Материал: Проект строительства серийного жилого дома переменной этажности

2. Строительно-конструктивная часть

.1 Общая характеристика объекта

Проектом предусматривается строительство односекционного одноподъездного 22-этажного жилого дома.

Жилые помещения располагаются с 3-го этажа по 22-й этажи и отделены от помещений первого этажа глухим противопожарным перекрытием. В подвальной части здания располагается автостоянка и технические помещения, обслуживающие автостоянку и жилую часть дома.

Высота первого этажа - 3.6м, высота второго этажа - 2.1м. Высота третьего и последующих типовых этажей - 3.0м.

Уровень ответственности по ФЗ №384 - нормальный.

Степень огнестойкости по ФЗ №123 - II.

Класс конструктивной пожарной опасности по ФЗ №123 - С0.

Класс пожарной опасности строительных конструкций - К0.

Пределы огнестокойкости несущих конструкций приняты не менее табл. 21 ФЗ №123:

Несущие колонны и стены (обеспечивается защитным слоем бетона не менее 30мм в свету) - R90;

Наружные ненесущие стены (по данным испытаний и сертификата соответствия) - E15;

Междуэтажные перекрытия и покрытие (обеспечивается защитным слоем бетона не менее 30мм в свету) - REI 45;

Марши и площадки лестниц (обеспечивается защитным слоем бетона не менее 30мм в свету) - R60;

Вертикальные несущие конструкции лестничных клеток (обеспечивается защитным слоем бетона не менее 30мм в свету) - R90;

Ограждающие конструкции лестничных клеток (обеспечивается защитным слоем бетона не менее 30мм в свету) - REI150;

Покрытие (обеспечивается защитным слоем бетона не менее 30мм в свету) - REI 45.

Межкомнатные перегородки из гипсовых пазогребных плит толщиной 80мм; перегородки межквартирные из блоков ячеистого бетона толщиной 200мм.

Фундамент - сплошная железобетонная плита толщиной 1.3м.

.2 Характеристика несущей системы здания и основных элементов

Конструктивная система здания представляет собой совокупность взаимосвязанных несущих конструктивных элементов, обеспечивающих его прочность, устойчивость, необходимый уровень эксплуатационных качеств.

Несущая конструктивная система монолитного железобетонного здания состоит из фундаментной плиты, опирающихся на нее вертикальных несущих элементов (колонны и стены) и объединяющих их в единую пространственную систему горизонтальных дисков (плиты перекрытия и покрытия). Пространственная жесткость здания обеспечивается совместной работой стен, колонн и дисков перекрытий по связевой схеме.

По типу вертикальных несущих элементов конструктивная система относится к каркасно-стеновой (комбинорованной), где вертикальными и несущими элементами являются колонны и стены.

Толщина перекрытия 220 мм. Вертикальные несущие конструкции представлены наружными стенами толщиной 150мм, внутренними несущими стенами толщиной 200мм, а также колоннами с размером поперечного сечения 300х300 мм.

Все несущие конструкции проектируемого здания - монолитные железобетонные. Перекрытия, стены и колонны выполнены из бетона класса В30:

расчетное сопротивление при сжатии бетона В30 R = 17 МПа;

расчетное сопротивление при растяжении бетона В30 R = 1,2 МПа;

начальный модуль упругости бетона В30 Е_в = 32500 МПа.

2.3 Методика расчета и расчетные схемы

В настоящем разделе дипломного проекта производится статический расчет пространственной конечно - элементной модели 22-ти этажного здания из монолитного железобетона в программном комплексе (ПК) Лира САПР 2013.

Расчет производится в упругой стадии работы материала. При расчете использовался метод конечных элементов (h-элементы) в форме метода перемещений. Переход от континуальной действительной модели конструкций к дискретной расчетной схеме осуществлен разбиением модели на сетку конечных элементов с шагом не более трех толщин элементов, кол-во степеней свободы у КЭ - шесть (три поворота и три перемещения). Колонны моделировались стержневыми элементами (элементы N10). Плиты и стены моделировались плоскими КЭ (элементы N42 (трехузловые КЭ оболочки) и N44 (четырехузловые КЭ оболочки)).

