Курсовой проект- ЖБК Многоэтажное (34 этажа всего) здание с монолитным ядром жестокости

Пояснительная.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине
«Проектирование зданий повышенной этажности » на тему:
«Расчет и проектирование многоэтажного здания с ядром жесткости»
Исходные данные и компоновка каркаса3
1. Сбор вертикальных нагрузок4
2.Сбор нагрузок на ядро жесткости здания7
3. Ветровые нагрузки10
4. Проверка принятого сечения ядра17
5. Расчет ядра приближенным способом без применения ЭВМ19
7. Расчет на образование трещин в перемычках24
8. Конструирование и армирование элементов ядра28
9. Проверка на образование трещин наклонных продольным осям столба35
10. Расчет перемычек38
11. Расчет перемычки на действие поперечных сил41
Исходные данные и компоновка каркаса
Рисунок 1.1. Схема компоновки каркаса.
Рисунок 1.2. Поперечный разрез здания.
Количество этажей: 30 жил. эт. + 2 тех. эт. + 1 черд. эт. + 1 маш. отд. = 34 эт.
Высота жилого этажа: h = 31 м.
Место строительства: г. Киров.
Снеговой район:5–350 кгм2;
Ветровой район:1– 17 кгм2.
Уровень ответственности здания: в соответствии с [1] присваиваем зданию нормальный уровень ответственности класс здания – КС – 2.
1. Сбор вертикальных нагрузок
В соответствии с СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия» к постоянным нагрузкам относится вес покрытий стеновых панелей колон подкрановых балок крановых рельсов. К временным нагрузкам относятся снеговые ветровые и крановые нагрузки.
Сбор вертикальных нагрузок на 1 м2 перекрытия. Таблица 2.1.
Нагрузка на 1м2 перекрытия жилого помещения (типовой этаж)
Теплоизоляция линолеум ρ=1800 =10мм
Цеметно-песчаная стяжка ρ=1800 =10мм
Многопустотная жб плита
- в т. ч. Длительная (т.8.3 п1.3 [2])
- в т. ч. кратковременная
Нагрузка на 1м2 перекрытия внутри ядра жёсткости
- в т. ч. Длительная (т.8.3 п1.2 [2])
Нагрузка на 1м2 перекрытия технического этажа
Бетонный покрытие пол ρ=2200 =36мм
Нагрузка под чердачным этажом
Бетонный покрытие пол ρ=2200 =30мм
Временная полезная (полная)
Нагрузка на 1м2 от покрытия (постоянная)
Цементная стяжка ρ=1800 =30мм
Керамзита бетонная плита ρ=1200 =240мм
Пароизоляция 1 слой линокрома
Выравнивающая стяжка с цементным раствором ρ=1800 =20мм
Снег район IVSq =35 КПа
- в т. ч. Длительная (к=0.7)
2.Сбор нагрузок на ядро жесткости здания
Грузовые площади перекрытий с которых вертикальная нагрузка передается на ядро жесткости показаны на рисунке 2.1.
Рисунок. 2.1 Грузовые площади
Общая площадь на ядро:
Погонная нагрузка на столб ядра в соответствии с [5]:
где – высота ядра (столба);
– нагрузка на столб (общая)
где – коэффициент учитывающий снижение временных нагрузок при расчете вертикальных несущих элементов многоэтажных зданий типовых этажей. Определяется по таблице 2.2 [5].
Значение коэффициента .Таблица 2.2.
По таблице 1.2. для 34 этажей - .
– постоянная нагрузка на ядро с этажа.
где – постоянная нагрузка от перекрытия приходящегося на рассматриваемый i-ый столб (ядро).
– постоянная нагрузка на 1 м2 перекрытия на рассматриваемый столб (ядро).
– собственный вес рассматриваемого столба (ядра).
Толщину стенки ядра принимаем 800 мм.
