Forge - DevCon 2016: Hsbcad from Acad to Revit to Cloud
Расчет рамы в лира
1. SpaceCad.ru 1
2. Расчетно - конструктивная часть
2.1 Общие сведения
Составление расчетной схемы конструкции является первой стадией
расчета.
Расчетная схема – это упрощенное изображение сооружения, отражающая
условия закрепления конструкции, тип нагрузки и условия ее приложения.
Схема приложения нагрузок соответствует фактическому их приложению к
сооружению, конструкции или отдельному элементу. Приложенная нагрузка
является равномерно распределенной по площади проектируемого здания.
При расчете конструкций нагрузки и воздействия приняты по СНиП
2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».
На здание склада действуют следующие виды нагрузок:
1. постоянная - вес конструкций и частей здания (кровли);
2. временная - снеговая (III район) и ветровая (I район, тип местности В –
городская территория с равномерной застройкой зданиями высотой
10…25 м.).
Постоянная нагрузка для рассчитываемого в рамках квалификационной
работы здания представлена весом железобетонных конструкций, который
предварительно назначается на основе опыта проектирования складских зданий,
отраженного в нормативно-справочных материалах. Вес кровли подсчитывается
как сумма веса отдельных слоев в составе кровли назначенной в архитектурной
части проекта.
Переход к расчетным нагрузкам осуществляется путем умножения
соответствующих нормативных нагрузок на коэффициент надежности по
нагрузке f, который учитывает изменчивость нагрузок, зависящую от ряда
факторов. Коэффициенты надежности по нагрузке устанавливают после
обработки статистических данных наблюдений за фактическими нагрузками,
которые отмечены во время эксплуатации сооружений. Эти коэффициенты
2. SpaceCad.ru 2
зависят от вида нагрузки, вследствие чего каждая нагрузка имеет свое значение
коэффициента надежности.
Приняты следующие значения коэффициентов надежности по нагрузке f
для строительных конструкций:
1,1 – для железобетонных, бетонных (со средней плотностью свыше 1600
кг/м3
), деревянных, каменных и армокаменных конструкций;
1,3 – для бетонных (со средней плотностью 1600 кг/м3
и менее),
изоляционных, выравнивающих и отделочных слоев (плиты, материалы в
рулонах, засыпки, стяжки и т.д.), выполняемые на строительной площадке.
Для временных нагрузок коэффициент f равен:
0,7 – для снеговой нагрузки (в СНиП 2.01.07-85* приведено расчетное
значение нагрузки, которое для снегового района составляет 2,4 кН/м2
);
1,4 – для ветровой нагрузки ( I район – 0,23 кН/м2
).
Коэффициент надежности по ответственности здания n (II уровень
ответственности) принят 0,95.
2.2 Компановка поперечной рамы
Пространственная жесткость одноэтажного здания фитнес-центра
обеспечивается диском покрытия и жестким защемлением колонн в
фундаментах.
Фактическая высота помещения в каркасной части здания равна Нп = 6,0 м.
Высота колонны от обреза фундамента до низа стропильной конструкции:
Н = Нп +0,15 = 6,0+0,15=6,15 м.
Для зданий с шагом колонн а = 6 м при Нп = 6,0 м принимается привязка
железобетонных колонн «0».
Высота здания от обреза фундамента до верха стенового ограждения
равна Hl = 8,80 м. Высота стеновых панелей 0,9 м и 1,0 м.
Отметки:
обреза фундамента: -0,150;
верха колонны: +6,000;
верха парапета: +8,200.
3. SpaceCad.ru 3
Определение нагрузок на раму
Рама рассчитывается на следующие нагрузки:
1-е загружение – постоянная нагрузка:
2-е загружение – снеговая нагрузка,
3-е загружение – ветровая нагрузка (ветер слева),
4-е загружение – ветровая нагрузка (ветер справа).
2.2.1 Сбор нагрузок
1. Строительные конструкции рассчитаны для следующих условий:
- Нормативная снеговая нагрузка (III) – 1260Па
- Нормативный скоростной напор ветра (I) – 230 Па
Рис. 1 Основные климатические показатели района строительства.
2. Нагрузки и воздействия на здание определены согласно СП
20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП
2.01.07-85*. В расчётном комплексе ПК "Лира" прикладываются полные
расчётные нагрузки. С помощью комбинации загружений и модуля РСУ
учитывается система коэффициентов для расчета по I и II группам ПС. Значения
принятых нагрузок и коэффициентов представлены в таблице.
4. SpaceCad.ru 4
Нагрузка на кровлю
№
п/п
Вид нагрузки
Объемный
вес Н/м3
Толщина
слоя, м
Нормативная
нагрузка
Н/м2
Коэф.над.