Для определения НДС безбалочных плит перекрытий с наименьшей погрешностью были использованы абсолютно жесткие тела (АЖТ), моделирующие тело колонн, причем каждая сторона колонны разбита не менее чем на два конечных элемента. В расчетной схеме также введены АЖТ в уровне перекрытия.

Для проведения статических и динамических расчетов здания была создана пространственная КЭ модель административно-бытового корпуса в Лира-Сапр 2013 (см. рис. 2.3.1),

Затем на основе полученных результатов выполняется конструирование перекрытия на отметке +8.700.

Продольная рабочая арматура всех монолитных железобетонных конструкций принята класса А500С (расчетное сопротивление при растяжении, сжатии R = 435 МПа), поперечная арматура - класса А240.

Согласно [3] на стадии расчета конечно - элементной модели, характеризуемой тем, что армирование железобетонных элементов еще неизвестно, в расчет следует вводить пониженные значения жесткостей элементов с целью учета нелинейной работы элементов.

Использовались следующие значения редуцированного модуля упругости:

для плит перекрытий: 0,2 • Е_в = 0,2 • 32500 = 6500МПа;

для стен: 0,6 • Е_в = 0,6 • 32500 = 19500МПа;

для колонн и пилонов 0,6 • Е_в = 0,6 • 32500 = 19500МПа.

Рис. 2.3.1 Расчетная схема в п/к Лира-Сапр

.4 Исходные данные

После создания геометрии расчетной схемы производится назначение жесткостных характеристик расчетной модели. Затем на расчетную модель прикладываются нагрузки. В ПК ЛИРА задаются расчетные нагрузки. В результате работы основного расчетного процессора вычисляются расчетные перемещения и расчетные усилия. Вспомогательные расчетные процессоры и конструирующие системы оперируют расчетными усилиями. Для вычисления опасных сочетаний усилий используется процессор РСУ. Исходными данными для него являются:

вычисленные расчетные усилия;

коэффициенты сочетаний;

коэффициенты длительности действия.

Коэффициенты надежности по нагрузке служат для перехода от расчетных усилий к нормативным. При этом полученные расчетные сочетания усилий используются конструирующими системами при расчете по первой группе предельных состояний, а нормативные сочетания усилий - при расчете по второй группе предельных состояний.

Загружение - группа нагрузок, действующих одновременно, которой присвоен порядковый номер. Каждому загружению присвоен вид, на основании которого формируется исходная информация для выбора расчетных сочетаний усилий (РСУ).

В расчете принят следующий перечень загружений:

Загружение 1 - постоянная нагрузка от собственного веса несущих конструкций (коэффициент длительности к = 1);

Загружение 2 - постоянная нагрузка от покрытий (полов, потолков, стяжек и пр.), к, = 1;

Загружение 3 - временная длительно действующая нагрузка от перегородок, k_{ = 1;

Загружение 4 - кратковременная полезная нагрузка на перекрытия от веса людей, k = 0,35;

Таблица 2.1

Нагрузки на 1 м² плиты перекрытия типового этажа

Значение временной полезной нагрузки взято для квартир жилых зданий в таблице 3 СП 20.13330.2011.

Коэффициенты надежности по нагрузке y_f для равномерно распределенных нагрузок следует принимать: 1,3 - при полном нормативном значении менее 2,0 кПа

.5 Результаты расчета плиты перекрытия

Результаты расчета конечно - элементной модели представлены в графической форме в виде изополей напряжений и перемещений.

Вспомогательные расчетные процессоры позволяют проводить дальнейшие исследования расчетной модели по результатам основного расчета.

Конструирующая система ЛИР АРМ реализует в автоматическом режиме подбор площадей сечения арматуры колонн, плиты перекрытия по первому и второму предельным состояниям в соответствии с действующими нормативами [2].

Результаты расчета:

Изополя моментов M_x и М_у относительно осей OX и OY от сочетания нагрузок, включающего расчетные вертикальные нагрузки (РСН 1) - рис.2.5.1 и рис. 2.5.2;

Изополя крутящих моментов M_xy от сочетания нагрузок, включающего расчетные вертикальные нагрузки (РСН 1) - рис. 2.5.3.

