Инженерно-геологические условия площадки

Исходные данные

Конструктивная схема здания – пространственный железобетонный рамный каркас с ограждающими стенами из стеклопакетов с алюминиевым профилем. Каркас представлен пространственными трех пролетными рамами с максимальным пролетом в 6.0 м. Максимальный шаг рам 6 м. Сечение железобетонных колонн и железобетонных балок по наружным осям 400х400 мм. Сечение железобетонных балок по внутренним осям 400х400 мм. Перекрытие монолитное, толщиной 160 мм.

Фундаменты выполнены в виде монолитной железобетонной плиты толщиной 400 мм.

Пространственная жесткость здания обеспечивается системой элементов каркаса, жестко соединенных между собой и с жесткими дисками перекрытий.

Конструктивная схема здания представлена на рис.2.1.

Для определения расчетного армирования железобетонных элементов, выполнен расчет пространственной несущей системы здания. Расчет выполнен с использованием программного комплекса «Лира-Windows», расчетная модель здания построена с использованием программного комплекса «Мономах». Работу железобетонных элементов колонн и балок моделировали стержнями, плит перекрытий – пластинами.

Описание нагрузок

Расчет выполнен на основное и особое сочетание нагрузок с учетом сейсмического воздействия.

Программа Лира – Windows, используемая для расчета напряженно-деформированного состояния здания, позволяет автоматически учесть постоянную нагрузку от собственного веса несущих конструкций, представленных в расчетной модели.

Значения нагрузок представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Нагрузки, приложенные к расчетной модели.

Наименование	Эксплуатационное расчетное значение	Коэффициент надежности по нагрузке	Предельное расчетное значение
Постоянные нагрузки на перекрытие от конструкции пола, кгс/м
Конструкции перегородок из гипсокартона δ=0.1м при высоте этажа 3.0м, кгс/м
Оконные витражи, тс/м			0.05
Переменные нагрузки
Равномерно распределенная переменная нагрузка на конструкции перекрытий (кафе), кН/м2, в т.ч.	3,0	1,2	3,6
– длительная, кН/м2	1,2	1,2	1.44
– кратковременная, кН/м2	1,8	1,2	2.16
Равномерно распределенная переменная нагрузка на конструкции перекрытий (коридоры), кН/м2, в т.ч.	3,0	1,2	3,6
– длительная, кН/м2	1,0	1,2	1.2
– кратковременная, кН/м2	2,0	1,2	2.4
Снеговая нагрузка на покрытие, кгс/м

 

Снеговая нагрузка рассчитана исходя из характеристического значения S₀ =730 Па (по прил. Е /1/ для г. Евпатория). Предельное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия =1000 Па,.

Ветровая нагрузка рассчитана исходя из характеристического значения W0=490 Па (по прил. Е /1/ для г. Евпатория). Тип местности III, коэф. географической высоты Calt=1, коэф. надежности по эксплуатационному значению =1.14. Суммарные предельные нагрузки по этажам представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2.

Предельное расчетное значение ветровой нагрузки (ветер в продольном и поперечном направлении)

Отметка,м	Ветер 1, Период колебаний = 0.17с	Ветер 2, Период колебаний = 0.17 с
Нагрузка, тс	Нагрузка, тс
	0.343	0.229

 

 

Для определения расчетных сочетаний усилий сформированы следующие загружения:

1 - постоянные нагрузки на перекрытия и нагрузки от собственного веса конструкций;

2 – переменная длительная нагрузка на перекрытия;

3 – переменная кратковременная нагрузка на перекрытия и снеговая нагрузка на покрытие;

4 – ветровая нагрузка по оси X;

5 – ветровая нагрузка по оси Y;

6 – сейсмическое воздействие по оси X;

7 – сейсмическое воздействие по оси Y;

Исходные данные для расчета на сейсмическое воздействие

Категория грунта в соответствии с табл.1 /2/ – II.

Сейсмичность площадки– 7 балов.

Коэффициент, учитывающий неупругие деформации и локальные повреждения зданий и сооружений, согласно п.2.2. табл. 3.2 /2/ – К1 = 0.3.

Коэффициент ответственности сооружений, согласно п. 7 табл. 4 /2/ К2=1.

Коэффициент нелинейного деформирования грунта, согласно табл.2.6. /2/ К гр=1

Коэффициент этажности сооружения принят в соответствии с формулой 2.2. К3 = 1.0 /2/.

