Анализ схемы несущих конструкций здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общая характеристика конструктивной схемы несущих конструкций здания

Конструктивная схема здания - одноэтажная рамно-связевая каркасная конструкция из монолитного железобетона. Жесткость и устойчивость каркаса здания обеспечивается совместной работой колонн, балок и диска перекрытия.

Характеристика основных элементов каркаса:

- колонны - монолитные железобетонные из бетона класса В25 со стержневой арматурой класса А500С, A240, (сечением 300х300 мм).

- перекрытие - балочное монолитное перекрытие, толщиной 200 мм. Выполняется из бетона класса В25 и арматуры А500С, A240.

- перегородки - из полнотелого глиняного кирпича М 100 на растворе М 75 толщиной в «полкирпича».

На рис. 1 представлен план несущих железобетонных конструкций на отметке - 26.250.

Рис. 1. План на отметке -26.250.

На рис. 2 представлен план несущих железобетонных конструкций на отметке - 20.950.



Рис. 2. План на отметке -20.950.

На рис. 3 представлен поперечный разрез несущих железобетонных конструкций по линии 1-1.

Рис. 3. Разрез 1-1.

На рис. 4 представлен продольный разрез несущих железобетонных конструкций по линии 2-2.



Рис. 4. Разрез 2-2.

2. Сбор нагрузок

Нагрузки и воздействия определены в соответствии со СНиП 2.01.07-85*

(Нагрузки и воздействия). Эксплуатационные нагрузки включают в себя постоянные воздействия от собственного веса перекрытий и веса полов, временные длительные нагрузки от перегородок и оборудования и временные кратковременные нагрузки, принимаемые в соответствии с функциональным назначением помещений (спортивный зал). Сбор нагрузок на плиту перекрытия представлен в таблице №1.

Таблица 1. Нагрузка на 1 м² перекрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/	Коэффициент надежности по нагрузке, f	Расчетная нагрузка, кН/
Постоянная:
Паркет штучный,	0.105	1.2	0.126
Мастика клеящая,	0.07	1.2	0.084
Фанера,	0.072	1.2	0.0864
Цементная стяжка,	1.260	1.2	1.512
Ж/б плита перекрытия,	5	1.1	5.5
Итого Постоянная	6.507		7.3084
Временная:
Перегородки	0.5	1.2	0.6
Кратковременная	4.8	1.2	5.76
полная	9.592		9.947

3. Расчетная схема и расчетные предпосылки

Комплекс статических расчетов выполнялся с использованием программного комплекса «ЛИРА» версии 9.4. Расчетная схема представляет собой пространственную систему, отражающие геометрические и физико-механические характеристики сооружения несущих элементов на основе применения МКЭ метода.

Элементы перекрытий моделировались универсальными треугольными и четырехугольными КЭ оболочки №42, 44, элементы колонн - универсальными пространственными стержневыми КЭ элементами №.10.

Габаритные размеры сети конечных элементов составляют 0,5х0,5 м.

Граничные условия в расчетной схеме заданы в соответствии с фактической работой конструкций и свойствами применяемых конечных элементов:

- в плитах перекрытий и балках перемещения по оси Х и оси У равны нулю,

- для колонн условие закрепления - жесткое защемление.

Физико-механические характеристики материалов приняты в соответствии со СниП 52-01-2003.

Для несущих конструкций в качестве материалов монолитных железобетонных колонн и плиты перекрытий в расчете принят тяжелый бетон естественного твердения класса B25 и продольная арматура класса A500С.

Расчетные характеристики материалов, принятые в статическом расчете здания в стадии эксплуатации:

1) Характеристики бетона:

Класс бетона В25 по прочности на сжатие:

Начальный модуль упругости 3060000 т/

Нормативное сопротивление осевому сжатию 1890 т/

Расчетное сопротивление осевому сжатию 1480 т/

2) Характеристики арматуры А400С:

Расчетное сопротивление растяжению (продольная) 33500 т/

Расчетное сопротивление растяжению (поперечная) 30500т/

Нормативное сопротивление растяжению 51000 т/

Расчетное сопротивление сжатию 40800 т/

При расчете прочности колонн их расчетные длины l0 приняты равными 0.5l, значения случайных эксцентриситетов принято равным 1/30 высоты сечения.

Нагрузки принимались согласно СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» и данным по обьекту. Усилия в элементах и деформации здания определялись в соответствии с требованиями СНиП от следующих видов нагрузок:

- Постоянная - вес конструкции + вес полов.

