Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра технологии, организации и экономики строительства

Проектирование жилого здания из монолитного железобетона в режиме совместной работы Allplan - SCAD

Методические указания по курсовому проектированию

Рабочая версия от 10.03.2006 02:57

все замечания и предложения принимаются на [email protected]

Санкт-Петербург

Введение............................................................................................... 5

1. Начальное формирование модели объекта в Allplan.... 6

1.1. Особенности монолитных зданий.................................................................. 6

1.2. 3D модель объекта в Allplan............................................................................ 6

1.2.1. Построение параметрической модели в Allplan......................................... 6

1.2.2. Возможность экпорта из AutoCAD.............................................................. 6

1.2.3. Особенности построения модели в Allplan для последующего расчета 7

2. Экспорт модели из Allplan в ФОРУМ.................................... 8

2.1. Экспорт модели из Allplan................................................................................ 8

2.2. Контроль модели в ФОРУМе........................................................................... 9

2.3. Контроль модели в SCADе............................................................................. 10

2.4. Подготовка модели к расчету........................................................................ 10

2.4.1. Выравнивание осей для вывода напряжений.......................................... 10

2.4.2. Назначение связей в узлах........................................................................ 10

2.4.3. Пробный расчет.......................................................................................... 10

3. Задание воздействий и нагрузок........................................ 11

3.1. Виды воздействий и нагрузок....................................................................... 11

3.2. Постоянные нагрузки....................................................................................... 11

3.2.1. Собственный вес несущих конструктивных элементов........................ 12

3.2.2. Нагрузка от ограждающих стен................................................................. 12

3.2.3. Нагрузка от межкомнатных перегородок и от поверхностных (площадных) материалов и элементов строительных конструкций.................................................... 12

3.2.4. Давление грунтов обратной засыпки........................................................ 12

3.3. Длительные нагрузки...................................................................................... 12

3.3.1. Нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия.............. 12

3.3.2. Снеговые нагрузки...................................................................................... 12

3.4. Кратковременные нагрузки............................................................................ 13

3.5. Особые нагрузки............................................................................................... 13

3.6. Сочетания нагрузок.......................................................................................... 13

4. Нагрузки, загружения, их сочетания (комбинации) в SCAD 14

4.1.1. Нагрузки и загружения, их комбинации и сочетания в SCAD............... 14

4.1.2. Ввод нагрузок и загружений...................................................................... 14

4.1.3. Расчетные сочетания усилий, расчетные сочетания нагрузок............. 14

5. Конструирование и расчет фундаментов........................ 15

5.1.1. Конструирование фундамента.................................................................. 15

5.1.2. Несущая способность висячих свай........................................................ 16

5.1.3. Продольная жесткость свай...................................................................... 16

6. Расчет несущего каркаса здания и его элементов в SCAD на прочность и устойчивость.................................................................... 18

6.1. Перемещения..................................................................................................... 18

6.1.1. Правило знаков для перемещений........................................................... 18

6.1.2. Анализ перемещений.................................................................................. 18

6.2. Проверка общей устойчивости здания....................................................... 18

6.3. Усилия и напряжения....................................................................................... 18

6.3.1. Правило знаков для усилий (напряжений)............................................... 18

6.3.2. Анализ усилий и напряжений..................................................................... 19

7. Экспорт результатов подбора арматуры в плите в Allplan и последующее армирование................................................................. 20

8. Список использованных источников............................... 21

8.1. Нормативные материалы............................................................................... 21

8.2. Литература.......................................................................................................... 21

Методическое указание предназначено для студентов строительных специальностей вузов, а также для слушателей курсов повышения квалификации по направлению «Строительство».

В методическом указании проектирование многоэтажного монолитного здания поясняется на примере здания гражданского назначения, возводимого в Санкт-Петербурге, с фундаментом на свайном основании из забивных или буронабивных висячих свай и плитного ростверка.

Проект выполняется в соответствии с архитектурным заданием на проектирование, техническими условиями на проектирование конструкций и действующими СНиП.

В процессе проектирования разрабатывается объемно-планировочное и конструктивное решение многоэтажного здания, выбирается расчетная схема и метод расчета и выполняются расчеты армирования элементов монолитного сооружения, формируются рабочая документация (на часть элементов здания), выполняются сметные расчеты, разрабатывается календарный план, составляется пояснительная записка.

В составе чертежей приводятся планы основных неповторяющихся этажей, схема разреза, схемы фасадов, арматурные чертежи.

В настоящее время при застройке применяются различные конструктивные схемы зданий. Из них все чаще применяются монолитные здания.

Пространственная устойчивость здания обеспечивается жесткостью каркаса здания, состоящего из системы несущих элементов здания: продольных и поперечных стен, монолитных железобетонных перекрытий, работающих как жесткие диски.

Для многоэтажных жилых зданий перекрытия и несущие стены имеют малые толщины (от 130 мм). Перекрытия имеют сложную конфигурацию в плане, обусловленную наличием большого количества нерегулярно расположенных балконов, эркеров, лоджий, проемов; В пределах помещений перекрытия обычно безбалочные и бескапительные.

Ограждающие ненесущие стены обычно поэтажно опираются на край перекрытия.

Вертикальные несущие стены внутри квартир или внутри помещений гражданского назначения для обеспечения свободной планировки заменяются на колонны, пилоны либо выполняются с широкими проемами. Над широкими проемами в несущей стене выполняются скрытые балки и перемычки в виде усиления армирования.

Фундамент в большинстве случаев свайный с плитным ростверком, либо плитно-свайный.

Расчет монолитного здания сводится к анализу совместной работы всех несущих элементов: и фундамента с грунтовым основанием.

1.2.1. Построение параметрической модели в Allplan

Проектирование начинается с построения 3D модели в программе строительного проектирования Allplan (http://www.nemetschek.ru/products/allplan.html).

