Федеральне агентство з освіти
Кафедра будівельних конструкцій і гідротехнічних споруд
Курсова робота
з дисципліни «Сейсмостійкість будівель і споруд»
на тему: «Проектування одноповерхового каркасного будинку з легких конструкцій ст. Сіверська »
2008
Реферат
Ця курсова робота дає уявлення про основи проектування сейсмостійких сил легких сталевих конструкцій. У ході виконання курсової роботи, студент самостійно набуває навиків визначення сейсмічних навантажень на будівлі та споруди з подальшою оцінкою сейсмостійкості, підбирати матеріал, компонувати перетину з метою його економічності і раціональності.
Представлена пояснювальна записка до курсової роботи на тему: «Проектування одноповерхового каркасного будинку з легких конструкцій в ст.Северской» має в обсязі 13 аркушів.
У ній представлені розрахунки сейсмостійкості конструктивного рішення несучих конструкцій проектованої будівлі - сталевого каркаса.
Пояснювальна записка ілюстрована необхідними поясненнями і малюнками, а також схемами до всіх розрахунками. У ній також відображені антисейсмічні заходи.
Іл. 8. Табл.8. Бібліогр. 12.
До пояснювальної записки додається графічна частина - 1 аркуш формату А1.
Зміст
Введення
1. Компонування конструктивного вирішення будинку
2. Визначення сейсмічності будівельного майданчика та збір навантажень
2.1 Збір навантажень
2.2 Розрахунок каркаса в поперечному напрямку
3. Розрахунок каркаса в подовжньому напрямку
4. Визначення сейсмічних навантажень з урахуванням кручення будівлі в плані
5. Антисейсмічні заходи
Література
Введення
У зв'язку зі збільшенням частоти природних катаклізмів, а саме землетрусів виникла проблема сейсмостійкості будівель і споруд, побудованих без урахування сейсмічного впливу, що у разі даних природних катастроф завдає матеріальної шкоди. Беручи до уваги все це в районах схильних сейсмічним впливам силою 7 і більше балів, виникла необхідність зведення будівель і споруд, здатних витримувати сейсмічні дії.
При розробці проектів будівель і споруд вибір конструктивних рішень виробляють з техніко-економічної доцільності їх застосування в конкретних умовах будівництва з урахуванням максимального зниження матеріаломісткості, трудомісткості і вартості будівництва, що досягаються за рахунок впровадження ефективних будівельних матеріалів і конструкцій, зниження маси конструкцій і т.п . Прийняті конструктивні схеми повинні забезпечувати необхідну міцність, стійкість; елементи збірних конструкцій повинні відповідати умовам механізованого виготовлення на спеціальних підприємствах.
При проектуванні цивільних будівель необхідно прагнути до найбільш простій формі в плані і уникати перепадів висот. При проектуванні часто вибирають об'ємно-планувальні та конструктивні рішення, так як вони забезпечують максимальну уніфікацію і скорочення числа типорозмірів і марок конструкцій.
1. Компонування конструктивного вирішення будинку
Будівля має повний металокаркас;
Будівля проектується каркасне.
Розміри будівлі в плані 24х60м;
Сітка колон 24х6м;
Фундаменти - окремі залізобетонні
Покриття - сталевий проф лист, утеплювач, тришарові панелі покриття;
Несучі конструкції покриття сталеві ферми прольотом 24 м;
Сталеві прогони при кроці ферм 6м-швелер № 16
Огороджувальні тришарові панелі покриття спираються на сталеві прогони з кроком 3м;
Перетин сталевих колон двотавр № 50
По периметру будівлі цокольна стінова панель з керамзитобетону товщиною 300мм і висотою 1,2 м, яка спирається на фундаментну балку;
між поверхнями стін і конструкціями каркаса повинен передбачатися проміжок не менше 20 мм;
У межферменном просторі покриття розміщують різні трубопроводи, освітлювальну арматуру і ін По поздовжніх стін передбачено стрічкове скління від відмітки +1,2 до +3,6 метра. Торцеві стіни без скління.