- Временная (длительная) - вес перегородок.

Расчет несущих конструкций жилого комплекса выполнен для предельных состояний первой и второй группы на следующие виды загружений:

Загружение 1 - нагрузка от собственного веса несущих конструкций.

Загружение 2 - нагрузка от собственного веса конструкций полов.

Загружение 3 - нагрузка от собственного веса конструкций перегородок

Загружение 4 - полезная от веса людей.

Основные результаты статических расчетов здания.

Статические расчеты выполнялись в упругой постановке.

Статический расчет произведен в соответствии с действующими нормативными документами:

СНиП 2/01/07-85* «Нагрузки и воздействия».

Результаты расчета.

На рис. 5 представлена мозаика напряжений по Мх для плиты перекрытия.

На рис. 6 представлена мозаика напряжений по Му для плиты перекрытия



На рис. 7 представлена мозаика перемещений по Z для плиты перекрытия



На рис. 8 представлена мозаика напряжений по Му для балок.



Рис. 8. Эпюра Му в балках

На рис. 9 представлена мозаика поперечной силы Qz для балок.



На рис. 10 представлена мозаика напряжений по Му для колонн.



На рис. 11 представлена эпюра напряжений по Мz для колонн.



На рис. 12 представлена мозаика усилий N для колонн.



Максимальные изгибные усилия от воздействия суммарных вертикальных расчетных нагрузок равны:

- в плите перекрытия Мх= -3,48 т/м Мy= -5,71 т/м

- в балках Мy= 6,019 тм

- в колоннах Мy = 7,13 тм (колонна 30х30 см)

Мz = -5,29 тм (колонна 30х30 см)

Максимальные вертикальные нормальные напряжения от воздействия суммарных вертикальных расчетных нагрузок равны:

- в колоннах N= - 41,2 т колонна (30х30 см)

Таблица 2. Результирующая таблица М, N, Q.

Несущий элемент	М	N	Q
Плита перекрытия	Мх= -3,48 т/м Мy= -5,71 т/м
балка	Мy= -6,019 тм		Qz = 10,99 т
колонна	Мy = 7,13 тм Мz = -5,29 тм	N = - 41,2 т

Подбор рабочей арматуры по верхней и нижней граням плиты перекрытия

Арматура подбирается по изополям моментов Мх, Му, вычисленным методом конечных элементов с помощью ЭВМ (ПК Лира). По эпюрам моментов в местах их экстремальных значений строится огибающая, выбирается средний момент, по которому подбирается основная рабочая арматура, затем в местах, где значение моментов превышает среднее значение, подбирается дополнительная рабочая арматура.

По изополям Mх и Му, приведенным выше, устанавливаем следующие расчетные значения моментов:

- для арматуры по верхней грани по оси X - Mmax = 2.94 тм/м;

- для арматуры по нижней грани по оси Y - Mmax = 5.71 тм/м;

- для арматуры по нижней грани по оси X - Mmax = 3.48 тм/м;

- для арматуры по верхней грани по оси Y - Mmax = 2.66 тм/м;

1. Расчет нижней арматуры в направлении X.

По результатам статического расчета производим подбор арматуры по максимальному изгибающему моменту.

Максимальный момент Mx=3,48 тм/м

Вырезаем из плиты полосу шириной 1 м. Толщину защитного слоя принимаем 50 мм.

Подбираем поле арматуры по нижней грани:

- расчётный фоновый момент по Х - М_х=1,74 тм/м

- расч. момент для подбора доп. арматуры по Х - М_х=3,48 тм/м.

Необходимое количество фоновой арматуры по оси X по нижней грани:

, где

, ,

Принимаем фоновое армирование 412 A400, шаг 250 мм расчетной площадью поперечного сечения 4,5 см².

Определим несущую способность принятого фонового армирования:

Несущая способность фонового армирования обеспечена.

Необходимое количество дополнительной арматуры по оси X по нижней грани:

, где

, ,

Принимаем дополнительное армирование 410A400, шаг 250 мм расчетной площадью поперечного сечения 3,1 см².

2. Расчет верхней арматуры в направлении X.

Подбираем поле арматуры по верхней грани:

- расчётный фоновый момент по Х - М_х=1,47 тм/м

- расч. момент для подбора доп. арматуры по Х - М_х=2,94 тм/м.