Расчетная нагрузка от собственного веса длинной стенки ядра (за вычетом дверных проемов 14 х 21) с учетом коэффициентов надежности :
Расчетная нагрузка от собственного веса короткой стенки ядра (за вычетом оконных проемов 07 х 12) с учетом коэффициентов надежности :
Расчетная нагрузка от перекрытий и покрытия на половину длинной стенки ядра:
Нормативная нагрузка от перекрытий и покрытия на половину длинной стенки ядра:
Расчетная нагрузка от перекрытий и покрытия на короткую стенку ядра:
Нормативная нагрузка от перекрытий и покрытия на короткую стенку ядра:
Погонная нагрузка на длинную стенку ядра:
Погонная нагрузка на короткую стенку ядра:
Погонная вертикальная нагрузка на все ядро:
Все нагрузки на отметке 0000 (в заделке ядра):
3. Ветровые нагрузки
Расчёт ветровых нагрузок выполнен в соответствии с требованиями СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»[2].
По п. 11 [2] для зданий и сооружений необходимо учитывать следующие воздействия ветра:
а) Основной тип ветровой нагрузки;
б) Пиковые значения ветровой нагрузки действующие на конструктивные элементы ограждения и элементы их крепления (не учитываем в расчете);
в) Резонансное вихревое возбуждение;
г) Аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования дивергенции и флаттера.
Резонансное вихревое возбуждение и аэродинамические неустойчивые колебания необходимо учитывать в расчете если:
где - высота здания;
– длина рассматриваемого фасада.
– учет в расчете не требуется.
По п 11.1 [2] в первом случае нагрузка представляет собой совокупность:
а) Нормального давления приложенного к внешней поверхности сооружения или элемента;
б) Сил трения направленных по касательной к внешней поверхности и отнесенных к площади ее горизонтальной (для шедовых или волнистых покрытий покрытий с фонарями) или вертикальной проекции (для стен с лоджиями и подобных конструкций) – в расчете не учитывается т. к. отсутствуют лоджии ();
в) Нормального давления приложенного к внутренним поверхностям сооружений с проницаемыми ограждениями с открывающимися или постоянно открытыми проемами – в расчете не учитываем т. к. таких ограждений нет ().
По п. 11.1.1 и 11.1.2 [2] нормативное значение ветровой нагрузки определяется как сумма средней составляющей () и пульсационной составляющей ():
По п. 11.1.3[2] нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки:
где–нормативное значение ветрового давления;
- для г. Киров (1 ветровой район)
– коэффициент учитывающий изменения ветрового давления для высоты ;
– аэродинамический коэффициент;
– с наветренной стороны;
– с подветренной стороны.
По п. 11.1.5 [2] эквивалентная высота определяется следующим образом:
По п. 11.1.6[2]коэффициент определяется по таблице 11.2 в зависимости от типа местности. Для г. Киров примем тип местности С.
Рисунок 2.2. Эпюра коэффициента по высоте здания.
По п. 11.1.8 [2] нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки определяется в зависимости от величины частоты свободных колебаний:
– предельное значение величины частоты свободных колебаний;
По п 11.1.10 [2] определяется по таблице 11.5:
Для I ветрового района и (для жб конструкций) -
Определяем первую частоту собственных колебаний:
где – распределенная масса ядра жесткости здания;
– погонная нормативная нагрузка на ядро;
– ускорение свободного падения.
– модуль упругости бетона класса B25.
– момент инерции сечения ядра жесткости;
Тогда определяем по следующей формуле:
где – коэффициент пульсации давления ветра для высоты . Определяется по табл. 11.4 [2] для типа местности С.
– коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.
По п. 11.1.11 [2] если расчетная поверхность близка к прямоугольнику ориентированному так что его стороны параллельны основным осям zoy (Рисунок 2.3.) то коэффициент следует принимать по таблице 11.6 в зависимости от параметров и принимаемых по таблице 11.7.
Рисунок 2.3. Основная система координат при определении корреляции .
Полное ветровое давление:
Рисунок 2.4. Фактическая эпюра давления ветра.