2. Визначення сейсмічності будівельного майданчика та збір навантажень
Потрібно розрахувати конструкції будівлі, при його прив'язці до майданчика будівництва.
Згідно СНіП II -7-81 * (Будівництво в сейсмічних районах) у розділі Загальне сейсмічне районування території Російської Федерації ЗСР-97 "(Список населених пунктів) по карті ЗСР-97-В-5% сейсмічність району ст. складає 8 балів (Мапа В - об'єкти підвищеної відповідальності та особливо відповідальні об'єкти. Рішення щодо вибору карти при проектуванні конкретного об'єкта приймається замовником за поданням генерального проектувальника, за винятком випадків, наведених в інших нормативних документах).
Визначення сейсмічності майданчика будівництва виробляємо на підставі сейсмічного мікрорайонування для III категорії груп за сейсмічними властивостями. Сейсмічність майданчика будівництва при сейсмічності району 8 балів, становить 9 балів.
Рис.1 - План будівлі
Рис.2-Поперечний розріз будівлі
2.1 Збір навантажень
Збір навантажень виробляємо на 1 м 2 покриття будівлі.
Збір навантажень виробляємо в табличній формі і представлений у таблиці 2.1.
Таблиця 1 - Навантаження на 1 м 2 покриття
Вид навантаження | Нормативна навантаження, Н / м 2 | Коефіцієнт надійності за навантаженням | Коефіцієнт поєднання | Обчислення | Розрахункове навантаження, Н / м 2 |
снігова | 0,9 | 1,4 | 0,5 | 0,9 * 1,4 * 0,5 * 24 * 60 | 907,2 |
покрівлі | 0,75 | 1,2 | 0,9 | 0,75 * 1,2 * 0,9 * 24 * 60 | 1166,4 |
профільованого настилу | 0,15 | 1,05 | 0,9 | 0,15 * 1,05 * 0,9 * 24 * 60 | 204,12 |
прогонів | 0,1 | 1,05 | 0,9 | 0,1 * 1,05 * 0,9 * 24 * 60 | 136,08 |
утеплювач | 0,1 | 1,2 | 0,9 | 24 * 60 * 0,1 * 1,2 * 0,9 | 155,52 |
конструкції покриття | 0,4 | 1,05 | 0,9 | 0,4 * 1,05 * 0,9 * 24 * 60 | 544,32 |
Від ділянок стін вище верху колон | 2,65 | 1,1 | 0,9 | 2,65 * 1,1 * 0,9 * 2,1 * (24 +60) * 2 | 925,57 |
Від ¼ ваги | 4039,21 | ||||
колон | 11,34 | 1,05 | 0,9 | 0,25 * 11,34 * 1,05 * 0,9 * 22 | 58,93 |
фахверкових стійок | 9,4 | 1,05 | 0,9 | 0,25 * 0,4 * 1,05 * 0,9 * 6 | 0,58 |
зв'язків між колонами | 0,04 | 1,05 | 0,9 | 0,25 * 0,04 * 24 * 60 * 1,05 * 0,9 | 13,61 |
Ділянок стін розташованих в межах висоти колон | 2,65 | 1,1 | 0,9 | 0,25 * (2,65 * (1,8 +0,8) * (24 +60) * 2 +2,4 * 24 * 2 * 2,65 +2,4 * 60 * 2 * 0,35 ) * 0,9 * 1,1 | 790,26 |
Разом | 4903,32 |
2.2 Розрахунок каркаса в поперечному напрямку
Для визначення періоду власних коливань і форм коливань необхідно обчислити динамічні характеристики одноповерхової рами поперечника будівлі.
Попередньо приймаємо перетин колони виходячи з гнучкості
гнучкість двутавра N 50
гнучкість двутавра N 40
Приймаються колони перерізом: i = 20,3 см, А = 143 см 2, Двутавр:
. Жорсткість однієї колони:
Жорсткість перерізу самонесущей стіни (або її елементу) визначається без урахування тріщин і приймається рівною 0,8 E 0 I c,
Переміщення колон:
Жорсткість каркасу будівлі:
Жорсткість рами будівлі:
Рис.3-Поздовжній розріз будівлі зі сталевим каркасом і його розрахункова схема
Визначимо вертикальне навантаження від власної ваги конструкцій і снігу.