Необходимое количество фоновой арматуры по оси X по нижней грани:

, где

, ,

Принимаем фоновое армирование 410 A400, шаг 250 мм расчетной площадью поперечного сечения 3,1 см².

Определим несущую способность принятого фонового армирования:



Несущая способность фонового армирования обеспечена.

Необходимое количество дополнительной арматуры по оси X по верхней грани:

, где

, ,

Принимаем дополнительное армирование 410A400, шаг 250 мм расчетной площадью поперечного сечения 3,1 см².

3. Расчет нижней арматуры в направлении У

По результатам статического расчета производим подбор арматуры по максимальному изгибающему моменту.

Максимальный момент Mx=5,71 тм/м

Вырезаем из плиты полосу шириной 1 м. Толщину защитного слоя принимаем 50 мм.

Подбираем поле арматуры по нижней грани:

- расчётный фоновый момент по У - М_у=2,85 тм/м

- расч. момент для подбора доп. арматуры по Y - М_y=5,71 тм/м.

Необходимое количество фоновой арматуры по оси X по нижней грани:

, где

, ,

Принимаем фоновое армирование 414 A400, шаг 250 мм расчетной площадью поперечного сечения 6,2 см².

Определим несущую способность принятого фонового армирования:

Несущая способность фонового армирования обеспечена.

Необходимое количество дополнительной арматуры по оси У по нижней грани:

, где

, ,

Принимаем дополнительное армирование 414A400, шаг 250 мм расчетной площадью поперечного сечения 6,2 см².

4. Расчет верхней арматуры в направлении У

Подбираем поле арматуры по верхней грани:

- расчётный фоновый момент по У - М_у=1,33 тм/м

- расч. момент для подбора доп. арматуры по Y - М_y=2,66 тм/м.

Необходимое количество фоновой арматуры по оси X по нижней грани:

, где

, ,

Принимаем фоновое армирование 414 A400, шаг 250 мм расчетной площадью поперечного сечения 6,2 см².

Определим несущую способность принятого фонового армирования:

Несущая способность фонового армирования обеспечена.

Необходимое количество дополнительной арматуры по оси X по нижней грани:

, где

, ,

Принимаем дополнительное армирование 414A400, шаг 250 мм расчетной площадью поперечного сечения 6,2 см².

5. Расчет длины анкеровки стержней

, где

l_an - длина анкеровки, мм;

R_s = 35500 тс/м²;

R_b = 3300 тс/м²;

d - диаметр анкеруемой арматуры;

_an, _an - коэффициенты для определения длины анкеровки ненапрягаемой арматуры (определяем по таблице СНиП 2.03.01-84).

Условия работы ненапрягаемой арматуры	Коэффициенты для определения анкеровки ненапрягаемой арматуры
	периодического профиля	гладкой
	an	an	an	lan, мм	an	an	an	lan, мм
			не менее			не менее
1. Заделка арматуры:
а) растянутой в растянутом бетоне	0,70	11	20	250	1,20	11	20	250
б) сжатой или растянутой в сжатом бетоне	0,50	8	12	200	0,80	8	15	200
2. Стыки арматуры внахлестку:
а) в растянутом бетоне	0,90	11	20	250	1,55	11	20	250
б) в сжатом бетоне	0,65	8	15	200	1,00	8	15	200

Для стержней 12 A400 в растянутом бетоне:

L_ан = (0,9* ³⁵⁵⁰⁰/₃₃₀₀ + 11)*1,2 = 14,36 см.

Принимаем l_an = 250 мм.

Для стержней 14 A400 в растянутом бетоне:

L_ан = (0,9* ³⁵⁵⁰⁰/₃₃₀₀ + 11)*1,4 = 2,74 см.

Принимаем l_an = 280 мм.

Для стержней 10 A400 в сжатом бетоне: L_ан = (0,65* ³⁵⁵⁰⁰/₃₃₀₀ + 8)*1 = 8,63 см. Принимаем l_an = 200 мм.

Для стержней 14 A400 в сжатом бетоне:

L_ан = (0,65* ³⁵⁵⁰⁰/₃₃₀₀ + 8)*1,4 = 12,63 см.

Принимаем l_an = 200 мм.

Расчет по образованию нормальных трещин

Толщина защитного слоя:

Расстояние от равнодействующей усилий в арматуре S до грани сечения

a = 5 см = 0,05 м;

Расстояние от равнодействующей усилий в арматуре S' до грани сечения

a' = 5 см = 0,05 м.