Модель в Allplan должна содержать данные о материале каждого конструктивного элемента здания (что определяет их жесткостные, теплотехнические, стоимостные и прочие характеристики, используемые в дальнейшем при проектировании). Эти данные вносятся изначально на этапе создания модели, либо после импорта планов из AutoCAD.

В курсовом проекте в качестве первого приближения рекомендуется задать:

В качестве материала для перекрытий и несущих стен бетон с классом по прочности В25;

Арматуру класса АIII,

Толщину несущих стен и перекрытий 160 мм.

Окончательный выбор толщин, классов бетона и арматуры определяется по результатам расчета.

Все графические материалы проекта (планы основных неповторяющихся этажей, чертежи или схемы разрезов, чертежи или схемы фасадов) строятся только по 3D модели объекта в Allplan. Это обеспечивает внутреннюю непротиворечивость материалов.

1.2.2. Возможность экпорта из AutoCAD

Если архитектурные решения заданы в виде 2D поэтажных планов в AutoCAD, то целесообразно импортировать их и построить («поднять») 3D модель на их основе. При этом в AutoCAD необходимо максимально упростить план объекта, оставив только те элементы (стены, перегородки), которые необходимо передать в Allplan для создания модели (как правило, достаточно отключить лишние слои), и пересохранить файл AutoCAD в формате.dxf. Импорт данных из AutoCAD в Allplan осуществляется в меню Файл/Импорт /Импорт/Импорт данных из AutoCAD .

1.2.3. Особенности построения модели в Allplan для последующего расчета

Модель объекта проектирования в Allplan, экспортируемую для расчетов в SCAD, следует строить с особой тщательностью. Особое внимание следует обращать на стыки стен и перекрытий между собой.

Для облегчения задачи в учебных проектах настоятельно рекомендуется использовать следующие приемы:

Работать с включенной сеткой, включенной привязкой к сетке (шаг сетки по координатам x и y рекомендуется задать по 300 мм);

Создавать координационные оси и несущие элементы только с привязкой к узлам сетки;

Создавать все несущие стены в режиме «утолщения по центру»;

Создавать перекрытия с привязкой к узлу сетки в месте пересечения стен,

а не с привязкой к углу стен;

Используя динамическую панель,

выбирать режим ограничения возможности построения только горизонтальными и вертикальными линиями;

Дуги окружности, непрямые линии в плане заменять отрезками прямых линий.

Эти приемы обеспечивает передачу модели из Allplan в SCAD с минимальными искажениями.

Для передачи модели из Allplan Junior в SCAD необходимо скачать (если этот файл отсутствует на установочном диске) и инсталлировать файл передачи test.exe. Из Allplan в SCAD (www.scadgroup.com) следует передавать архитектурную (не опалубочную) модель, и только несущие элементы. Модель передается в препроцессор ФОРУМ. Формирование модели выполняется по нажатию кнопки с изображением символа SCADа (стилизованной красной буквы S) на инструментальной панели.

Для использования функции экспорта в SCAD эту кнопку следует предварительно разместить на какой-либо панели инструментов Allplan. Для этого:

Запустите Allplan

Перейдите в меню "Вид" -> "Панели инструментов" -> "Настроить"

Перетащите символ "SCAD" на требуемую панель инструментов

Нажмите на кнопку "Закрыть".

После начала экспорта модели появляется диалоговое окно Сохранить как… , в котором задается имя файла с проектом с расширением opr. Затем появляется окно «Управления экспортом данныз в SCAD». В нем необходимо задать параметр привязки стен по их осям и задать автоматическое сведение стен и перекрытий. По данным окна «Результаты экспорта» рекомендуется проверить полноту передачи данных в SCAD. Желательно сверить количество переданных стен, перекрытий, колонн, балок с имеющимися в Allplan-модели.

В ФОРУМе необходимо проверить правильность формирования модели, по необходимости откорректировать ее. Контроль выполняется функцией Контроль модели на вкладке Управление, а также визуально.

При визуальном контроле следует проверить вертикальность и горизонтальность элементов и из граней, совпадение узлов модели ФОРУМа в местах сопряжения элементов. При несовпадении, отклонении узлов модели ФОРУМа производят «перенос узлов в заданном направлении» на вкладке Операции с узлами .

Далее приведен пример передачи в ФОРУМ стыка под прямым углом двух монолитных стен, накрытых монолитным перекрытием. В первом случае (слева) перекрытие создавалась, как мы рекомендуем, с привязкой к узлам сетки Allplan, во втором (справа) - с привязкой к наружному углу стен.

На правом рисунке видны последствия несоблюдения привязки перекрытия к узлам сетки Allplan. В ФОРУМе создается два узла модели ФОРУМа (вместо одного узла): узел стыка стен и узел угла перекрытия.

Затем на вкладке Схема производится генерация проекта SCAD (экспорт модели). На этом этапе задаются шаги разбиения модели на конечные элементы. Для учебного проекта рекомендуется начальный шаг разбиения 2 м, сгущение сеток под колоннами и минимальная площадь обрабатываемого элемента 0.2 м.

При генерации проекта SCAD, как видно на рисунках ниже, из модели ФОРУМ во втором случае создается «карнизик» из малых конечных элементов. Эти элементы искажают модель и могут явиться источником ошибок при расчетах в SCAD.

Подробное описание работы препроцессора ФОРУМ имеется в книге: SCAD Office. Вычислительный комплекс SCAD: Учебное пособие/ В.С. Карпиловский, Э.З. Криксунов, А.А.Маляренко, М.А.Микитаренко, А.В.Перельмутер, М.А.Перельмутер. - 592 стр.