Сейсмическое загружение формируется из статических с автоматизированным распределением весов масс по всем узлам расчетной модели. При вычислении масс постоянные нагрузки учитывались с коэффициентом 0,9, временные длительные – с коэффициентом 0,8, кратковременные – 0,5.

Общий вид расчетной модели представлен на рис. 2.1

Анализ результатов расчета

В результате расчета получены все компоненты напряженного и деформированного состояния конструктивных элементов здания при постоянной нагрузке (загружение 1), длительно действующей части временной нагрузки (загружение 2), кратковременной части временной нагрузки (загружение 3), сейсмического воздействия вдоль оси Х (загружение 6), оси Y (загружение 7).

Нагрузки на расчетную модель формируются в следующих загружениях:

Загружение1 (постоянное) - (G1);

Загружение 2 (временное длительное) – длительно действующая часть полезной нагрузки (V1);

Загружение 3 (кратковременное) – кратковременная часть полезной нагрузки (V2);

Загружение 4 – ветер по Х (W1);

Загружение 5 – ветер по Y (W2);

Загружение 6 – сейсмика по Х (S1);

Загружение 7 – сейсмика по Y (S2);

Для суммы загружений G1, V1, V2, W1,W2 создается расчетное сочетание нагрузок РСН-1. Для суммы загружений G1, V1, V2, S1,S2 создается расчетное сочетание нагрузок РСН-2 и РСН-3. Сейсмические загружения S1 и S2 являются взаимоисключающими.

При этом загружения вводятся в РСН с соответствующими коэффициентами по нормам [1].

Приняты следующие обозначения коэффициентов:

– коэффициент сочетаний (п.2.1 /1/);

Таблица 2.3.

РСН-1 для проверки давления под подошвой фундамента от основного сочетания статических нагрузок

Загружение
G1
V1
V2
W1	1,0
W2

Таблица 2.4.

РСН-2 для проверки давления под подошвой фундамента от особого сочетания статических нагрузок

 

Загружение
G1	0,9
V1	0,8
V2	0,5
S1	1,0
S2

Таблица 2.5.

РСН-3 для проверки давления под подошвой фундамента от особого сочетания статических нагрузок

 

Загружение
G1	0,9
V1	0,8
V2	0,5
S1
S2

 

По полученным в результате статического расчета расчетным сочетаниям усилий определено необходимое расчетное армирование конструктивных элементов здания, полученное с помощью конструирующего модуля «ЛирАрм».

Фундаменты

Из пункта меню Программы- Мономах 4.5. выбираем программу проектирования монолитных железобетонных плит «Плита».

Для проектирования выбираем фундаментную плиту. С помощью пункта меню РАСЧЕТ задаем шаг триангуляции 50-75 см, с помощью которого фундаментная плита разбивается на конечные элементы (прямоугольного либо треугольного вида).

 

Показать триангуляционную сеть на экране можно с помощью пункта меню ВИД и с использованием инструмента ПЕРЕРИСОВАТЬ.

Общий вид триангуляционной сети на фундаментной плите здания представлен на рис.2.3.

Рис.2.3. Общий вид триангуляционной сети фундаментной плиты здания

 

Изополя перемещений узлов отображаются с помощью пункта меню: РЕЗУЛЬТАТЫ- ПЕРЕМЕЩЕНИЯ.

Значения перемещений узлов перекрытия указаны на рис.2.4.

Рис.2.4. Значения перемещений узлов фундаментной плиты

Изополя армирования верхней и нижней арматуры отображаются по направлению оси Х и оси Y (рис.2.5 и рис.2.6).

Рис.22. Нижнее рабочее армирование фундаментной плиты по оси Х и оси Y

Рис.23. Верхнее рабочее армирование фундаментной плиты по оси Х и оси Y

 

Для расчета армирования конструктивных элементов колонн используем модуль ПК МОНОМАХ «КОЛОННА»

Нормативный документ

СНиП 2.03.01-84

 

Бетон

Класс

B20

 

Арматура

Класс продольной	A-III
Класс поперечной	A-I
Расчетный диаметр продольной, мм
Защитный слой продольной, мм
Привязка продольной, мм
Используемый сортамент продольной	12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40

 

Требования

Выделять угловые стержни

Вязаный каркас. Модуль уменьшения шага поперечной арматуры 25 мм

 

