Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 61
Федеральное агентство по образованию ГОУВПО Кубанский государственный технологический университет Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений по дисциплине «Конструкции сейсмостойких зданий и сооружений» на тему: «Ж/б каркасное 3-хэтажное здание торгового центра в г. Лабинске» Данная дает представление об основах проектирования сейсмостойких сил железобетонных конструкций. В ходе выполнения курсовой работы, студент самостоятельно приобретает навыки определения сейсмических нагрузок на здания и сооружения с последующей оценкой сейсмостойкости, подбирать материал, компоновать сечения в целях его экономичности и рациональности. Представленная пояснительная записка к курсовой работе на тему: «Ж/б каркасное 3-хэтажное здание торгового центра в г. Лабинске
» имеет в объеме 32 листов. В ней представлены расчеты сейсмостойкости конструктивного решения несущих конструкций проектируемого здания – железобетонного каркаса. Пояснительная записка иллюстрирована необходимыми пояснениями и рисунками, а также схемами ко всем расчетам. В ней также отражены антисейсмические мероприятия. Ил. 8. Табл.8. Библиогр. 12. К пояснительной записке прилагается графическая часть – 1 лист Содержание Введение 1. Компоновка конструктивного решения здания 2. Определение сейсмичности строительной площадки и сбор нагрузок 2.1 Сбор нагрузок 3 Определение периода собственных колебаний и форм колебаний 3.1 Период собственных колебаний 3.2 Формы собственных колебаний здания 3.3 Оценка влияния продольных сил в сечении колонн на динамические характеристики каркаса 3.4 Усилия в сечениях элементов рамы от сейсмической нагрузки 4 Определение сейсмических нагрузок и усилий от них 5 Определение усилий в несущих конструкциях от эксплуатационных нагрузок 6 Проверка общей устойчивости здания и прочности отдельных конструкций с учетом сейсмических нагрузок 6.1 Подбор площади сечения арматуры средней колонны 1-го этажа 6.2 Проверка прочности сечений, наклонных к продольной оси колонн 7 Антисейсмические мероприятия Список литературы В связи с увеличением частоты природных катаклизмов, а именно землетрясений возникла проблема сейсмоустойчивости зданий и сооружений, построенных без учета сейсмических воздействий, что в случае данных природных катастроф наносит материальный ущерб. Принимая во внимание всё это в районах подверженных сейсмическим воздействиям силой 7 и более баллов, возникла необходимость возведения зданий и сооружений, способных выдерживать сейсмические воздействия. При разработке проектов зданий и сооружений выбор конструктивных решений производят исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, достигаемых за счет внедрения эффективных строительных материалов и конструкций, снижения массы конструкций и т.п. Принятые конструктивные схемы должны обеспечивать необходимую прочность, устойчивость; элементы сборных конструкций должны отвечать условиям механизированного изготовления на специальных предприятиях. При проектировании гражданских зданий необходимо стремиться к наиболее простой форме в плане и избегать перепадов высот. При проектировании часто выбирают объемно-планировочные и конструктивные решения, так как они обеспечивают максимальную унификацию и сокращение числа типоразмеров и марок конструкций. Увеличение объема капитального строительства при одновременном расширении области применения бетона и железобетона требует всемерного облегчения конструкций и, следовательно, постоянного совершенствования методов их расчета и конструирования 1 Компоновка конструктивного решения здания