В SCADе выполняется визуальный контроль модели, экспресс-контроль модели на вкладке Управление, удаление дублирующихся типов жесткостей (вкладка Назначение ), объединение совпадающих узлов и объединение совпадающих элементов (вкладка Узлы и Элементы ).

По необходимости производится выравнивание узлов по вертикали и по горизонтали.

2.4.1. Выравнивание осей для вывода напряжений

При первичном построении расчетной схемы каждый конечный элемент имеет свою собственную систему координат.

Необходимо задать оси вычисления напряжений элементов, отличные от местной системы координат элемента (на вкладке Назначения ). Это особенно важно, когда предполагается выполнять подбор арматуры.

2.4.2. Назначение связей в узлах

Граничные условия для модели задаются в форме назначение связей в узлах. Например, при предварительном расчете типового этажа с перекрытием предполагают его жесткое опирание на нижележащие конструкции. Это опирание моделируется запретом всех шести степеней свободы нижних узлов стен этажа. Иными словами, на узлы накладываются связи по x, y, z, Ux, Uy, и Uz.

2.4.3. Пробный расчет

С целью обнаружения ошибок модели рекомендуется сделать пробный расчет. Для этого необходимо задать какую-либо нагрузку. Проще всего задается нагрузка от собственного веса конструкций, которая в формируется автоматически. После этого проводится пробный линейный расчет и анализируется протокол расчета. При обнаружении ошибок их следует исправить, исправляя модель в Allplan.

При отсутствии ошибок следует переходить к заданию воздействий и нагрузок.

2.4.4. Проверки модели по мере ее построения

Построение модели обычно начинают с монолитных стен типового этажа. Стены типового этажа передаются в Форум, где контролируется отсутствие ошибок (несовпадение узлов и т.п.).

После построения перекрытия, накрывающего стены типового этажа, перекрытие и монолитные стены передают в Форум и далее в.

По результатам расчета в SCAD (предполагая его жесткое опирание на нижележащие конструкции) уточняют конфигурацию стен, обеспечивая разумные прогибы плиты перекрытия.

Затем выполняют проемы в плите для лестницы и лифтов. Качество выполнения проемов контролируют, передавая в Форум только перекрытие без стен.

СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» подробно описывает процесс задания нагрузок. Проиллюстрируем его на примере монолитного жилого здания, возводимого в Санкт-Петербурге.

Расчет начинается с задания нагрузок согласно СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» и ГОСТ 27751-88 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету».

Строительные конструкции и основания следует рассчитывать по методу предельных состояний. Предельные состояния подразделяются на две группы.

Первая группа включает предельные состояния, которые ведут к полной непригодности к эксплуатации конструкций, оснований (зданий или сооружений в целом) или к полной (частичной) потере несущей способности зданий и сооружений в целом;

Вторая группа включает предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций (оснований) или уменьшающие долговечность зданий (сооружений) по сравнению с предусматриваемым сроком службы.

При проектировании следует учитывать нагрузки, возникающие при возведении и эксплуатации сооружений, а также при изготовлении, хранении и перевозке строительных конструкций.

Основными характеристиками нагрузок являются их нормативные значения. Нагрузка определенного вида характеризуется, как правило, одним нормативным значением.

Для нагрузок от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий, от мостовых и подвесных кранов, снеговых, температурных климатических воздействий устанавливаются два нормативных значения: полное и пониженное (вводится в расчет при необходимости учета влияния длительности нагрузок, проверке на выносливость и в других случаях, оговоренных в нормах проектирования конструкций и оснований).

Нормативные значения нагрузок определяются:

для нагрузок от собственного веса - по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и плотности;

для атмосферных нагрузок и воздействий - по наибольшим годовым значениям, соответствующим определенному среднему периоду их превышения;

для технологических статических нагрузок (например, от оборудования, приборов, материалов, обстановки, людей) - по ожидаемым наибольшим.

Возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от их нормативных значений учитывается коэффициентами надежности по нагрузке . Значения коэффициентов могут быть различными для различных предельных состояний и различных ситуаций. Расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке , соответствующий рассматриваемому предельному состоянию.

В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) нагрузки.

а) вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций;

б) вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление.

Сохраняющиеся в конструкции или основании усилия от предварительного напряжения следует учитывать в расчетах как усилия от постоянных нагрузок.

3.2.1. Собственный вес несущих конструктивных элементов

Собственный вес несущих конструктивных элементов формировался в автоматическом режиме SCAD по объёмному весу и жесткостным характеристикам сечений элементов. Для всех железобетонных элементов принять коэффициент надежности по нагрузке = 1.1.

3.2.2. Нагрузка от ограждающих стен

Нагрузка от ограждающих стен, как погонная (т/м) по периметру одного этажа, определялась из объемного веса ограждающей стены и веса единицы площади облицовки. Коэффициенты надежности по нагрузке для веса строительных конструкций принять равными 1.3.

3.2.3. Нагрузка от межкомнатных перегородок и от поверхностных (площадных) материалов и элементов строительных конструкций

Нагрузки горизонтально распределенных поверхностных (площадных) материалов и элементов (стяжек, засыпок, гидроизоляции, «пирога» инверсной кровли и т.п.) строительных конструкций удобно определять в программе «ВеСТ» (http://www.scadgroup.com/prod_vest.shtml).

Общий поэтажный вес межкомнатных перегородок определяется в Allplan. Обычно этот вес учитывается как равномерно распределенная на перекрытие нагрузка.

Коэффициенты надежности по нагрузке для веса строительных конструкций принять по таблице 1 пункта 2.2 СНиП 2.01.07-85*. Нагрузку следует привести к горизонтальному диску перекрытия.

3.2.4. Давление грунтов обратной засыпки

Давление грунтов обратной засыпки по наружному контуру здания на стены заглубленных помещений учтем как линейное распределение по высоте. Коэффициенты надежности по нагрузке t для веса засыпаемых грунтов принять равными 1.15.