по
нагрузке
Расчетная
нагрузка,
Н/м2
Постоянная
1 Рулонный ковер из 3-х слоев
линокрома
40 12 0.48 1.3 0.624
2 Цем.песчаная стяжка 18000 30 540 1.3 702
3 Утеплитель – "Rockwool" 900 200 180 1.3 234
4 Цем.песчаная стяжка 18000 20 360 1.3 468
5 Сборная железобетонная
ребристая плита 3х6 м
2000 1.1 2200
Итого постоянная 3080.5 3604.6
Временная
Полезная (Согласно СП
20.13330.2011)
700.0 1.2 840.0
Снеговая 1260 1.4 1764.0
Итого временная 1960.0 2604.0
Итого (Полная) 5040.5 6208.6
Вес погонного метра балки –
1100 Н/м
1100 1.1 1210
Тогда расчетная нагрузка на единицу длины балки будет равна:
п = (2200 + 0,624 + 702 + 234 + 468) ∗ 6 + 840 ∗ 6 + 1210 = 27877,74 Н/м
= 27.88 кН/м
Расчетная равномерно распределенная нагрузка от снега на ригель рамы
определяется по формуле:
п = ∗ = 1764 ∗ 6 = 10584
Н
м
= 10,58 кН/м
5. SpaceCad.ru 5
3. Ветровая нагрузка
Ветровая нагрузка в соответствии с СП 20.13330.2011 Нагрузки и
воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*
Нормативное значение ветровой нагрузки w следует определять как сумму
средней wm и пульсационной wp составляющих
w = wm + wp.
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm в
зависимости от эквивалентной высоты ze над поверхностью земли следует
определять по формуле
wm = w0 k(ze)c
где w0 - нормативное, значение ветрового давления и равно 0,23 кПа;
k(ze) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для
высоты ze
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке принимаем равным γf
=1,4
С - в соответствии с расчетной схемой здания значение
аэродинамического коэффициента с (для отдельно стоящих плоских
сплошных конструкций: с наветренной стороны – направление к зданию –
с=0,8; с подветренной стороны – направление от здания – с=0,6).
Се = 0,8 Се = -0,6
Проектируемый объект относится к типу местности: А - открытые побережья
морей, озер и водохранилищ, сельские местности, в том числе с постройками
высотой менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра.
6. SpaceCad.ru 6
Ветровая нагрузка на раму прикладывается как распределенная нагрузка
на стойки и сосредоточенная к верхним узлам.
Ветровая нагрузка на поперечную раму здания (см. рис.3.2) включает в
себя распределенную горизонтальную нагрузку на стойку с наветренной
стороны w, распределенную горизонтальную нагрузку на стойку с подветренной
стороны w' и сосредоточенную горизонтальную нагрузку W, приложенную к
верхнему узлу стойки с наветренной стороны.
Распределенные нагрузки w и w' собираем с грузовой полосы В равной
шагу поперечных рам здания, сосредоточенная нагрузка W – с грузовой
площади. При определении расчетного значения ветровой нагрузки
учитываются коэффициенты: надежности по ответственности здания n=0,95,
коэффициент надежности по нагрузке f=1,4.
Расчет производим для случая Ветер слева (Се=0,8)
Высота Отметка k
5 5 0.75
2.64 7.64 0.882
0.56 8.2 0.91
1.8 10 1
7. SpaceCad.ru 7
экв =
∗ + 0.5 ∗ ( + ) ∗
+
экв =
216,2 ∗ 5 + 0.5 ∗ (216,2 + 235,2) ∗ 1
5 + 1
= 217,78 Па
Значение ветрового давления на колонну раздельно активного (с наветренной
стороны) и отсоса (с заветренной стороны):
Сакт=0,8 и Сакт=0,6
Т.е. 22,17478,217*8,0 акт
экв Па
67,13078,217*6,0 акт
экв Па
Горизонтальная составляющая ветровой нагрузки:
Сотсакт**)(*5,0 21 СHW ш
8. SpaceCad.ru 8
= 0,5 ∗ (235,2 + 276,8) ∗ 2,2 ∗ (0,8 + 0,6) = 788,48 Н
Рис.3 К определению ветровой нагрузки (Ветер слева)
Расчет производим для случая Ветер справа (Се = -0,6)
10. SpaceCad.ru 10
Рис.5 К определению ветровой нагрузки (Ветер справа)
4. Снеговая нагрузка
Снеговая нагрузка определяется по СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия.
Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85.