Q = 4903 кН. Вертикальне навантаження приймаємо зосередженої на рівні верха колон. Визначаємо період власних коливань каркасу:
Визначаємо коефіцієнт динамічності для каркаса будівлі:
Для грунтів III категорії т.к при
Встановлюємо наступні значення:
Каркасні будівлі, стінове заповнення яких впливає на їх деформативність
Визначаємо розрахункові величини сейсмічних навантажень, що діють на поперечні рами каркасу:
- Значення сейсмічного навантаження для i-го тону власних коливань будівлі або споруди, що визначається у припущенні пружного деформування конструкцій за формулою:
а) на рівні верха колон рами, з урахуванням коефіцієнта 1,2:
тоді розрахункова сейсмічна навантаження дорівнює:
При сейсмічності майданчика 8 балів і більше при грунтах III категорії до значення S ik вводиться множник 0,7, що враховує нелінійне деформування грунтів при сейсмічних впливах. (СНиП II-7)
При спільній роботі каркаса сейсмічне навантаження на раму дорівнює:
При окремій роботі кожної навантаження дорівнює:
.
Так як ми розглядаємо окрему раму, то коефіцієнт :
б) по довжині колони - від власної ваги колони, з урахуванням коефіцієнта 1,2:
в) по довжині крайніх колон - від ділянок поздовжніх стін, розташованих в межах висоти колон, з урахуванням коефіцієнта 1,2:
на рами по осі 1 і 11:
на рами по осі 2 - 10:
г) у рівні розміщення опорних консолей навісних ділянок торцевої стіни, від власної ваги ділянки торцевої стіни:
опорні консолі на позначці 1,2 м:
опорні консолі на позначці 3,6 м:
3. Розрахунок каркаса в подовжньому напрямку
Визначимо жорсткість в'язевих панелей на рівні верху колон без урахування поздовжніх деформацій колон і розпірок (у запас міцності):
Для визначення періоду власних коливань і форм коливань необхідно обчислити динамічні характеристики одноповерхової рами поперечника будівлі. Приймаються колони перерізом: двотавр: ;
Визначаємо переміщення колон від дії одиничних горизонтальних сил, прикладених на рівні верха колон.
Жорсткість однієї колони:
Жорсткість перерізу самонесущей стіни (або її елементу) визначається без урахування тріщин і приймається рівною 0,8 E 0 I c:
Переміщення окремої колони:
Жорсткість каркасу будівлі на рівні верху колон C визначається за формулою п - число колон (або рам) в каркасі будівлі (відсіку);
δ kk - переміщення окремої колони (або рами) на рівні її верху від дії горизонтальної одиничної сили, прикладеної в тому ж рівні.
Жорсткість каркасу будівлі:
Визначимо вертикальне навантаження від власної ваги конструкцій і снігу. Q = 4903 кН .. Вертикальне навантаження приймаємо зосередженої на рівні верха колон.
На одну раму доводиться навантаження:
Визначаємо період власних коливань каркаса в поперечному напрямку до будівлі:
Визначаємо коефіцієнт динамічності для каркаса будівлі:
β - коефіцієнт динамічності, що відповідає i-му тону власних коливань будівлі або споруди, що приймається відповідно до п. 2.6: Для грунтів II категорії за сейсмічними властивостями
При 0,1 е <Т <0,4 е;
а) на рівні верха колон рами, з урахуванням коефіцієнта 1,2:
тоді розрахункова сейсмічна навантаження дорівнює:
При сейсмічності майданчика 8 балів і більше при грунтах III категорії до значення S ik вводиться множник 0,7, що враховує нелінійне деформування грунтів при сейсмічних впливах. (СНиП II-7-81 Будівництво в сейсмічних районах. М., 2000)
Так як ми розглядаємо окрему раму, то коефіцієнт :
б) по довжині колони - від власної ваги колони, з урахуванням коефіцієнта 1,2:
4. Визначення сейсмічних навантажень з урахуванням кручення будівлі в плані
Рис.4-Поворот будівлі в плані
1 - Центр мас;
2 - Центр жорсткостей.