По рекомендациям п.1.2 [10] приняты: симметричная конструктивная схема (см. рис. 1.1) с равномерным распределением жесткостей конструкций и масс; конструкции из легкого бетона на пористых заполнителях, обеспечивающие наименьшие значения сейсмических сил; условия работы конструкций с целесообразным перераспределением усилий вследствие использования неупругих деформаций бетона и арматуры при сохранении общей устойчивости здания. Участки колонн, примыкающие к жестким узлам рамы, армируют замкнутой поперечной арматурой, устанавливаемой по расчету, но не реже, чем через 100 мм. Под колонны проектируем сплошную фундаментную плиту. Здание проектируется каркасное. Размеры здания: - ширина – 36,0м; - длина – 36,0м; Несущим является железобетонный каркас. Фундаменты – сплошная монолитная фундаментная плита; Перекрытия – монолитные железобетонные плиты толщиной 100мм; Колонны – сечение 400х400мм, высотой 3000мм; Ригеля – главная балка: - высота 750мм; - ширина 300 мм. – второстепенная балка: - высота 300 мм; - ширина 200мм. Сетка колонн 9х9м; Ограждающие конструкции - самонесущие кирпичные стены; Перемычки – сборные железобетонные. Перегородки – кирпичные. Кровля - плоско-совмещенная с покрытием рубероидным ковром. Лестницы – из сборных железобетонных маршей и площадок. 2 Определение сейсмичности строительной площадки и сбор нагрузок
Требуется рассчитать конструкции жилого здания, при его привязке к площадке строительства. Согласно СНиП II-7-81* (Строительство в сейсмических районах) в разделе Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации ОСР-97” (Список населенных пунктов) по карте ОСР-97-В-5% сейсмичность района г. Лабинск составляет 8 баллов (Карта В - объекты повышенной ответственности и особо ответственные объекты. Решение о выборе карты при проектировании конкретного объекта принимается заказчиком по представлению генерального проектировщика, за исключением случаев, оговоренных в других нормативных документах). Определение сейсмичности площадки строительства производим на основании сейсмического микрорайонирования для III категории групп по сейсмическим свойствам, грунты которых являются: пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем консистенции
IL
Для грунтов III категорий по сейсмическим свойствам при Тi
£ 0,1 с bi
= 1 + 1,5Тi
при 0,1 с < Тi
< 0,8 с bi
= 2,5 (1) при Тi
³ 0,8 с bi
= 2,5 (0,8/ Тi
)0,5
Во всех случаях значения bi
должны приниматься не менее 0,8. 2.1 Сбор нагрузок
Сбор нагрузок производим на 1 м2
покрытия здания и перекрытия. Конструктивное решение пола принимаем одинаковым для всех этажей. Сбор нагрузок производим в табличной форме и представлен в таблице 2.1;2.2 Таблица 2.1 Нагрузка на 1м2
покрытия
Собственный вес плиты δ=100мм (ρ=2500кг/м3
) 2500 1,1 2750 640 1,3 832 Таблица 2.2 Нагрузка на 1м2
перекрытия
Собственный вес плиты δ=100мм (ρ=2500кг/м3
) 2500 1,1 2750 Собственный вес керамических плиток, δ=15мм (ρ=1800кг/м3
) Кратковременная (30%) Длительная (70%) 1200 2800 1,2 1,2 1440 3360 Полная нагрузка:
Постоянная и длительная Кратковременная 7130 5930 1200 8237 6797 1440 3.Определение периода собственных колебаний и форм колебаний
3.1 Для определения периода собственных колебаний и форм колебаний необходимо вычислить динамические характеристики пятиэтажной рамы поперечника здания Принимаем колонны сечением 400х400мм, тогда Ригель принимаем с размерами: b=300мм; h=750мм; тогда Расчетная длина ригеля- 9200 мм; колонн - 3500 мм; Для конструкций зданий в данном районе применён легкий бетон класса В25 с использованием мелкого плотного заполнителя, плотность бетона 1600кг/м3
и начальном модуле упругости Еb
=16500МПа. Погонная жесткость элементов рамы будет: для ригеля - для колонн - Рисунок 3.1- К расчету на сейсмические нагрузки
Сила, которая характеризует сдвиговую жесткость многоэтажной рамы: где Si
– сумма погонных жесткостей стоек этажа; ri
– сумма погонных жесткостей ригелей этажей; l – высота этажа. Суммарная погонная жесткость: двух ригелей: трёх колонн: тогда Расчетная высота здания, по формуле: Н0
=10,5– расстояние от обреза фундамента до ригеля верхнего этажа (плиты покрытия); n=3 – число этажей; подставив эти значения в формулу получим: Определим ярусную нагрузку на уровне междуэтажного перекрытия типового этажа. от веса перекрытия (подсчет сосредоточенных нагрузок на уровне междуэтажных перекрытий с учетом коэффициентов сочетаний:0,9;0,8 и 0,5): 9 м – шаг колонн; от веса колонн длиной, равной высоте этажа: от веса участков стен: Итого G1
…G3
= 486,39кН ; Перегородки в расчете не учтены. Ярусная масса определяется по формуле: m1
…m3
= 585,31/9,8= 49,63 кН∙с2
∙м ; Принимая приближенно ярусную массу покрытия m4
≈m3
= 49,63 кН∙с2
∙м , находим периоды трёх тонов свободных горизонтальных колебаний рамной системы и коэффициенты динамичности и вносим их в таблицу 3.1. где i- 1,2,3 типа свободных колебаний; К= 55300,05 кН; Н=12,6 м; l=3,5 м; βi
= 1,5/Тi
– для грунтов III категории (3.6); Таблица 3.1- К определению коэффициентов динамичности
Тип колебаний
Периоды колебаний по формуле
По формуле
=1,01>0,8 Определим ярусную нагрузку на уровне покрытия для участка длины здания, равному продольному шагу колонн 6 м: - от веса совмещенной кровли: 3973∙36∙9∙0,9 = 1158,5кН; - от веса снегового покрова: 0,5∙0,95∙9∙36∙1,1 = 169,29кН; - от веса колонн: 25,25/2 = 12,63 кН; - от веса участков стен: 247,42/2 = 123,71 кН. G5
=1158,5+169,29+12,63+123,71 = 1464,13 кН 3.2 Формы собственных колебаний здания
Величина где Относительные координаты форм свободных колебаний даны в табл. 2.1 для трех ортонормированных функций. Рис. 3.3- К динамическому расчету 4-этажного здания
: а – условная схема здания; б – расчетная схема при определении периодов и форм свободных колебаний горизонтальных колебаний; в – три ортонормированные функции, аппроксимирующие формы свободных колебаний. 3.3 Оценка влияния продольных сил в сечении колонн на динамические характеристики каркаса
Изгибная жесткость рамы: Во
=Eb
AL2
/2=16500∙0,4 ∙0,4∙152
/2 =2970∙105
кН∙м2
, (3.8) где L= 15 м- расстояние между осями крайних колонн. Характеристика жесткости рамы при учете влияния продольных сил в сечении колонн, по формуле Следовательно, учитывать влияние продольных сил в сечении колонн на динамические характеристики рамного каркаса не требуется. 3.4 Усилия в сечениях элементов рамы от сейсмической нагрузки
Так как расчетные сейсмические нагрузки по п. 2.3 [10] принимаются, действующими в горизонтальном направлении, вертикальная составляющая сейсмических сил не учитывается. Так же не учитывают по п. 2.4 [10] вертикальную сейсмическую нагрузку для рам пролетом менее 24 м. Расчетные значения поперечных сил и изгибающих моментов в сечениях элементов рамы по п. 2.10 [10] следует определить по формулам: в которых Q
i
и Mi
—
усилия в рассматриваемом сечении, вызываемые сейсмическими нагрузками, соответствующими форме колебаний i
. В приближенном расчете многоэтажных рам на горизонтальные нагрузки учитывают уменьшение жесткости крайних колонн, так как они имеют меньшую степень защемления в узлах, чем средние колонны. Погонные жесткости элементов рамы 1-го этажа: ригеля где колонны 2-го этажа где колонны 1-го этажа Табличный коэффициент При отношении погонных жесткостей ригелей и колонн согласно табл. XV.1 [1], общая жесткость колонн рамы (принимая за единицу жесткость средней колонны): на 1-ом этаже ∑i
= 1+2∙0,9 = 2,8; на других этажах ∑i
= 1+2∙(0,54+0,54)-2 = 1,16; Поперечные силы в сечениях средних колонн рамы: на 1-м этаже со 2-го по 5-й этаж Изгибающие моменты в сечениях средних колонн: на 1-м этаже в сечении под ригелем рамы М1
=2∙Q1
l/3; в сечении по с 2-го по 4-й этаж Мk
=Q1
l/2; где l- расчетная длина колонн, равная высоте этажа. Поперечные силы (кН) и изгибающие моменты (кН∙м) в сечениях средних колонн рамы подсчитаны в таблице 4.1 для трёх форм колебаний. 4 Определение сейсмических нагрузок и усилий от них
Коэффициенты форм колебаний η
ik
для трех тонов подсчитаны в табл. 3.2 с использованием относительных координат форм свободных колебаний, приведенных в табл. 4.1. по формуле: где Таблица 4.1
кН кН где где Таблица 4.2
Э т а ж и кН Первая форма колебаний с Вторая форма колебаний с Этаж k 4 3 2 1 Находим значение сейсмических сил по формуле: 4.1 – К расчету поперечной рамы на горизонтальную нагрузку