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию
покрытия определяем по формуле:
S = 0.7c c μS
где S − вес снегового покрова на 1 м горизонтальной поверхности земли;
c − коэф. учитывающий снос снега с покрытия здания под действием
ветра или иных факторов;
c − термический коэф.;
μ − коэф. перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке
на покрытие;
г.Москва относится к III снеговому району
S = 1760 Па
11. SpaceCad.ru 11
Cнеговая нагрузка на горизонтальную
проекцию покрытия по СП 20.13330.2011
(Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*)
1 Снеговой район
по
карте III
-
2
Масса снегового покрова на 1 м2
горизонтальной поверхности земли
Sg
= 1800 Па
3
Коэффициент учитывающий снос снега
с покрытий зданий ветром
ce
= 1.0 -
4 Термический коэффициент ct
= 1.0 -
5
Коэффициент перехода от веса
снегового покрова земли
к снеговой нагрузке на покрытии
μ= 1.0 -
6
Нормативное значение снеговой нагрузки
на горизонтальную проекцию покрытия S0
= 1260 Па
7
Коэффициент надежности
по снеговой нагрузке
γf
= 1.4 -
8
Расчетное значение снеговой нагрузки
на горизонтальную проекцию покрытия
S= 1760 Па
Рис. 6 Расчетная схема рамы
12. SpaceCad.ru 12
2.2.2 Статический расчет однопролетной поперечной рамы
Статический расчет однопролетной поперечной рамы произведен в
программном комплексе "Лира-САПР". Эта программа обеспечивает
неограниченные возможности моделирования расчетных схем от самых простых
до самых сложных конструкций, удовлетворяя потребностям опытных
профессионалов и оставаясь при этом доступной для начинающих.
Лира-САПР включает развитую библиотеку конечных элементов для
моделирования стержневых, пластинчатых, твердотельных и комбинированных
конструкций, модули анализа устойчивости, формирования расчетных
сочетаний усилий, проверки напряженного состояния элементов конструкций
по различным теориям прочности, определения усилий взаимодействия
фрагмента с остальной конструкцией, вычисления усилий и перемещений от
комбинаций загружений. В состав комплекса включены программы подбора
арматуры в элементах железобетонных конструкций и проверки сечений
элементов металлоконструкций.
При расчет поперечной рамы одноэтажного здания принимается жесткое
защемление колонн в фундаменте. Стропильная балка ввиду большой жесткости
в плоскости рамы считается абсолютно жесткой.
20. SpaceCad.ru 20
Рис. 18 Усилия Qz (Снеговая нагрузка)
Рис. 19 Усилия N (Ветровая нагрузка. Ветер слева)
Рис. 20 Усилия My (Ветровая нагрузка. Ветер слева)
21. SpaceCad.ru 21
Рис. 21 Усилия Qz (Ветровая нагрузка. Ветер слева)
Рис. 22 Усилия N (Ветровая нагрузка. Ветер справа)
34. SpaceCad.ru 34
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ МОДУЛЕЙ АРМИРОВАНИЯ
Модуль СТЕРЖЕНЬ - косое внецентренное нагружение с кручением.
Модуль выполняет подбор арматуры при наличии в сечениях стержня:
нормальной силы (сжатие или растяжение) N;
крутящего момента Mk;
изгибающих моментов в двух плоскостях My,Mz;
перерезывающих сил Qz,Qy.
Выполняется расчет по предельным состояниям первой и второй группы
(прочность и трещиностойкость). Армируемые сечения: прямоугольное,
тавровое, двутавровое, коробчатое, круглое и кольцевое (данные сечения имеют
хотя бы одну ось симметрии); крестовое, тавровое со смещенной полкой,
уголковое (данные сечения несимметричные).
По желанию пользователя может быть выбран алгоритм подбора
арматуры:
Алгоритм дискретной арматуры с приоритетным расположением стержней
в угловых зонах сечения. Режим - выделять угловые стержни.
Алгоритм распределенной арматуры с равномерным расположением
расчетных площадей арматуры вдоль нижней и верхней стороны сечения
("размазанная" арматура). Режим - не выделять угловые стержни. Данный
алгоритм не допускается в таких случаях:
o при расчете пространственного стержня, в котором один из
изгибающих моментов (MY или MZ) больше другого на 10%;
o при наличии арматуры, обусловленной действием крутящего
момента, которая располагается по сторонам сечения и не может
быть "размазана";
o в двутавровом сечении;
o При наличии преобладающего момента Mz.
Для этих случаев принудительно используется алгоритм дискретной
арматуры.
Не рекомендуется применять "размазанную" арматуру в колоннах, где
приоритетное расположение арматуры в углах является наиболее
целесообразным.