Значення розрахункового ексцентриситету між центрами жорсткостей і ваги будинку приймаємо рівним 0,1 В, де В-розмір будівлі в плані у напрямку, перпендикулярному дії сили
При розрахунку будинку в поперечному напрямку В = 60м;
= 0,1 ∙ 60 = 6 м; Обчислимо кутову жорсткість будівлі:
Визначимо повну сейсмічне навантаження на раму каркасу з урахуванням повороту будівлі в плані:
рама по осі 1
рама по осі 2
рама по осі 3
рама по осі 4
рама по осі 5
рама по осі 6
рама по осі 7
рама по осі 8
рама по осі 9
рама по осі 10
5. Антисейсмічні заходи
З метою забезпечення просторової жорсткості каркаса, стійкості покриття в цілому і його елементів окремо необхідно передбачати систему зв'язків між несучими сталевими конструкціями покриттів (ферм) в площині їх верхніх і нижніх поясів і у вертикальних площинах.
Горизонтальні антисейсмічні шви в стінах повинні влаштовуватися на рівнях розташування опорних і стикових ригелів каркасу стін і верху цокольній частині стін.
Вертикальні антисейсмічні шви в місцях перетину стін здійснюють шляхом виготовлення спеціальних Г-образних тришарових панелей, в яких у місці антисейсмічному шва з металевих облицювальних листів виконуються компенсатор, а жорсткий утеплювач замінюється на еластичний.
У будинках зі сталевим каркасом з висотами більшими, ніж передбачено уніфікованими габаритними схемами, сполучення колон з ригелями покриття рекомендується виконувати у вигляді жорстких рамних вузлів з метою обмеження деформацій від сейсмічних навантажень. У поздовжньому напрямку каркаси можуть проектуватися з тієї ж конструктивної схемою, як і в поперечному напрямку або за схемою з установкою сталевих зв'язків між стійками
З метою забезпечення просторової жорсткості каркаса, а також стійкості покриття в цілому і його елементів окремо необхідно передбачати систему зв'язків між несучими сталевими конструкціями покриття (фермами) в площині їх верхніх і нижніх поясів і у вертикальних площинах.
У покриттях із сталевого профільованого настилу система зв'язків у площині верхніх поясів кроквяних сталевих ферм складається з поперечних в'язевих ферм і розпірок, роль яких виконують прогони. Зв'язевим поперечні ферми встановлюються у двох крайніх (у торців і антисейсмічних швів будинку). Незалежно від розрахунку в будинках (відсіках) із кроквяними фермами з паралельними поясами з розрахунковою сейсмічністю 8 і 9 балів довжиною понад 60 м і 7 балів довжиною понад 96 м слід встановлювати не менше однієї проміжної в'язевий ферми, а в будинках (відсіках) із кроквяними фермами трикутного обрису з розрахунковою сейсмічністю 9 балів довжиною 60 м і більше рекомендується встановлювати не менше однієї проміжної в'язевий ферми.
Проміжні зв'язевим ферми повинні розташовуватися по довжині будівлі (відсіку) рівномірно
Список літератури
1. СНКК 22-301-2000. "Будівництво в сейсмічних районах Краснодарського краю"
2. СНКК 20-303-2002. "Навантаження і впливи. Вітрова і снігова навантаження. Краснодарський край "
3. СНиП 2.01.07-85 *. "Навантаження і впливи" Держбуд М., 1985.
4. СНКК 23-302-2000. Енергетична ефективність житлових і громадських будівель. Нормативи по теплозахисту будівель. Краснодарський край
5. СНиП 2.02.01-83 *. Підстави будівель і споруд. М., 1982.
6. СНіП II -7-81 *. Будівництво в сейсмічних районах. М., 2000.