Погонная ветровая нагрузка на длинный фасад
Приведем фактическую эпюру ветрового давления к трапецеидальной по эквивалентной площади эпюры
Рисунок 2.5. Трапецеидальная эпюра давления ветра.
Расчетные значения давления:
4. Проверка принятого сечения ядра
Проверка принятого сечения ядра выполняется по консольной модели. При расчете ядра как целого сечения отношение должен находиться в пределах 06 08 тогда считается что ядро запроектировано правильно.
Принимаем бетон класса B 25 и продольное армирование арматурой класса А400.
Усилия в заделке ядра
Для сжато-изогнутых стержней напряжения сжатия и изгиба суммируются
Задаемся коэффициентом продольного армирования
Рисунок 2.6. К определению геометрических характеристик ядра.
Момент инерции приведенного сечения ядра
Приведенный момент сопротивления для крайних наиболее напряженных граней ядра
Напряжения растяжения
Условия выполняются.
5. Расчет ядра приближенным способом без применения ЭВМ
Определение усилий в элементах ядра.
Рассматриваем ядро под действием только изгиба (горизонтальные нагрузки). В качестве расчетного сечения принимаем 2 диафрагмы швеллерного сечения каждая из которых имеет 1 ряд проемов. Перемычками на короткой стороне пренебрегаем и считаем их жесткими.
Рисунок 2.7. а) Расчетное сечение диафрагмы; б) Расчетная модель ядра.
Нормальная сила в столбе диафрагмы
– жесткостной параметр
– соотношение осевых жесткостей
– количество диафрагм;
Сумма изгибных жесткостей всех 4-х столбов
Определяем параметр характеризующий податливость связей (перемычек)
– изгибная жесткость перемычки;
– расстояние между осями проходящими через центры тяжести столбов;
– коэффициент учитывающий сдвиг;
Определяем параметр
– логарифмический синус;
– логарифмический косинус.
Чем больше этажность здания тем более равны между собой значения и .
Так как расчет ведем от верхней отметки здания ветровая нагрузка подставляется со знаком .
По консольной модели
Изгибающий момент в столбе
Поперечная сила в столбе
Поперечная сила в перемычках
Кроме этого на столб действует вертикальная нагрузка распределенная по высоте
7. Расчет на образование трещин в перемычках
Расчет на образование трещин проводится по II-ой группе предельных состояний. Следует проверять те перемычки в которых возникают максимальные напряжения.
По рисунку III.16 [5]
Тогда будет находиться на уровне – отметка берется с верха здания.
Рисунок 2.8. Эпюра перерезывающих сил в перемычках.
Подбираем продольную арматуру для перемычки прямоугольного сечения (B 25 A 400)
Рисунок 2.9.Сечение перемычки.
Требуемая площадь арматуры
Формулой для нахождения требующейся площади арматуры можно воспользоваться если выполняется условие:
–при кратковременной нагрузке
– условие выполняется.
В сжатой зоне примем такое же количество арматуры
Условие отсутствия трещин
Геометрические характеристики сечения перемычки:
Приведенный момент инерции армированной перемычки
где – расстояние между центрами тяжести арматуры;
– коэффициент приведения арматуры к бетону;
Момент сопротивления по крайнему волокну
Пластический момент сопротивления сечения
Момент трещинообразования
Нормативные значения в перемычке
Трещины не образуются перерасчет не требуется. Если бы условие не выполнялось потребовался бы перерасчет с учетом образования трещин ().
8. Конструирование и армирование элементов ядра
При направлении ветра с продольной стороны здания усилия N будут сжимающими и общая вертикальная сила в заделке будет равна
Приведенный эксцентриситет
Для расчета прочности столба необходимо записать уравнения равновесия:
- напряжения в арматуре в i-тых стержнях
– предельное напряжение в сжатой арматуре;
– относительная высота сжатой зоны бетона для
– вычисляемый параметр.