По желанию пользователя может быть получено симметричное и
несимметричное армирование относительно оси Y или оси Z.
Подбор поперечной арматуры осуществляется исходя из величины
перерезывающей силы по направлениям Y и Z. Результаты подбора поперечной
арматуры - площадь арматуры по направлениям Y и Z при шагах 15, 20, 30 см.
35. SpaceCad.ru 35
Для подобранной арматуры по условиям трещиностойкости определяется
ширина продолжительного и кратковременного раскрытия трещин. Ширина
раскрытия трещин определяется с учетом нормальной силы и моментов MY и
MZ.
Схема симметричного армирования
Схема несимметричного армирования
Если был использован алгоритм распределенной арматуры с равномерным
расположением расчетных площадей арматуры вдоль сторон сечения, то
угловая арматура AU1, AU2, AU3, AU4 будет входить в расположенную вдоль
граней AS1, AS2.
ОПИСАНИЕ ТАБЛИЦ РЕЗУЛЬТАТОВ
Если подбор арматуры осуществлялся для унифицированных групп элементов,
для конструктивных элементов и унифицированных групп конструктивных
элементов, то формируется таблица в которую заносится информация о составе:
36. SpaceCad.ru 36
Номер УКОЕ - номера унифицированных групп конструктивных элементов;
Номер КОЕ - номера конструктивных элементов;
Номер УГ - номера унифицированных групп элементов;
ВИД - символьное обозначение (С - стержень; К - колонна; Б - балка; T -
балка-стенка; П - плита; О - оболочка);
НОМЕРА ЭЛЕМЕНТОВ В РАСЧЕТНОЙ СХЕМЕ - номера
элементов,входящих в унифицированную группу или в конструктивный
элемент.
Таблица результатов подбора арматуры:
ЭЛЕМЕНТ - номер элемента в расчетной схеме;
СЕЧЕНИЕ - номер армируемого сечения стержневого элемента; В этой же
графе буквой C обозначается симметричное армирование, а буквой Н
обозначается несимметричное армирование. Знаком * отмечена арматура
обусловленная кручением.
ПРОДОЛЬНАЯ АРМАТУРА - площади подобранной продольной арматуры
и процент армирования.
Для стержней (см2):
o AU1 - площадь угловой нижней продольной арматуры (в левом
нижнем угле сечения);
o AU2 - площадь угловой нижней продольной арматуры (в правом
нижнем угле сечения);
o AU3 - площадь угловой верхней продольной арматуры (в левом
верхнем угле сечения);
o AU4 - площадь угловой верхней продольной арматуры (в правом
верхнем угле сечения);
o AS1 - площадь нижней продольной арматуры;
o AS2 - площадь верхней продольной арматуры;
o AS3 - площадь боковой продольной арматуры (у левой кромки
сечения);
o AS4 - площадь боковой продольной арматуры (у правой кромки
сечения);
Для пластин (см2/пм):
o AS1 - площадь нижней арматуры по направлению X;
o AS2 - площадь верхней арматуры по направлению X;
o AS3 - площадь нижней арматуры по направлению Y;
o AS4 - площадь верхней арматуры по направлению Y;
ПОПЕРЕЧНАЯ АРМАТУРА - площади поперечной арматуры при шагах
15,20,30 см
Для стержней (см2):
o ASW1 - вертикальная поперечная арматура;
o ASW2 - горизонтальная поперечная арматура;
37. SpaceCad.ru 37
Для пластин (см2/пм):
o ASW1 - поперечная арматура по направлению X;
o ASW2 - поперечная арматура по направлению Y;
ШИРИНА РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИН - ширина кратковременного и
длительного раскрытия трещин (мм).
Результаты подбора арматуры заносятся в две строки (для стержней
может быть три):
СТРОКА 1 - полная арматура, подобранная по I и II группам предельных
состояний
СТРОКА 2 - арматура подобранная по I группе предельных состояний
СТРОКА 3 - арматура обусловленная кручением (для стержей и отмечена
знаком '*')
СТРОКА 4 - номера стадий монтажа последнего наращивания арматуры
(отмечена знаком '+' )
Знаком '**' обозначены размеры сечения для элементов с переменным сечением
по длине
Расчет колонны
Нормативный документ
СП 63.13330.2012
Бетон
Класс B25
Арматура
Класс продольной A400
Класс поперечной A400
Расчетный диаметр
продольной, мм
25
Защитный слой продольной,
мм
20
Привязка продольной, мм 32.5
Используемый сортамент
продольной
25
Требования
Расчет по раскрытию трещин
Выделять угловые стержни
Вязаный каркас. Модуль уменьшения шага
поперечной арматуры 25 мм
Сечение
38. SpaceCad.ru 38
Размеры, мм:
b 400
h 400
Площадь, см2 1600
Отметки
Высота этажа, мм 7680
Высота перекрытия, мм 1100
Отметки, м:
низа колонны -0,580
верха перекрытия +7,100
Расчетная длина
Коэффициенты расчетной длины:
m X 0.7
m Y 0.7
Расчетная длина, мм:
Lo X 5376
Lo Y 5376
Гибкость:
Lo/h X 13.44
Lo/h Y 13.44
Нагрузки
Результаты МКЭ расчета
N, тс Mx, тс*м My, тс*м Qx, тс Qy, тс T, тс*м Сечени
е
Постоянная 36.9 0 0 0 0 0 1_1.1
34.2 0 0 0 0 0 1_1.2
Кр.
