Московский Государственный Строительный Университет Институт фундаментального образования Факультет общенаучных кафедр курсовая

Вид материала

Содержание

Пояснительная записка
Краткая характеристика методики расчета
Расчетная схема
Результаты расчета
Усилия и напряжения

Подобный материал:

Московский Государственный Строительный Университет
Институт фундаментального образования
Факультет общенаучных кафедр

Курсовая работа по дисциплине:
«Прикладное программное обеспечение»

Выполнил:
Студент ИФО 3-2
Троцко А.Ю.

Проверил
Пеньковой С.Б.

Москва, 2010

Описание конструкции многофункционального центра

Конструктивно жилой комплекс состоит из следующих частей:

подземной части с -3-го по 1-й этаж. Размер в плане 65.4х48.6м. По периметру монолитная железобетонная стена, толщиной 400мм. Перекрытие на отметках -7,200 и -3,900 имеет толщину 220мм.
перекрытие 1-го этажа имеет три разных уровня. На уровне -0,700 и -1,100 толщина плиты перекрытия 240мм, на уровне 0,00 толщина плиты 220мм;
двухэтажной части вестибюля, с отм.0,000 до 6,000, а также перекрытием на отм.3,000 в осях 7-8/Г-Е, 5-7/Д-Е, 6/Е-Ж, 2-6/Ж-И;
2-й этажа, на отм.6,000. Толщина плиты перекрытия 200мм, кроме зоны 3-8/Б-Г, где толщина плиты 160мм, выполненной по металлической балочной клетке, с опиранием на металлические колонны. В зоне колонн типа К1 и К2, предусмотрены капители толщиной 500мм.
типовых этажей с 4 по 15. Габаритные размеры 65,4х32,2м, толщина перекрытия 200мм;
16-й этаж является противопожарным. Размеры в плане 65,4х32,2м, толщина плиты перекрытия 220мм.
17-й этаж является противопожарным. Размеры в плане 65,4х32,2м, толщина плиты перекрытия 220мм. Предусмотрены стенки жесткости из монолитного железобетона толщиной 200мм в осях 2-3/Г, 2-3/Д, 7-8/Г, 7-8/Д, 9/Д-Е.
18-20, 21-22, 23 этажи имеют размеры в плане 60,1х19,6м, толщина плиты перекрытия 200мм;
24-й этаж имеет два уровня. Плита на отм.85.650 имеет размер в плане 36,21х18,45м, в осях 7-10/Г-Д предусмотрен «второй свет».

Плита на отм.88.030 имеет размер в плане 24,30х19,60м. Толщина плит перекрытия/покрытия 220мм;

На отм.93.400 предусмотрено перекрытие размером в плане 19,95х12,95м, толщиной плиты 200мм.
На отм.99,060 предусмотрено покрытие из балочной клетки, состоящих из стальных балок, опирающихся на стальные колонны-стойки («навес»). Стойки двухветвенные из круглых труб, главные и второстепенные балки покрытия – прокатные двутавры. Материал стоек и балок перекрытия сталь класса С345. Кровля мягкая по профнастилу.

В осях 7/В-Е с уровня -10,5м до 0,000 расположен пандус для въезда/выезда автотранспорта. Стены пандуса имеют толщину 300мм, плита пандуса толщиной 200мм.

Лестничные блоки из монолитного железобетона со стенами толщиной 300мм и лестничными маршами толщиной 200мм, расположены в осях:

- 1-2/Ж-И, с отм. -10,500 до отм. 13,200;

- 2-3/В-Г, с отм. -10,500 до отм.6,000;

- 4-5/Е, с отм. -10,500 до отм.93,060;

- 8/В-Г, с отм. -10,500 до отм.6,000;

- 8/Д-Е, с отм. -10,500 до отм.88,050.

Лифтовые блоки из монолитного железобетона со стенами по периметру толщиной 300мм и внутренними стенами толщиной 200мм, расположены в осях:

- 2-3/Е, с отм. -10,500 до отм. 93,060;

- 4/Г-Д, с отм. -10,500 до отм. 88,050;

- 5/Г-Д, с отм. -10,500 до отм. 88,050;

Толщина фундаментной плиты 1000мм. Толщина ограждающих стен подземной части 400мм.

Применены следующие типы колонн:

К1 – железобетонная колонна сечением 600х600мм, с внутренним металлическим сердечником сечением 300х300мм.

К2 – железобетонная колонна сечением 600х600мм, с внутренним металлическим сердечником сечением из двутавра 25К1.

К3 – железобетонная колонна сечением 600х600мм, с внутренним металлическим сердечником сечением 200х200мм.

К4 – железобетонная колонна сечением 600х600мм.

КМ-1 – металлическая колонна сечением из двутавра 30К1.

КМ-2 – металлическая колонна сечением из трубы 530х7.

Ст-1 – металлическая колонна сечением из трубы 180х140х6.

Приняты следующие типы балок:

Б1 – железобетонная балка сечением 600х400(h)мм.