Из совместного решения уравнений (28) и (29) можно найти xвысоту сжатой зоны бетона
– при кратковременной нагрузке;
– рабочая высота сечения с i-тым стержнем
Граничное значение сжатой зоны бетона
Рисунок 2.10. Расположение вертикальной арматуры в 1-ом столбе ядра.
По п. 10.3.8. [4] расстояние между вертикальными стержнями в стенах не более 400 мм. Минимальный диаметр для монолитных вертикальных конструкций 12 мм.
– граничное значение сжатой зоны бетона
Характеристики вертикальных стержней арматуры.Таблица 2.3.
Сумма напряжений всех вертикальных стержней
Проверяем условие равновесия (29)
Предположение по сжатой зоне бетона неверно ее требуется уменьшить.
Считаем что равновесие по продольным силам достигнуто.
Проверяем условие равновесия по моментам (28)
Рисунок 2.11. К определению расстояний .
– статический момент i-го стержня от центра тяжести самой растянутой арматуры
Характеристики вертикальных стержней арматуры.Таблица 2.4.
Момент воспринимаемый сечением
Условие выполняется т. е. прочность сечения обеспечена при конструктивном армировании. Запас .
9. Проверка на образование трещин наклонных продольным осям столба
Ввиду большой ответственности конструкции и опасности развития трещин под влиянием знакопеременной горизонтальной нагрузки трещины в ядре не допускаются.
Условие не образования трещин
– класс бетона по прочности на осевое сжатие;
Напряжения определяем в местах примыкания полки столба к перемычке
Характеристики вертикальных стержней арматуры.Таблица 2.5.
Вычислим усилия от нормативных нагрузок
–наклонные трещины в столбе не образуются.
10. Расчет перемычек
Поперечная сила в перемычке на уровне заделки ее в столбе
– поперечная сила от вертикальной нагрузки;
– поперечная сила от горизонтальной нагрузки.
Выбираем ту перемычку которая находится на уровне с максимальной поперечной силой от горизонтальной нагрузки. Грузовые площади перекрытий над перемычкой можно определить по рисунку 2.1.
Необходимо учесть собственный вес перемычки
Полная вертикальная нагрузка на перемычку
Поперечная сила от вертикальной нагрузки
Поперечная сила от горизонтальной нагрузки при
Полная поперечная сила
Полный изгибающий момент
Момент от горизонтальной нагрузки
Момент от вертикальной нагрузки
Рисунок 2.12. Предварительное армирование перемычки.
Толщина защитного слоя
Расстояние между стержнями: 20 мм
Расстояние до центра тяжести
– можно использовать формулу (25) для определения требуемой площади арматуры.
Определяем фактическое расстояние между стержнями:
Рисунок 2.13. Фактическое армирование перемычки.
По п. 10.3.8 [4] расстояние между продольными стержнями вдоль грани элемента недолжно превышать 400 мм поэтому устанавливаем еще 2 стержня .
По п. 10.3.6. [4] установим минимальный процент армирования
- условие выполняется.
11. Расчет перемычки на действие поперечных сил
По п. 8.1.32. [4] проверка выполняется по сжатой полосе:
Условие прочности 1-ой
– для всех видов бетона
– прочность наклонной сжатой полосы обеспечена.
По п. 8.1.33. [4] расчет по наклонному сечению:
– поперечная сила воспринимаемая бетоном работающим на растяжение в наклонном сечении;
– поперечная сила воспринимаемая арматурой пересекающей наклонное сечение.
Должно соблюдаться условие
Должно выполняться условие
– условие выполняется т. е. прочность наклонного сечения обеспеченна. Сила возникающая в перемычке может быть воспринята одним только бетоном достаточно установки конструктивной арматуры. Если бы условие не выполнялось потребовалась бы установка арматуры по расчету.
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения
СП 20.13330.2016 нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. СП 131
СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.
Дроздов П. Ф. Конструирование и расчет несущих систем многоэтажных зданий и их элементов
Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения 1978 г.
Байков В.Н. Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. – М.: Стройиздат 1991. – 767 с.