3.3.1. Нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия

Полезная нагрузка от людей и оборудования принимается равномерно распределенной по площади помещений и приложена к плитам перекрытий. Величина нормативной нагрузки принимается по СНиП 2.01.07-85*.

Понижающие коэффициенты сочетаний y А и y n принимаются в соответствии с п.п. 3.8 и 3.9 СНиП 2.01.07-85*.

3.3.2. Снеговые нагрузки

Все конструкции разрабатываются из условия воздействия нагрузок снегового районирования для Санкт-Петербурга (снеговой район III).

Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле

где S g - расчетное значение веса снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии с п. 5.2 СНиП 2.01.07-85* равным180 кг/м 2 ;

m - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с пп. 5.3 - 5.6 СНиП 2.01.07-85*.

Во многих случаях для определения расчетного значения снеговой нагрузки может быть использована программа «ВеСТ» (http://www.scadgroup.com/prod_vest.shtml) входящей в состав SCAD Office.

Переход к нагрузке с пониженным нормативным значением определяется умножением полного нормативного значения на коэффициент 0,5.

Из полного перечня кратковременных нагрузок (см. п. 1.8 СНиП 2.01.07-85*) учтем:

Нагрузки от людей, оборудования на перекрытия с полными нормативными значениями;

Снеговые нагрузки с полным нормативным значением;

Ветровые нагрузки.

Ветровые нагрузки для ветрового районирования Санкт-Петербурга учтем для ветрового района II, тип местности В или C, нормативное давление ветра 30 кг/м 2 .

Ветровая нагрузка вычисляется с использованием программы «ВеСТ» (http://www.scadgroup.com/prod_vest.shtml), входящей в состав SCAD Office.

Особые нагрузки, а именно:

а) сейсмические воздействия;

б) взрывные воздействия;

в) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

г) воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых районах

на проектируемое здание отсутствуют.

Сочетание нагрузок – это линейная комбинация нагрузок, взятых с некими числовыми коэффициентами.

Допустимые сочетания – это те, которые могут реализоваться, исходя из логики совместного действия нагрузок или некоторых ограничений по их количеству, но не сообразуясь с несущей способностью конструкции.

Неблагоприятные сочетания – такие сочетания нагрузок, при которых конструкция находится в предельном состоянии или оказывается ближе к предельному состоянию, чем при других допустимых сочетаниях нагрузок.

Согласно СНиП 2.01.07-85* расчет конструкций и оснований по предельным состояниям первой и второй групп следует выполнять с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий. Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок для рассматриваемой стадии работы конструкции или основания.

Поскольку в данном случае особые нагрузки отсутствуют, расчет следует производить на основные сочетания нагрузок.

Основные сочетания нагрузок состоят из определенных нами выше постоянных, длительных и кратковременных нагрузок. Их сочетания составляются по СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

4.1.1. Нагрузки и загружения, их комбинации и сочетания в SCAD

В интерфейсе и документации SCAD используются термины «нагрузка», «группа нагрузок», «загружения», «комбинация загружений», «расчетное сочетание усилий».

Значение термина «нагрузка» в SCAD совпадает с его значением в СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки – это то, что имеет конкретный физический смысл и количественное определение: собственный вес, снег и т.п.

Отдельные нагрузки, действующие на одну группу узлов и элементов, иногда удобно объединять в «группы нагрузок».

Из нагрузок (и групп нагрузок) составляются «загружения». Загружения – это то, на что выполняется расчет конструкции с решением совместной системы линейных уравнений. В частном случае загружение может состоять из одной нагрузки (нагрузки одного вида, например собственного веса). Понятие «загружение» близко по смыслу термину «сочетания нагрузок» в СНиП 2.01.07-85*.

Загружения, взятые с некими коэффициентами и логическими связями, составляют «комбинацию загружений» и используются в режиме «расчетное сочетание усилий».

4.1.2. Ввод нагрузок и загружений

Перед созданием нового загружения (или группы нагрузок) необходимо сохранить текущее загружение (или группу нагрузок), и после этого очистить буферную память от нагрузок.

Создание загружения требует определенных размышлений, поскольку от того, как это сделано, зависят возможности дальнейшего анализа, в особенности при ориентации на нахождение расчетных сочетаний усилий (РСУ). Для этого, в частности, при формировании загружений следует помнить, что нагрузки одного загружения должны:

Всегда действовать одновременно;

Иметь одинаковый тип с точки зрения длительности действия;

Иметь одинаковые коэффициенты надежности по нагрузке;

Иметь одинаковые соотношения между полным и пониженным значениями нагрузки.

4.1.3. Расчетные сочетания усилий, расчетные сочетания нагрузок

В расчетной практике используются два похожих, но принципиально отличающихся понятия: расчетные сочетания усилий (РСУ) и комбинации загружений (расчетные сочетания нагрузок).

Их применение подробно рассматривалось в 2004 и 2005 гг. на семинарах «Расчет и проектирование конструкций в среде SCAD Office», организуемых разработчиками SCAD. С материалами семинаров можно ознакомиться по ссылкам:

Http://www.scadgroup.com/download/Load_2004.ppt,

Http://www.scadgroup.com/download/RSU.ppt.

Выполнить расчет на комбинацию загружений - это получить показатели напряженно-деформированного состояния системы, на которую одновременно действуют несколько загружений.

Здание подвергается воздействию многих перечисленных выше нагрузок и воздействий. Расчет выполняется на отдельные (элементарные) варианты нагружения в предположении, что любой реальный вариант нагружения системы может быть представлен как линейная комбинация элементарных. Этот подход оправдан при линейном подходе к расчету, поскольку только для линейных систем справедлив принцип суперпозиции.

