Курсовая работа: Проектирование одноэтажного каркасного здания из лёгких конструкций ст. Северская

Федеральное агентство по образованию

Кафедра строительных конструкций и гидротехнических сооружений

Курсовая работа


по дисциплине «Сейсмостойкость зданий и сооружений »

 

на тему: «Проектирование одноэтажного каркасного здания из лёгких конструкций ст. Северская»


 
2008

Реферат

Данная курсовая работа дает представление об основах проектирования сейсмостойких сил лёгких стальных конструкций. В ходе выполнения курсовой работы, студент самостоятельно приобретает навыки определения сейсмических нагрузок на здания и сооружения с последующей оценкой сейсмостойкости, подбирать материал, компоновать сечения в целях его экономичности и рациональности.

Представленная пояснительная записка к курсовой работе на тему: «Проектирование одноэтажного каркасного здания из лёгких конструкций в ст.Северской» имеет в объеме 13 листов.

В ней представлены расчеты сейсмостойкости конструктивного решения несущих конструкций проектируемого здания – стального каркаса.

Пояснительная записка иллюстрирована необходимыми пояснениями и рисунками, а также схемами ко всем расчетам. В ней также отражены антисейсмические мероприятия.

Ил. 8. Табл.8. Библиогр. 12.

К пояснительной записке прилагается графическая часть – 1 лист формата А1.


Содержание

 

Введение

1. Компоновка конструктивного решения здания

2. Определение сейсмичности строительной площадки и сбор нагрузок

2.1 Сбор нагрузок

2.2 Расчет каркаса в поперечном направлении

3. Расчет каркаса в продольном направлении

4. Определение сейсмических нагрузок с учетом кручения здания в плане

5. Антисейсмические мероприятия

Литература


Введение

В связи с увеличением частоты природных катаклизмов, а именно землетрясений возникла проблема сейсмоустойчивости зданий и сооружений, построенных без учета сейсмических воздействий, что в случае данных природных катастроф наносит материальный ущерб. Принимая во внимание всё это в районах подверженных сейсмическим воздействиям силой 7 и более баллов, возникла необходимость возведения зданий и сооружений, способных выдерживать сейсмические воздействия.

При разработке проектов зданий и сооружений выбор конструктивных решений производят исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, достигаемых за счет внедрения эффективных строительных материалов и конструкций, снижения массы конструкций и т.п. Принятые конструктивные схемы должны обеспечивать необходимую прочность, устойчивость; элементы сборных конструкций должны отвечать условиям механизированного изготовления на специальных предприятиях.

При проектировании гражданских зданий необходимо стремиться к наиболее простой форме в плане и избегать перепадов высот. При проектировании часто выбирают объемно-планировочные и конструктивные решения, так как они обеспечивают максимальную унификацию и сокращение числа типоразмеров и марок конструкций.


1. Компоновка конструктивного решения здания

 

Здание имеет полный металлокаркас;

Здание проектируется каркасное.

Размеры здания в плане 24х60м;

Сетка колонн 24х6м;

Фундаменты – отдельные железобетонные

Покрытие – стальной проф лист, утеплитель, трехслойные панели покрытия;

Несущие конструкции покрытия стальные фермы пролетом 24 м;

Стальные прогоны при шаге ферм 6м-швелер №16

Ограждающие трехслойные панели покрытия опираются на стальные прогоны с шагом 3м;

Сечение стальных колонн двутавр №50

По периметру здания цокольная стеновая панель из керамзитобетона толщиной 300мм и высотой 1,2м,опирающаяся на фундаментную балку;

между поверхностями стен и конструкциями каркаса должен предусматриваться зазор не менее 20 мм;

В межферменном пространстве покрытия размещают различные трубопроводы, осветительную арматуру и др. По продольным стенам предусмотрено ленточное остекление от отметки +1,2 до +3,6 метра. Торцевые стены без остекления.

 


2. Определение сейсмичности строительной площадки и сбор нагрузок

 

Требуется рассчитать конструкции здания, при его привязке к площадке строительства.

Согласно СНиП II-7-81* (Строительство в сейсмических районах) в разделе Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации ОСР-97” (Список населенных пунктов) по карте ОСР-97-В-5% сейсмичность района ст. составляет 8 баллов (Карта В - объекты повышенной ответственности и особо ответственные объекты. Решение о выборе карты при проектировании конкретного объекта принимается заказчиком по представлению генерального проектировщика, за исключением случаев, оговоренных в других нормативных документах).

Определение сейсмичности площадки строительства производим на основании сейсмического микрорайонирования для III категории групп по сейсмическим свойствам. Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района 8 баллов, составляет 9 баллов.

Рис.1- План здания


Рис.2-Поперечный разрез здания

 

2.1 Сбор нагрузок

 

Сбор нагрузок производим на 1 м2 покрытия здания.

Сбор нагрузок производим в табличной форме и представлен в таблице 2.1.

 

Таблица 1- Нагрузка на 1м2 покрытия

Вид нагрузки

Нормативная нагрузка, Н/м2

Коэффициент надёжности по нагрузке

Коэффициент сочетания

Вычисление

Расчётная нагрузка, Н/м2

снеговая 0,9 1,4 0,5 0,9*1,4*0,5*24*60 907,2
кровли 0,75 1,2 0,9 0,75*1,2*0,9*24*60 1166,4
профилированного настила 0,15 1,05 0,9 0,15*1,05*0,9*24*60 204,12
прогонов 0,1 1,05 0,9 0,1*1,05*0,9*24*60 136,08
утеплитель 0,1 1,2 0,9 24*60*0,1*1,2*0,9 155,52
конструкции покрытия 0,4 1,05 0,9 0,4*1,05*0,9*24*60 544,32
От участков стен выше верха колонн 2,65 1,1 0,9 2,65*1,1*0,9*2,1*(24+60)*2 925,57
От ¼ веса 4039,21
колонн 11,34 1,05 0,9 0,25*11,34*1,05*0,9*22 58,93
фахверковых стоек 9,4 1,05 0,9 0,25*0,4*1,05*0,9*6 0,58
связей между колоннами 0,04 1,05 0,9 0,25*0,04*24*60*1,05*0,9 13,61
Участков стен расположенных в пределах высоты колонн 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

Итого

 

4903,32

2.2 Расчет каркаса в поперечном направлении

Для определения периода собственных колебаний и форм колебаний необходимо вычислить динамические характеристики одноэтажной рамы поперечника здания.

Предварительно принимаем сечение колонны исходя из гибкости

 гибкость двутавра N50

 гибкость двутавра N40

Принимаем колонны сечением: i=20,3 см, А =143см2,  Двутавр: . Жесткость одной колонны:

Жесткость сечения самонесущей стены (или ее элемента) определяется без учета трещин и принимается равной 0,8E0Ic,

Перемещение колонн:

Жесткость каркаса здания:  

Жесткость рамы здания:  

Рис.3-Продольный разрез здания со стальным каркасом и его расчетная схема

 

Определим вертикальную нагрузку от собственного веса конструкций и снега.

Q = 4903 кН. Вертикальную нагрузку принимаем сосредоточенной в уровне верха колонн. Определяем период собственных колебаний каркаса:

Определяем коэффициент динамичности для каркаса здания:

Для грунтов III категории т.к при 

Устанавливаем следующие значения:

Каркасные здания, стеновое заполнение которых оказывает влияния на их деформативность

 

Определяем расчетные величины сейсмических нагрузок, действующих на поперечные рамы каркаса:

- значение сейсмической нагрузки для i-го тона собственных колебаний здания или сооружения, определяемое в предположении упругого деформирования конструкций по формуле:

а) в уровне верха колонн рамы, с учётом коэффициента 1,2 :

тогда расчётная сейсмическая нагрузка равна:

 

 

При сейсмичности площадки 8 баллов и более при грунтах III категории к значению Sik вводится множитель 0,7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях.( СНиП II-7)

При совместной работе каркаса сейсмическая нагрузка на раму равна :

При отдельной работе каждой нагрузка равна:

.

Так как мы рассматриваем отдельную раму, то коэффициент  :

б) по длине колонны - от собственного веса колонны, с учётом коэффициента 1,2 :

в) по длине крайних колонн - от участков продольных стен, расположенных в пределах высоты колонн, с учётом коэффициента 1,2 :

на рамы по оси 1 и 11:

 

на рамы по оси 2 - 10 :

г) в уровне расположения опорных консолей навесных участков торцевой стены, от собственного веса участка торцевой стены:

опорные консоли на отметке 1,2 м:

 

опорные консоли на отметке 3,6 м:

 

 


3. Расчет каркаса в продольном направлении

 

Определим жесткость связевых панелей на уровне верха колонн без учета продольных деформаций колонн и распорок (в запас прочности):

Для определения периода собственных колебаний и форм колебаний необходимо вычислить динамические характеристики одноэтажной рамы поперечника здания. Принимаем колонны сечением: Двутавр: ; Определяем перемещение колонн от действия единичных горизонтальных сил, приложенных в уровне верха колонн.

