, SCAD Office
, SCAD » Примеры расчётов

Расчет и экспертиза здания склада
Конструктивные решения

Геометрические характеристики здания 

Здание в плане имеет прямоугольную форму, размеры 72,0 х 56,0 м, высота 15,9 м в верхней точке. Здание включает 3 этажа. Первый этаж высотой 4,2 м; второй этаж – 3,9 м; третий этаж – 3,9 м.

Несущая система здания

За относительную отметку 0,000 принят уровень чистого пола первого этажа, что соответствует абсолютной отметке +12.700м. Отметка подошвы ростверка +10.400. Здание имеет прямоугольную форму в плане размерами: 72,0х36,0 м. Поперечные рамы здания установлены с шагом 6 м и 8 м. Пролет здания составляет 36,0 м. Здание имеет 2 внутренних уровня перекрытий, отметка чистого пола первого этажа 0,000,  второго этажа +4,200 и третьего этажа +8,100. 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 36м 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 стропильной фермы:

1.     Ф1, в осях В-Л;

2.     Ф2, в осях Б.

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 прямоугольный профиль 300х200х10;

2.     Нижний пояс - гнутый квадратный профиль 200х10;

3.     Опорные раскосы (Р1-Р4) - гнутый квадратный профиль 150х8;

4.     Растянутые/сжатые раскосы (Р5-Р8) - гнутый квадратный профиль 120х8;

5.     Растянутые/сжатые раскосы (Р9-Р12) - гнутый квадратный профиль 100х5;

6.     Стойки - гнутый квадратный профиль 100х5.

Стропильная ферма марки Ф1:

1.     Верхний пояс – гнутый прямоугольный профиль 300х200х10;

2.     Нижний пояс - гнутый прямоугольный профиль 300х200х6;

3.     Опорные раскосы (Р1-Р4) - гнутый квадратный профиль 150х8;

4.     Растянутые/сжатые раскосы (Р5-Р8) - гнутый квадратный профиль 120х8;

5.     Растянутые/сжатые раскосы (Р9-Р12) - гнутый квадратный профиль 100х5;

6.     Стойки - гнутый квадратный профиль 100х5.

 

Колонны каркаса имеют постоянное по высоте здания сечение и запроектированы:

1.     В осях 2-6,8-12/Б, К-Л из прокатного профиля двутаврового сечения типа «К», 30К1 (СТО АСЧМ 20-93);

2.     В осях 1,7,13/А-Л, 2-6,8-12/А из сварного профиля двутаврового сечения (полки - 360х12 мм, стенка - 600х8 мм).

 

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 А/1-13 запроектированы из прокатного профиля двутаврового сечения типа «Б» (СТО АСЧМ 20-93), 60Б2.

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 в осях Б-Л - гнутый квадратный профиль 150х4;

3.     Горизонтальные связи в осях А-Б - гнутый квадратный профиль 180х5.

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.

Основание и фундамент

Фундаменты склада - свайные, приняты на основании данных инженерно-геологических изысканий. Ростверки  под колонны несущего каркаса данных корпусов – столбчатые монолитные железобетонные из бетона В20, W6. Высота ростверков 1,2 м. Фундаментные балки – монолитные железобетонные из бетона В20, W6.  Сваи приняты сборные железобетонные длиной 12,0 и 7,0 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, 30х30 см, длинной 19,0 м с опиранием в грунты ИГЭ 9, ИГЭ 10 и ИГЭ 11 в зависимости от расположения на площадке.

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

1.     Ростверки Р3, Р6, Р10 под колонны в осях 7/А-Л – по 6 свай в кусте;

2.     Ростверки Р1, Р2, Р4, Р5, Р7, Р8, Р9 под колонны в осях 1,13/А-Л, 2-6,8-12/А,Б,К,Л – 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  7 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 — 1224

Количество конечных элементов — 2438

Общее количество неизвестных перемещений и поворотов — 6994

Количество загружений — 14

Количество комбинаций загружений — 6

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

с грузовой пл., 1,0 м

с грузовой пл., 0,5 м

 

 

 

527 кгс/пм

263 кгс/пм

351 кгс/пм

176 кгс/пм

 

1,1

 

 

579 кгс/пм

290 кгс/пм

386 кгс/пм

193 кгс/пм

-

1

·        с.в. сборных лестничных маршей

1150 кгс

1,1

1265 кгс

-

1

·        с.в. кровли:

с грузовой пл., 7,0 м

с грузовой пл., 6,0 м

с грузовой пл., 4,0 м

с грузовой пл., 3,0 м

 

 

329 кгс/пм

282 кгс/пм

188 кгс/пм

141 кгс/пм

 

1,2

 

395 кгс/пм 338,4 кгс/пм

226 кгс/пм

169 кгс/пм

-

1

·        с.в. полов

с грузовой пл., 1,5 м

с грузовой пл., 0,75 м

с грузовой пл., 1,0 м

с грузовой пл., 0,5 м

 

375 кгс/пм

188 кгс/пм

250 кгс/пм

125 кгс/пм

1,1

 

413 кгс/пм

206 кгс/пм

275 кгс/пм

138 кгс/пм

-

1

Временные:

-        длительного действия:

 

 

 

 

 

·        с.в. временных перегородок

с грузовой пл., 1,5 м

с грузовой пл., 0,75 м

с грузовой пл., 1,0 м

с грузовой пл., 0,5 м

50

81 кгс/пм

40 кгс/пм

54 кгс/пм

27 кгс/пм

1,3

70

105 кгс/пм

53 кгс/пм

70 кгс/пм

35 кгс/пм

-

0,95

·        с.в. складируемых материалов/стелажей:

·        на отм. 0,000

·        на отм. +4,200:

с грузовой пл., 1,5 м

с грузовой пл., 0,75 м   

·        на отм. +8,100:

с грузовой пл., 1,5 м

с грузовой пл., 0,75 м

 

 

1000

 

 

750 кгс/пм

375 кгс/пм

 

750 кгс/пм

375 кгс/пм

 

 

 

1,05

 

 

1,2

 

 

1,2

 

 

1050

 

 

900 кгс/пм

450 кгс/пм

 

900 кгс/пм

450 кгс/пм

 

-

0,95

Временные:

-         кратковременные:

 

 

 

 

 

·        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

с грузовой пл., 1,0 м

с грузовой пл., 0,5 м

·       на покрытие:

с грузовой пл., 7,0 м

с грузовой пл., 6,0 м

с грузовой пл., 4,0 м

с грузовой пл., 3,0 м

 

400

 

600 кгс/пм

300 кгс/пм

400 кгс/пм

200 кгс/пм

 

 

377 кгс/пм

323 кгс/пм

215 кгс/пм

162кгс/пм

 

1,2

 

 

 

 

 

 

1,3

 

480

 

720 кгс/пм

360 кгс/пм

480 кгс/пм

240 кгс/пм

 

 

490 кгс/пм

420 кгс/пм

280 кгс/пм

210 кгс/пм

0,35

0,9

·        снеговая

в р/о 4-13/ширина 18 м

с грузовой пл., 7,0 м

с грузовой пл., 6,0 м

с грузовой пл., 4,0 м

126

 

 

882 кгс/пм

756 кгс/пм

504 кгс/пм

 

1,429

180

 

 

1260

1080

720

 

0,5

0,9

·        снеговой мешок

вдоль парапета, 2,8 м

с грузовой пл., 7,0 м

с грузовой пл., 6,0 м

с грузовой пл., 4,0 м

с грузовой пл., 3,0 м

 

205,5

 

1442 кгс/пм

1236 кгс/пм

824 кгс/пм

618 кгс/пм

1,429

294

 

2061 кгс/пм

1766кгс/пм

1177 кгс/пм

883 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

С.в. лестниц

7

Вес временных перегородок

8

Полезная нагрузка

9

Полезная на покрытие

10

Снеговая нагрузка

11

Снеговая нагрузка 1/2

12

Ветровая нагрузка против X

13

Ветровая нагрузка по Y

14

Вес складируемых материалов

 

Табл.4. Комбинации загружений

Комбинации загружений

Номер

Формула

1

(L1)*1+(L2)*1+(L3)*1+(L4)*1+(L5)*1+(L6)*1

2

(L7)*0.95+(L8)*1+(L9)*0.7+(L10)*0.9+(L13)*0.7+(L14)*1+(C1)*1

3

(L7)*0.95+(L8)*0.7+(L9)*0.9+(L10)*1+(L12)*0.7+(L14)*1+(C1)*1

4

(L7)*0.95+(L8)*0.7+(L9)*0.9+(L11)*1+(L12)*0.7+(L14)*1+(C1)*1

5

(L7)*0.95+(L8)*0.7+(L9)*0.7+(L10)*0.9+(L13)*1+(L14)*1+(C1)*1

6

(L7)*0.95+(L8)*0.7+(L9)*0.7+(L10)*0.9+(L12)*1+(L14)*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:

Для комбинации №2 составляет 102,94 мм.

Для комбинации №3 составляет 116,2 мм.

Для комбинации №4 составляет 109,86 мм.

Для комбинации №5 составляет 102,95 мм.

Для комбинации №6 составляет 103,15 мм.

Допустимое значение прогиба согласно СП 20.13330.2011 составляет 36000/300=120 мм.

Максимальный прогиб здания составляет 116,2 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 = 34,72 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 = 27,49 мм (f < l/200 = 14670/200= 73,35 мм).

 

Прогиб главной балки:

Допустимое значение прогиба согласно СП 20.13330.2011 составляет 8000/250=32 мм.

Максимальный прогиб главной балки  составляет 18,56 мм при комбинации нагрузок № 2, что не превышает допустимого значения.

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

 

   1.9482

3

 

   2.0977

4

 

   2.1094

5

 

   2.1123

 

Выводы: минимальный коэффициент запаса устойчивости конструкции здания составляет 1,95 по комбинации загружений №2, что не ниже минимальное допустимое значение равное 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»