Определить расчетные сочетания усилий – это значит найти те сочетания отдельных загружений, которые могут быть решающими (наиболее опасными) для каждого проверяемого элемента либо каждого сечения элемента (это касается стержня).

Поиск невыгодной комбинации загружений (например, для напряжения в определенном сечении или элементе) как раз и является задачей, решаемой в режиме «Расчетные сочетания усилий» комплекса SCAD.

Пример выбора значений коэффициентов расчетных сочетаний усилий представлены в таблице.

Вычисление расчетных сочетаний усилий производится на основании критериев, характерных для соответствующих типов конечных элементов, – стержней, плит, оболочек, массивных тел. В качестве таких критериев приняты экстремальные значения напряжений в характерных точках поперечного сечения элемента. При расчете учитываются требования нормативных документов и логические связи между загружениями.

Конструирование и расчет фундаментов ведется в соответствии с

СНиП 2.02.02-83* «Основания зданий и сооружений»,

СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»,

ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге».

Свайные фундаменты в зависимости от размещения свай в плане следует проектировать в виде:

Одиночных свай - под отдельно стоящие опоры;

Свайных лент - под стены зданий и сооружений при передаче на фундамент распределенных по длине нагрузок с расположением свай в один, два ряда и более;

Свайных кустов - под колонны с расположением свай в плане на участке квадратной, прямоугольной, трапецеидальной и другой формы;

Сплошного свайного поля - под тяжелые сооружения со сваями, равномерно расположенными под всем сооружением и объединенными сплошным ростверком, подошва которого опирается на грунт.

Расположение свай в плане и их количество определяют исходя из следующих критериев:

Нагрузка на сваю должна быть меньше ее расчетной несущей способности;

Перемещения плиты ростверка не должны превышать допустимых значений;

Сваи следует располагать под стенами следующего этажа;

Наличие свай обязательно в углах здания, под колоннами и в местах пересечения несущих стен;

Проекция центра тяжести здания и центр свайного поля должны примерно совпадать в плане.

5.1.1. Определения количества свай

Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности выполняется на основные и особые сочетания нагрузок с коэффициентами надежности более единицы, а по деформациям - на основные сочетания расчетных нагрузок с коэффициентом надежности, равным единице. Расчеты свай всех видов выполняются на воздействия нагрузок, передаваемых на них от здания или сооружения, а забивных свай, кроме того, на усилия, возникающие в них от собственного веса при изготовлении, складировании, транспортировании свай, а также при подъеме их на копер за одну точку, удаленную от головы свай на 0,3l, где l - длина сваи.

В рассматриваемом случае фундамент рассчитывается на вертикальные нагрузки (включая полезную):

Постоянные нагрузки (собственный вес);

Длительные нагрузки (полезная нагрузка, снеговая нагрузка);

Кратковременные нагрузки (ветер).

Для жилых зданий оценочно можно определить вертикальную нагрузку, передаваемую на фундамент, как 0.5 тонны на м 3 объема здания. Десятиэтажная секция жилого дома передает нагрузку на фундамент примерно 10000 тс.

Для примерного определения количества свай в плане необходимо задаться предварительным значением несущей способности сваи исходя из грунтовых условий и опыта проектирования. Она может составлять примерно от 60 до 120 тс для многоэтажного дома.

Число свай определяется путем деления величины вертикальной нагрузки, передаваемой на фундамент, на несущую способность одиночной сваи. Несущую способность одиночной сваи определяется как расчетная несущая способность сваи, деленная на коэффициент надежности по нагрузке (обычно ). Сваи размещаются рядами или в шахматном порядке. Шаг свай в кусте выбирается кратным 5 см.

5.1.2. Несущая способность висячих свай

Несущая способность сваи принимается наименьшей из двух значений - несущей способности по грунту или по материалу сваи. Для выбранных свай несущая способность по материалу сваи является ее паспортной характеристикой.

Несущая способность сваи по грунту может быть определена по таблице Л.1 (Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай) и Л.2 (Расчетное сопротивление по боковой поверхности забивных свай) из ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге».

5.1.3. Моделирование свай в SCAD

5.1.4. Продольная жесткость свай

Сложное нелинейное поведение сваи в ее взаимодействии с грунтом в SCAD моделируют специальными линейными конечными элементами (тип 51) – связями конечной жесткости. Для расчетов необходимо задаться продольной жесткостью свай в ее взаимодействии с грунтом. Величина жесткости численно равна отношению усилия на сваю к ее осадке. Жесткость сваи определяется нагрузкой на сваю, характеристиками самой сваи и грунтовыми условиями.

5.1.4.1. Определение осадки одиночной сваи

Определение осадки одиночной сваи производится по СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». Рекомендуется также использовать программу «Фундамент».

5.1.4.2. Моделирование жесткости свай

Расчет выполняется в несколько итераций.

Рассчитывается нагрузка на каждую сваю и определяется ее осадка.

Назначается изначальная жесткость пружинам (моделям свай), как отношение расчетного усилия на сваю к ее осадке.

Затем производится расчет здания. После перерасчета усилия в сваях изменятся (как правило).

По новым усилиям вновь определяется осадка, рассчитываются жесткости и подставляются в расчетную схему и т.д. Расчет повторяется, пока величина усилий в свае между последними приближениями не будет отличаться на 10-15 %.

Коэффициент упругости (жесткость) модели сваи напрямую зависит от осадки, осадка от нагрузки, а нагрузка, в свою очередь, от жесткостей пружинок (моделей сваи).

5.1.4.3. Упрощенное моделирование жесткости свай

Для зданий с относительно равномерным распределением нагрузки на сваи и однородными в плане грунтовыми условиями применим упрощенный подход. Жесткость свай может быть задана как отношение несущей способности сваи к половине ее допустимой осадки сваи при статических испытаниях.

При статических испытаниях за предельную принимается нагрузка, вызывающая 20 % осадки от предельно допустимой для проектируемого здания или сооружения.

Допустимая осадка здания или сооружения определяется по таблице 4.1 (Средняя S и максимальная S¢ предельные осадки и относительные неравномерности осадок) из ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге».

С учетом полученной ранее несущей способности свай получаем жесткость как отношение несущей способности к половине осадки сваи в виде . Обычно жесткость сваи имеет значение от 3000 до 10000 тс/м.

В расчетах по деформациям коэффициент надежности по нагрузке принимается равным единице (если в нормах проектирования конструкций и оснований не установлены другие значения). Другими словами, расчет производится на нормативные значения нагрузки.

6.1.1. Правило знаков для перемещений

Правило знаков для перемещений принято таким, что линейные перемещения положительны, если они направлены в сторону возрастания соответствующей координаты, а углы поворота положительны, если они соответствуют правилу правого винта (при взгляде от конца соответствующей оси к ее началу движение происходит против часовой стрелки).

6.1.2. Анализ перемещений

Вычисленные значения линейных перемещений и поворотов узлов от комбинаций загружений анализируются по таблице результатов расчета «Перемещения узлов от комбинаций» по первой группе предельных состояний. Проводится сравнение максимальных перемещений с допустимыми.

В расчетах по деформациям коэффициент надежности по нагрузке принимается равным единице (если в нормах проектирования конструкций и оснований не установлены другие значения). Другими словами, расчет производится на нормативные (а не на расчетные) значения нагрузки. Прогибы перекрытий, полученные при расчете на нормативные значения нагрузки следует сравнить с предельно допустимыми по СНиП 2.01.07-85*.

SCAD позволяет выполнить такую проверку для здания (сооружения) произвольной формы. Проверка устойчивости может дать ответ на три вопроса:

Каков коэффициент запаса устойчивости, т.е. во сколько раз нужно увеличить нагрузку, чтобы произошла потеря устойчивости;

Какова форма потери устойчивости;

Чему равны расчетные длины стержневых элементов по Ясинскому, т.е. какова длина шарнирно опертого стержня, теряющего устойчивость при том значении продольной силы, при котором происходит потеря устойчивости рассматриваемой системы.

Задание параметров расчета производится на странице Устойчивость . Расчет следует производить по комбинациям загружений. Необходимо задать диапазон поиска значения коэффициента запаса устойчивости. Если коэффициент запаса превышает эту величину, то его поиск прекращается. Необходимо задать и точность вычислений (или принять предлагаемые по умолчанию величины).

По результатам вычислений получают коэффициент запаса общей устойчивости системы, а также наименьший коэффициент запаса местной потери и номер элемента, на котором он обнаружен.

6.3.1. Правило знаков для усилий (напряжений)

Правила знаков для усилий (напряжений) приняты следующими:

В конечных элементах оболочки вычисляются следующие усилия:

Нормальные напряжения NX, NY;

Сдвигающее напряжений TXY;

Моменты MX, MY и MXY;

Перерезывающие силы QX и QY;

Реактивный отпор упругого основания RZ.

6.3.2. Анализ усилий и напряжений

В постпроцессоре SCAD проводится определение расчетного армирования основных несущих конструкций. Анализ усилий и напряжений по первой группе предельных состояний сводится к анализу реализуемости армирования, соответствующего напряжениям в горизонтальных плитах.

1. ТСН 50-302-2004 Санкт-Петербург. «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге”.

2. СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов (свод правил)».

3. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия”.

4. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

5. Разорёнов В.Ф. Механические свойства грунтов и несущая способность свай.- Воронеж, 1987.

6. SCAD Office. Вычислительный комплекс SCAD: Учебное пособие/ В.С. Карпиловский, Э.З. Криксунов, А.А.Маляренко, М.А.Микитаренко, А.В.Перельмутер, М.А.Перельмутер. - 592 стр.

7. SCAD Office. Реализация СНиП в проектирующих программах: Учебное пособие/ Издание второе, дополненное и исправленное/В.С. Карпиловский, Э.З. Криксунов, А.А. Маляренко, М.А. Микитаренко, А.В. Перельмутер, М.А. Перельмутер, В.Г. Федоровский. - 288 с.

8. Некрасов А.В., Некрасова М.А. Allplan FT-17.0. Первый проект от эскиза до презентации.

9. Расчет и проектирование конструкций высотных зданий из монолитного железобетона / А.С. Городецкий, Л.Г. Батрак, Д.А. Городецкий, М.В. Лазнюк., С.В. Юсипенко. – К.: изд. «Факт», 2004 – 106 с.

10. А.В.Перельмутер, В.И.Сливкер. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. – Киев, ВПП «Компас», 2001. – 448 с.

В качестве основы для расчета осадок свайных фундаментов была принята технология, предложенная SergeyKonstr в этой теме: "ОФЗ по СП 24.13330.2011", на dwg.ru , переработанная в меру своего понимания, под собственные инструменты и возможности.

СП 24.13330.2011: S=Sef+Sp+Sc

где, S - осадка сваи, Sef - осадка условного фундамента, Sp - осадка от продавливания, Sc - осадка за счет сжатия ствола сваи.
Технология следующая:

1. Расчитываю схему как на естественном основании в (СКАД+Кросс) получаю среднюю осадку (Sef)
2. Расставляю сваи на плане. Создаю дополнительную расчетную схему, которая включает в себя только фундаментную плиту и сваи. С целью загрузить плиту единичной нагрузкой (1Т/м2), и выяснить грузовую площадь расставленных свай, или "площадь ячейки сваи" которая нужна для вычисления осадки продавливания. Есть загвоздка - какую площаь принять для крайних и угловых свай? Я просто по интуитивным соображениям, добавил коэффициент к площади ячейки равный 2 и 4
4. Sc вычислить не проблема, зная нагрузку на сваю, и ее параметры.
5. Зная Sef, Sp, Sc получаю жесткость свай и выполняю несколько итераций расчета.