Ярусные поперечные силы: 4-й этаж 3-й этаж 2-й этаж 1-й этаж Изгибающие моменты в стойках: 4-й этаж 3-й этаж 2-й этаж 1-й этаж Изгибающие моменты в ригелях: Эксплуатационная нагрузка: Расчетная нагрузка на 1 м/п: по приложению 8.2.17 [4], при n=1,46 От нагрузки на всю раму -Рэкв
=Рэкспл
∙ℓпл
Ма
=Мс
= 0,0147; Мв1
=Мв2
= 0,1176; Множитель = -Рэкв
∙ℓ2
Таблица 5.1 – К определению моментов и поперечных сил Ма
кН∙м Мв1
кН∙м Мв2
кН∙м Мс
кН∙м МА
кН∙м МВ
кН∙м Q12
кН Q21
кН Q23
кН 58,71 кН/м 7,5 м 7,5 м 6 Проверка общей устойчивости здания и прочности
Для проверки принимаем среднюю колонну. Так как изгибающие моменты в верхнем сечении средней колонны равны 0, то значение суммарного момента от сейсмической горизонтальной нагрузки и от вертикальной нагрузки будет равен только значению момента от сейсмической нагрузки: То же и с поперечными силами: Продольная сила в сечении колонны 1-го этажа (кН) при особом сочетании нагрузок: от веса совмещенной кровли: 3,97∙6∙7,5∙0,9=160,78 кН; от веса снегового покрова: 1∙0,95∙7,5∙6=42,75 кН; от веса перекрытия: 6,74∙7,5∙6∙0,9∙3=818,91 кН; от веса колонны: 0,9∙0,95∙0,4∙0,4∙1,1∙16∙3,5=7,22 кН; Итого: N1
=1164,53 кН. В том числе длительно действующая нагрузка N1
l
=232,91 кН. 6.1 Подбор площади сечения арматуры средней колонны 1-го этажа
Бетон: класса В25 с Арматура: класса А-III с Сечение колонны 400х400 мм с Усилия М=234,04 кН; Q=90,35 кН; N1
=1164,53 кН; N1
l
=232,91 кН. Эксцентриситет продольной силы: Относительный эксцентриситет: должен быть не менее Также учитываем особые коэффициенты условий работы при расчете на прочность нормальных сечений элементов из тяжелого бетона с арматурой класса АIII Коэффициент, учитывающий влияние длительности действия нагрузки: учитывая, что Выражение для критической силы имеет вид: где задаемся К расчету примем Коэффициент, учитывающий влияние прогиба на значение эксцентриситета продольной силы: Расстояние от направления действия или до тяжести сечения сжатой арматуры: При условии, что Аs=As’, высота сжатой зоны Относительная высота сжатой зоны Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона где В случае Площадь арматуры Принимаем 3Ø36 АIIIcAs=30,52 см2
. 6.2 Проверка прочности сечений, наклонных к продольной оси колонн
При поперечной силе Коэффициент, учитывающий благоприятное влияние продольной сжимающей силы на прочность наклонного сечения: При При Находим где Тогда при (213,35-183,71)=29,64 кН
<110,224 кН
и конструктивно заданном максимально допустимом шаге поперечных стержней S, Принимаем для Ø36АIII поперечную арматуру из условий свариваемости Ø8AIII Тогда Было принято Ø8AIII, и так как в сечении 4 стержня Ø8AIII, то Рисунок 6.1-Сечение колонны
Проверка общей устойчивости здания где п-
количество этажей. Находим эквивалентную силу Р: 7 Антисейсмические мероприятия
Лестничные клетки в торцах здания воспринимают горизонтальную сейсмическую нагрузку, а так же диафрагма жесткости по середине здания толщиной 160мм, железобетонная, жестко связанная с колоннами (см. чертеж). Жесткие узлы железобетонного каркаса здания усилены применением сварных сеток и замкнутых хомутов. На стыке колонн, применяющиеся к жестким узлам рамы на расстоянии, равном полуторной высоты сечения колонн, армируются поперечной арматурой (хомутами) с шагом не более 100 мм, а для рамных систем с несущими диафрагмами - не реже чем через 200мм. Жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается рамами (колонны и монолитная плита), лестничными клетками в торцах здания и диафрагмой жесткости в середине здания. В продольном направлении жесткость обеспечивается продольными рамами (колонны и монолитная плита). В соответствии с рекомендациями СНиП диафрагма жесткости и лестничные клетки расположены симметрично относительно центра здания. В качестве ограждающих стеновых конструкций применяются легки стеновые панели из керамзитобетона δ=350мм. Наружные стеновые панели и внутренние перегородки не должны препятствовать деформации каркаса. Между