Частина 2 Проектування рами багатоповерхової будівлі на пк «ліра»
1. Завдання проектування
Будівля каркасна. Зовнішні стіни самонесучі. Розміри будівлі в плані 21×54 м. Крок рам 4.5 м. Прольоти рам 6+9+6 м. Будівля 5-х поверхова. Висота поверху 3.3 м. Схема каркасу – рамна. Рами збірні. Плити перекриття пустотні. Постійне рівномірно розподілене нормативне навантаження від перекриття 4.0 кН/м 2 . Навантаження від перегородок, наведене до рівномірно розподіленого – 3.0 кН/м 2 . Навантаження від покриття прийняти рівним навантаженням від перекриття. Тимчасове навантаження на перекриття 1.5 кН/м2. Виконати проектування середньої колони 1-го поверху та крайнього ригеля перекриття 1-го поверху.
2. Аналіз несучої системи будівлі. Вибір розрахункової схеми
Несуча система будівлі – рамний каркас. Будинок симетричний у плані без перепаду висот. Горизонтальні навантаження рівномірно розподілені фасадом будівлі. Істотних просторових деформацій будівлі немає. Навантаження попри всі середні рами однакові. Для розрахунку можна назвати плоску середню раму.
З'єднання ригелів із колонами у рамній схемі жорстке. Як розрахункову схему приймаємо раму з жорсткими вузлами.
3. Вихідні дані для розрахунку на програмному комплексі
Характеристика розрахункової схеми Рама моделюється кінцевими елементами (КЕ) Стрижень. Членування рами на кінцеві елементи: вертикальне – поверхове; горизонтальне – за прольотами. Вузли кінцевих елементів тверді. Вузли кінцевих елементів мають три ступені свободи (X, Z, UY). Схема розташовується у площині XOZ. Нижні вузли рами закріплюємо зв'язками у всіх напрямках.
Для створення геометрії плоскої багатопрогонової рами виконаємо команду
Для рами з прольотами 6х9х6 м та 5 поверхами з висотою 3.3 м вкажемо на рис.1.1 розміри прольотів та висоти поверхів
Рис.1.1. Значення розмірів прольотів та висот поверхів
Для існуючої рами за допомогою Прапорів МАЛЮВАННЯ покажемо на рис.1.2:
- Розміри на проекції XOZ
Рис.1.2. Геометричні розміри та нумерація вузлів та елементів розрахункової схеми поперечної рами.
Характеристика жорсткостей КЕ (рис.1). Приймаємо колони прямокутного перерізу bхh = 40x40 см; ригелі таврового перерізу полицею вниз з розмірами (см): b = 20, h = 55, b `f = 40, h `f = 30. Приймаємо бетон конструкцій класу В15, Єв = 2.3е4 МПа.
За допомогою за допомогою прапорів МАЛЮВАННЯ вкажемо номери жорсткостей елементів (рис.1.3).
Рис.1.3. Нумерація жорсткостей елементів
Таблиця використовуваних жорсткостей представлена рис.1.4.
Рис.1.4. Таблиця жорсткостей елементів
Для застосування навантажень від власної ваги виконуємо команду
Прикладені навантаження від ваги представлені на рис.1.5.
Рис.1.5. Навантаження від власної ваги
Для визначення навантаження від власної ваги ригеля представимо інформацію про кінцевий елемент ригеля за допомогою команди
Інформація про кінцевий елемент №22 представлена на рис.1.6
Рис.1.6. Інформація про КЕ №32
Виконаємо перевірку значення власної ваги ригеля, перемноживши значення площі поперечного перерізу із щільністю матеріалу.
Площа поперечного перерізу ригеля визначимо за допомогою ПАКЕТУ ПРИГОЛОДНИХ ПРОГРАМ або ЕЛЕКТРОННОГО ДОВІДНИКА ІНЖЕНЕРА (розділ ГЕОМЕТРИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕЧЕННЯ)
P=F*Ro=0.17м 2 *2.75т/м 3 =0,4675т/м.
Розрахункові перерізи. За замовчуванням зусилля визначаються у двох перерізах – на початку та в кінці кінцевого елемента. Для конструювання арматури в кінцевому елементі потрібно не менше7-ми перерізів. У заданих конструювання арматури кінцевих елементах приймаємо 7 розрахункових перерізів.
Для визначення значень зусиль у середині прольоту горизонтальних КЕ виконаємо для виділених елементів команду:
У вікні вкажемо .
Для перевірки подаємо інформацію про КЕ №22 представлена на рис.1.7
Рис.1.7. Інформація про КЕ №22
Так як ригель починається не від осі колони, а від її грані, вводимо по краях горизонтальних кінцевих елементів жорсткі вставки, що враховують розміри перерізу колони величиною ax = bx = h/2 = 0.2 м.
Для визначення згинальних моментів у горизонтальних кінцевих елементах по межі колон задаємо жорсткі вставки по осі Х. Значення жорстких вставок дорівнює половині ширини колони. Завдання жорстких вставок у виділених елементах виконується за допомогою команди:
При ширині колони 0.4м значення твердих вставок на початку стрижня 0.2м, наприкінці стрижня -0.2м.
Загальний вигляд схеми із жорсткими вставками представлений на рис.1.8.
Завдання зв'язків у виділених опорних вузлах виконується за допомогою команди
У вікні вкажемо :
Завантаження та навантаження.
Визначаються розрахункові значення навантажень. Навантаження від власної ваги рами розраховується автоматично за заданою густиною залізобетону (27.5 кН/м 3 ) і прикладається в завантаження 1. Погонні навантаження на ригель рами при ширині вантажної площі, що дорівнює кроку рам – 4.5 м:
Плити перекриття пустотні. Постійне рівномірно розподілене нормативне навантаження від перекриття 4.0 КН/м 2 .
Навантаження від перегородок, наведене до рівномірно розподіленого – 3.0 КН/м 2 . Навантаження від покриття прийняти рівним навантаженням від перекриття.Тимчасове навантаження на перекриття 1.5 КН/м2.
Виконаємо приведення рівномірно розподіленого навантаження до погонного, помноживши його значення на ширину вантажної площі (6.5м). Ширина вантажної площі дорівнює кроку рам.
Постійне навантаження від ваги перекриття та ваги покриття (завантаження 1)
g1=4 КН/м 2 *4.5м*1.1=19.8КН/м.
Тимчасове навантаження від перегородок (завантаження 2 – тривалі навантаження)
g2=3 КН/м 2 *4.5м*1.2=16.2КН/м.
Тимчасове навантаження на перекриття (завантаження 3 – короткочасні навантаження)
v=1.5 КН/м 2 *4.5м*1.2=8.1КН/м.
Тимчасове навантаження на покриття (снігове навантаження)
v=0.8 КН/м 2 *4.5м*1.14=4.104КН/м.
Вітрове навантаження приймаємо умовно рівномірно розподіленої за висотою будівлі з тиском 0.35 КН/м2.
Визначаємо погонне навантаження по висоті крайньої колони з навітряного боку
W1=0.35 КН/м 2 *4.5м*1.4*0.8=1.764 КН/м
Визначаємо погонне навантаження по висоті крайньої колони з підвітряного боку
W1=0.35 КН/м 2 *4.5м*1.4*0.6=1.323 КН/м
Вітрове навантаження можна прикласти як зосереджену у вузлах рами, помноживши погонні значення навантажень на висоту поверху.
Характеристики завантажень та навантажень наведені у табл.1.