, SCAD Office
, SCAD » Примеры расчётов

Расчет и экспертиза многоэтажного здания. С учетом и без учета сейсмических воздействий
Конструктивные решения

Геометрические характеристики здания 

Здание представляет собой двадцатиэтажное здание с подвалом. В плане здание состоит из двух прямоугольников. Размеры здания в плане составляют 16,64 х 57,6 м в осях. Высота 70,9 м в верхней точке. Здание включает этаж технического подполья высотой 1,6 м, цокольный этаж высотой 3,3 м, 1-ый этаж высотой 4,1 м, 2-18 этажи (3-17 – спальные этажи, 2 – этаж административного назначения,  18  – технический этаж) высотой 3,3 м и надстройку  в виде 19, 20 этажей для машинного отделения высотой 3,6 м.

Несущая система здания

Конструктивная схема здания – бескаркасная. Основными несущими конструкциями являются монолитные железобетонные стены. Несущими конструкциями перекрытий и покрытия являются сборные железобетонные многопустотные плиты.

Имеются внутренние эвакуационные лестницы. Косоуры лестничных маршей и балки лестничных площадок выполнены из стальных прокатных профилей.

Имеются лифтовые шахты с поэтажным холлом.

Фундаментом здания является монолитная железобетонная плита.

Пространственная устойчивость и жесткость здания, сопротивление сейсмическим воздействиям обеспечивается жестким соединением несущих стен с фундаментной плитой, жестким соединением плит перекрытий и покрытия с несущими стенами.

Основание и фундамент

Фундаментом здания является монолитная железобетонная плита.

Толщина фундаментной плиты составляет 1,0 м. С боковых сторон плиты выполнена вертикальная гидроизоляция из двух слоев рубероида с прижимной кирпичной стенкой толщиной 120 мм.

Прочность бетона фундаментной плиты соответствует классу В15.

Фундаменты опираются непосредственно на грунты ИГЭ (элювий коренных пород – мергель), находящиеся в воздушно-сухом состоянии.

Монолитные железобетонные стены

Основными несущими конструкциями здания являются монолитные железобетонные стены. Стены толщиной 220 мм армированы вертикальной арматурой диаметром 16 до 32 мм класса А-III.

Прочность бетона стен соответствует классу В22,5.

Перекрытия и покрытия

Основными несущими конструкциями перекрытий и покрытия служат сборные железобетонные многопустотные плиты типа П1-12С, П1-8С по местному каталогу Краснодарского края, аналогичные по конструктивному исполнению плитам для строительства в сейсмических районах по серии 1.141.1-19с/85.

Ширина плит составляет 1,2 и 0,8 м соответственно, пролет – 6,3 м (длина без торцовых арматурных выпусков 5,86 м).

Монолитные армированные стыки плит несущими стенами обеспечивают их жесткую заделку.

Фактическая прочность бетона плит соответствует классу В20.

В качестве расчетной толщины многопустотных плит принята приведенная толщина равная 11,8 см согласно серии 1.141.1-19с/85.

Лестницы

На участках между осями Ж, И 16 и 17 и между осями Ж, И, 23 и 24 имеются внутренние эвакуационные лестницы. Косоуры лестничных маршей и балки лестничных площадок выполнены из стальных прокатных профилей. Ступени – сборные, лестничные площадки - монолитные. Стальные элементы лестниц оштукатурены по сетке.

Лифтовые шахты

В здании на участке между осями Ж, И, 17 и 20 эксплуатируется шесть лифтов, выходящих в поэтажные лифтовые холлы.

Пять лифтов – пассажирские грузоподъемностью 500 кг со скоростью движения 1,0 м/сек. Лифт – больничный грузоподъемностью 500 кг со скоростью движения 0,5 м/сек. Лифты эксплуатируются без замен с момента ввода здания в эксплуатацию.

Стены лифтовых шахт – монолитные железобетонные выполнены вместе с остальными стенами здания в процессе строительства и монолитно с ними связаны. Фактическая прочность бетона стен соответствует классу В22,5.

 Глубина приямков шахт составляет 1,3 м.

Объединенное машинное отделение лифтов находится на 19 этаже здания.

Наружные стены машинного отделения – монолитные трехслойные утепленные. На фасадах наблюдается отслоение фактурного слоя. Наружные стены машинного отделения находятся в работоспособном состоянии.

Шаг конструкций переменный: 4820, 5820, 6000, 6400 мм.

Инженерно-геологические условия площадки строительства

В геоморфологическом отношении исследуемый участок приурочен к юго-западному склону. Рельеф участка пологоволнистый, с ярко выраженным уклоном в сторону моря. Естественный рельеф территории значительно изменен в результате техногенной деятельности человека в процессе строительства различных сооружений и планировки территории. Абсолютные отметки поверхности земли» изменяются от 123.77 м до 136.58 м.

В геологическом строении исследуемого участка принимают участие породы четвертичной системы: почва суглинистая, техногенные насыпные грунты, делювиальные и делювиально-пролювиальные глины, суглинки и крупнообломочные грунты, подстилаемые коренными породами палеогена - мергелями и их элювием.

Сейсмичность района работ по карте ОСР-97-А составляет 8 баллов. Категория грунтов по сейсмическим свойствам - вторая. Сейсмичность площадки изысканий по карте «А» - 8 баллов.

Сейсмичность района работ по карте ОСР-97-В составляет 9 баллов. Категория грунтов по сейсмическим свойствам - вторая. Сейсмичность площадки изысканий по карте «В» -9 баллов.

Склон, на котором находится здание, представляет собой оползневой массив очень сложного блокового и многоярусного строения, сформировавшегося в результате многочисленных оползневых смещений разной мощности, происходивших в течение всего четвертичного периода при многократных трансгрессиях и регрессиях моря. Территория санатория находится в средней части описанного оползневого бассейна, в зоне древних стабилизировавшихся оползневых цирков, осложненных эпизодически активизирующимися отдельными современными оползневыми очагами, спровоцированными гидрогеологическими и гидрометеорологическими условиями в совокупности с антропогенными факторами.

Расчёт моделей в ПК SCAD

В расчётах используется версия SCAD 11.5.

Расчет был выполнен для двух типов решения задачи:

1.     Линейная постановка без учета сейсмического воздействия. Модули деформации грунтов, слагающих основание, приняты фактическими;

2.     Линейная постановка с учетом сейсмического воздействия. Модули деформации грунтов, слагающих основание, приняты в 10 раз выше фактических значений.

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 — 23710

Количество конечных элементов — 9757

Общее количество неизвестных перемещений и поворотов — 643951

Количество загружений — 19

Количество комбинаций загружений — 6 (4)

Выбранный режим статического расчета

Статический расчет системы выполнен в линейной постановке.

Общий вид расчётных моделей см. рис. 1

Рис.1 Общий вид расчётной модели

Шаг разбиения на конечные элементы принят равным 0,6 м для вертикальных элементов (стен) и 0,8 для горизонтальных (перекрытий).

В модели произведен переход к напряжениям вдоль заданного направления для пластин по следующей схеме: для вертикальных пластин – вдоль оси Z общей системы координат, для горизонтальных пластин - вдоль оси X общей системы координат.

Граничные условия

Граничные условия заданы следующим образом. Средняя линия узлов фундаментной плиты вдоль оси X общей системы координат закреплена от смещения вдоль оси Y. Средняя линия узлов фундаментной плиты вдоль оси Y общей системы координат закреплена от смещения вдоль оси X (см. рис.2)

Рис. 2. Граничные условия. Закрепление от горизонтального смещения по X и Y.

