Расчет пространственной сейсмоустойчивой конструкции здания

1. Исходные данные

2. Конструктивные решения

3. Расчетные схемы

3.1 Схема расположения шарниров

4. Нагрузки принятые при расчете здания

5. Основные конструкции

6. Результаты расчетов здания

6.1 Расчет плиты покрытия

6.2 Горизонтальные деформации здания

6.3 Устойчивость здания

6.4 Эпюры и цветовые схемы усилий в колоннах

6.5 Расчет сечения ригеля над стойкой

6.6 Расчет сечения ригеля между стойками

6.7 Расчет стойки

6.8 Расчет подкоса

6.9 Расчет узла сопряжения стойки с фундаментом Вывод Список используемой литературы

1. Исходные данные

Строительно-климатическая зона — IB.

Расчетная зимняя температура наружного воздуха — минус 40 С.

Расчетная снеговая нагрузка — 1,80кПа.

Нормативное значение ветрового давления — 0,6кПа.

Класс ответственности здания — II.

Интенсивность сейсмических воздействий для г. Красноярска для средних грунтовых условий и степени сейсмической опасности принята согласно СНиП II-7−81 — 6 баллов.

2. Конструктивные решения

Блок каркасный (одноэтажное неотапливаемое промышленное здание) со стойками, плитами покрытия длиной 24 м и наружными деревянными навесными стенами.

Прочность и устойчивость здания обеспечивается при помощи жесткого закрепления стоек к фундаменту и раскрепления ригелей и подкосов в продольном направлении в вертикальных плоскостях и работы плиты покрытия в поперечном направлении и связей в продольном направлении между ребрами плиты покрытия в горизонтальной плоскости.

Расчет конструкций здания выполнен по пространственной схеме с использованием интегрированной системы анализа конструкций SCAD Office.

3. Расчетная схема

3.1 Схема расположения шарниров

4. Нагрузки, принятые при расчете здания

Нагрузки на покрытие

Расчет статической составляющей ветровой нагрузки

Расчет выполнен по нормам проектирования СНиП 2.01.07−85* с изменением № 2

Расчет снеговой нагрузки

Расчет выполнен по нормам проектирования СНиП 2.01.07−85* с изменением № 2

Единицы измерения: Т/м²

— Нормативное значение

— Расчетное значение Отчет сформирован программой ВеСТ, версия: 11.3.1.1 от 21.05.2009

5. Основные конструкции

· Стойки — переменного сечения (низ 850×200мм) клееные из досок 44×200, материал — сосна II сорт;

· Покрытие — плита, состоящая из клееных ребер, диафрагм и дощатого настила;

· Ригели — переменного сечения из бруса 150×150 и 150×100;

· Наружные стены — обшивка из досок по продольным ребрам из досок 50×200.

6. Результаты расчетов здания

6.1 Расчет плиты покрытия

Рис. Плита покрытия Расчет дощатого настила Дощатый настил выполнен из досок толщиной Материал — сосна II сорт, характеристика условия эксплуатации конструкции — нормальная зона.

Общие характеристики:

— - коэф. условия эксплуатации конструкции Б2.

— - коэф. зависящий от высоты сечения настила.

— - расчетное сопротивление дощатого настила.

Конструктивное решение

Схема загружения

Mmax по значениям расчетных нагрузок

Qmax по значениям расчетных нагрузок Расчетное сечение дощатого настила принимаем шириной 1 м.

где Прочность дощатого настила обеспечена

Схема загружения

Mmax по значениям нормативных нагрузок

Qmax по значениям нормативных нагрузок где Жесткость дощатого настила обеспечена.

Расчет основного ребра плиты покрытия Основное ребро выполнено из досок толщиной и шириной (после фрезеровки по пласти с двух сторон досок 50×200). Материал — сосна II сорт, характеристика условия эксплуатации конструкции — нормальная зона.

Общие характеристики:

— коэф. условия эксплуатации конструкции Б2.

— коэф. зависящий от толщины слоев.

— коэф. зависящий от высоты сечения

— расчетное сопротивление.

Высоту сечения ребра в середине пролета принимаем

— кол-во досок в сечении)

— угол наклона верхней грани ребра.

Высоту опорного сечения ребра принимаем

— количество досок в сечении Угол уклона верхней грани ребра составляет .

— расстояние между опорой и расчетным сечением.

