РАЗДЕЛ 2 РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТИВНЫЙ (3-этажное здание - общежитие на 200 мест со столовой на 50 мест)

2.1Исходные данные для проектирования

Здание 3х этажное. Размеры в плане (по разбивочным осям)14 х 63 метра. Несущими конструктивными элементами здания выше отметки 0.000 служат стальные двухпролетные рамы (8 + 6) с шагом 6.3 метра. Ригели рам из прокатных двутавров, жестко сопряжены со стойками рам. Все узлы запроектированы сварными с использованием ручной электродуговой сварки. Сталь класса С-245. Электроды типа Э 42А. В продольном направлении все рамы связанны по стойкам продольными ригелями с жесткими узлами.

Перекрытия - монолитные железобетонные по профнастилу.

Продольная и поперечная устойчивость здания обеспечивается рамными узлами, жесткой заделкой колонн в фундаментах и монолитными дисками перекрытий, непрерывно опирающихся на ригели рам, и вертикальными связями.

Расчет выполнялся согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия», СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».

2.2 Построение расчетной модели жилого здания при помощи

программного комплекса ЛИРА 10

Многофункциональный программный комплекс, предназначен для проектирования и расчета строительных и машиностроительных конструкций различного назначения.

Расчетная схема моделируется в программе ЛИР-САПР.

ЛИР-САПР является базовой системой программного комплекса ЛИРА включающей следующие основные функции:

- визуализация расчетных схем на всех этапах ее синтеза и анализа;

- диагностика ошибок;

- наличие многочисленных и многовариантных приемов создания модели (фильтры, маркеры, дескрипторы, навигация, многоязычность, различные системы единиц измерения, построение любых сечений, масштабируемость, многооконный режим и мн. др.);

- наличие многочисленных приемов анализа результатов (построение изополей, изолиний напряжений, перемещений, эпюр усилий, анимация колебаний, построение деформированных схем, цифровая и цветовая индикация элементов и их атрибутов, регулируемый масштаб изображения);

- индикация прохождения задачи в процессоре;

Расчетная схема представляет собой идеализированный объект, лишенный несущественных признаков.

Она включает:

- геометрическую схему элемента конструкции;

- приложенные нагрузки;

- опорные закрепления.

При построении расчетной схемы плиты использовались конечные элементы 41 типа – Универсальный прямоугольный КЭ оболочки

Данный набор конечных элементов дает:

- возможность учета анизотропных, ортотропных и изотропных свойств материала;

- возможность моделирования несущих конструкций здания;

- произвольная местная нагрузка на всей или на части области КЭ.

- возможность разреженной сетки, которая позволяет улучшить показатели сходимости по перемещениям и по напряжениям.

Важнейшим вопросом при построении расчетной модели проектируемого объекта при помощи метода конечных элементов является знание основных его положений и формальных процедур, а также таких атрибутов, как сходимость решения, устойчивость, оценка точности. Этапы построения:

1) Формируется модель здания с заданными нагрузками на конструктивные элементы с помощью инструментария предоставленного программой.

2) Выполняется расчет на ветровые и сейсмические воздействия (если такие имеются) с определением горизонтальных перемещений здания.

3) Определяются требуемые сечения железобетонных и стальных элементов.

4) Выполняется формирование расчетной схемы и конечно-элементный расчет.

5) Экспортируется расчетная схема в программные модули Лир-Арм и Лир-СТК.

2.3 Реализация расчета в ПК ЛИРА

Переходим к реализации расчета при использовании программного комплекса ЛИРА.

Построение расчетной модели ведется в окне ЛИР-САПР.

Работа начинается с построения строительных осей. Далее с помощью радиокнопок «добавить узел» и «добавить элемент» создаётся каркас нашего здания.

Рисунок 2.1 Создание рамы.

В результате получаем несущий остов.

Рисунок 2.2Расчетная схема. Несущий остов первого этажа с элементами перекрытия.

Для построения плит перекрытия также воспользуемся вкладкой «Создание плоских фрагментов» и с помощью «Генерации плиты» создаем плиту перекрытия.

Рисунок2.3 – Плита перекрытия.

Рисунок2.4 Расчетная схема каркаса.

Рисунок2.5 Модель каркаса здания.

В соответствии с планом здания проектируются остальные этажи по той же схеме работы с программой.