С помощью программы КРОСС в результате итерационного расчёта определены значения коэффициентов постели. Исходные данные и результаты расчёта программы КРОСС представлены ниже. Наименование скважин соответствует следующему:

Скважина № 19 – в Кроссе №1

Скважина № 20 – в Кроссе №2

Скважина № 22 – в Кроссе №3

Скважина № 23 – в Кроссе №4

Геологические разрезы:

1.     Между скважинами №3-4

2.     Между скважинами №1-3

3.     Между скважинами №1-2

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

Расчетные данные для района строительства:

Климатический район (СНиП 23-01-99*)

IV-В

Средняя месячная температура воздуха, °С, в январе (карта 5);

5°С

Средняя месячная температура воздуха, °С, в июле (карта 6);

25°С

Отклонение средней температуры воздуха наиболее холодных суток от средней месячной температуры, °С, в январе (карта 7).

5°С

Нормативное значение ветрового давления пo III району (Табл. 11.1  СП 20.13330.2011)

38 кгс/м2

Расчетное значение веса снегового покрова по II району (Табл. 10.1  СП 20.13330.2011)

120 кгс/м2

Гололедная нагрузка

Толщина стенки гололеда для I IV района

(Табл.  12.1 СП 20.13330.2011)

Не менее 15мм

Сейсмичность района строительства (СП 14.13330.2011 , Приложение Б Карты ОСР-97)

9 баллов

Уровень ответственности зданий (СП 20.13330.2011).

II

 

Табл. 1 Имена загружений

Имена загружений

Номер

Наименование

1

Собственный вес

2

Собственный вес полов

3

Давление от грунта

4

Собственный вес лестниц

5

Собственный вес утепления стен

6

Вес перегородок - длительная

7

Вес оборудования - длительная

8

Вес лифтов - длительная

9

Собственный вес кирпичной стены

10

Снеговая нагрузка

11

Ветровая нагрузка

12

Полезная на покрытие

13

Полезная нагрузка в комнатах

14

Полезная нагрузка - в админ. помещениях

15

Полезная нагрузка в техн. помещениях/тех подпольях

16

Полезная нагрузка в холлах, лестницах

17

Динамический ветер

18

Сейсмика по Y

19

Сейсмика по X

 

Табл.2 Комбинации загружений с учетом сейсмики

Комбинации загружений с учетом сейсмики

Номер

Формула

1

(L1)*0.9+(L2)*0.9+(L3)*0.9+(L4)*0.9+(L5)*0.9+(L9)*1

2

(L6)*0.8+(L7)*0.8+(L8)*0.8+(L10)*0.5+(L12)*0.5+(L13)*0.5+(L14)*0.5+(L15)*0.5+(L16)*0.5+(L18)*1+(C1)*1

3

(L6)*0.8+(L7)*0.8+(L8)*0.8+(L10)*0.5+(L12)*0.5+(L13)*0.5+(L14)*0.5+(L15)*0.5+(L16)*0.5+(L19)*1+(C1)*1

4

(L6)*0.95+(L7)*1+(L8)*0.95+(L10)*0.7+(L11)*0.7+(L12)*0.7+(L13)*0.7+(L14)*0.9+(L15)*0.7+(L16)*1+(C1)*1

5

(L6)*1+(L7)*0.95+(L8)*0.95+(L10)*0.7+(L11)*1+(L12)*0.7+(L13)*0.7+(L14)*0.7+(L15)*0.7+(L16)*0.9+(C1)*1

6

(L6)*1+(L7)*0.95+(L8)*0.95+(L10)*0.7+(L11)*0.7+(L12)*0.7+(L13)*1+(L14)*0.9+(L15)*0.7+(L16)*0.7+(C1)*1

 

Табл.3  Комбинации загружений без учета сейсмики

Комбинации загружений без учета сейсмики

Номер

Формула

1

(L1)*1+(L2)*1+(L3)*1+(L4)*1+(L5)*1+(L9)*1

2

(L6)*0.95+(L7)*1+(L8)*0.95+(L10)*0.7+(L11)*0.7+(L12)*0.7+(L13)*0.7+(L14)*0.9+(L15)*0.7+(L16)*1+(C1)*1

3

(L6)*1+(L7)*0.95+(L8)*0.95+(L10)*0.7+(L11)*1+(L12)*0.7+(L13)*0.7+(L14)*0.7+(L15)*0.7+(L16)*0.9+(C1)*1

4

(L6)*1+(L7)*0.95+(L8)*0.95+(L10)*0.7+(L11)*0.7+(L12)*0.7+(L13)*1+(L14)*0.9+(L15)*0.7+(L16)*0.7+(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

Задача №1 (без учета сейсмических воздействий)

Максимальная осадка здания:

1.     Для комбинации №2 составляет 53,59 мм;

2.     Для комбинации №3 составляет 50,68 мм;

3.     Для комбинации №4 составляет 55,08 мм.

Допустимое значение осадки согласно СП 50-101-2004 составляет 180 мм.

1.     Максимальная осадка здания составляет 55,08 мм при комбинации нагрузок № 3, что не превышает допустимого значения;

2.     Прогибы междуэтажных плит перекрытий и покрытия составляют не более 10 мм, что не превышает допустимых значений (для пролёта l=6400 мм: l/250 = 25,6 мм);

3.     Перемещение верха здания по оси Y с учетом податливости основания при совместном воздействии вертикальных и горизонтальных нагрузок не превышают f = 91,15 мм (f < l/500 = 74180/500= 148,36 мм);

4.     Крен фундаментной плиты составляет 0,00192 от комбинации №1, что не превышает допустимую величину равную 0,005. (согласно СП 50-101-2004 допустимое значение – 0,005);

5.     Вертикальный крен здания при действии постоянных и длительных нагрузок составляет 0,11 градуса или 0,00192, что не превышает предельно допустимую величину 0,005, указанной в приложение 4 СНиП 2.02.01-83 (2000).

Задача №2 (с учетом сейсмических воздействий)

Максимальная осадка здания:

1.     Для комбинации №2 составляет -9,9  мм. Положительное перемещение по оси Z  составляет 18,55 мм;

2.     Для комбинации №3 составляет -11,86 мм. Положительное перемещение по оси Z  составляет 7,23 мм.

Допустимое значение осадки согласно СП 50-101-2004 составляет 180 мм.

1.     Максимальная осадка здания составляет 11,86  мм при комбинации нагрузок № 3, что не превышает допустимого значения;

2.     Прогибы междуэтажных плит перекрытий и покрытия составляют не более 10 мм, что не превышает допустимых значений (для пролёта l=6400 мм: l/250 = 25,6 мм);

3.     Перемещение верха здания по оси Y (комбинация №2) с учетом податливости основания при совместном воздействии вертикальных и горизонтальных нагрузок составляет f = 189,61 мм (l/500 = 74180/500= 148,36 мм). Полученное значение горизонтального перемещения превышает допустимое значение, 148,36 мм;

4.     Перемещение верха здания по оси Х (комбинация №3) с учетом податливости основания при совместном воздействии вертикальных и горизонтальных составляет f = 59,14 мм (l/500 = 74180/500= 148,36 мм). Полученное значение горизонтального перемещения не превышает допустимое значение, 148,36 мм;

5.     Деформация фундаментной плиты при комбинации №2 имеет вид вогнутости с поднятием краев по осям А и Д в среднем на 9,7 мм;

6.     Как следствие учета первой формы колебаний крен фундаментной плиты составляет 9,7 мм/10000мм=0,00097 от комбинации №2, что не превышает допустимую величину равную 0,005. (согласно СП 50-101-2004 допустимое значение – 0,005);

7.     Вертикальный крен здания при действии постоянных и длительных нагрузок составляет 0,1441 градуса или 0,0025, что не превышает предельно допустимую величину 0,005, указанной в приложение 4 СНиП 2.02.01-83 (2000).

Выводы: для увеличения жесткости здания с целью уменьшения величин перемещений по оси X необходимо выполнить усиления существующего каркаса согласно специально разработанному проекту с учетом настоящих результатов расчета и сейсмического воздействия.

Усилия и напряжения

Задача №1 (без учета сейсмических воздействий)

Максимальное значение реактивного отпора упругого основания RZ составляет:

1.     Для комбинации №2 составляет 90,83 тс/м2;

2.     Для комбинации №3 составляет 84,12 тс/м2;

3.     Для комбинации №4 составляет 94,58 тс/м2.

Выводы: Как показали поверочные расчеты, выполненные с учетом фактических размеров фундаментов, максимальное расчетное давление под подошвой фундаментов составляет 9,46 кгс/см2 по комбинации №3, что меньше расчетного сопротивления грунтов сжатию Rсж расч. = 15,6 кгс/см2, принятому с учетом возможности водонасыщения и размягчения грунтов.

Среднее краевое давление по комбинациям №2,3,4  составляет: 4-5 кгс/см2.

Среднее давление по комбинациям №2,3,4 составляет: 3,5 кгс/см2

Задача №2 (с учетом сейсмических воздействий)

Максимальное значение реактивного отпора упругого основания RZ составляет:

1.     Для комбинации №2 составляет 302.99 тс/м2;

2.     Для комбинации №3 составляет 95.8 тс/м2.

Выводы: Как показали поверочные расчеты, выполненные с учетом фактических размеров фундаментов, максимальное расчетное давление под подошвой фундаментов составляет 30.3 кгс/см2 по комбинации №2, что значительно больше расчетного сопротивления грунтов сжатию Rсж расч. = 15,6 кгс/см2, принятому с учетом возможности водонасыщения и размягчения грунтов.

 

Превышение давления под фундаментной плитой выявлено вдоль оси А полосой шириной 3 метра от края плиты и составляет в среднем 20 кгс/см2, что на 30% больше расчетного сопротивления грунтов сжатию Rсж расч. = 15,6 кгс/см2, принятому с учетом возможности водонасыщения и размягчения грунтов.

Модальный анализ. Собственные формы. Инерционные нагрузки

Периоды для первой формы колебаний для сейсмических воздействий по Y и Х составляют 1,294 сек. и 1,294 сек соответственно. Первая форма колебаний представляет собой вертикальное перемещение по оси Z.  Конструкция здания работает как единое жесткое тело, что говорит о  правильном поведении здания при сейсмическом воздействии.

Коэффициенты запаса устойчивости системы

Коэффициенты запаса устойчивости для комбинаций загружений представлены в ниже приведенных таблицах 4 и 5.

Табл.4 Задача №1 (без учета сейсмических воздействий)

Коэффициенты запаса устойчивости для комбинаций загружений

Номер

Наименование загружения/комбинации

Значение

1

 

12.765141

2

 

12.869913

3

 

12.893934

4

 

12.850972

Табл.5 Задача №2 (с учетом сейсмических воздействий)

Коэффициенты запаса устойчивости для комбинаций загружений

Номер

Наименование загружения/комбинации

Значение

1

 

Коэффициент запаса > 20.0

2

Особое сочетание (сейсмика по Y)

  15.7813

3

Особое сочетание (сейсмика по X)

  18.7500

4

 

Коэффициент запаса > 20.0

5

 

Коэффициент запаса > 20.0

6

 

Коэффициент запаса > 20.0

 

Выводы: Минимальный коэффициент запаса устойчивости конструкции здания составляет 15,7813 для комбинаций загружений №2, которая представляет особое сочетание с  учетом сейсмического воздействия по направлению оси Y. Данное значение коэффициента запаса устойчивости конструкции здания превосходит минимальное значение равное 1,5.

Файл расчета (Кросс):
Многоэтажное здание_с учетом сейсмики.S2D
Файл расчета (Кросс):
Многоэтажное здание_без учета сейсмики.S2D
Файл 3D модель (Форум):
Многоэтажное здание_Форум
Файл расчета, только 3D модель (SCAD 11.5):
Многоэтажное здание
2011 — 2018 © «Goal»