Жесткость одной колонны:

Жесткость сечения самонесущей стены (или ее элемента) определяется без учета трещин и принимается равной 0,8E0Ic:

Перемещение отдельной колонны:

Жесткость каркаса здания на уровне верха колонн C определяется по формуле  п - число колонн (или рам) в каркасе здания (отсека);

δkk - перемещение отдельной колонны (или рамы) на уровне ее верха от действия горизонтальной единичной силы, приложенной в том же уровне.

Жесткость каркаса здания:

Определим вертикальную нагрузку от собственного веса конструкций и снега. Q = 4903 кН.. Вертикальную нагрузку принимаем сосредоточенной в уровне верха колонн.

На одну раму приходится нагрузка :

Определяем период собственных колебаний каркаса в поперечном направлении здания:

Определяем коэффициент динамичности для каркаса здания:

β – коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний здания или сооружения, принимаемый согласно п. 2.6 : Для грунтов II категории по сейсмическим свойствам

При 0,1е<Т<0,4е ;

а) в уровне верха колонн рамы, с учётом коэффициента 1,2 :

тогда расчётная сейсмическая нагрузка равна:

 

При сейсмичности площадки 8 баллов и более при грунтах III категории к значению Sik вводится множитель 0,7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях.( СНиП II-7-81 Строительство в сейсмических районах. М., 2000)

Так как мы рассматриваем отдельную раму, то коэффициент  :

б) по длине колонны - от собственного веса колонны, с учётом коэффициента 1,2 :


4. Определение сейсмических нагрузок с учетом кручения здания в плане

Рис.4-Поворот здания в плане

1– Центр масс;

2 – Центр жесткостей.

Значение расчетного эксцентриситета  между центрами жесткостей и веса здания принимаем равным 0,1В, где В- размер здания в плане в направлении, перпендикулярном действию силы  При расчете здания в поперечном направлении В=60м; =0,1∙60=6 м; Вычислим угловую жесткость здания:

Определим полную сейсмическую нагрузку на раму каркаса с учетом поворота здания в плане:

рама по оси 1

рама по оси 2

рама по оси 3

рама по оси 4

рама по оси 5

рама по оси 6

рама по оси 7

рама по оси 8

рама по оси 9

рама по оси 10


5. Антисейсмические мероприятия

 

В целях обеспечения пространственной жесткости каркаса, устойчивости покрытия в целом и его элементов в отдельности необходимо предусматривать систему связей между несущими стальными конструкциями покрытий (ферм) в плоскости их верхних и нижних поясов и в вертикальных плоскостях.

Горизонтальные антисейсмические швы в стенах должны устраиваться на уровнях расположения опорных и стыковых ригелей каркаса стен и верха цокольной части стен.

Вертикальные антисейсмические швы в местах пересечения стен осуществляют путём изготовления специальных Г-образных трехслойных панелей, в которых в месте антисейсмического шва из металлических облицовочных листов выполняются компенсатор, а жесткий утеплитель заменяется на эластичный.

В зданиях со стальным каркасом с высотами большими, чем предусмотрено унифицированными габаритными схемами, сопряжения колонн с ригелями покрытия рекомендуется выполнять в виде жестких рамных узлов с целью ограничения деформаций от сейсмических нагрузок. В продольном направлении каркасы могут проектироваться по той же конструктивной схеме, как и в поперечном направлении или по схеме с установкой стальных связей между стойками

В целях обеспечения пространственной жесткости каркаса, а также устойчивости покрытия в целом и его элементов в отдельности необходимо предусматривать систему связей между несущими стальными конструкциями покрытия (фермами) в плоскости их верхних и нижних поясов и в вертикальных плоскостях.

В покрытиях из стального профилированного настила система связей в плоскости верхних поясов стропильных стальных ферм состоит из поперечных связевых ферм и распорок, роль которых выполняют прогоны . Связевые поперечные фермы устанавливаются в двух крайних (у торцов и антисейсмических швов здания). Независимо от расчета в зданиях (отсеках) со стропильными фермами с параллельными поясами с расчетной сейсмичностью 8 и 9 баллов длиной свыше 60 м и 7 баллов длиной свыше 96 м следует устанавливать не менее одной промежуточной связевой фермы, а в зданиях (отсеках) со стропильными фермами треугольного очертания с расчетной сейсмичностью 9 баллов длиной 60 м и более рекомендуется устанавливать не менее одной промежуточной связевой фермы.

Промежуточные связевые фермы должны располагаться по длине здания (отсека) равномерно


Список литературы

 

1. СНКК 22-301-2000. “Строительство в сейсмических районах Краснодарского края”

2. СНКК 20-303-2002. “Нагрузки и воздействия. Ветровая и снеговая нагрузки. Краснодарский край”

3. СНиП 2.01.07-85*. “Нагрузки и воздействия” Госстрой М., 1985.

4. СНКК 23-302-2000. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по теплозащите зданий. Краснодарский край

5. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. М., 1982.

6. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. М., 2000.

Строительство здания "Реабилитационный центр"
ВВЕДЕНИЕ В строительстве, как в одной из базовых отраслей, происходят серьезные структурные изменения. Увеличился удельный вес строительства объектов ...
Ввиду того, что весь каркас здания представляет собой связевую систему, где связями служат железобетонные монолитные стены шахты лифта и лестничных клеток, которые воспринимают все ...
S0ik - значение сейсмической нагрузки для i-го тона собственных колебаний здания или сооружения, определяемое в предположении упругого деформирования конструкций по формуле
Раздел: Рефераты по строительству
Тип: дипломная работа
Стальные конструкции - столетие каркасного строительства из стали
Стальные конструкции и архитектура Столетие каркасного строительства из стали. Развитие и достижения Начальные этапы развития стальных каркасных ...
Прежде всего основанная Дженни, созревшая в "Такома-билдинг" конструкция несущего каркаса, воспринимающего все нагрузки от перекрытий, крыши и стен и передающего их на фундаменты ...
Пластический эффект свободно стоящего высотного каркаса удалось еще больше усилить в конструкции стального каркаса "БМА-билдинг" в Канзас-Сити, законченного в 1964 г. Сетка колонн ...
Раздел: Рефераты по строительству
Тип: реферат
Организация строительных работ
... материалоёмких отраслей народного хозяйства. Выбор и установление рациональных областей применения того или иного вида конструкций играет важную ...
... домостроения меньше, чем в кирпичном на 35%, и на 40-45% чем в крупнопанельном; расход стали в конструкциях снижается на 10-25% по сравнению с крупнопанельными (в зависимости от ...
В практике отечественного массового промышленного и гражданского строительства отработаны и успешно применяются опалубки различных конструкций, из которых наиболее распространены ...
Раздел: Рефераты по строительству
Тип: дипломная работа
Конструктивное решение домов из обжигового кирпича для районов Сибири
Институт индустрии моды Курсовая работа. на тему: "Конструктивное решение домов из обжигового кирпича для районов Сибири" По дисциплине ...
По способу обеспечения общей жёсткости и устойчивости здания каркасы разделяются на рамные, в которых узлы сопряжений элементов колонн и ригелей конструируются жёсткими в виде рам ...
2. Устойчивость - способность конструкции сохранять равновесие при силовых нагрузках и воздействиях.3. Жесткость - способность конструкции осуществлять свои статические функции с ...
Раздел: Рефераты по строительству
Тип: курсовая работа
... строительства завода цинкования мелкоразмерных конструкций
Содержание 1. Задание 2. Введение 3. Общие исходные данные 4. Функционально-технологические условия 5.Технико-экономическое обоснование принятого ...
1-фасады здания; 2-план; 3-разрезы и план кровли, узлы; 4-план озеленения; 5-ферма Ф-1; 6-ферма Ф-2; 7- поперечная рама завода, схемы связей, колонны К-1,К-2 и К-3; 8-палан ...
Связи - это важные элементы каркаса, обеспечивающие неизменность пространственной системы каркаса и устойчивости его сжатых элементов; восприятия и передачи на фундамент некоторых ...
Раздел: Рефераты по строительству
Тип: дипломная работа