поверхностями стен и колонн каркаса должен предусматриваться зазор не менее 20 мм. По всей длине стены в уровне плит покрытия должен устраиваться антисейсмические пояса, соединяющиеся с каркасом здания. В местах пересечения торцовых и поперечных стен с продольными стенами должны устраиваться антисейсмические швы на всю высоту стен. Расстояние между хомутами стеновых элементов (колонн) в местах стыкования рабочей арматуры внахлестку. Кладка самонесущих стен в каркасных зданиях должна быть I или II категории, иметь гибкие связи с каркасом, не препятствующие горизонтальным смещениям каркаса вдоль стен. Между поверхностями стен и колонн каркаса должен предусматриваться зазор не менее 20 мм. По всей длине стены в уровне плит покрытия и верха оконных проемов должны устраиваться антисейсмические пояса, соединенные с каркасом здания. В местах пересечения торцовых и поперечных стен с продольными стенами должны устраиваться антисейсмические швы на всю высоту стен. Лестничные и лифтовые шахты каркасных зданий следует устраивать как встроенные конструкции с поэтажной разрезкой, не влияющие на жесткость каркаса, или как жесткое ядро, воспринимающее сейсмическую нагрузку. Для каркасных зданий высотой до 5 этажей при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов допускается устраивать лестничные клетки и лифтовые шахты в пределах плана здания в виде конструкций, отделенных от каркаса здания. Устройство лестничных клеток в виде отдельно стоящих сооружений не допускается В уровне перекрытий и покрытий должны устраиваться антисейсмические пояса по всем продольным и поперечным стенам, выполняемые из монолитного железобетона или сборными с замоноличиванием стыков и непрерывным армированием. Антисейсмические пояса верхнего этажа должны быть связаны с кладкой вертикальными выпусками арматуры. В зданиях с монолитными железобетонными перекрытиями, заделанными по контуру в стены, антисейсмические пояса в уровне этих перекрытий допускается не устраивать. Антисейсмический пояс (с опорным участком перекрытия) должен устраиваться, как правило, на всю ширину стены; в наружных стенах толщиной 500 мм и более ширина пояса может быть меньше на 100-150 мм. Высота пояса должна быть не менее 150 мм, марка бетона1
- не ниже 150. Антисейсмические пояса должны иметь продольную арматуру 4d
10 при расчетной сейсмичности 7-8 баллов и не менее 4 d
12 - при 9 баллах. В сопряжениях стен в кладку должны укладываться арматурные сетки сечением продольной арматуры общей площадью не менее 1 см2
, длиной 1,5 м через 700 мм по высоте при расчетной сейсмичности 7-8 баллов и через 500 мм - при 9 баллах. Участки стен и столбы над чердачным перекрытием, имеющие высоту более 400 мм, должны быть армированы или усилены монолитными железобетонными включениями, заанкеренными в антисейсмический пояс. 1
В СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций марка бетона заменена на класс. Рисунок 7.1 - Стык колонн с монолитным перекрытием Список литературы 1. Бойков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс, М., 1985. 2. СНКК 22-301-2000. “Строительство в сейсмических районах Краснодарского края” 3. СНКК 20-303-2002. “Нагрузки и воздействия. Ветровая и снеговая нагрузки. Краснодарский край” 4. СНиП 31-01-2003. “Здания жилые многоквартирные” Госстрой М., 1985. 5. СНиП 2.01.07-85*. “Нагрузки и воздействия” Госстрой М., 1985. 6. СНКК 23-302-2000. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по теплозащите зданий. Краснодарский край 7. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. М., 1985. 8. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. М., 1982. 9. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника 10. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. М., 2000. 11. Бондаренко В.М., Судницын А.И. Расчет строительных конструкций. Железобетонные и каменные конструкции. М., 1984. 12. Бондаренко В.М., Суворкин Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции. М., 1987.
|