Реферат: Железобетонное каркасное 4-хэтажное здание предприятия связи в г Лабинске

Федеральное агентство по образованию

Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений

курсовая работа

по дисциплине «Конструкции сейсмостойких зданий и сооружений»

на тему: «Ж/б каркасное 4-хэтажное здание предприятия связи в

г. Лабинске»

2005

Реферат

Данная курсовая работа 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 4-хэтажное здание предприятия связи 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 формата А1.

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

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.

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 — 15,0м;

— длина — 24,0м;

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 7,5х6м;

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/> 0,5 при коэффициенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 — для супесей.

--PAGE_BREAK--

Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района 8 баллов, составляет 9 баллов.

Согласно выше перечисленному значения коэффициента динамичности biв зависимости от расчетного периода собственных колебаний Тiздания или сооружения по i-му тону при определении сейсмических нагрузок следует принимать по формулам (1).

Для грунтов III категорий по сейсмическим свойствам

приТi£ 0,1 с bi = 1 + 1,5Тi

при 0,1 с < Тi< 0,8 с bi = 2,5 (1)

приТi³ 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

Вид нагрузки

Нормативная нагрузка, Н/м2

Коэффициент надёжности по нагрузке

Расчётная нагрузка, Н/м2

Постоянная:

Собственный вес плиты δ=100мм

(ρ=2500кг/м3)

2500

1,1

2750

Пароизоляция 1 слой пергамина

0,05

1,3

0,065

Утеплитель- керамзитобетон δ=80мм (ρ=800кг/м3)

640

1,3

832

Цементно-песчаная стяжка δ=20мм

360

1,3

390

4 слоя рубероида на мастике

0,2

1,3

0,26

слой гравия δ=10мм

0,2

1,3

0,26

Итого

3500

3973

Временная

Снеговая

1100

Таблица 2.2 Нагрузка на 1м2 перекрытия

Вид нагрузки

Нормативная нагрузка, Н/м2

Коэффициент надёжности по нагрузке

Расчётная нагрузка, Н/м2

Постоянная нагрузка:

Собственный вес плиты δ=100мм

(ρ=2500кг/м3)

2500

1,1

2750

Собственный вес Цементно-песчаного раствора δ=20мм (ρ=1800кг/м3)

360

1,3

390

Собственный вес

керамических плиток, δ=15мм (ρ=1800кг/м3)

270

1,1

297

Итого

3130

3437

Временная нагрузка:

4000

1,2

4800

Кратковременная (30%)

Длительная (70%)

1200

продолжение
--PAGE_BREAK--

2800

--PAGE_BREAK--

=1,68>0,8

Определим ярусную нагрузку на уровне покрытия для участка длины здания, равному продольному шагу колонн 6 м:

— от веса совмещенной кровли: 3973∙15∙6∙0,9 = 321,8кН;

— от веса снегового покрова: 0,5∙0,95∙6∙15∙1,1 = 47,03 кН;

— от веса колонн: 25,25/2 = 12,63 кН;

— от веса участков стен: 247,42/2 = 123,71 кН.

G5 321,8+47,03+12,63+123,71 = 505,17 кН

3.2 Формы собственных колебаний здания

Величина /> — смещение точек динамической системы отвечает уравнению собственных (свободных) колебаний. В практических расчетах уравнение /> аппроксимируют в виде тригонометрических полиномов. Для определения коэффициента формы колебаний в формулу (2.3) подставляют не абсолютные смещения точек, а лишь их отношения. Например, формы трех тонов свободных колебаний многоэтажных зданий: />, (2.4)

где /> — безразмерная координата точки j.

Относительные координаты форм свободных колебаний даны в табл. 2.1 для трех ортонормированных функций.

3.3 Оценка влияния продольных сил в сечении колонн на динамические характеристики каркаса

Изгибная жесткость рамы:

Во =EbAL2/2=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 />. (3.9)

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:

/>и />;

в которых Qi 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 />2,8=(242,44+39,30+68,58)/2,8=125,11;

со 2-го по 5-й этаж />1,16= (86,59+14,04+24,49)/1,16=107,86;

Изгибающие моменты в сечениях средних колонн:

на 1-м этаже в сечении под ригелем рамы М1=2∙Q1l/3;

в сечении по с 2-го по 4-й этаж Мk=Q1l/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 ηikдля трех тонов подсчитаны в табл. 3.2 с использованием относительных координат форм свободных колебаний, приведенных в табл. 4.1. по формуле:

/>; (4.1)

где/> — смещение точек здания при собственных колебаниях по />-му тону в рассматриваемой точке k и во всех точках j расположения ярусных нагрузок />.