Сечение

Размеры, мм:

b
h
Площадь, см2

 

Отметки

Высота этажа, мм
Высота перекрытия, мм

Отметки, м:

низа колонны	0,000
верха перекрытия	+3,000

 

Расчетная длина

Коэффициенты расчетной длины:

m X	0.7
m Y	0.7

Расчетная длина, мм:

Lo X
Lo Y

Гибкость:

Lo/h X	5.25
Lo/h Y	5.25

 

Нагрузки

	N, тс	Mx, тс*м	My, тс*м	Qx, тс	Qy, тс	T, тс*м	сеч
Постоянная	33.1
Длительная	6.14
Кр. временная	9.21
Ветровая 1			-0.0381	-0.0191
Ветровая 2		-0.0572			-0.0286

Коэффициенты

Надежности по ответственности 1

	Пост.	Длит.	Кр.вр.	Ветр.	Сейсм.
Надежности	1.1	1.2	1.2	1.4
Длительности			0.35
Продолжительности

Снижающий для кр. врем. нагрузки 1

Учитывать в расчете:

автоматически сформированные РСН

РСН, сформированные для случаев а, б

 

Расчетное армирование

Asu

2.01

Продольная арматура, см2:

полная	8.044
по прочности	8.044
% армирования	0.50
Поперечная арматура, см2/м

 

Объемы и цены

	Стоим. ед.	Количество	Сумма
Бетон, м3		0.48	230.40
Арматура, кг	7.5	23.8807	179.11
Опалубка, м2		4.08	6528.00
Всего, ед.			6937.51

(

Исходные данные

Конструктивная схема здания – пространственный железобетонный рамный каркас с ограждающими стенами из стеклопакетов с алюминиевым профилем. Каркас представлен пространственными трех пролетными рамами с максимальным пролетом в 6.0 м. Максимальный шаг рам 6 м. Сечение железобетонных колонн и железобетонных балок по наружным осям 400х400 мм. Сечение железобетонных балок по внутренним осям 400х400 мм. Перекрытие монолитное, толщиной 160 мм.

Фундаменты выполнены в виде монолитной железобетонной плиты толщиной 400 мм.

Пространственная жесткость здания обеспечивается системой элементов каркаса, жестко соединенных между собой и с жесткими дисками перекрытий.

Конструктивная схема здания представлена на рис.2.1.

Для определения расчетного армирования железобетонных элементов, выполнен расчет пространственной несущей системы здания. Расчет выполнен с использованием программного комплекса «Лира-Windows», расчетная модель здания построена с использованием программного комплекса «Мономах». Работу железобетонных элементов колонн и балок моделировали стержнями, плит перекрытий – пластинами.

Описание нагрузок

Расчет выполнен на основное и особое сочетание нагрузок с учетом сейсмического воздействия.

Программа Лира – Windows, используемая для расчета напряженно-деформированного состояния здания, позволяет автоматически учесть постоянную нагрузку от собственного веса несущих конструкций, представленных в расчетной модели.

Значения нагрузок представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Нагрузки, приложенные к расчетной модели.

Наименование	Эксплуатационное расчетное значение	Коэффициент надежности по нагрузке	Предельное расчетное значение
Постоянные нагрузки на перекрытие от конструкции пола, кгс/м
Конструкции перегородок из гипсокартона δ=0.1м при высоте этажа 3.0м, кгс/м
Оконные витражи, тс/м			0.05
Переменные нагрузки
Равномерно распределенная переменная нагрузка на конструкции перекрытий (кафе), кН/м2, в т.ч.	3,0	1,2	3,6
– длительная, кН/м2	1,2	1,2	1.44
– кратковременная, кН/м2	1,8	1,2	2.16
Равномерно распределенная переменная нагрузка на конструкции перекрытий (коридоры), кН/м2, в т.ч.	3,0	1,2	3,6
– длительная, кН/м2	1,0	1,2	1.2
– кратковременная, кН/м2	2,0	1,2	2.4
Снеговая нагрузка на покрытие, кгс/м

 

Снеговая нагрузка рассчитана исходя из характеристического значения S₀ =730 Па (по прил. Е /1/ для г. Евпатория). Предельное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия =1000 Па,.

Ветровая нагрузка рассчитана исходя из характеристического значения W0=490 Па (по прил. Е /1/ для г. Евпатория). Тип местности III, коэф. географической высоты Calt=1, коэф. надежности по эксплуатационному значению =1.14. Суммарные предельные нагрузки по этажам представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2.

