Проектирование одноэтажного каркасного здания из лёгких 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 лёгких конструкций ст. Северская»
2008
Реферат
Данная курсовая работа дает представление об основах проектирования сейсмостойких сил лёгких 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 лёгких 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 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.
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 20 мм;
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 нагрузки |
Нормативная нагрузка, Н/м2 |
Коэффициент надёжности по нагрузке |
Коэффициент сочетания |
Вычисление |
Расчётная нагрузка, Н/м2 |
|
снеговая |
0,9 |
1,4 |
0,5 |
0,9*1,4*0,5*24*60 |
907,2 |
|
кровли |
0,75 |
1,2 |
0,9 |
0,75*1,2*0,9*24*60 |
1166,4 |
|
профилированного настила |
0,15 |
1,05 |
0,9 |
0,15*1,05*0,9*24*60 |
204,12 |
|
прогонов |
0,1 |
1,05 |
0,9 |
0,1*1,05*0,9*24*60 |
136,08 |
|
утеплитель |
0,1 |
1,2 |
0,9 |
24*60*0,1*1,2*0,9 |
155,52 |
|
конструкции покрытия |
0,4 |
1,05 |
0,9 |
0,4*1,05*0,9*24*60 |
544,32 |
|
От участков стен выше верха колонн |
2,65 |
1,1 |
0,9 |
2,65*1,1*0,9*2,1*(24+60)*2 |
925,57 |
|
От ¼ веса |
4039,21 |
||||
|
колонн |
11,34 |
1,05 |
0,9 |
0,25*11,34*1,05*0,9*22 |
58,93 |
|
фахверковых стоек |
9,4 |
1,05 |
0,9 |
0,25*0,4*1,05*0,9*6 |
0,58 |
|
связей между колоннами |
0,04 |
1,05 |
0,9 |
0,25*0,04*24*60*1,05*0,9 |
13,61 |
|
Участков стен расположенных в пределах высоты колонн |
2,65 |
1,1 |
0,9 |
0,25*(2,65*(1,8+0,8)*(24+60)*2+2,4*24*2*2,65+2,4*60*2*0,35)*0,9*1,1 |
790,26 |
|
Итого |
4903,32 |
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 =143см2,
Двутавр:
>.
>Жесткость
одной колонны:
Жесткость сечения самонесущей стены (или ее элемента) определяется без учета трещин и принимается равной 0,8E>0>I>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 учётом коэффициента 1,2 :
тогда расчётная сейсмическая нагрузка равна:
При сейсмичности площадки 8 баллов и более при грунтах III категории к значению S>ik> 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 учётом коэффициента 1,2 :
в) по длине крайних колонн - от участков продольных стен, расположенных в пределах высоты колонн, с учётом 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>0>I>c>:
Перемещение отдельной колонны:
Жесткость
каркаса здания на уровне верха колонн
C
определяется по формуле >
>
п
- число колонн (или рам) в каркасе здания
(отсека);
δ>kk> - 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 учётом коэффициента 1,2 :
тогда расчётная сейсмическая нагрузка равна:
При сейсмичности площадки 8 баллов и более при грунтах III категории к значению S>ik> 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 учётом 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 путём 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.