Расчетную сейсмическую нагрузку /> в выбранном направлении действия, приложенную к точке k и соответствующую />-му тону свободных, т.е. собственных колебаний здания, определяют по формуле п. 2.5[10]: />, (4.2)

продолжение
--PAGE_BREAK--

где /> — коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и принимаемый по табл. 3 [10], /> — для зданий и сооружений, в конструкциях которых могут быть допущены остаточные деформации и повреждения, затрудняющие нормальную эксплуатацию, при обеспечении безопасности людей и сохранности оборудования, возводимые с железобетонным каркасом с диафрагмами или связями; /> — коэффициент, учитывающий характеристики конструкций и принимаемый по табл. 6 [10], /> для каркасных зданий, стеновое заполнение которых не оказывает влияния на их деформативность; /> — коэффициент, учитывающий расчетную сейсмичность площадки строительства и определяемый по п. 2.5 [10], />при сейсмичности 9 баллов; /> — коэффициент динамичности, определяемый по п. 2.6* [10]; /> — коэффициент, зависящий от формы деформации здания при свободных колебаниях по />-му тону и от места расположения нагрузки k и определяемый по п.2.7 [10]: />, (2.3)

Таблица 4.2

/>,

кН

Первая форма колебаний с

Вторая форма колебаний с

Третья форма колебаний с />

1,000

772,45

1,251

62,793

-0,333

-37,51371

0,469

52,90263

0,724

1125,09

1,135

82,97

-0,088

-14,46462

0,349

57,27951

0,483

1125,09

0,860

62,854

0,254

41,712734

-0,364

-59,8004

0,241

1125,09

0,463

33,825

0,302

49,567386

0,111

18,19347

Находим значение сейсмических сил по формуле:

/>(4.3)

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 />

продолжение
--PAGE_BREAK--

Изгибающие моменты в ригелях:

5. Определение усилий в несущих конструкциях от эксплуатационных нагрузок

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

/>/>

6. Проверка общей устойчивости здания и прочности отдельных конструкций с учетом сейсмических нагрузок

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:

/>234,04+0=234,04кНм

То же и с поперечными силами:

/>58,71+0=58,71кН

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 N1l=232,91 кН.

6.1 Подбор площади сечения арматуры средней колонны 1-го этажа

Бетон: класса В25 с/>14,5 МПа; />1,05 МПа; />16500 МПа

Арматура: класса А-III с />365 МПа; />МПа; />

Сечение колонны 400х400 мм с />3,5 м и />мм4

Усилия М=234,04 кН; Q=90,35 кН; N1=1164,53 кН; N1l=232,91 кН.

Эксцентриситет продольной силы: />

Относительный эксцентриситет: />мм.

должен быть не менее /> (6.1)

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:

/>(6.2)

учитывая, что />, получаем формулу

Выражение для критической силы имеет вид:

/>(6.3)

где /> (6.4)

/>(6.5)

задаемся />

К расчету примем />

Коэффициент, учитывающий влияние прогиба на значение эксцентриситета продольной силы:

/>(6.6) />

продолжение
--PAGE_BREAK--

Расстояние от направления действия или до тяжести сечения сжатой арматуры:

При условии, что Аs=As’, высота сжатой зоны

/>(6.7)

Относительная высота сжатой зоны />.

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона

/>(6.8)

где />

/>учитывая, коэффициент 0,85 />.

В случае />.

/>(6.9)

Площадь арматуры /> назначаем не конструктивно.

Принимаем 3Ø36 АIIIcAs=30,52 см2.

6.2 Проверка прочности сечений, наклонных к продольной оси колонн

При поперечной силе />и при продольной силе />и при особом коэффициенте условия работы />для многоэтажных зданий.

Коэффициент, учитывающий благоприятное влияние продольной сжимающей силы на прочность наклонного сечения: />(6.10)

/>, следовательно, в расчете учитывается только />.

При />для тяжелого бетона находим:

/>(6.11)

При />поперечная арматура не требуется по расчету. Принимаем из условий свариваемости Ø8 АIIIс шагом 100мм и 200мм.

Находим />(6.12)

где />

Тогда при />

(213,35-183,71)=29,64 кН<110,224 кНи конструктивно заданном максимально допустимом шаге поперечных стержней S,

площадь сечения хомутов находят по формуле:

Принимаем для Ø36АIIIпоперечную 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

/>/>/>/>

/>— устойчивость обеспечивается,

где п-количество этажей.

Определим прогиб здания

продолжение
--PAGE_BREAK--

Находим эквивалентную силу Р:

/>=>

/> />

/> — для каркасных ж/б зданий с ограждающими конструкциями из кирпича, опирающимися поэтажно.

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 Iили IIкатегории, 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.

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 4d10 при расчетной сейсмичности 7-8 баллов и не менее 4 d12— 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.

1В СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций марка бетона заменена на класс.

Рисунок 7.1 — Стык колонн с монолитным перекрытием

Список литературы

Бойков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс, М., 1985.

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

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

СНиП 31-01-2003. “Здания жилые многоквартирные” Госстрой М., 1985.

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

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

СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. М., 1985.

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

СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника