, SCAD Office
, SCAD » Примеры расчётов

Расчет и экспертиза здания цеха
Конструктивные решения

Геометрические характеристики здания 

Здание в плане имеет прямоугольную форму, размеры 75,0 х 24,0 м, высота 15,9 м в верхней точке. Здание включает 3 этажа. Первый этаж высотой 4,2 м; второй этаж – 3,6 м; третий этаж – 3,5 м.

Несущая система здания

За относительную отметку 0,000 принят уровень чистого пола первого этажа, что соответствует абсолютной отметке +12.250м. Отметка подошвы ростверка +10.700. Здание имеет прямоугольную форму в плане размерами: 75,0х24,0 м. Поперечные рамы здания установлены с шагом 6 м и 3 м. Пролет здания составляет 24,0 м. Здание имеет 2 внутренних уровня перекрытий, отметка чистого пола первого этажа 0,000,  второго этажа +4,200 и третьего этажа +7,800. Отметка низа несущей конструкции покрытия (фермы) составляет +12,000.

Конструктивная схема здания – рамно-связевой каркас.

Каркас здания запроектирован металлическим с покрытием из стропильных ферм,  выполненных из гнуто-сварных стальных труб квадратного сечения. Стропильные фермы пролетом 24м с уклоном верхних поясов 3% от конька в обе стороны. Нижние пояса - горизонтальные.  Основными несущими конструкциями каркаса являются стальные колонны, объединенные системой вертикальных и горизонтальных связей.

Прочность и пространственная неизменяемость обеспечиваются жесткой заделкой колонн в фундаментах в плоскости рам и вертикальными связями по колоннам из плоскости рам. Фермы крепятся к колоннам шарнирно.

Устойчивость покрытия создает жесткий диск покрытия – система горизонтальных стержневых связей и профилированный лист по верхним поясам стропильных ферм. Горизонтальные связи покрытия расположены по верхним поясам ферм. Для обеспечения устойчивости ферм при монтаже используются съемные инвентарные распорки, разработанные в проекте производства работ.

Каркас здания

Согласно схемам загружения покрытия принято две марки стропильных ферм:

1.     Ф1, в осях 2-4;

2.     Ф2 в осях 1, 5-13.

Стропильные фермы выполнены из двух монтажных марок. Верхние пояса соединяются на фланцах, нижние - с помощью накладок на высокопрочных болтах (фрикционные соединения). В качестве сечений приняты стальные гнутые замкнутые сварные квадратные профили по ГОСТ 30245-2003.

Стропильная ферма марки Ф1:

1.     Верхний пояс – гнутый квадратный профиль 180х10;

2.     Нижний пояс - гнутый квадратный профиль 140х8;

3.     Опорные раскосы - гнутый квадратный профиль 120х8;

4.     Растянутые/сжатые раскосы - гнутый квадратный профиль 120х6;

5.     Стойки - гнутый квадратный профиль 80х3.

Стропильная ферма марки Ф2:

1.     Верхний пояс – гнутый прямоугольный профиль 180х140х8;

2.     Нижний пояс - гнутый квадратный профиль 140х7;

3.     Опорные раскосы - гнутый квадратный профиль 120х5;

4.     Растянутые/сжатые раскосы - гнутый квадратный профиль 100х4;

5.     Стойки - гнутый квадратный профиль 80х3.

 

Колонны каркаса имеют постоянное по высоте здания сечение и запроектированы из прокатного профиля двутаврового сечения типа «К», 35К2 (СТО АСЧМ 20-93);

Балки межэтажных перекрытий запроектированы из прокатного профиля двутаврового сечения типа «Б» (СТО АСЧМ 20-93):

Главные балки - двутаврового сечения 70Б1;

Второстепенные балки - двутаврового сечения 40Б2;

Балки покрытия в осях 14/А-Д запроектированы из прокатного профиля двутаврового сечения типа «Б» (СТО АСЧМ 20-93), 60Б2.

Монорельс для тали – 45М (СТО АСЧМ 20-93);

Связи (горизонтальные и вертикальные) запроектированы из гнуто-сварных стальных труб квадратного сечения. В качестве сечений приняты стальные гнутые замкнутые сварные квадратные профили по ГОСТ 30245-2003:

1.     Вертикальные связи - гнутый квадратный профиль 180х5;

2.     Горизонтальные связи - гнутый квадратный профиль 150х4.

Перекрытия выполнены из монолитных железобетонных плит, выполненных по стальному профилированному листу СКН50-600-0,7, используемому в качестве несъемной опалубки. Толщина перекрытия 110 мм. Принят бетон класса В25, W4, F100. Перекрытия выполнены  по верхним поясам металлических балок.

Распорки запроектированы из стального гнутого замкнутого сварного квадратного профиля по ГОСТ 30245-2003.

1.     Распорки по верхним поясам ферм  (Р1) - гнутый квадратный профиль 120х5;

2.     Распорки по нижним поясам ферм  (Р2) - гнутый квадратный профиль 120х5;

3.     Распорка в осях 1-2/В  (Р3) - гнутый квадратный профиль 120х5;

4.     Распорки в плоскости второго этажа  (Р4) - гнутый квадратный профиль 120х5.

Основание и фундамент

Фундаменты здания цеха - свайные, приняты на основании данных инженерно-геологических изысканий. Ростверки  под колонны несущего каркаса данных корпусов – столбчатые монолитные железобетонные из бетона В20, W6. Высота ростверков 1,6 м. Фундаментные балки – монолитные железобетонные из бетона В20, W6.  Сваи приняты сборные железобетонные длиной 6,0 м , сечением 30 х 30 см  из бетона класса В20, W6, F150. Заделка свай в ростверки принята жесткая, на глубину 350 мм.

Сваи –  забивные висячие, сечением 30х30 см, длинной 18,0 м с опиранием в грунты ИГЭ 9, ИГЭ 10 и ИГЭ 11 в зависимости от расположения на площадке.

Площадка свайных фундаментов под здание цеха разбита на следующие участки в зависимости от количества свай в кусте:

1.     Ростверки Р1 под колонны в осях 2-5/Б-Г – по 6 свай в кусте;

2.     Ростверки Р2 под колонны в осях 2-5/А, Д – по 5 свай в кусте;

3.     Ростверки Р3 под колонны в осях 1/А-Д, 6-12/А-Д – по 4 сваи в кусте;

4.     Ростверки Р4 под колонны в осях 13-14/А-Д – по 4 сваи в кусте.

Несущая способность свай определена расчетом и на основании данных статического зондирования. До начала массовой забивки свай следует выполнить статические испытания свай отмеченных в проекте  в соответствии с требованиями ГОСТ5686-94 “Грунты. Методы полевых испытаний сваями”. Если результаты испытаний покажут другую несущую способность свай, фундаменты должны быть откорректированы.

Расчет осадки фундаментов здания выполнен в программе  Foundation 12.4 и методом послойного суммирования. Расчетные величины осадок  свайных ростверков не превышают  6 мм.

Наружные стены, перегородки, покрытие

Покрытие - сборное  по профилированному листу Н114-750-1.  с эффективным утеплителем из базальтового волокна и финишным покрытием Техноэласт, профилированный лист покрытия крепится к верхним поясам ферм, он крепится по двухпролетной неразрезной схеме, при этом длина листа 12 метров.

Лестничные марши лестниц запроектированы сборными. Основой служат косоуры с опиранием на стальные балки каркаса двутаврового профиля. Межэтажные площадки лестниц выполнены в виде монолитных железобетонных плит по несъёмной опалубке из профилированного листа.

Наружные ограждающие стены запроектированы из трехслойных навесных термопанелей. Стены крепятся к несущим конструкциям стального каркаса здания.

Общие требования к железобетонным конструкциям

Арматурная сталь принята проектом согласно главе 5.2 СП 52-101-2003 "Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры" для классов А400 (А-III) (сталь марки 25Г2С, ГОСТ 5781-82* "Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия"), А240 (A-I) (сталь марки Ст3сп3; Ст3пс3).

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры не менее 25 мм. Для обеспечения толщины защитного слоя необходима установка соответствующих фиксаторов, обеспечивающих проектное положение арматуры.

Инженерно-геологические условия площадки строительства

В геологическом строении территории в пределах глубины бурения 25,0 м принимают участие:

1.     Современные - техногенные (t IV), биогенные (b IV), морские и озерные (m, l IV) отложения;

2.     Верхнечетвертичные осташковского горизонта – озерно-ледниковые Балтийского ледникового озера (lg III b),  озерно-ледниковые (lg III lz) и ледниковые отложения Лужского стадиала (g III lz).

Расчёт моделей в ПК SCAD

В расчётах используется версия SCAD 11.5.

Расчет был выполнен для двух типов решения задачи:

1.     Линейная постановка.

Тип схемы

Расчетная схема определена как система с признаком 5. Это означает, что рассматривается система общего вида, деформации которой и ее основные неизвестные представлены линейными перемещениями узловых точек вдоль осей X, Y, Z и поворотами вокруг этих осей.

Количественные характеристики расчетной схемы

Расчетная схема характеризуется следующими параметрами:

Количество узлов — 831

Количество конечных элементов — 1596

Общее количество неизвестных перемещений и поворотов — 4636

Количество загружений — 15

Количество комбинаций загружений — 5

Выбранный режим статического расчета

Статический расчет системы выполнен в линейной постановке.

Общий вид расчётных моделей см. рис. 1

Рис.1 Общий вид расчётной модели

Граничные условия

Граничные условия заданы следующим образом. Колонны в плоскости рам закреплены жестко по всем степеням свободы, из плоскости – шарнирно.

Нагрузки и воздействия

Нагрузки и воздействия на здание определены согласно СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07 - 85 «Нагрузки и воздействия. Общие положения». В расчётном комплексе SCAD прикладываются полные расчётные нагрузки. С помощью комбинации загружений и модуля РСУ учитывается система коэффициентов для расчета по I и II группам ПС. Наименование принятых нагрузок представлены в табл. 1

Табл. 1. Нагрузки и воздействия

Тип нагрузки

Pn

γf

P

Кдлит

К1

Постоянные:

 

 

 

 

 

·        с.в. несущих конструкции

SCAD*

1,05

SCAD*

-

1

·        с.в. ограждающих конструкций:

192 кгс/пм

1,2

231 кгс/пм

-

1

·        с.в. монолитной ж.б. плиты по профнастилу

с грузовой пл., 1,5 м

с грузовой пл., 0,75 м

 

 

 

527 кгс/пм

263 кгс/пм

1,1

 

 

 

579 кгс/пм

290 кгс/пм

-

1

·        с.в. сборных лестничных маршей

1150 кгс

1,1

1265 кгс

-

1

·        с.в. кровли:

с грузовой пл., 6,0 м

с грузовой пл., 4,5 м

с грузовой пл., 3,0 м

с грузовой пл., 1,5 м

 

 

282 кгс/пм

212 кгс/пм

141 кгс/пм

71 кгс/пм

 

1,2

 

338,4 кгс/пм 254 кгс/пм

169 кгс/пм

85 кгс/пм

-

1

·        с.в. полов

с грузовой пл., 1,5 м

с грузовой пл., 0,75 м

 

375 кгс/пм

188 кгс/пм

1,1

 

413 кгс/пм

206 кгс/пм

-

1

Временные:

-        длительного действия:

 

 

 

 

 

·        с.в. временных перегородок

с грузовой пл., 1,5 м

с грузовой пл., 0,75 м

 

50

81 кгс/пм

40 кгс/пм

1,3

 

70

105 кгс/пм

53 кгс/пм

-

0,95

·        с.в. стационарного оборудования:

·        на отм. 0,000

·        на отм. +4,200:

с грузовой пл., 1,5 м

·        с грузовой пл., 0,75 м на отм. +7,800:

с грузовой пл., 1,5 м

с грузовой пл., 0,75 м

 

 

1000

 

 

1500 кгс/пм

750 кгс/пм

 

4500 кгс/пм

2250 кгс/пм

 

 

1,05

1,05

1,2

 

 

1050

 

 

1575 кгс/пм

788 кгс/пм

 

5400 кгс/пм

2700 кгс/пм

-

0,95

Временные:

-         кратковременные:

 

 

 

 

 

·        крановая

вертикальная

горизонтальная

 

7500 кгс

750 кгс

1,2

 

9000

900

-

0,95

·        полезная (1-3-ий этажи)

·        первый этаж

·        со 2 по 3-ий этаж:

с грузовой пл., 1,5 м

·        с грузовой пл., 0,75 м на покрытие:

с грузовой пл., 6,0 м

с грузовой пл., 4,5 м

с грузовой пл., 3,0 м

с грузовой пл., 1,5 м

 

400

 

 

600 кгс/пм

300 кгс/пм

 

 

323 кгс/пм

242 кгс/пм

162 кгс/пм

81 кгс/пм

 

1,2

 

 

 

 

 

 

1,3

 

480

 

 

720 кгс/пм

360 кгс/пм

 

 

420 кгс/пм

315 кгс/пм

210 кгс/пм

105 кгс/пм

0,35

0,9

·        снеговая

в р/о 4-13/ширина 18 м

с грузовой пл., 6,0 м

с грузовой пл., 4,5 м

 

126

 

756 кгс/пм

687 кгс/пм

 

1,429

180

 

1080

849

 

0,5

0,9

·        снеговой мешок

вдоль парапета, 2,8 м

с грузовой пл., 6,0 м

с грузовой пл., 4,5 м

с грузовой пл., 1,5 м

·        в р/о 1-4/А-Д

с грузовой пл., 6,0 м

с грузовой пл., 3,0 м

 

205,5

1236 кгс/пм

927 кгс/пм

309 кгс/пм

 

252 кгс/пм

1512 кгс/пм

756 кгс/пм

1,429

 

294

1766 кгс/пм

1325 кгс/пм

442 кгс/пм

 

360 кгс/пм

2161 кгс/пм

1080 кгс/пм

0,5

0,9

·        ветровая

рис.2-3

1,4

табл. 2

0

±0,9

 

примечание: SCAD* - нагрузка определяется программным комплексом автоматически;

где: Pn – нормативное значение нагрузки, кгс/м2 (кроме оговоренных);

γf – коэффициент надежности по нагрузке;

P – расчетное значение нагрузки, кгс/м2 (кроме оговоренных);

Кдлит – коэффициент перехода от полных значений  кратковременной нагрузки к пониженным значениям временной нагрузки длительного действия (доля длительности);

К1 – коэффициенты для комбинации #1, определяющие расчетные значения нагрузок с учетом понижающих коэффициентов сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок (для расчётов по I группе ПС);

 

Нагрузка от ветра

Нагрузки от ветра определялись с помощью программы Вест. Ветровой район – II. Тип местности - B (городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м). Значения представлены в виде графиков (рис. 2 и рис. 3). Значения представлены в виде графиков (рис. 4.4 и рис 4.5). Усилия прикладываются к колоннам по высоте.  Значения прикладываемых усилий представлены в табл. 2.

 

Наветренная поверхность

Рис.2 Ветровое давление

Подветренная поверхность

Рис.3 Ветровой отсос

 

Таблица 2. Нагрузки от ветра

Высота,

м

Наветренная поверхность*,

кгс/пм

Подветренная поверхность*,

кгс/пм

С 0,0 до 5,0 м

0,102

-0,078

С 5,0 до 14,0 м

0,15

-0,114

14,0 м

0,265 кгс

-0,204 кгс

примечание: * - значения ветрового давления – расчетные, прикладываются к колоннам с учетом ширины грузовой площади b=6,0; 1,4 м (парапет).

Комбинации нагрузок и расчетные сочетания

Расчет конструкций и оснований по предельным состояниям первой и второй групп выполнен с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий.

Эти сочетания установлены из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок для рассматриваемой стадии работы конструкции или основания.

В зависимости от учитываемого состава нагрузок  согласно СП 20.13330.2011, пункт 6 назначены (табл.4.8):

а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;

Наименование нагрузок, комбинации нагрузок, сводную ведомость нагрузок смотреть таблицу 3-4. При задании расчетных сочетаний были учтены взаимоисключение нагрузок (ветровых), знакопеременность (ветровых).

