Проектирование одноэтажного каркасного здания из лёгких конструкций

 

3.2 Расчет каркаса в поперечном направлении

 

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

Предварительно  принимаем сечение колонны исходя из гибкости 

 

 гибкость двутавра N50

 гибкость двутавра N40

 

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

 

 

Жесткость сечения  самонесущей стены (или ее элемента) определяется без учета трещин и принимается равной 0,8E₀I_c,

 

 

Перемещение колонн:

 

 

Жесткость каркаса  здания: 

Жесткость рамы здания: 

 

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

 

Определим вертикальную нагрузку от собственного веса конструкций и снега.

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

 

 

Определяем коэффициент  динамичности для каркаса здания:

Для грунтов III категории  т.к при

Устанавливаем следующие значения:

Каркасные здания, стеновое заполнение которых оказывает влияния на их деформативность

 

 

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

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

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

 

 

тогда расчётная сейсмическая нагрузка равна:

 

 

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

При совместной работе каркаса сейсмическая нагрузка на раму равна :

 

 

При отдельной  работе каждой нагрузка равна:

 

.

 

Так как мы рассматриваем  отдельную раму, то коэффициент   :

 

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

 

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

на рамы по оси 1 и 11:

 

 

на рамы по оси 2 - 10 :

 

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

опорные консоли  на отметке 1,2 м:

 

 

 
опорные консоли на отметке 3,6 м:

 
 

 
4. Расчет каркаса в продольном направлении

 

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

 

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

Жесткость одной  колонны:

 

 

Жесткость сечения  самонесущей стены (или ее элемента) определяется без учета трещин и принимается равной 0,8E₀I_c:

 

 

Перемещение отдельной  колонны:

 

 

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

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

Жесткость каркаса  здания: 

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

На одну раму приходится нагрузка :

 

 
Определяем период собственных колебаний  каркаса в поперечном направлении  здания:

 

 
Определяем коэффициент динамичности для каркаса здания:

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

При 0,1е<Т<0,4е ; 

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

 

 
тогда расчётная сейсмическая нагрузка равна:

 

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

Так как мы рассматриваем  отдельную раму, то коэффициент   :

 

 

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

 

 

5. Определение сейсмических нагрузок с учетом кручения здания в плане

 

 

Рис.4-Поворот здания в плане

1– Центр масс;

2 – Центр жесткостей.

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

 

 

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

 

 

рама по оси 1

 

 
рама по оси 2

 

 

рама по оси 3

 

 
рама по оси 4

 

 
рама по оси 5

 

 

рама по оси 6

 

рама по оси 7

 

рама по оси 8

 

рама по оси 9

 
рама по оси 10

 

 

 

6. Антисейсмические мероприятия

 

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

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

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

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

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

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

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

 

Список  литературы

 

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

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

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

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

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

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