Залізобетонне каркасне 4-иповерхова будівлю підприємства зв`язку в м Лабінську

1,2

1,2

1440

3360

Повне навантаження:

Постійна і тривала

Короткочасна

7130

5930

1200

8237

6797

1440

Тип коливань

Періоди коливань за формулою

Коефіцієнт динамічності

За формулою

Прийнято

1

Визначимо ярусну навантаження на рівні покриття для ділянки довжини будинку, рівному поздовжньому кроку колон 6 м:

- Від ваги суміщеної покрівлі: 3973 ∙ 15 ∙ 6 ∙ 0,9 = 321,8 кН;

- Від ваги снігового покриву: 0,5 ∙ 0,95 ∙ 6 ∙ 15 ∙ 1,1 = 47,03 кН;

- Від ваги колон: 25,25 / 2 = 12,63 кН;

- Від ваги ділянок стін: 247,42 / 2 = 123,71 кН.

G ₅ 321,8 +47,03 +12,63 +123,71 = 505,17 кН

3.2 Форми власних коливань будівлі

Величина - Зміщення точок динамічної системи відповідає рівнянню власних (вільних) коливань. У практичних розрахунках рівняння апроксимують у вигляді тригонометричних поліномів. Для визначення коефіцієнта форми коливань у формулу (2.3) підставляють не абсолютні зміщення точок, а лише їх відносини. Наприклад, форми трьох тонів вільних коливань багатоповерхових будівель: , (2.4)

де - Безрозмірна координата точки j.

Відносні координати форм вільних коливань дані в табл. 2.1 для трьох ортонормованих функцій.

3.3 Оцінка впливу поздовжніх сил в перетині колон на динамічні характеристики каркаса

Згинальна жорсткість рами:

В _о = E _b AL ² / 2 = 16500 ∙ 0,4 ∙ 0,4 ∙ 15 ² / ² = 2970 ∙ 10 ⁵ кН ∙ м ^2, (3.8)

де L = 15 м-відстань між осями крайніх колон.

Характеристика жорсткості рами при врахуванні впливу поздовжніх сил в перетині колон, за формулою . (3.9)

Отже, враховувати вплив поздовжніх сил в перетині колон на динамічні характеристики рамного каркаса не потрібно.

3.4 Зусилля в перерізах елементів рами від сейсмічного навантаження

Так як розрахункові сейсмічні навантаження за п. 2.3 [10] приймаються, що діють у горизонтальному напрямку, вертикальна складова сейсмічних сил не враховується. Так само не враховують за п. 2.4 [10] вертикальну сейсмічне навантаження для рам прольотом менше 24 м. Розрахункові значення поперечних сил і згинальних моментів в перерізах елементів рами за п. 2.10 [10] слід визначити за формулами:

і ;

в яких Q _i і M _i - зусилля в перерізі, що викликаються сейсмічними навантаженнями, відповідними формі коливань i.

У наближеному розрахунку багатоповерхових рам на горизонтальні навантаження враховують зниження жорсткості крайніх колон, так як вони мають менший ступінь защемлення у вузлах, ніж середні колони.

Погонні жорсткості елементів рами 1-го поверху:

ригеля

де

колони 2-го поверху

де

колони 1-го поверху

Табличний коефіцієнт

При відношенні погонних жорсткостей ригелів і колон

згідно з табл. XV .1 [1], загальна жорсткість колон рами (приймаючи за одиницю жорсткість середньої колони):

на 1-му поверсі Σ _i = 1 +2 ∙ 0,9 = 2,8; на інших поверхах Σ _i = 1 +2 ∙ (0,54 +0,54) -2 = 1,16;

Поперечні сили в перерізах середніх колон рами:

на 1-му поверсі 2,8 = (242,44 +39,30 +68,58) / 2,8 = 125,11;

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

Згинальні моменти в перерізах середніх колон:

на 1-му поверсі в перерізі під ригелем рами М ₁ = 2 ∙ Q ₁ l / 3;

в перетині по з 2-го по 4-й поверх М _k = Q ₁ l / 2; де l - розрахункова довжина колон, рівна висоті поверху.

Поперечні сили (кН) і згинальні моменти (кН ∙ м) у перерізах середніх колон рами підраховані в таблиці 4.1 для трьох форм коливань.

4. Визначення сейсмічних навантажень і зусиль від них

Коефіцієнти форм коливань η _ik для трьох тонів підраховані в табл. 3.2 з використанням відносних координат форм вільних коливань, наведених у табл. 4.1. за формулою:

; (4.1)

де - Зміщення точок будівлі при власних коливаннях за -Му тону в розглянутій точці k і у всіх точках j розташування ярусних навантажень .

Розрахункову сейсмічне навантаження в обраному напрямку дії, прикладену до точки k і відповідну -Му тону вільних, тобто власних коливань будівлі, визначають за формулою п. 2.5 [10]: , (4.2)

де - Коефіцієнт, що враховує допустимі пошкодження будівель і приймається за табл. 3 [10], - Для будинків і споруд, в конструкціях яких можуть бути допущені залишкові деформації і пошкодження, що утруднюють нормальну експлуатацію, при забезпеченні безпеки людей та збереження обладнання, які зводяться із залізобетонним каркасом з діафрагмами або зв'язками; - Коефіцієнт, що враховує характеристики конструкцій і приймається за табл. 6 [10], для каркасних будинків, стінове заповнення яких не впливає на їх деформативність; - Коефіцієнт, що враховує розрахункову сейсмічність майданчика будівництва й визначається за п. 2.5 [10], при сейсмічності 9 балів; - Коефіцієнт динамічності, що визначається за п. 2.6 * [10]; - Коефіцієнт, що залежить від форми деформації будівлі при вільних коливаннях за -Му тону і від місця розташування навантаження k й визначається за п.2.7 [10]: , (2.3)

де - Зміщення точок будівлі при власних коливаннях за -Му тону в розглянутій точці k і у всіх точках j розташування ярусних навантажень .

Таблиця 4.2

Знаходимо значення сейсмічних сил за формулою:

(4.3)

Ярусні поперечні сили:

4-й поверх

3-й поверх

2-й поверх

1-й поверх

Згинальні моменти в стійках:

4-й поверх

3-й поверх

2-й поверх

1-й поверх

Згинальні моменти в ригелях:

5. Визначення зусиль в несучих конструкціях від експлуатаційних навантажень

Експлуатаційна навантаження:

Розрахункове навантаження на 1 м / п:

за додатком 8.2.17 [4], при n = 1,46

Від навантаження на всю раму-Р _екв = Р _експл ∙ ℓ _пл

М _а = М _с = 0,0147;

М _в1 = М _в2 = 0,1176;

Множник =-Р _екв ∙ ℓ ²

6. Перевірка загальної стійкості будівлі та міцності окремих конструкцій з урахуванням сейсмічних навантажень

Для перевірки приймаємо середню колону.

Так як згинальні моменти у верхньому перетині середньої колони рівні 0, то значення сумарного моменту від сейсмічної горизонтального навантаження і від вертикального навантаження буде рівний тільки значенням моменту від сейсмічного навантаження:

234,04 +0 = 234,04 кНм

Те ж і з поперечними силами:

58, 71 +0 = 58,71 кН

Поздовжня сила в перерізі колони 1-го поверху (кН) при особливому сполученні навантажень:

від ваги суміщеної покрівлі: 3,97 ∙ 6 ∙ 7,5 ∙ 0,9 = 160,78 кН;

від ваги снігового покриву: 1 ∙ 0,95 ∙ 7,5 ∙ 6 = 42,75 кН;

від ваги перекриття: 6,74 ∙ 7,5 ∙ 6 ∙ 0,9 ∙ 3 = 818,91 кН;

від ваги колони: 0,9 ∙ 0,95 ∙ 0,4 ∙ 0,4 ∙ 1,1 ∙ 16 ∙ 3,5 = 7,22 кН;

Разом: N ₁ = 1164,53 кН.

У тому числі тривало діюча навантаження N _{1 l} = 232,91 кН.

6.1 Підбір площі перерізу арматури середньої колони 1-го поверху

Бетон: класу В25 з 14,5 МПа; 1,05 МПа; 16500 МПа

Арматура: класу А-III з 365 МПа; МПа;

Перетин колони 400х400 мм з 3,5 м і мм ⁴

Зусилля М = 234,04 кН; Q = 90,35 кН; N ₁ = 1164,53 кН; N _{1 l} = 232,91 кН.