 

Табл. 3. Имена загружений

Имена загружений

Номер

Наименование

1

Собственный вес

2

С.в. ограждающих конструкций

3

С.в. монолитной плиты по профнастилу

4

С.в. полов

5

С.в. кровли

6

Вес стационарного оборудования

7

С.в. лестниц

8

Вес временных перегородок

9

Полезная на перекрытия

10

Полезная на покрытие

11

Ветровая нагрузка

12

Снеговая нагрузка

13

Снеговая нагрузка 1/2 пролета

14

Крановая нагрузка (вертикальная, тормозная)

15

Ветровая нагрузка против X

 

Табл.4. Комбинации загружений

Комбинации загружений

Номер

Формула

1

(L1)*1+(L2)*1+(L3)*1+(L4)*1+(L5)*1+(L7)*1

2

(L6)*1+(L8)*0.95+(L9)*1+(L10)*0.7+(L11)*0.7+(L12)*0.9+(L14)*0.7+(C1)*1

3

(L6)*1+(L8)*0.95+(L9)*0.7+(L10)*0.9+(L11)*0.7+(L12)*1+(L14)*0.7+(C1)*1

4

(L6)*1+(L8)*0.95+(L9)*0.7+(L10)*0.7+(L11)*1+(L13)*0.9+(L14)*0.7+(C1)*1

5

(L6)*1+(L8)*0.95+(L9)*0.7+(L10)*0.7+(L12)*0.9+(L14)*0.7+(L15)*1+(C1)*1

 

Выводы. Основные результаты расчёта

Расчетом по I группе предельных состояний проверены:

- все конструкции здания для предотвращения разрушения при действии силовых воздействий в процессе строительства и расчетного срока эксплуатации.

Расчетом по II группе предельных состояний проверены:

- пригодность всех конструкций здания к нормальной эксплуатации в процессе строительства и расчетного срока эксплуатации.

Перемещения

Максимальный прогиб по центру фермы:

1.     Для комбинации №2 составляет 57,36 мм;

2.     Для комбинации №3 составляет 63,45 мм;

3.     Для комбинации №4 составляет 38,1 мм;

4.     Для комбинации №5 составляет 57,19 мм.

Допустимое значение прогиба согласно СП 20.13330.2011 составляет 24000/250=96 мм.

Максимальный прогиб здания составляет 63,45 мм при комбинации нагрузок № 3, что не превышает допустимого значения.

 

Перемещение верха здания по оси Y при совместном воздействии вертикальных и горизонтальных нагрузок не превышают f = 52,0 мм (f < l/200 = 14670/200= 73,35 мм).

Перемещение верха здания по оси X при совместном воздействии вертикальных и горизонтальных нагрузок не превышают f = 4,6 мм (f < l/200 = 14670/200= 73,35 мм).

 

Прогиб главной балки:

Допустимое значение прогиба согласно СП 20.13330.2011 составляет 6000/200=30 мм.

Максимальный прогиб главной балки  составляет 10,94 мм при комбинации нагрузок № 2, что не превышает допустимого значения.

 

Прогиб балки под монорельс тали:

Допустимое значение прогиба согласно СП 20.13330.2011 составляет 6000/500=12 мм.

Максимальный прогиб главной балки  составляет 4,7 мм при комбинации нагрузок № 3, что не превышает допустимого значения.

Усилия

Максимальное значение продольного усилия N в базе:

1.     Колонн в осях 2-4/Б-Г составляет 152,35 тс;

2.     Колонн в осях 5/Б-Г составляет 110,92 тс;

3.     Колонн в осях 6-12/А-Д составляет 77,97 тс;

4.     Колонн в осях 1/А-Д составляет 78,45 тс;

5.     Колонн в осях 2-5/А,Д составляет 114,37 тс;

6.     Колонн в осях 13-14/А-Д составляет 77,97 тс.

Коэффициенты запаса устойчивости системы

Коэффициенты запаса устойчивости для комбинаций загружений представлены в ниже приведенных таблицах 5.

 

Табл.5 Коэффициенты запаса устойчивости

Коэффициенты запаса устойчивости для комбинаций загружений

Номер

Наименование загружения/комбинации

Значение

1

 

Коэффициент запаса > 3.0000

2

 

Коэффициент запаса > 3.0000

3

 

Коэффициент запаса > 3.0000

4

 

Коэффициент запаса > 3.0000

5

 

Коэффициент запаса > 3.0000

 

Выводы: Минимальный коэффициент запаса устойчивости конструкции здания по комбинациям загружений №1-5 не ниже минимального значения равного 1,5.

 

Расчет и проверка элементов стальных конструкций выполнен в программном вычислительном комплексе SCAD Office 11.5 согласно требованиям СНиП II-23-81*. Результаты по проверке элементов стальных конструкций представлены в файле расчета.

 

2011 — 2018 © «Goal»