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=22о.
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