2. РАСЧЕТНО-КОСТРУКТИВНЫЙ РАЗДЕЛ
2.1 Сбор нагрузок
Таблица 2.1 Нагрузка на плиту
Наименование объекта: | Многоуровневая автомобильная парковка в г. Екатеринбург | ||
Ведомость нагрузок | |||
Наименование нагрузки | Нормативная нагрузка | Коэффициент надежности по нагрузке | Расчетная нагрузка |
Перекрытие Пм1 | |||
Постоянная нагрузка | |||
Кирпичные перегородки с оштукатуриванием, конструкции полов (изоляционные, выравнивающие и отделочные слои) | 0,36 т/м2 | 1.3 | 0,47 т/м2 |
Кирпичные наружные стены толщ. 380 мм, фасадная система с утеплителем толщ. 120 мм | 2,40 т/м | 1.3 | 3,12 т/м |
Кирпичные стены внутреннего пространства толщ. 250 мм с оштукатуриванием | 1,2 т/м | 1.3 | 1,56 т/м |
Подъемная ж/б рампа толщ. 250 мм (1/2 общего веса конструкции) | 9,38 т/м | 1.3 | 12,2 т/м |
Временная длительная нагрузка | |||
Полезная нагрузка по площади (СП 20.13330.2011) | 0,51 т/м2 | 1.2 | 0,61 т/м2 |
Полезная нагрузка по длине участков рампы (СП 20.13330.2011) | 4,96 т/м | 1.2 | 5,95 т/м |
Ветровая нагрузка, приведенная по длине (СП 20.13330.2011) | 0,08 т/м | 1.2 | 0,10 т/м |
Местные сосредоточенные нагрузки в наиболее неблагоприятном возможном положении (СП 20.13330.2011) | 4,59 т | 1.2 | 5,51 т |
Схема приложения нагрузок на плиту Пм1 приведена на чертеже.
Вся постоянная нагрузка от собственного веса, была задана в программном комплексе ЛИРА 9.4 – автоматически.
Вся временная нагрузка определялась в соответствии с СП 20.13330.2011.
Согласно СП 20.13330.2011, ветровую нагрузку следует определять как сумму средней и пульсационной составляющих. При расчете монолитной железобетонной плиты Пм1, ветровая нагрузка была приведена к временной длительной нагрузке по длине наружных стен.
Результаты сбора нагрузок, для генерации таблицы РСУ в программном комплексе ЛИРА 9.4:
Таблица 2.2 Таблица нагрузок
Номер загружения | Название загружения | Значение нагрузки | Тип загружения | Группа взаимоисключающих загружений |
0 | Собственный вес | автоматически | постоянное | - |
1 | Вес конструкций: -перегородок и полов -стен -рампы | 0,47 т/м2 3,12 т/м 12,2 т/м | постоянное | - |
2 | Полезные: -по площади -по длине Ветровая Местная | 0,61 т/м2 5,95 т/м 0,10 т/м 5,51 т | временное длительное | - |
2.2 Расчетная схема
В качестве исходных данных для составления расчетной схемы были использованы чертежи, выполненные на стадии архитектурного проектирования.
Конструктивное решение автопарковки – многоэтажное здание с безбалочными перекрытиями. Пространственный каркас здания решается по рамной схеме в обоих направлениях. Ригелями многоэтажных многопролетных рам служит безбалочная плита, жестко связанная с колоннами.
Расчет выполнен программным комплексом ЛИРА 9.4. В основу расчета положен метод конечных элементов в перемещениях.
В качестве основных неизвестных приняты следующие перемещения узлов:
X линейное по оси X
Y линейное по оси Y
Z линейное по оси Z
UX угловое вокруг оси X
UY угловое вокруг оси Y
UZ угловое вокруг оси Z
В ПК "ЛИРА" реализованы положения следующих разделов СНиП:
СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»;
СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»;
СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах».
В расчетную схему включены следующие типы элементов:
Tип 10. Универсальный пространственный стержневой КЭ для моделирования колонн.
Tип 41. Универсальный прямоугольный КЭ оболочки для моделирования перекрытий и стен.
Tип 42. Универсальный треугольный КЭ оболочки для моделирования перекрытий и стен.
Tип 44. Универсальный четырехугольный КЭ оболочки для моделирования перекрытий и стен.
ЧТЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ СЧЕТА
Линейные перемещения считаются положительными, если они направлены вдоль осей координат. Положительные угловые перемещения соответствуют вращению против часовой стрелки, если смотреть с конца соответствующей оси.
Перемещения имеют следующую индексацию:
X линейное по оси X;
Y линейное по оси Y;
Z линейное по оси Z;
UX угловое вокруг оси X;
UY угловое вокруг оси Y;
UZ угловое вокруг оси Z.
Усилия в элементах приведены в табличной форме. Размерность усилий указана в шапке таблицы.
ИНДЕКСАЦИЯ И ПРАВИЛА ЗНАКОВ
УСИЛИЙ В КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
Tип 10. Универсальный пространственный стержневой КЭ.
Конечный элемент воспринимает следующие виды усилий:
N осевое усилие; положительный знак соответствует растяжению.
MK крутящий момент относительно оси X1; положительный знак соответствует действию момента против часовой стрелки, если смотреть с конца оси X1, на сечение, принадлежащее концу стержня.
MY изгибающий момент относительно оси Y1 положительный знак соответствует действию момента против часовой стрелки, если смотреть с конца оси Y1, на сечение, принадлежащее концу стержня.
MZ изгибающий момент относительно оси Z1; положительный знак соответствует действию момента против часовой стрелки, если смотреть с конца оси Z1, на сечение, принадлежащее концу стержня.