Предельное расчетное значение ветровой нагрузки (ветер в продольном и поперечном направлении)

Отметка,м	Ветер 1, Период колебаний = 0.17с	Ветер 2, Период колебаний = 0.17 с
Нагрузка, тс	Нагрузка, тс
	0.343	0.229

 

 

Для определения расчетных сочетаний усилий сформированы следующие загружения:

1 - постоянные нагрузки на перекрытия и нагрузки от собственного веса конструкций;

2 – переменная длительная нагрузка на перекрытия;

3 – переменная кратковременная нагрузка на перекрытия и снеговая нагрузка на покрытие;

4 – ветровая нагрузка по оси X;

5 – ветровая нагрузка по оси Y;

6 – сейсмическое воздействие по оси X;

7 – сейсмическое воздействие по оси Y;

Исходные данные для расчета на сейсмическое воздействие

Категория грунта в соответствии с табл.1 /2/ – II.

Сейсмичность площадки– 7 балов.

Коэффициент, учитывающий неупругие деформации и локальные повреждения зданий и сооружений, согласно п.2.2. табл. 3.2 /2/ – К1 = 0.3.

Коэффициент ответственности сооружений, согласно п. 7 табл. 4 /2/ К2=1.

Коэффициент нелинейного деформирования грунта, согласно табл.2.6. /2/ К гр=1

Коэффициент этажности сооружения принят в соответствии с формулой 2.2. К3 = 1.0 /2/.

Сейсмическое загружение формируется из статических с автоматизированным распределением весов масс по всем узлам расчетной модели. При вычислении масс постоянные нагрузки учитывались с коэффициентом 0,9, временные длительные – с коэффициентом 0,8, кратковременные – 0,5.

Общий вид расчетной модели представлен на рис. 2.1

Инженерно-геологические условия площадки

Геологические условия площадки размещения здания установлены на основании результатов изысканий, выполненных специализированной организацией.

Основанием фундаментов служит грунт – суглинок светло-бурый тугопластичный, тяжелый, комковатой текстуры с прослоями мягкопластичного с физико-механическими характеристиками: =1,98 т/м³, Е=16МПа, с=26кПа, φ=22^о.

При расчете деформаций основания среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, кПа (тс/м²), определяемого по формуле

где =1.2 и =1.0- коэффициенты условий работы; =1

- коэффициенты, принимаемые для слоя суглинок светло-бурый тугопластичный.

=1- коэффициент, принимаемый равным: при м - ;

=13- ширина подошвы фундамента, м;

=1.98- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м³ (тс/м³);

=18- то же, залегающих выше подошвы;

=26 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);

- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подва­ла, определяемая по формуле

где =0.6- толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

=0.1м - толщина конструкции пола подвала, м;

=25 кН/м - расчетное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м (тс/м3);

=2м- глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подва­ла, м (для сооружений с подвалом шириной м и глубиной более 2 м принимается м, при ширине подвала м - ).

Расчетное сопротивление грунта основания для слоя суглинка, составит 516кПа

Грунтовые условия работы фундаментов задаются при вычислении коэффициентов постели грунтового основания С1 и С2 под центром фундамента. Коэффициент С1 учитывает вертикальный отпор грунта. Коэффициент С2 учитывает горизонтальный отпор грунта. Значения коэффициентов С1 и С2 были определены с помощью ПК Лира.

 

Рис.2.1. Конструктивная схема типового этажа здания

 

Рис.2.2 Общий вид расчетной модели

 

 

Анализ результатов расчета

В результате расчета получены все компоненты напряженного и деформированного состояния конструктивных элементов здания при постоянной нагрузке (загружение 1), длительно действующей части временной нагрузки (загружение 2), кратковременной части временной нагрузки (загружение 3), сейсмического воздействия вдоль оси Х (загружение 6), оси Y (загружение 7).

Нагрузки на расчетную модель формируются в следующих загружениях:

Загружение1 (постоянное) - (G1);

Загружение 2 (временное длительное) – длительно действующая часть полезной нагрузки (V1);

Загружение 3 (кратковременное) – кратковременная часть полезной нагрузки (V2);

Загружение 4 – ветер по Х (W1);

Загружение 5 – ветер по Y (W2);

Загружение 6 – сейсмика по Х (S1);

Загружение 7 – сейсмика по Y (S2);

Для суммы загружений G1, V1, V2, W1,W2 создается расчетное сочетание нагрузок РСН-1. Для суммы загружений G1, V1, V2, S1,S2 создается расчетное сочетание нагрузок РСН-2 и РСН-3. Сейсмические загружения S1 и S2 являются взаимоисключающими.

