Исходные данные для расчета на программном комплексе

Задание на проектирование

Здание каркасное. Наружные стены самонесущие. Размеры здания в плане 16.5 × 65 м. Шаг рам 6.5 м. Пролеты рам 3 + 4.5 + 9 м. Здание 5-х этажное. Высота этажа 3.0 м. Схема каркаса – рамная. Рамы сборные. Плиты перекрытия пустотные. Постоянная равномерно распределенная нормативная нагрузка от перекрытия 4.0 кН/м². Нагрузка от перегородок, приведенная к равномерно распределенной – 3.0 кН/м². Нагрузку от покрытия принять равной нагрузке от перекрытия. Временная нагрузка на перекрытие 1.5 кН/м². Выполнить проектирование средней колонны 1-го этажа и крайнего ригеля перекрытия 1-го этажа.

Анализ несущей системы здания. Выбор расчетной схемы

Несущая система здания – рамный каркас. Здание симметричное в плане без перепада высот. Горизонтальные нагрузки равномерно распределены по фасаду здания. Существенные пространственные деформации здания отсутствуют. Нагрузки на все средние рамы одинаковы. Для расчета можно выделить плоскую среднюю раму.

Соединение ригелей с колоннами в рамной схеме жесткое. В качестве расчетной схемы принимаем раму с жесткими узлами.

Исходные данные для расчета на программном комплексе

Характеристика расчетной схемы. Рама моделируется конечными элементами (КЭ) «Стержень». Членение рамы на конечные элементы: вертикальное – поэтажное; горизонтальное – по пролетам. Узлы конечных элементов жесткие. Узлы конечных элементов имеют 3 степени свободы (X, Z, UY). Схема располагается в плоскости XOZ. Нижние узлы рамы закрепляем связями по всем направлениям.

Для создания геометрии плоской многопролетной рамы выполним команду

Для рамы с пролетами 3х4.5х9м и 5 этажами с высотой 3м укажем на рис.1.1 размеры пролетов и высоты этажей

Рис.1.1. Значения размеров пролетов и высот этажей

Для существующей рамы с помощью ФЛАГОВ РИСОВАНИЯ покажем на рис.1.2:

-номера узлов

-номера элементов

- размеры на проекции XOZ

Рис.1.2. Геометрические размеры и нумерация узлов и элементов расчетной схемы поперечной рамы.

Характеристика жесткостей КЭ задается с помощью команды ЖЕСТКОСТИ-ЖЕСТКОСТИ И МАТЕРИАЛЫ

Принимаем колоны прямоугольного сечения bхh = 35х35 см; ригели таврового сечения полкой вниз с размерами (см): b = 15, h = 50, b^`_f= 35, h^`_f = 25. Принимаем бетон конструкций класса В15, Ев = 2.3е4 МПа.

С помощью с помощью ФЛАГОВ РИСОВАНИЯ укажем номера жесткостей элементов (рис.1.3).

Рис.1.3. Нумерация жесткостей элементов

Таблица используемых жесткостей вызывается с помощью команды

и представлена на рис.1.4.

Рис.1.4. Таблица жесткостей элементов

Для приложения нагрузок от собственного веса выполняем команду

Приложенные нагрузки от собственного веса представлены на рис.1.5.

Рис.1.5. Нагрузки от собственного веса

Для определения нагрузки от собственного веса ригеля представим информацию о конечном элементе ригеля с помощью команды

Информация о конечном элементе №32 представлена на рис.1.6

Рис.1.6. Информация о КЭ №32

Выполним проверку значения собственного веса ригеля, перемножив значение площади поперечного сечения с плотностью материала.

Площадь поперечного сечения ригеля определим с помощью ПАКЕТА ПРИГЛАДНЫХ ПРОГРАММ или ЭЛЕКТРОННОГО СПРАВОЧНИКА ИНЖЕНЕРА (раздел ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕЧЕНИЯ)

P=F*Ro=0.125м²*2.75т/м³=0,34375т/м.

Расчетные сечения. По умолчанию усилия определяются в двух сечениях – в начале и в конце конечного элемента. Для конструирования арматуры в конечном элементе необходимо не менее 7-ми сечений. В заданных для конструирования арматуры конечных элементах принимаем 7 расчетных сечений.

