Проектирование одноэтажного каркасного здания из легких конструкций ст. Северская


Федеральное агентство по образованию

Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений

Курсовая работа

По дисциплине “Сейсмостойкость зданий и сооружений “

На тему: “Проектирование одноэтажного каркасного здания из легких конструкций ст. Северская”

2008

Реферат

Данная курсовая работа дает представление об основах проектирования сейсмостойких сил легких стальных 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: “Проектирование одноэтажного каркасного здания из легких конструкций в ст. Северской” имеет в объеме 13 листов.

В ней представлены расчеты сейсмостойкости конструктивного решения несущих конструкций проектируемого здания – стального 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 формата А1.

Содержание

Введение

1. Компоновка конструктивного решения здания

2. Определение сейсмичности строительной площадки и сбор нагрузок

2.1 Сбор нагрузок

2.2 Расчет каркаса в поперечном направлении

3. Расчет каркаса в продольном направлении

4. Определение сейсмических нагрузок с учетом кручения здания в плане

5. Антисейсмические мероприятия

Литература

Введение

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 все 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.

1. Компоновка конструктивного решения здания

Здание имеет полный металлокаркас;

Здание проектируется каркасное.

Размеры здания в плане 24х60м;

Сетка колонн 24х6м;

Фундаменты – отдельные железобетонные

Покрытие – стальной проф лист, утеплитель, трехслойные панели покрытия;

Несущие конструкции покрытия стальные фермы пролетом 24 м;

Стальные прогоны при шаге ферм 6м-швелер №16

Ограждающие трехслойные панели покрытия опираются на стальные прогоны с шагом 3м;

Сечение стальных колонн двутавр №50

По периметру здания цокольная стеновая панель из керамзитобетона толщиной 300мм и высотой 1,2м, опирающаяся на фундаментную балку;

Между поверхностями стен и конструкциями каркаса должен предусматриваться зазор не менее 20мм;

В межферменном пространстве покрытия размещают различные трубопроводы, осветительную арматуру и др. По продольным стенам предусмотрено ленточное остекление от отметки +1,2 до +3,6 метра. Торцевые стены без остекления.

2. Определение сейсмичности строительной площадки и сбор нагрузок

Требуется рассчитать конструкции 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 ст. 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. Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района 8 баллов, составляет 9 баллов.

Рис.1 – План здания

Рис.2 – Поперечный разрез здания

2.1 Сбор нагрузок

Сбор нагрузок производим на 1 м2 покрытия здания.

Сбор нагрузок производим в табличной форме и представлен в таблице 2.1.

Таблица 1 – Нагрузка на 1м2 покрытия

Вид нагрузкиНормативная нагрузка, Н/м2Коэффициент надежности по нагрузкеКоэффициент сочетанияВычислениеРасчетная нагрузка, Н/м2
Снеговая0,91,40,50,9*1,4*0,5*24*60907,2
Кровли0,751,20,90,75*1,2*0,9*24*601166,4
Профилированного настила0,151,050,90,15*1,05*0,9*24*60204,12
Прогонов0,11,050,90,1*1,05*0,9*24*60136,08
Утеплитель0,11,20,924*60*0,1*1,2*0,9155,52
Конструкции покрытия0,41,050,90,4*1,05*0,9*24*60544,32
От участков стен выше верха колонн2,651,10,92,65*1,1*0,9*2,1*(24+60)*2925,57
От ¼ веса4039,21
Колонн11,341,050,90,25*11,34*1,05*0,9*2258,93
Фахверковых стоек9,41,050,90,25*0,4*1,05*0,9*60,58
Связей между колоннами0,041,050,90,25*0,04*24*60*1,05*0,913,61
Участков стен расположенных в пределах высоты колонн2,651,10,90,25*(2,65*(1,8+0,8)*(24+60)*2+2,4*24*2*2,65+2,4*60*2*0,35)*0,9*1,1790,26
Итого4903,32

2.2 Расчет каркаса в поперечном направлении

Для определения периода собственных колебаний и форм колебаний необходимо вычислить динамические характеристики одноэтажной рамы поперечника здания.