Для моделирования свай я решил использовать универсальные стержни. С ними в СКАДе работать намного удобнее, чем например со связями конечной жесткости.
При помощи СПДС Графикс, был разработан параметрический объект "Свая" , "таблица для расчетов" . Все вычисления производятся внутри этого объекта, нам просто необходимо задать ему начальные параметры:
1. Задаем сваям параметры (сечение, длина) и параметры грунта (E1, Mu1, E2, Mu2,)
2. Задаем нагрузку на сваю (в первом приближении суммарная вертикальная нагрузка на здание / количество свай).
3. Задаем сваям осадку условного фундамента, посчитанную при помощи СКАД+Кросс, и глубину просадочной толщи. Вот изополя осадки моей плиты, соответственно сваям задавалась Sef в зависимости от того в какое поле они попадали.

4. Задаем грузовые площади (реакция в свае от единичной нагрузки).
5. Параметрический объект, получая все эти параметры вычисляет общую осадку, и соответственно жесткость (E=N/S), и строит вертикальный стержень, длиной равной 1000/Е.

6. Собственно мы эти объекты расчленяем, оставляем только вертикальные стержни, и импортируем их в СКАД, где назначаем всем стержням жесткость EF = 1000.
7. Задавать каждой свае осадку, нагрузку итд в большом свайном поле нереально. Присвоение данных сваям происходит при помощи Excel - Таблица СПДС. Но это возможно только в том случае, если номера свай в СКАДЕ соответствовали номерам свай на плане в Автокаде. Поэтому сваи в автокаде сортируются по Х, Y и нумеруются при помощи таблицы. Перед тем как импортировать стержни в СКАД, они должны быть перестроены в том же порядке что и сваи. Пользователи Нанокада могут воспользоваться макросом , который оформил swell{d} . Так же можно применить для этой цели ПК Лира, которая умеет перенумеровывать стержни в зависимости их координат по Х,У.

Программный комплекс SCAD помимо расчетного модуля конечно-элементного моделирования имеет в своем составе набор программ, способных выполнять решение более частных задач. Ввиду своей автономности набор программ сателлитов можно использовать отдельно от основного расчетного модуля SCAD, причем не запрещается выполнять совместные расчеты с альтернативными программными комплексами ( , Robot Structural Analysis , STARK ES). В данной статье мы рассмотрим несколько примеров расчета в SCAD Office.

Пример подбора арматуры в ребре плиты заводской готовности в программе SCAD

Плита будет монтироваться на стройплощадке, например, на кирпичные стены шарнирно. Моделировать для такой задачи всю плиту, часть здания или целиком все здание считаю нецелесообразным, поскольку трудовые затраты крайне несоизмеримы. На помощь может прийти программа АРБАТ. Ребро рекомендуется нормами рассчитывать, как тавровое железобетонное сечение. Меню программного комплекса SCAD интуитивно-понятное: по заданному сечению, армированию и усилию инженер получает результат о несущей способности элемента со ссылкой на пункты нормативных документов. Результат расчета может быть автоматически сформирован в текстовом редакторе. На ввод данных уходит примерно 5-10 мин, что значительно меньше формирования конечно элементной модели ребристого перекрытия (не будем забывать, что в определенных ситуациях расчет методом конечных элементов дает больше расчетных возможностей).

Пример расчета закладных изделий в SCAD

Теперь вспомним расчет закладных изделий для крепления конструкций к железобетонным сечениям.

Нередко встречаю конструкторов, закладывающих параметры из конструктивных соображений, хотя проверить несущую способность закладных довольно просто. Для начала необходимо вычислить срезающее усилие в точке крепления закладной детали. Сделать это можно вручную, собрав нагрузки по грузовой площади, или по эпюре Q конечно-элементной модели. Затем воспользоваться специальным расчетным боком программы АРБАТ, занести данные по конструкции закладной детали и усилиям, и в итоге получить процент использования несущей способности.

Еще с одним интересным примером расчета в SCAD может столкнуться инженер: определение несущей способности деревянного каркаса. Как мы знаем, ввиду ряда причин расчетные программы МКЭ (метод конечных элементов) не имеют в своем арсенале модули расчета деревянных конструкций по российским нормативным документам. в связи с этим расчет может производится вручную или в другой программе. Программный комплекс SCAD предлагает инженеру программу ДЕКОР.

Помимо данных по сечению, программа ДЕКОР потребует от инженера ввода расчетных усилий, получить которые поможет ПК ЛИРА 10. Собрав расчетную модель, можно присвоить стержням параметрическое сечение дерева, задать модуль упругости дерева и получить усилия по деформационной схеме:

В данном примере расчета в SCAD, критическим значением оказалась гибкость элемента, запас по предельному моменту сечений «солидный». Вспомнить предельное значение гибкости деревянных элементов поможет информационный блок программы ДЕКОР:

Пример расчета несущей способности фундамента в SCAD

Неотъемлемой частью моделирования свайно-плитного фундамента является расчет несущей способности и осадки сваи . Справится с задачей подобного рода, инженеру поможет программа ЗАПРОС. В ней разработчики реализовали расчет фундаментов согласно нормам «оснований и фундаментов» и «свайного фундамента» (в расчетных программах МКЭ таких возможностей не встретишь). Итак, чтобы смоделировать сваю, необходимо вычислить жесткость одноузлового конечного элемента. Жесткость измеряется в тс/м и равна отношению несущей способности сваи к ее осадке. Моделирование рекомендуется выполнять итерационно: в начале задавать приближенную жесткость, затем уточнять значение жесткости по вычисленным параметрам сваи. Построенная модель расчета методом конечных элементов позволит нам не только точно найти нагрузку на сваю, но и рассчитать армирование ростверка:

После расчета конструкции пользователь ПК ЛИРА 10 сможет вычислить требуемую нагрузку на сваю по выводу мозаики усилий в одноузловом конечном элементе. Полученное максимальное усилие будет являться требуемой расчетной нагрузкой на сваю, несущая способность выбранной сваи должна превышать требуемое значение.