Необходимо задать жесткостные характеристики элементов конструкции, такие как толщины плитных и оболочечных элементов, коэффициент Пуассона, удельный вес материала, коэффициенты упругого основания,модули упругости.

Рисунок 2.6Задание жесткостных параметров и сечение элементов.

Рисунок 2.7 Задание жесткостных параметров плиты

- плиты перекрытия залиты по несъёмной опалубке, профлист Н75. Найдем среднюю величину для расчета. (75/2)+80=117,5мм. Принимаем 120мм - Е_b= 2750000 кгс/см², с учетом понижающего значения Е_b= 825000 т/м²; коэффициент Пуассона ν = 0.2; толщина перекрытия Н = 12см; удельный вес материала R₀ = 2.75 т/м³.

Распределив жесткостные параметры, мы переходим к назначению действующих нагрузок на наше здание. На общежитие действуют статические и динамические нагрузки. Каждому типу нагрузки присваивается свой номер загружения. Это делается для того, чтобы составить таблицу РСУ и выявить максимальные усилия в элементах конструкции.

2.5Снеговая нагрузка

Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле:

гдеSg - расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли;

µ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

В нашем случае коэффициентµ =1, так как уклон крыши равен 23 град.

См таблицу Г.1- СП .

Сбор нагрузки от снегового покрова.

1. q1=0.4 т/м – от стропил

2. Нагрузка на прогон 0.04*1.5=0.06кг/м.п

2.6 Ветровая нагрузка

_{Конструируемый объект находится} на о.Итуруп, что соответствует IV ветровому району. Нормативное значение ветрового давления для данного района строительства, в соответствии с [13, прил.1, табл.4], равен = 85 кг/м². Интенсивность ветрового давления увеличивается при удалении от поверхности земли, что учитывается введением поправочного коэффициента k для типа «А» местности. Ветровая нагрузка прикладывается к раме в виде узловой нагрузки. Нормативное значение ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:

- нормативное значение ветрового давления принимаемое по СП «Нагрузки и воздействия», =85 кг/м²;

- аэродинамический коэффициент;

Аэродинамический коэффициент ак­тивного давления с наветренной стороны С_е = 0,8; коэффициент пассивно­го давления с подветренной стороны С_е3=-0.6

- коэффициент учитывающий изменения ветрового давления по высоте;

На отметке +3.15.3.9м

На отметке +6.30.7.05м

На отметке +9.45. 10.2м

На отметке +12.645. 13.395м

Нагрузка от ветра с наветренной стороны:

По оси А

Отметка +3.15м;

Отметка +6.3м;

Отметка +9.45м;

По осиB

Отметка +3.15м;

Отметка +6.3м;

Отметка +9.45м;

По оси 1.11

Отметка +3.15м;

Отметка +6.3м;

Отметка +9.45м;

По оси Б

Отметка +3.15м;

Отметка +6.3м;

Отметка +9.45м;

Отметка +12.645м;

По оси 2-10

Отметка +3.15м;

Отметка +6.3м;

Отметка +9.45м;

Нагрузка от ветра с подветренной стороны:

По оси А

Отметка +3.15м;

Отметка +6.3м;

Отметка +9.45м;

По оси В

Отметка +3.15м;

Отметка +6.3м;

Отметка +9.45м;

По оси 1.11

Отметка +3.15м;

Отметка +6.3м;

Отметка +9.45м;

По оси Б

Отметка +3.15м;

Отметка +6.3м;

Отметка +9.45м;

Отметка +12.645м;

По оси 2-10

Отметка +3.15м;

Отметка +6.3м;

Отметка +9.45м;

2.7 Расчет каркаса

Расчет каркаса выполняется с помощью программы Лира 10, поэтому расчетную схему каркаса компонуем с оптимизацией относительно нюансов различия компьютерного расчета от ручного.

При компоновке каркаса разработана конструктивная схема рамы, т.е. определены габаритные размеры элементов рамы, типы отдельных стержней каркаса (сплошные или решетчатые) и выбран способ узловых сопряжений.

Расчетную схему каркас здания устанавливают по конструктивной схеме. В расчетной схеме вычерчивают схематический чертеж по геометрическим осям стержней. За геометрическую ось элемента обычно принимается линия, проходящая через центры тяжести его сечений. Защемление колонн в фундаменте считают жестким.

Загружения, введенные для расчёта в программном комплексе следующие: