

= 0.00348 Мпа [ ] = 14,5 Мпа ; = 0.183 Мпа [ ]= 1,05 Мпа

6.4 Усилия в плите покрытия

Рис. 37 Изополя напряжений по Mx



Рис. 38 Изополя напряжений по My

Рис. 39 Изополя напряжений по Qx



Рис. 40 Изополя напряжений по Qy

Рис. 41 Изополя напряжений по Nx



Рис. 42 Изополя напряжений по Ny

= 4.39 Мпа [ ] = 14,5 Мпа;

= 1.91 Мпа []= 1,05 Мпа , следовательно, необходимо предусмотреть дополнительное армирование в опорных участках.

6.5 Оценка перемещений в элементах конструкции

Рис. 43 Изополя перемещений по Z в плите покрытия.

Сравниваем максимальные деформации, возникающие в плитах покрытия с предельно допустимыми:

Для плиты покрытия: f_max = 29,9 мм < [L/150] = 18000/150 = 120 мм - условие выполняется, что составляет 24,92% от предельно допустимого прогиба.

Рис. 44 Изополя перемещений по Z в плите перекрытия 1 этажа.

Для плит перекрытия: f_max = 22,1 мм < [L/150] = 6000/150 = 40 мм - условие выполняется, что составляет 55, 25% от предельно допустимого прогиба.

Рис. 45 Изополя перемещений по Z в фундаментной плите.

Для фундаментной плиты: f_max = 18,1 мм < [L/150] = 6000/150 = 40 мм - условие выполняется, что составляет 45, 25% от предельно допустимого прогиба.

Рис. 46 Изополя перемещений по X

Для плиты покрытия: f_max = 8,06 мм < [L/500] = 21000/500 = 42 мм - условие выполняется, что составляет 19,19% от предельно допустимого прогиба.

7. Подбор сечения фермы

Рис. 47 Типы жесткостей фермы

Рис. 48 Проверка по 1 группе ПС

Рис. 49 Проверка по 2 группе ПС



Рис. 50 Проверка МУ

8. Армирование

8.1 Армирование колонн

Рис. 51 Назначенные материалы

Рис. 52 Процент армирования



Рис. 53 Площадь угловой арматуры

Выбрав колонну с max процентом армирования, с помощью подпрограммы конструирования колонны получаем чертеж ее армирования со спецификацией арматуры. В крайней колонне это эл-т №2785. В средней колонне это эл-т №1810.

Рис. 54 Конструирование крайней колонны



Рис. 55 Конструктивный чертеж самой нагруженной крайней колонны

Принимаем диаметр рабочей арматуры в крайней колонне от отметки +0.250 до +15.100 d =16 мм, ототметки +15.100 до +18.100 d = 18 мм. Диаметр конструктивной арматуры d = 6 мм.

Рис. 56 Конструирование средней колонны



Рис. 57 Конструктивный чертеж самой нагруженной средней колонны

Принимаем диаметр рабочей арматуры в средней колонне от отметки +0.250 до +12.100 d =16 мм, ототметки +12.100 до +15.100 d = 18 мм. Диаметр конструктивной арматуры d = 6 мм.

8.2 Армирование плит покрытия

Рис. 58 Армирование по оси У у нижней грани плиты



Рис. 59 Армирование по оси У по верхней грани

Рис. 60 Армирование по оси Х по верхней грани

Рис. 61 Армирование по оси Х по нижней грани

Для плит покрытия: фоновая арматура по верхней грани - сетки с шагом 200 mm d=4mm и нижней грани - сетки с шагом 200 mm d=4mm и дополнительные сетки (по схеме армирования) по верхней грани - сетки с шагом 200 mm d=16mm и нижней грани - сетки с шагом 200 mm d=14mm.

8.3 Армирование фундаментной плиты

Рис. 62 Армирование по оси Х у нижней грани

Рис. 63 Армирование по оси Х у верхней грани



Рис. 64 Армирование по оси У у нижней грани

Рис. 65 Армирование по оси У у верхней грани

Для фундаментной плиты: фоновая арматура по верхней и нижней граням - сетки с шагом 200 mm d=8mm и дополнительные сетки (по схеме армирования) по верхней и нижней граням с шагом 200 mm d=22mm.

8.4 Армирование плиты перекрытия на отметке +3.000

Рис. 66 Армирование по оси У у нижней грани плиты

Рис. 67 Армирование по оси У по верхней грани



Рис. 68 Армирование по оси Х по верхней грани

Рис. 69 Армирование по оси Х по нижней грани

Для плит перекрытия: фоновая арматура по верхней грани - сетки с шагом 200 mm d=6mm и нижней грани - сетки с шагом 200 mm d=6mm и дополнительные сетки (по схеме армирования) по верхней грани - сетки с шагом 200 mm d=18mm и нижней грани - сетки с шагом 200 mm d=16mm.

Заключение

В результате проделанной работы, был выполнен расчет в ПК ЛИРА-САПР 2013 и произведен анализ на статическую нагрузку здания с безбалочным каркасом на упругом грунтовом основании.

Анализ напряженно-деформированного состояния конструкции подтверждает выполнение норм проектирования в соответствии со строительными нормами и действующими регламентами в стране.

В частности, было выполнено:

· определены коэффициенты постели и осадка здания в подпрограмме ГРУНТ;

· подобраны оптимальные сечения профилей металлопроката элементов каркаса здания

· подобрана арматура в колоннах: диаметр угловых стержней d=18mm

· получены чертежи самых нагруженных колонн в подпрограмме конструирования колонн ЛИРА-САПР 2013;

· получены схемы армирования плит покрытия, перекрытия на отм. +3000 и фундаментной плиты.

снеговой колонна плита ферма

9. «Сапфир»

Рис 70. Общий вид

Рис 71. Аналитическая модель.

Размещено на Allbest.ru….

...