В качестве исходных данных в программу ЗАПРОС вводиться тип сваи (буровая, забивная), параметры сечения сваи и грунтовые условия согласно данным геологических изысканий.

Пример расчета узловых соединений в SCAD

Расчет узловых соединений – важная часть анализа несущей способности зданий. Однако, зачастую, конструктора пренебрегают данным расчетом, результаты могут оказать крайне катастрофическим.

На рисунке приведен пример отсутствие обеспечения несущей способности стенки верхнего пояса подстропильной фермы в точке крепления стропильной фермы. Согласно СП «Стальные конструкции» подобные расчеты производятся в обязательно порядке. В программа расчета методом конечных элементов и такого расчета тоже не встретишь. Выходом из ситуации может стать программа КОМЕТА-2. Здесь пользователь найдет расчет узловых соединений согласно действующих нормативных документов.

Наш узел – ферменный и для его расчета необходимо выбрать советующий пункт в программе. Далее пользователь выбривает очертание пояса (наш случай V-образный), геометрические параметры панели, усилия каждого стержня. Усилия, как правило, вычисляются в расчетных программах МКЭ. По введенным данным программа формирует чертеж для наглядного представления конструкции узла и вычисляет несущую способность по всем типам проверки согласно нормативным документам.

Пример построения расчета МКИ в SCAD

Построение моделей расчета методом конечных элементов не обходится без приложения нагрузок , вычисленные вручную значения присваиваются в расчетных программах МКЭ на элемент. Помощь в сборе ветровых и снеговых нагрузках инженеру окажет программа ВЕСТ. Программа включает в себя несколько расчетных модулей, позволяющих по введенном району строительства и очертанием контура здания вычисляет ветровую и снеговую нагрузку (самые распространенные расчетные модули программы ВЕСТ). Так, при расчете навеса, конструктор должен указать высоту конька, угол наклона и ширину ската. По полученным эпюрам нагрузка вводится в расчетную программу, например, ПК ЛИРА 10.4.

В качестве вывода, могу сказать, что программный комплекс SCAD и его сателлиты позволяют пользователю существенно снизить трудозатраты при вычислении локальных задач, а также формировать точные расчетные модели, а также содержат справочные данные, необходимые в работе инженеров - строителей. Автономность программ позволяет конструкторам использовать их в сочетании с любыми расчетными комплексами, основанных на расчете методом конечных элементов.

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;

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

γ f

К длит

К 1

Постоянные:

· с.в. несущих конструкции

SCAD *

1,05

SCAD *

· с.в. ограждающих конструкций:

192 кгс/пм

231 кгс/пм

· 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

579 кгс/пм 290 кгс/пм

· с.в. сборных лестничных маршей

1150 кгс

1265 кгс

· 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

338,4 кгс/пм 254 кгс/пм 169 кгс/пм 85 кгс/пм

· с.в. полов с грузовой пл., 1,5 м с грузовой пл., 0,75 м

375 кгс/пм 188 кгс/пм

413 кгс/пм 206 кгс/пм

Временные: - длительного действия:

· с.в. временных перегородок с грузовой пл., 1,5 м с грузовой пл., 0,75 м

81 кгс/пм 40 кгс/пм

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

1050 1575 кгс/пм 788 кгс/пм 5400 кгс/пм 2700 кгс/пм

0,95

Временные: - кратковременные:

· крановая вертикальная горизонтальная

7500 кгс 750 кгс

9000

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

600 кгс/пм 300 кгс/пм 323 кгс/пм 242 кгс/пм 162 кгс/пм 81 кгс/пм

720 кгс/пм 360 кгс/пм 420 кгс/пм 315 кгс/пм 210 кгс/пм 105 кгс/пм

0,35

· снеговая в р/о 4-13/ширина 18 м с грузовой пл., 6,0 м с грузовой пл., 4,5 м

756 кгс/пм 687 кгс/пм

1,429

1080

· 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

1766 кгс/пм 1325 кгс/пм 442 кгс/пм 360 кгс/пм 2161 кгс/пм 1080 кгс/пм

· ветровая

рис.2-3

табл. 2

±0,9

примечание: SCAD* - нагрузка определяется программным комплексом автоматически;

где: P n – нормативное значение нагрузки, кгс/м 2 (кроме оговоренных);

γ f – коэффициент надежности по нагрузке;

P – расчетное значение нагрузки, кгс/м 2 (кроме оговоренных);

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

К 1 – коэффициенты для комбинации #1, определяющие расчетные значения нагрузок с учетом понижающих коэффициентов сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок (для расчётов по

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.

Таблица 2. Нагрузки от ветра

Высота, м	Наветренная поверхность*, кгс/пм	Подветренная поверхность*, кгс/пм
С 0,0 до 5,0 м
С 5,0 до 14,0 м
14,0 м

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

Наименование

Собственный вес

С.в. ограждающих конструкций

С.в. монолитной плиты по профнастилу

С.в. полов

С.в. кровли

Вес стационарного оборудования

С.в. лестниц

Вес временных перегородок

Полезная на перекрытия

Полезная на покрытие

Табл.4. Комбинации загружений

Комбинации загружений

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

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

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

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

(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

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

Коэффициент запаса > 3.0000

Коэффициент запаса > 3.0000

Коэффициент запаса > 3.0000

Коэффициент запаса > 3.0000

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.