QY перерезывающая сила вдоль оси Y1; положительный знак соответствует совпадению направления силы с осью Y1 для сечения, принадлежащего концу стержня.
QZ перерезывающая сила вдоль оси Z1; положительный знак соответствует совпадению направления силы с осью Z1 для сечения, принадлежащего концу стержня.
Tип 41, 42 и 44. Универсальные треугольный и четырехугольный КЭ оболочки.
Конечный элемент воспринимает следующие виды усилий, напряжений и реакций:
NX нормальное напряжение вдоль оси X1; положительный знак соответствует растяжению.
NY нормальное напряжение вдоль оси Y1; положительный знак соответствует растяжению.
NZ нормальное напряжение вдоль оси Z1 (для случая плоской деформации); положительный знак соответствует растяжению.
TXY сдвигающее напряжение, параллельное оси X1 и лежащее в плоскости, параллельной X10Z1; за положительное принято направление, совпадающее с направлением оси X1, если NY совпадает по направлению с осью Y1.
MX момент, действующий на сечение, ортогональное оси X1; положительный знак соответствует растяжению нижнего волокна (относительно оси Z1).
MY момент, действующий на сечение, ортогональное оси Y1; положительный знак соответствует растяжению нижнего волокна ( относительно оси Z1).
MXY крутящий момент; положительный знак соответствует кривизне диагонали 1-4, направленной выпуклостью вниз (относительно оси Z1).
QX перерезывающая сила в сечении, ортогональном оси X1; положительный знак соответствует совпадению направления силы с направлением оси Z1 на той части элемента, в которой отсутствует узел 1.
QY перерезывающая сила в сечении, ортогональном оси Y1; положительный знак соответствует совпадению направления силы с направлением оси Z1 на той части элемента, в которой отсутствует узел 1.
Ниже приведены результаты расчетов.
2.3 Расчет плиты перекрытия в “ПК Лира 9.4”
2.3.1 Формирование расчетной схемы
Расчетная схема для расчета плиты перекрытия формируется точно также как и в объемной модели – на основе импортированного. dxf файла из “AutoCAD” задается контур плиты с отверстиями, который затем триангулируется. В данном случае, когда конечной целью является создание рабочих чертежей по армированию плиты, размер конечных элементов не должен превышать 0,5х0,5 м. Опоры плиты – колонны – задаются в данном случае уже не как элементы, а просто как связи. Прилагаются все те же нагрузки. Ветровую нагрузку в расчете приводим к линейной. Производим расчет.
Расчетную схему плиты перекрытия Пм1 (конечно-элементная модель) смотри на рисунках.
Разбиение на маленькие КЭ обеспечивает высокую точность расчета и, как следствие, возможность подобрать арматуру для отдельных участков с целью экономии материалов. В ПК “Лира” можно узнать усилия в любом из элементов схемы. Так как при разбиении получилось большое число элементов (более 10000), к сожалению нет возможности распечатать таблицу результатов. В дальнейший расчет приняты самые большие величины усилий.
Рис.2.1 Расчетная схема плиты перекрытия Пм1
2.3.2 Результаты расчета
В результате расчета получаем изополя напряжений: моменты Mx и My, совместное действие Мxy. На изополях синим цветом обозначаются моменты, растягивающие верхнюю зону плиты, а красным и желтым - нижнюю зону. Чем интенсивнее цвет, тем больше напряжения.
Максимальные деформации плиты в данном случае составляют 11,5 мм. Это меньше предельно допустимых – 33 мм на пролете 6,0 м (по СП 20.13330.2011).
Следовательно, при данной конструктивной схеме и толщине плиты приступаем к расчету арматуры.
Рис.2.2 Деформации по оси «Z»
Составим таблицу жесткостей элементов для расчета каркаса.
Рис.2.3 Таблица жесткостей
Исходя из полученных нагрузок составим таблицу расчетных сочетаний усилий, необходимую для расчета каркаса.
Рис.2.4 Таблица РСУ
2.3.3 Расчет плиты перекрытия
Произведем расчет плиты на действующие нагрузки:
Рис.2.5 Эпюра «Мх»(т·м)/м
Рис.2.6 Эпюра «Му»(т·м)/м
Рис.2.7 Эпюра «Мху»(т·м)/м
Конструктивный расчет
Определяется нижняя и верхняя арматура в двух направлениях вдоль оси X1 и оси Y1 на один погонный метр длины:
- AS1 - нижняя арматура вдоль оси X1;
- AS2 - верхняя арматура вдоль оси X1;
- AS3 - нижняя арматура вдоль оси Y1;
- AS4 - верхняя арматура вдоль оси Y1.
Рис.2.8 Процент армирования плиты перекрытия.
Расчет производится, исходя из значений МХ и МУ, для верхней и нижней зон элементов.
Рис.2.9 Подбор нижней арматуры по оси «Х»
Рис.2.10 Подбор верхней арматуры по оси «Х»
Рис.2.11 Подбор нижней арматуры по оси «У»
Рис.2.12 Подбор верхней арматуры по оси «У»
Рис.2.13 Подбор поперечной арматуры вдоль оси «Х»
Рис.2.14 Подбор поперечной арматуры вдоль оси «У»
Результаты подбора арматуры в программе «ЛИРА-АРМ» (фрагмент)
По результатам расчета, и исходя из унификации выполним подбор материалов:
- толщина перекрытия-250мм
-нижняя продольная арматура - 16А-III с шагом 200мм
-нижняя поперечная арматура - 16А-III с шагом 200мм
-верхняя продольная арматура - 16А-III с шагом 200мм
-верхняя поперечная арматура - 16А-III с шагом 200мм
-дополнительная арматура - 16А-III с шагом 200мм
-дополнительная арматура - 28А-III с шагом 200мм
-вертикальная арматура - 16А-III с шагом 100мм