временная
9.71 0 0 0 0 0 1_1.1
9.71 0 0 0 0 0 1_1.2
Ветровая 1 0 -11.8 0 0 -1.79 0 1_1.1
0 0 0 0 -1.79 0 1_1.2
Ветровая 2 0 11.8 0 0 1.79 0 1_1.1
0 0 0 0 1.79 0 1_1.2
Коэффициенты
Надежности по ответственности 1
Пост. Длит. Кр.вр. Ветр. Сейсм.
Надежности 1.1 1.2 1.2 1.4 1
Длительности 1 1 0.35 0 0
Продолжительности 1 1 1 0 0
Снижающий для кр. врем. нагрузки 1
Учитывать в расчете:
автоматически сформированные РСН
РСН, сформированные для случаев а, б
Коэффициенты расчетных сочетаний нагрузок (РСН)
Пост. Длит. Кр.вр. Ветр. Сейсм.
1-е, основное 1 1 1 1 0
2-е, основное 1 0.95 0.9 0.9 0
3-е, особое 0.9 0.8 0.5 0 1
39. SpaceCad.ru 39
Учитывать при автоматическом формировании РСН:
знакопеременность ветровой и сейсмической нагрузки
Расчетные сочетания нагрузок. Сокращенный список
N, тс Mx, тс*м My, тс*м Qx, тс Qy, тс T, тс*м Сечени
е
Первая группа пред. состояний. Случай б (все нагрузки)
Группа 1 40.6 -16.5 0 0 -2.51 0 1_1.1
40.6 0 0 0 0 0 длит.
часть
Sнр, Sнс, Ty, Sнлр, Sнлс | 1.1ПО+1.4В1
52.2 0 0 0 0 0 1_1.1
44.6 0 0 0 0 0 длит.
часть
Sлс, Nс | 1.1ПО+1.2КР
Первая группа пред. состояний. Случай а (продолжит.)
Группа 2 52.2 0 0 0 0 0 1_1.1
44.6 0 0 0 0 0 длит.
часть
Sнс, Sлс, Nс, Sнлс | 1.1ПО+1.2КР
Вторая группа пред. состояний. Случай б (все нагрузки)
Группа 3 36.9 -11.8 0 0 -1.79 0 1_1.1
36.9 0 0 0 0 0 длит.
часть
Sнр, Sнс, Ty, Sнлр, Sнлс | ПО+В1
46.6 0 0 0 0 0 1_1.1
40.3 0 0 0 0 0 длит.
часть
Sлс, Nс | ПО+КР
Вторая группа пред. состояний. Случай а (продолжит.)
Группа 4 46.6 0 0 0 0 0 1_1.1
40.3 0 0 0 0 0 длит.
часть
Sнс, Sлс, Nс, Sнлс | ПО+КР
Номера колонн, определивших РСН:
1_1
Расчетное армирование
Asu 4.91
As1 0.00
As2 0.04
Продольная арматура, см2:
полная 19.724
по прочности 19.724
% армирования 1.23
Поперечная арматура,
см2/м
0
Ширина раскрытия трещин, мм:
непродолжительного 0.134337
продолжительного 0.0106961
40. SpaceCad.ru 40
Расстановка продольной арматуры
Армирование симметричное. Выпуски в верхнюю колонну
угловые 425
боковые 225
Всего 625
Площадь арматуры, см2 29.4524
% армирования 1.84
Расстановка поперечной арматуры
Зона анкеровки, мм: 38
шаг 250
привязка 1-го 50
зона раскладки 500
привязка последнего 550
Основная зона, мм: 178
шаг 350
привязка 1-го 900
зона раскладки 5600
привязка последнего 6500
расст. до верха 80
Площадь арматуры, см2/м 2.87231
Рис.25 Армирование монолитной колонны