Предварительно принимаем сечение колонны исходя из гибкости

Гибкость двутавра N50

гибкость двутавра N40

Принимаем колонны сечением: i = 20,3 см, А =143см 2 , Двутавр: . Жесткость одной колонны:

Жесткость сечения самонесущей стены (или ее элемента) определяется без учета трещин и принимается равной 0,8E 0I c,

Перемещение колонн:

Жесткость каркаса здания:

Жесткость рамы здания:

Рис.3 – Продольный разрез здания со стальным каркасом и его расчетная схема

Определим вертикальную нагрузку от собственного веса конструкций и снега.

Q = 4903 кН. Вертикальную нагрузку принимаем сосредоточенной в уровне верха колонн. Определяем период собственных колебаний каркаса:

Определяем коэффициент динамичности для каркаса здания:

Для грунтов III категории Т. к при

Устанавливаем следующие значения:

Каркасные здания, стеновое заполнение которых оказывает влияния на их деформативность

Определяем расчетные величины сейсмических нагрузок, действующих на поперечные рамы каркаса:

– значение сейсмической нагрузки для i-го тона собственных колебаний здания или сооружения, определяемое в предположении упругого деформирования конструкций по формуле:

А) в уровне верха колонн рамы, с учетом коэффициента 1,2 :

Тогда расчетная сейсмическая нагрузка равна:

При сейсмичности площадки 8 баллов и более при грунтах III категории к значению Sik вводится множитель 0,7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях.( СНиП II-7)

При совместной работе каркаса сейсмическая нагрузка на раму равна :

При отдельной работе каждой нагрузка равна:

.

Так как мы рассматриваем отдельную раму, то коэффициент :

Б) по длине колонны – от собственного веса колонны, с учетом коэффициента 1,2 :

В) по длине крайних колонн – от участков продольных стен, расположенных в пределах высоты колонн, с учетом коэффициента 1,2 :

На рамы по оси 1 и 11:

На рамы по оси 2 – 10 :

Г) в уровне расположения опорных консолей навесных участков торцевой стены, от собственного веса участка торцевой стены:

Опорные консоли на отметке 1,2 м:

Опорные консоли на отметке 3,6 м:

3. Расчет каркаса в продольном направлении

Определим жесткость связевых панелей на уровне верха колонн без учета продольных деформаций колонн и распорок (в запас прочности):

Для определения периода собственных колебаний и форм колебаний необходимо вычислить динамические характеристики одноэтажной рамы поперечника здания. Принимаем колонны сечением: Двутавр: ; Определяем перемещение колонн от действия единичных горизонтальных сил, приложенных в уровне верха колонн.

Жесткость одной колонны:

Жесткость сечения самонесущей стены (или ее элемента) определяется без учета трещин и принимается равной 0,8E 0I c :

Перемещение отдельной колонны:

Жесткость каркаса здания на уровне верха колонн C определяется по формуле П – число колонн (или рам) в каркасе здания (отсека);

δkk – перемещение отдельной колонны (или рамы) на уровне ее верха от действия горизонтальной единичной силы, приложенной в том же уровне.

Жесткость каркаса здания:

Определим вертикальную нагрузку от собственного веса конструкций и снега. Q = 4903 кН.. Вертикальную нагрузку принимаем сосредоточенной в уровне верха колонн.