Ексцентриситет поздовжньої сили:

Відносний ексцентриситет: мм.

повинен бути не менш (6.1)

Також враховуємо особливі коефіцієнти умов роботи при розрахунках на міцність нормальних перерізів елементів з важкого бетону з арматурою класу А III

Коефіцієнт, що враховує вплив тривалості дії навантаження:

(6.2)

враховуючи, що , Отримуємо формулу

Вираз для критичної сили має вигляд:

(6.3)

де (6.4)

(6.5)

задаємося

До розрахунку приймемо

Коефіцієнт, що враховує вплив прогину на значення ексцентриситету поздовжньої сили:

(6.6)

Відстань від напрямку дії або до ваги перерізу стиснутої арматури:

За умови, що А s = As ', висота стиснутої зони

(6.7)

Відносна висота стиснутої зони .

Граничне значення відносної висоти стиснутої зони бетону

(6.8)

де

враховуючи, коефіцієнт 0,85 .

У випадку .

(6.9)

Площа арматури призначаємо не конструктивно.

Приймаємо 3 Ø 36 А III c As = 30,52 см ^2.

6.2 Перевірка міцності перерізів, нахилених до поздовжньої осі колон

При поперечній силі і при поздовжній силі і при особливому коефіцієнті умови роботи для багатоповерхових будівель.

Коефіцієнт, що враховує сприятливий вплив поздовжньої стискає сили на міцність похилого перерізу: (6.10)

, Отже, в розрахунку враховується тільки .

При для важкого бетону знаходимо:

(6.11)

При поперечна арматура не потрібно з розрахунку. Приймаються з умов зварюваності Ø8 А III з кроком 100мм і 200мм.

Знаходимо (6.12)

де

Тоді при

(213,35-183,71) = 29,64 кН <110,224 кН і конструктивно заданому максимально допустимому кроці поперечних стержнів S,

площа перерізу хомутів знаходять за формулою:

Приймаємо для Ø 36А III поперечну арматуру з умов зварюваності Ø8 AIII

Тоді

Було прийнято Ø8 AIII, і так як в перерізі 4 стрижня Ø8 AIII, то

Малюнок 6.1-Перетин колони

Перевірка загальної стійкості будинку

- Стійкість забезпечується,

де п-кількість поверхів.

Визначимо прогин будівлі

Знаходимо еквівалентну силу Р:

=>

- Для каркасних з / б будівель з огороджувальними конструкціями з цегли, що спираються поверхами.

7. Антисейсмічні заходи

Сходові клітки в торцях будинку сприймають горизонтальне сейсмічне навантаження, а так само діафрагма жорсткості по середині будівлі товщиною 160мм, залізобетонна, жорстко пов'язана з колонами (див. креслення).

Жорсткі вузли залізобетонного каркаса будівлі посилені застосуванням зварних сіток і замкнутих хомутів. На стику колон, що застосовуються до жорстких вузлів рами на відстані, рівному полуторної висоти перерізу колон, армуються поперечною арматурою (хомутами) з кроком не більше 100 мм, а для рамних систем з несучими діафрагмами - не рідше ніж через 200мм.

Жорсткість будівлі в поперечному напрямку забезпечується рамами (колони і монолітна плита), сходовими клітинами в торцях будинку і діафрагмою жорсткості в середині будівлі.

У поздовжньому напрямку жорсткість забезпечується поздовжніми рамами (колони і монолітна плита).

Відповідно до рекомендацій СНиП діафрагма жорсткості і сходові клітини розташовані симетрично щодо центру будівлі.

В якості огороджувальних стінових конструкцій застосовуються легкі стінні панелі з керамзитобетону δ = 350 мм.

Зовнішні стінні панелі і внутрішні перегородки не повинні перешкоджати деформації каркаса. Між поверхнями стін і колон каркаса повинен передбачатися проміжок не менше 20 мм. По всій довжині стіни на рівні плит покриття повинен влаштовуватися антисейсмічні пояси, з'єднані з каркасом будівлі.

У місцях перетину торцевих і поперечних стін з поздовжніми стінами повинні влаштовуватися антисейсмічні шви на всю висоту стін.