Усилия от нормативной нагрузки:

Изгибающий момент от постоянной и длительной нормативной нагрузки

Ml = 6,1 тм/ м

Определение нормативного сопротивления бетона

Класс бетона - B25.

Нормативное значение сопротивления бетона осевому сжатию для предельных состояний первой группы принимается по табл. 5.1 Rb = 14,5 МПа.

Нормативное значение сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний первой группы принимается по табл. 5.1 Rbtn = 1,05 МПа.

Группа предельных состояний - вторая.

При второй группе предельных состояний:

Расчетное значение сопротивления бетона осевому сжатию для предельных состояний второй группы:

Rb, ser = Rbn =14,5 МПа.

Расчетное значение сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний второй группы:

Rbt, ser = Rbtn =1,05 МПа.

Модуль упругости арматуры: Es=2000000 МПа.

Начальный модуль упругости принимается Eb = 30000 МПа.

Относительная влажность воздуха окружающей среды - 40 - 75%.

Коэффициент ползучести принимается fb, cr = 2,5.

Начальный модуль упругости, принимаемый при продолжительном действии нагрузки:

Eb, t = Eb/(1+fb, cr)=30000/(1+2,5) = 8571,42857 МПа.

Начальный модуль упругости:

Eb = Eb, t =8571,429 МПа.

Изгибающий момент:

M = Ml =0,061 МН м

Коэффициент, учитывающий характер нагружения: f3=1

1) Определение момента образования трещин.

Определение характеристик приведенного сечения.

Коэффициент приведения арматуры к бетону:

a = Es/Eb=200000/8571,429 = 23,33333.

Рабочая высота сечения:

ho = h-a=0,2-0,05 = 0,15 м

h'o = h-a'=0,2-0,05 = 0,15 м

Сечение - прямоугольное.

Площадь сечения:

A = b h=1 · 1 = 1 м

Площадь приведенного поперечного сечения:

Ared = A +(As+A's) a=1+(0,00124+0,00124) · 23,33333 = 1,0578 м.

Статический момент бетонного сечения относительно наиболее сжатого волокна:

Sc = bх hх/2=1 · 0,2/2 = 0,1 м.

Статический момент растянутой арматуры относительно наиболее сжатого волокна:

Ssc = As х a=0,00124 · 0,05 = 0,000062 м.

Статический момент сжатой арматуры относительно наиболее сжатого волокна:

S'sc = A's h'o=0,00124 · 0,15 = 0,000186 м.

Статический момент приведенного сечения относительно наиболее сжатого волокна:

Sc, red = Sc+Ssc a+S'sc a=0,1+0,000062 · 23,33333+0,000186 · 23,33333 = 0,106 м

Расстояние от наиболее сжатого волокна в бетоне до центра тяжести приведенного сечения:

yc = Sc, red/Ared=0,106/1,0578 = 0,1 м.

Расстояние от наименее сжатого волокна в бетоне до центра тяжести приведенного сечения:

y'c = ho-yc=0,15-0,1 = 0,05 м.

Момент инерции бетонного сечения относительно центра тяжести приведенного сечения:

I = bхhх/12+A (h/2-yc) 2 =1 · 0,2х/12+1 · (0,2/2-0,1) 2 = 0,001 м.

Расстояние от наиболее растянутого волокна бетона до центра тяжести приведенного сечения:

yt = yc-a=0,1-0,05 = 0,05 м.

Момент инерции площадей сечения растянутой арматуры:

Is= As (ho-yc) 2=0,00124 · (0,95-0,1) 2 = 0,00124 м

Момент инерции площадей сечения сжатой арматуры:

I's = A's (yc-a') 2 = 0,00124 · (0,1-0,05) 2 = 0,00124 м

Момент инерции приведенного поперечного сечения:

Ired = I +Is a+I's a = 0,001+0,00124 · 23,33333+0,00124 · 23,33333 = 0,0069 м

Площадь приведенного поперечного сечения:

Ared = A +As a+A's a = 1+0,00124 · 23,33333+0,00124 · 23,33333 = 1,057 м

Момент сопротивления сечения:

W = Ired/yt=0,0069/0,05 = 0,14 м

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

ex = W/Ared=0,14/1,057 = 0,132 м

Изгибающий момент, воспринимаемый нормальным сечением элемента при образовании трещин:

Mcrc = Rbt, ser W=1,55 · 0,14 = 0,217 МН м

Т.к. M=0,069 МН м < Mcrc=0,217 МН м, то расчет по раскрытию трещин не требуется.