На одну раму приходится нагрузка :

Определяем период собственных колебаний каркаса в поперечном направлении здания:

Определяем коэффициент динамичности для каркаса здания:

β – коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний здания или сооружения, принимаемый согласно п. 2.6 : Для грунтов II категории по сейсмическим свойствам

При 0,1е<Т<0,4е ;

А) в уровне верха колонн рамы, с учетом коэффициента 1,2 :

Тогда расчетная сейсмическая нагрузка равна:

При сейсмичности площадки 8 баллов и более при грунтах III категории к значению Sik вводится множитель 0,7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях.( СНиП II-7-81 Строительство в сейсмических районах. М., 2000)

Так как мы рассматриваем отдельную раму, то коэффициент :

Б) по длине колонны – от собственного веса колонны, с учетом коэффициента 1,2 :

4. Определение сейсмических нагрузок с учетом кручения здания в плане

Рис.4- Поворот здания в плане

1 – Центр масс;

2 – Центр жесткостей.

Значение расчетного эксцентриситета между центрами жесткостей и веса здания принимаем равным 0,1В, где В – размер здания в плане в направлении, перпендикулярном действию силы При расчете здания в поперечном направлении В=60м; =0,1∙60=6 м; Вычислим угловую жесткость здания:

Определим полную сейсмическую нагрузку на раму каркаса с учетом поворота здания в плане:

Рама по оси 1

Рама по оси 2

Рама по оси 3

Рама по оси 4

Рама по оси 5

Рама по оси 6

Рама по оси 7

Рама по оси 8

Рама по оси 9

Рама по оси 10

5. Антисейсмические мероприятия

В целях обеспечения пространственной жесткости каркаса, устойчивости покрытия в целом и его элементов в отдельности необходимо предусматривать систему связей между несущими стальными конструкциями покрытий (ферм) в плоскости их верхних и нижних поясов и в вертикальных плоскостях.

Горизонтальные антисейсмические швы в стенах должны устраиваться на уровнях расположения опорных и стыковых ригелей каркаса стен и верха цокольной части стен.

Вертикальные антисейсмические швы в местах пересечения стен осуществляют путем изготовления специальных Г-образных трехслойных панелей, в которых в месте антисейсмического шва из металлических облицовочных листов выполняются компенсатор, а жесткий утеплитель заменяется на эластичный.

В зданиях со стальным каркасом с высотами большими, чем предусмотрено унифицированными габаритными схемами, сопряжения колонн с ригелями покрытия рекомендуется выполнять в виде жестких рамных узлов с целью ограничения деформаций от сейсмических нагрузок. В продольном направлении каркасы могут проектироваться по той же конструктивной схеме, как и в поперечном направлении или по схеме с установкой стальных связей между стойками

В целях обеспечения пространственной жесткости каркаса, а также устойчивости покрытия в целом и его элементов в отдельности необходимо предусматривать систему связей между несущими стальными конструкциями покрытия (фермами) в плоскости их верхних и нижних поясов и в вертикальных плоскостях.

В покрытиях из стального профилированного настила система связей в плоскости верхних поясов стропильных стальных ферм состоит из поперечных связевых ферм и распорок, роль которых выполняют прогоны. Связевые поперечные фермы устанавливаются в двух крайних (у торцов и антисейсмических швов здания). Независимо от расчета в зданиях (отсеках) со стропильными фермами с параллельными поясами с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов длиной свыше 60 м и 7 баллов длиной свыше 96 м следует устанавливать не менее одной промежуточной связевой фермы, а в зданиях (отсеках) со стропильными фермами треугольного очертания с расчетной сейсмичностью 9 баллов длиной 60 м и более рекомендуется устанавливать не менее одной промежуточной связевой фермы.

Промежуточные связевые фермы должны располагаться по длине здания (отсека) равномерно

Список литературы

1. СНКК 22-301-2000. “Строительство в сейсмических районах Краснодарского края”

2. СНКК 20-303-2002. “Нагрузки и воздействия. Ветровая и снеговая нагрузки. Краснодарский край”

3.СНиП 2.01.07-85*. “Нагрузки и воздействия” Госстрой М., 1985.

4. СНКК 23-302-2000. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по теплозащите зданий. Краснодарский край

5. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. М., 1982.

6. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. М., 2000.



Зараз ви читаєте: Проектирование одноэтажного каркасного здания из легких конструкций ст. Северская