Відстань між хомутами стінових елементів (колон) у місцях стикування робочої арматури внахлестку.

Кладка самонесучих стін у каркасних будинках повинна бути I або II категорії, мати гнучкі зв'язку з каркасом, що не перешкоджають горизонтальним зміщенням каркаса вздовж стін.

Між поверхнями стін і колон каркаса повинен передбачатися проміжок не менше 20 мм. По всій довжині стіни на рівні плит покриття і верху віконних прорізів повинні влаштовуватися антисейсмічні пояси, з'єднані з каркасом будівлі.

У місцях перетину торцевих і поперечних стін з поздовжніми стінами повинні влаштовуватися антисейсмічні шви на всю висоту стін.

Сходові і ліфтові шахти каркасних будинків слід влаштовувати як вбудовані конструкції з поверховій розрізанням, які не впливають на жорсткість каркаса, або як жорстке ядро, сприймає сейсмічне навантаження.

Для каркасних будинків висотою до 5 поверхів при розрахунковій сейсмічності 7 і 8 балів допускається влаштовувати сходові клітки і ліфтові шахти в межах плану будівлі у вигляді конструкцій, відокремлених від каркаса будівлі. Пристрій сходових клітин у вигляді окремо розташованих споруд не допускається

На рівні перекриттів і покриттів повинні влаштовуватися антисейсмічні пояси за всіма поздовжнім і поперечним стін, що виконуються з монолітного залізобетону або збірними з замонолічуванням стиків і безперервним армуванням. Антисейсмічні пояси верхнього поверху повинні бути зв'язані з кладкою вертикальними випусками арматури.

У будівлях з монолітними залізобетонними перекриттями, закладеними по контуру в стіни, антисейсмічні пояси в рівні цих перекриттів допускається не влаштовувати.

Антисейсмічний пояс (з опорною ділянкою перекриття) повинен влаштовуватися, як правило, на всю ширину стіни; в зовнішніх стінах товщиною 500 мм і більше ширина пояса може бути менше на 100-150 мм.

Висота поясу повинна бути не менше 150 мм, марка бетону ¹ - не нижче 150.

Антисейсмічні пояси повинні мати подовжню арматуру 4 d 10 при розрахунковій сейсмічності 7-8 балів і не менше 4 d 12 - при 9 балах.

У сполученнях стін у кладку повинні укладатися арматурні сітки перетином поздовжньої арматури загальною площею не менше 1 см ^2, довжиною 1,5 м через 700 мм по висоті при розрахунковій сейсмічності 7-8 балів і через 500 мм - при 9 балах.

Ділянки стін і стовпи над горищним перекриттям, які мають висоту більше 400 мм, повинні бути армовані або посилені монолітними залізобетонними включеннями, заанкереними в антисейсмічний пояс.

¹ У норм на проектування бетонних і залізобетонних конструкцій марка бетону замінена на клас.

Малюнок 7.1 - Стик колон з монолітним перекриттям

Список літератури

1. Бойків В.М., Сігалов Е.Є. Залізобетонні конструкції. Загальний курс, М., 1985.

2. СНКК 22-301-2000. "Будівництво в сейсмічних районах Краснодарського краю"

3. СНКК 20-303-2002. "Навантаження і впливи. Вітрова і снігова навантаження. Краснодарський край "

4. СНіП 31-01-2003. "Будівлі житлові багатоквартирні" Держбуд М., 1985.

5. СНиП 2.01.07-85 *. "Навантаження і впливи" Держбуд М., 1985.

6. СНКК 23-302-2000. Енергетична ефективність житлових і громадських будівель. Нормативи по теплозахисту будівель. Краснодарський край

7. СНиП 2.03.01-84 *. Бетонні і залізобетонні конструкції. М., 1985.

8. СНиП 2.02.01-83 *. Підстави будівель і споруд. М., 1982.

9. СНиП II-3-79 *. Будівельна теплотехніка

10. СНіП II -7-81 *. Будівництво в сейсмічних районах. М., 2000.

11. Бондаренко В.М., Судніцин А.І. Розрахунок будівельних конструкцій. Залізобетонні і кам'яні конструкції. М., 1984.

12. Бондаренко В.М., Суворкін Д.Г. Залізобетонні і кам'яні конструкції. М., 1987.