При этом загружения вводятся в РСН с соответствующими коэффициентами по нормам [1].

Приняты следующие обозначения коэффициентов:

– коэффициент сочетаний (п.2.1 /1/);

Таблица 2.3.

РСН-1 для проверки давления под подошвой фундамента от основного сочетания статических нагрузок

Загружение
G1
V1
V2
W1	1,0
W2

Таблица 2.4.

РСН-2 для проверки давления под подошвой фундамента от особого сочетания статических нагрузок

 

Загружение
G1	0,9
V1	0,8
V2	0,5
S1	1,0
S2

Таблица 2.5.

РСН-3 для проверки давления под подошвой фундамента от особого сочетания статических нагрузок

 

Загружение
G1	0,9
V1	0,8
V2	0,5
S1
S2

 

По полученным в результате статического расчета расчетным сочетаниям усилий определено необходимое расчетное армирование конструктивных элементов здания, полученное с помощью конструирующего модуля «ЛирАрм».

Фундаменты

Из пункта меню Программы- Мономах 4.5. выбираем программу проектирования монолитных железобетонных плит «Плита».

Для проектирования выбираем фундаментную плиту. С помощью пункта меню РАСЧЕТ задаем шаг триангуляции 50-75 см, с помощью которого фундаментная плита разбивается на конечные элементы (прямоугольного либо треугольного вида).

 

Показать триангуляционную сеть на экране можно с помощью пункта меню ВИД и с использованием инструмента ПЕРЕРИСОВАТЬ.

Общий вид триангуляционной сети на фундаментной плите здания представлен на рис.2.3.

Рис.2.3. Общий вид триангуляционной сети фундаментной плиты здания

 

Изополя перемещений узлов отображаются с помощью пункта меню: РЕЗУЛЬТАТЫ- ПЕРЕМЕЩЕНИЯ.

Значения перемещений узлов перекрытия указаны на рис.2.4.

Рис.2.4. Значения перемещений узлов фундаментной плиты

Изополя армирования верхней и нижней арматуры отображаются по направлению оси Х и оси Y (рис.2.5 и рис.2.6).

Рис.22. Нижнее рабочее армирование фундаментной плиты по оси Х и оси Y

Рис.23. Верхнее рабочее армирование фундаментной плиты по оси Х и оси Y

 

Для расчета армирования конструктивных элементов колонн используем модуль ПК МОНОМАХ «КОЛОННА»

Нормативный документ

СНиП 2.03.01-84

 

Бетон

Класс

B20

 

Арматура

Класс продольной	A-III
Класс поперечной	A-I
Расчетный диаметр продольной, мм
Защитный слой продольной, мм
Привязка продольной, мм
Используемый сортамент продольной	12,14,16,18,20,22,25,28,32,36,40

 

Требования

Выделять угловые стержни

Вязаный каркас. Модуль уменьшения шага поперечной арматуры 25 мм

 

Сечение

Размеры, мм:

b
h
Площадь, см2

 

Отметки

Высота этажа, мм
Высота перекрытия, мм

Отметки, м:

низа колонны	0,000
верха перекрытия	+3,000

 

Расчетная длина

Коэффициенты расчетной длины:

m X	0.7
m Y	0.7

Расчетная длина, мм:

Lo X
Lo Y

Гибкость:

Lo/h X	5.25
Lo/h Y	5.25

 

Нагрузки

	N, тс	Mx, тс*м	My, тс*м	Qx, тс	Qy, тс	T, тс*м	сеч
Постоянная	33.1
Длительная	6.14
Кр. временная	9.21
Ветровая 1			-0.0381	-0.0191
Ветровая 2		-0.0572			-0.0286

Коэффициенты

Надежности по ответственности 1

	Пост.	Длит.	Кр.вр.	Ветр.	Сейсм.
Надежности	1.1	1.2	1.2	1.4
Длительности			0.35
Продолжительности

Снижающий для кр. врем. нагрузки 1

Учитывать в расчете:

автоматически сформированные РСН

РСН, сформированные для случаев а, б