Расчетное сечение плиты покрытия:

Где — суммарная ширина основных ребер коэф. приведения

при

;

Высота ребра на расстоянии

Габариты 1200×913 мм

Расчет прочности приведенного сечения:

где Прочность обеспечена Расчет приведенного сечения по деформации:

где Жесткость обеспечена.

Расчет опорного сечения:

где Прочность по скалыванию обеспечена.

6.1 Протокол выполнения расчета

Полный pасчет. Версия 11.5. Сборка: Sep 1 2011

файл — «D:димчамагисткомбин.констрSDATAсхема3 14.01.08.SPR» ,

шифр — «схема» .

Информация о расчетной схеме:

— шифp схемы схема

— поpядок системы уpавнений 23 401

— шиpина ленты 13 835

— количество элементов 7167

— количество узлов 5184

— количество загpужений 8

— плотность матpицы 100%

Список загружений:

Суммарные внешние нагрузки на основную схему

Список комбинаций загружений:

Примечание: L1- L21 — номер загружения из списка загружений

6.2 Горизонтальные деформации здания

Комбинация С4

сейсмоустойчивость каркасный фундамент покрытие Максимальное горизонтальное перемещение верха здания f_ult в направлении Х составляет 22.5мм, или 1/267

Комбинация С2

Максимальное горизонтальное перемещение верха здания f_ult в направлении Y составляет 37,5 мм, или 1/160

6.3 Устойчивость здания

Выписка из протокола выполнения расчета:

Анализ устойчивости системы для комбинации загружений 1.

Наименьший коэффициент запаса местной потери устойчивости обнаружен на конечном элементе номер 3864 и равен 13.21 при нулевых перемещениях и углах поворота всех узлов расчетной схемы.

Коэффициент запаса устойчивости системы 13.16

Анализ устойчивости системы для комбинации загружений 2.

Наименьший коэффициент запаса местной потери устойчивости обнаружен на конечном элементе номер 3887 и равен 13.67 при нулевых перемещениях и углах поворота всех узлов расчетной схемы.

Коэффициент запаса устойчивости системы 13.1

Анализ устойчивости системы для комбинации загружений 3.

Наименьший коэффициент запаса местной потери устойчивости обнаружен на конечном элементе номер 3867 и равен 13.68 при нулевых перемещениях и углах поворота всех узлов расчетной схемы.

Коэффициент запаса устойчивости системы 13.1

Анализ устойчивости системы для комбинации загружений 4.

Наименьший коэффициент запаса местной потери устойчивости обнаружен на конечном элементе номер 3849 и равен 10.35 при нулевых перемещениях и углах поворота всех узлов расчетной схемы.

Коэффициент запаса устойчивости системы 10.35

Коэффициенты запаса устойчивости системы выше минимально допустимого коэффициента запаса устойчивости k=2.

Коэффициенты запаса местной потери устойчивости много выше минимально допустимого коэффициента запаса устойчивости k=2

6.4 Эпюры и цветовые схемы усилий в стойках

N (комбинация С2)

My (комбинация С2)

Qz (комбинация С2)

6.5 Расчет сечения ригеля над стойкой в осях 10/А

Коэффициент надежности по ответственности n = 1

Порода древесины — Сосна Сорт древесины — 2

Предельная гибкость растянутых элементов — 120

Предельная гибкость сжатых элементов — 120

Длина элемента 2,5 м

— Коэффициент расчетной длины в плоскости XoY — 2

— Коэффициент расчетной длины в плоскости XoZ — 2

Сечение

Результаты расчета по комбинациям загружений

N = 1,4 Т

M_y = -1,057 Т*м

Q_z = 2,476 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0 Т

Коэффициент использования 0,962 — Гибкость элемента в плоскости XoY

N = 1,637 Т

M_y = -2,194 Т*м

Q_z = 4,846 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0 Т

Коэффициент использования 0,962 — Гибкость элемента в плоскости XoY

6.7 Расчет сечения ригель между стойками

Коэффициент надежности по ответственности n = 1

Порода древесины — Сосна Сорт древесины — 2

Предельная гибкость растянутых элементов — 150

Предельная гибкость сжатых элементов — 150

Длина элемента 2,5 м

— Коэффициент расчетной длины в плоскости XoY — 2

— Коэффициент расчетной длины в плоскости XoZ — 2

Сечение

N = 0,699 Т

M_y = 0,909 Т*м

Q_z = 0,452 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = -0,46 Т Сейсмика