Для определения значений усилий в середине пролета горизонтальных КЭ выполним для выделенных элементов команду:

В появившемся окне укажем .

Для проверки представим информацию о КЭ №32 представлена на рис.1.7

Рис.1.7. Информация о КЭ №32

Так как ригель начинается не от оси колонны, а от ее грани, вводим по краям горизонтальных конечных элементов жесткие вставки, учитывающие размеры сечения колонны, величиной a_x = b_x = h/2 = 0.175 м.

Для определения изгибающих моментов в горизонтальных конечных элементах по грани колонн зададим жесткие вставки по оси Х. Значение жестких вставок равно половине ширины колонны. Задание жестких вставок в в выделенных элементах выполняется с помощью команды:

При ширине колонны 0.35м значение жестких вставок в начале стержня 0.175м, в конце стержня -0.175м.

Общий вид схемы с жесткими вставками представлен на рис.1.8.

Задание связей в выделенных опорных узлах выполняется с помощью команды

В появившемся окне укажем: .

Загружения и нагрузки.

Задаются расчетные значения нагрузок. Нагрузка от собственного веса рамы рассчитывается автоматически по заданной плотности железобетона (27.5 кН/м³) и прикладывается в загружение 1. Погонные нагрузки на ригель рамы при ширине грузовой площади равной шагу рам – 6.5 м:

Плиты перекрытия пустотные. Постоянная равномерно распределенная нормативная нагрузка от перекрытия 4.0 КН/м².

Нагрузка от перегородок, приведенная к равномерно распределенной – 3.0 КН/м². Нагрузку от покрытия принять равной нагрузке от перекрытия. Временная нагрузка на перекрытие 1.5 КН/м².

Выполним приведение равномерно распределенной нагрузки к погонной, умножив ее значение на ширину грузовой площади (6.5м). Ширина грузовой площади равна шагу рам.

Постоянная нагрузка от веса перекрытия и веса покрытия (загружение 1)

g1=4 КН/м²*6м*1.1=26.4 КН/м.

Временная нагрузка от перегородок (загружение 2 – длительно действующие нагрузки)

g2=3 КН/м²*6.5м*1.2=21.6 КН/м.

Временная нагрузка на перекрытие (загружение 3 – кратковременные нагрузки)

v=1.5 КН/м²*6.5м*1.2=10.8 КН/м.

Временная нагрузка на покрытие (снеговая нагрузка)

v=0.8 КН/м²*6.5м*1.14=5.472 КН/м.

Ветровую нагрузку принимаем условно равномерно распределенной по высоте здания с давлением 0.35 КН/м².

Определяем погонную нагрузку по высоте крайней колонны с наветренной стороны

W1=0.35 КН/м²*6.м*1.4*0.8=2.352 КН/м

Определяем погонную нагрузку по высоте крайней колонны с подветренной стороны

W1=0.35 КН/м²*6.5м*1.4*0.6=1.764 КН/м

Ветровую нагрузку, можно приложить как сосредоточенную в узлах рамы, умножив погонные значения нагрузок на высоту этажа.

Характеристики загружений и нагрузок приведены в табл.1.

Таблица 1.

Загружения и нагрузки

№ загр.	Характер	Нагрузка	Значение	Ед. изм.	Коэф. РСУ
1 осн.	2 осн.
	Постоян.	g₁	26.4	КН/м	1.0	1.0
	Длительн.	g₂	21.6	КН/м	1.0	0.95
	Кратковр.	v	10.8	КН/м		0.9
Кратковр.	v	5.472	КН/м		0.9
	Мгновенное.	W	2.352	КН/м		0.9
Мгновенное.	W	1.764	КН/м		0.9

Для приложения погонных нагрузок необходимо выделить КЭ ригелей и выполнить команду:

Значения нагрузок, приложенных в различных загружениях поперечной рамы представлены на рис.1.9.

Рис. 1.9. Схемы загружений

Для дальнейшего расчета армирования сформируем расчетные сочетания усилий с помощью команды

В появившемся окне формируем расчетные сочетания усилий согласно рис.1.10

Рис.1.10 Расчетные сочетания усилий

Рис. 2. Конструктивная и расчетная схемы здания