Расчет плиты на действие поперечной силы

Минимальная несущая способность бетона на поперечную силу:

Расчет на поперечную силу:

,

где Q_b - несущая способность расчётного наклонного сечения на поперечную силу «по бетону»;

b, h_o - соответствующие геометрические параметры расчётного сечения;

ц_b4 = 1,5 - эмпирический коэффициент, учитывающий наличие продольной рабочей арматуры при отсутствии арматуры поперечной;

С - длина проекции расчётного наклонного сечения на горизонтальную плоскости координат.

Qb = ц_b4b2btom * om /c1 = =5,79 т

1,701< Qb =5,79<7,08

Условие выполняется. Несущая способность бетона на поперечную силу обеспечена.

Расчет колонны

Определяем требуемую площадь арматуры пилона сечением 30Ч30 см. При условии жесткого защемления колонны в фундаменте и жесткого соединения в перекрытии, расчетная длина колонны рассчитывается по формуле:

Рабочая высота сечения:

Эксцентриситет силы

Случайный эксцентриситет или

Так как эксцентриситет силы больше чем случайный эксцентриситет, то он принимается для расчета.

Радиус ядра сечения r = 0,289h=8,7 см.

Следует учитывать влияние прогиба.

Запишем выражение для критической силы с учетом того, что сечение квадратное с симметричным армированием, а также принимая во внимание

=0,025

;

принимаем .

Отношение модулей упругости

=174069кН

Вычислим коэффициент

Значение

Определим граничную высоту сжатой зоны по формуле, при этом для тяжелого бетона :

Пусть , тогда определим высоту сжатой зоны:

. т.е. .

По расчету арматура не требуется. Принимаем конструктивно 4 стержня диаметром 16 мм с общей площадью 8 см для всех колонн рассматриваемой конструкции.

Расчет балки

1. Расчет прочности по нормальным сечениям.

Проверяем достаточность высоты сечения балки для обеспечения сопротивления действию главных сжимающих усилий:

- поперечная сила в нормальном сечении элемента

- коэффициент, принимаемый равным 0,3

112кН 435кН

Условие выполняется, следовательно, нет опасности раздробления бетона в наклонных сечениях.

Сечение у опоры

М=6.12 т*м

Рабочая высота сечения при расположении растянутой арматуры в два ряда

При определении площади сечения пролетной арматуры по положительным изгибающим моментам сечение балки рассчитываем как тавровое с полкой в сжатой зоне. Ширина свеса полки в каждую сторону от ребра принимается равной расстояния между ребрами, но не более пролета элемента.

Принимаем меньшее из вычисленных значений

783кН > 112кН

Условие выполняется, нижняя граница сжатой зоны находится в полке.

, следовательно, постановка сжатой арматуры не требуется.

По сортаменту принимаем 316 А400 = 6,2 см

Сечение в пролете.

, следовательно, постановка сжатой арматуры не требуется.

По сортаменту принимаем 316 А400 = 6,2 см

Расчет прочности по наклонным сечениям:

Проверяем условие на опоре:

где - минимальное значение поперечной силы на опоре.



Следовательно, поперечная арматура требуется на всех опорах.

Диаметр хомутов из условий сварки не должен быть меньше (), т.е. четверти диаметра рабочей арматуры и не менее 6 мм. Принимаем арматуру класса А240: , , .

Шаг хомутов на приопорных участках длиной длины балки в соответствии с конструктивными требованиями не должен превышать

и быть не более .

Шаг хомутов не должен также быть более

Принимаем на всех опорах шаг хомутов 20 см.

Погонное усилие, воспринимаемое хомутами:

Вычисляем поперечную силу, воспринимаемую хомутами:

Поперечная сила, воспринимаемая бетоном:

Условие прочности по наклонному сечению:



конструкция арматура анкеровка стержень

Условие выполняется. Следовательно, прочность по наклонному сечению обеспечена.

Окончательно принимаем в приопорной зоне, равной четверти пролета балки, двухсрезные хомуты из арматуры класса А240 диаметром 10 мм с шагом 200 мм. На остальной части балки принимаем хомуты с шагом

Размещено на Allbest.ru