Коэффициент использования 0,847 — Прочность при совместном действии растягивающей продольной силы и изгибающего момента My

N = 0,271 Т

M_y = 0,401 Т*м

Q_z = 0,202 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0,327 Т Сейсмика

Коэффициент использования 0,385 — Гибкость элемента в плоскости XoY

N = 0,433 Т,

M_y = 0,92 Т*м

Q_z = 0,453 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0,326 Т Сейсмика

Коэффициент использования 0,844 — Прочность при совместном действии

6.8 Расчет стойки в осях 9/Д

Коэффициент надежности по ответственности n = 1

Порода древесины — Сосна Сорт древесины — 2

Предельная гибкость растянутых элементов — 120

Предельная гибкость сжатых элементов — 120

Длина элемента 5,5 м

— Коэффициент расчетной длины в плоскости XoY — 1

— Коэффициент расчетной длины в плоскости XoZ — 2,2

Сечение

Результаты расчета по комбинациям загружений

N = -10,169 Т

M_y = 18,009 Т*м

Q_z = 4,321 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0 Т

Коэффициент использования 0,794 — Гибкость элемента в плоскости XoY

N = -18,498 Т

M_y = -26,628 Т*м

Q_z = -6,555 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0 Т

Коэффициент использования 0,985 — Прочность при совместном действии сжимающей продольной силы и изгибающего момента My

N = -9,993 Т

M_y = -26,627 Т*м

Q_z = -6,555 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0 Т

Коэффициент использования 0,904 — Прочность при совместном действии сжимающей продольной силы и изгибающего момента My

6.9 Расчет подкоса

Коэффициент надежности по ответственности к_n = 1

Порода древесины — Сосна Сорт древесины — 2

Предельная гибкость растянутых элементов — 120

Предельная гибкость сжатых элементов — 120

Длина элемента 4 м

— Коэффициент расчетной длины в плоскости XoY — 1

— Коэффициент расчетной длины в плоскости XoZ — 1

Сечение

Результаты расчета по комбинациям загружений

N = -3,866 Т

M_y = 0 Т*м

Q_z = 0,043 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0 Т

Коэффициент использования 0,77 — Гибкость элемента в плоскости XoY

N = -7,695 Т

M_y = 0 Т*м

Q_z = 0,043 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0 Т

Коэффициент использования 0,77 — Гибкость элемента в плоскости XoY

N = -7,597 Т

M_y = 0 Т*м

Q_z = 0,043 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0 Т

Коэффициент использования 0,77 — Гибкость элемента в плоскости XoY

6.9 Расчет узла сопряжения стойки с фундаментом

Максимальные нагрузки на фундамент от стойки и

— плечо пары внутренних сил.

— площадь полного сечения стойки.

— коэф. зависящий от высоты сечения

— гибкость стойки.

— коэф. учета переменности сечения

— коэф. деформации изгиба.

— изгибающий момент с учетом деформации.

— максимальная растягивающая сила.

Расчет крепления с помощь анкерных столиков Принимаем для крепления столиков к стойке болты диаметром, двух срезные, симметрично работающие при Несущая способность болта в одном срезе при учете ветровой нагрузки :

— по смятию древесины.

Требуемое число болтов для крепления двух столиков:

принимаем 12шт.

Требуемое сечение анкерных тяжей:

принимаем два тяжа диаметром, площадью сечения

Выводы

Максимальное горизонтальное перемещение верха здания составляет 37,5 мм, или 1/160 высоты здания, что не превышает предельных значений 1/150 (40,0мм) для одноэтажных зданий высотой до 6 м.

Минимальный коэффициент запаса устойчивости системы — 10.35, что больше предельного значения — 2.

Для прочностных расчетов конструкций принят коэффициент надежности по ответственности — =1, нормируемый для зданий второго уровня ответственности.

Список используемой литературы

1. СП20.13 330.2011 «СНиП 2.01.07−85 Нагрузки и воздействия»

2. СНиП II-25−80 «Деревянные конструкции»

3. SCAD Office. Вычислительный комплекс SCAD: Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению «Строительство» / В. С. Карпиловский, Э. З. Криксунов, А. А. Маляренко, М. А. Микитавренко, А. В. Пелермутер, М. А. Перельмутер — М.: Издательствово «СКАД СОФТ», 2009. — 656с.