Изополя перемещений вдоль оси OZ (прогибы) от сочетания нагрузок, включающего нормативные постоянные и длительные вертикальные нагрузки (РСН 2) - рис. 2.5.4.

Изополя нижней арматуры относительно осей OX и OY- рис. 2.5.7 и рис. 2.5.8;

Изополя верхней арматуры относительно осей OX и OY - рис. 2.5.5 и рис. 2.5.6;

Согласно результатам расчета по второй группе предельных состояний максимальное значение прогиба составляет f _u = 12,5 мм (рис. 2.5.4).

Вертикальные предельные прогибы плиты перекрытия определяются по п.10.7, табл. 19 [1] исходя из эстетико-психологических требований.

При пролете 8,1 м предельный прогиб f _u = L/200 = 8100/200 = 40,5 мм.

Т.к. условие f _u = 12,5 мм < f _u = 40,5 мм, т.е. жесткость плиты перекрытия достаточна.

По результатам расчета плиты перекрытия (см. рис. 2.5.5 - рис. 2.5.8) подбирается ее армирование.

Нижнее армирование

Расчетное нижнее фоновое армирование плиты в направлении оси ОХ - A_sx = 5,66 см² /м. Выбираем Ø12 А500С с шагом 200 мм.

Расчетное нижнее фоновое армирование плиты в направлении оси OY - A_sx = 5,66 см²/м. Выбираем Ø12 А500С с шагом 200 мм.

Верхнее армирование

Расчетное верхнее фоновое армирование плиты в направлении оси ОХ - A_sx = 5,66 см²/м. Выбираем Ø 12 А500С с шагом 200 мм.

Расчетное верхнее дополнительное армирование плиты над опорами в направлении оси ОХ - A_sx = 5,66 см²/м. Выбираем Ø 12 А500С с шагом 200 мм.

Дополнительные стержни укладываются между стержнями фоновой арматуры. Тогда расчетное армирование плиты в пролетах в направлении оси

ОХ - A_sx = 11,32 см² /м.

Расчетное верхнее фоновое армирование плиты в направлении оси OY - A_sx = 5,66 см²/м. Выбираем Ø 12 А500С с шагом 200 мм.

Расчетное верхнее дополнительное армирование плиты над опорами в направлении оси OY - A_sx = 5,66 см²/м. Выбираем Ø 12 А500С с шагом 200 мм.

Дополнительные стержни укладываются между стержнями фоновой арматуры. Тогда расчетное армирование плиты в пролетах в направлении оси

OY - A_sx = 11,32 см²/м.

Напряженно-деформированное состояние плиты перекрытия на отметке +8,700:

На рис. 2.5.1 показаны изополя изгибающих моментов вдоль цифровых осей. Максимальный опорный момент составил 4,19 т*м/м - над колоннами по осям 5, 9.

Наибольший положительный момент в пролетах составил 1,17 т*м/м. В продольном направлении (вдоль буквенных осей - рис. 2.5.2) наибольшее значение момента в надколонных зонах составило до 6,07 т*м/м - по оси В.

Наибольший положительный момент достиг величины в 3,18 т*м/м. Максимальные прогибы плиты (рис. 2.5.3.) составили 13,2-1,65 = 11,65 мм - в рядовых участках при предельно допустимом значении 6,6/200 = 33 мм

Рис. 2.5.1 Мозаика напряжений по Му

Рис. 2.5.2 Мозаика напряжений по Мх

Рис. 2.5.3 Мозаика напряжений по Мху

Рис. 2.5.4 Изополя перемещений вдоль оси OZ

Рис. 2.5.5 Изополя армирования по оси Х у верхней грани

Рис. 2.5.6 Изополя армирования по оси Y у верхней грани

Рис. 2.5.7 Изополя армирования по оси Х у нижней грани

Рис. 2.5.8 Изополя армирования по оси Y у нижней грани

2.6 Расчет плиты перекрытия на продавливание в месте опирания на колонну

Условие: F≤F_ult,

где

F = N₂-N₁-F_q-F_q1 - продавливающая сила;

F_ult = R_bt*u_b*h₀ - несущая способность плиты в зоне продавливания;