Б2 – железобетонная балка сечением 300х400(h)мм.

Б6 – железобетонная балка сечением 600х600(h)мм.

Ба5 – железобетонная балка сечением 600х600(h)мм, с внутренним металлическим сердечником сечением из двутавра 25К1.

БМ-1 – металлическая балка сечением из двутавра 70Ш1.

БМ-2 – металлическая балка сечением из двутавра 45Б1.

БМ-3 – металлическая балка сечением из двутавра 70Ш1.

БМ-4 – металлическая балка сечением из двутавра 55Б1.

Р – металлический раскос сечением из швеллера №14.

С, СВ-1 – связь по металлическим конструкциям, сечением из уголка №125х10.

Все металлические конструкции запроектированы из стали класса С255.

Все железобетонные конструкции запроектированы из бетона класса В30W4.

Арматура принята классов АIII и АI.

Расчетные нагрузки и воздействия

При расчете несущих конструкций жилого комплекса в проекте учитывались следующие расчетные данные:

Степень ответственности - класс II
Степень огнестойкости - I
Категория сейсмобезопасности III
Район по давлению ветра - IV (67 кгс/м²)
Район по весу снега - II (120 кгс/м²)
Температура наиболее холодных суток - -36⁰С
Расчетная зимняя температура наружного воздуха -7⁰С
Нормативная глубина промерзания грунтов - 0,8м
За относительную отметку 0,000 принят

уровень абсолютной отметки +25,80м

Сбор нагрузок на 1м² фундаментной плиты (на отм.-10,500)

№ п/п	Наименование нагрузки Формула расчета	Нормативная нагрузка т/м²	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка т/м²
	Постоянная
1.	MG Вес фундаментной железобетонной плиты	2,5	1,1	2,75
2.	Железобетонная плита с упрочнителем	0,15	1,1	0,165
3.	Стяжка цементно-песчаная	0,04	1,3	0,052
4.	2 слоя гидроизоляции с посыпкой	0,01	1,2	0,012
5.	Стяжка цементно-песчаная	0,04	1,3	0,052
	Итого	2,74		3,031
	Pf1	0,24	1,2	0,288
	Временная длительно действующая
	Vf Полезная (автомобильная)	0,5	1,2	0,6

Сбор нагрузок на 1м² плиты перекрытия подземной парковки

№ п/п	Наименование нагрузки Формула расчета	Нормативная нагрузка т/м²	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка т/м²
	Постоянная
1.	MG Вес фундаментной железобетонной плиты	0,5	1,1	0,55
2.	Железобетонная плита с упрочнителем	0,225	1,1	0,2475
3.	Подвесные коммуникации	0,05	1,05	0,0525
	Итого	2,74		3,031
	Pf2	0,275	1,1	0,3025
	Временная длительно действующая
	Vf Полезная (автомобильная)	0,5	1,2	0,6

Сбор нагрузок на 1м² плиты перекрытия офисных помещений

№ п.п.	Наименование нагрузки. Формула подсчета	Нормативная нагрузка т/м²	Коэфф-т надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка т/м²
	Постоянная
1.	Собственный вес железобетонной плиты перекрытия t=200 мм т/м³	0,5	1,1	0,55
2.	Стяжка цементно-песчаная t=30 мм, т/м³.	0,06	1,3	0,078
3.	Плита фальшпола с продухом t=40 мм	0,029	1,2	0,0348
4.	Перегородки внутренних помещений	0,05	1,2	0,06
5.	Подвесные потолки, воздуховоды	0,05	1,05	0,0525
	Итого:	0,689	-	0,7753
	Pо	0,189	1,2	0,2268
	Временная длительно действующая
	Vо Полезная для администативных помещений (по заданию Заказчика)	0,4	1,2	0,48

Сбор нагрузок на 1м² плиты покрытия автостоянок/парковок/проездов

№ п.п.	Наименование нагрузки. Формула подсчета	Нормативная нагрузка т/м²	Коэфф-т надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка т/м²
	Постоянная
1.	Собственный вес железобетонной плиты покрытия парковок t=240 мм т/м³	0,6	1,1	0,66
2.	Пиленая гранитная брусчатка t =60 мм, g=2.7 т/м³	0.162	1.1	0.1782
3.	Смесь цементно-песчаная t=30 мм, g=1.4 т/м³	0,042	1,3	0,0546
4.	Стяжка цементно-песчаная армированная дорожной сеткой t=50 мм, т/м³.	0,1	1,3	0,13
5.	Гранитный щебень (5-20мм) с проливкой битумом t =50 мм, g=1.75 т/м³	0.0875	1,1	0.09625
6.	Керамзитобетонная стяжка с уклоном (50-350мм) t =200 мм, g=1.0 т/м³	0.2	1,3	0.26
7.	Слой геотекстиля	0.001	1.2	0.0012
8.	Стяжка цементно-песчаная t=30 мм, g=1.8 т/м³	0.054	1.3	0.0702
9.	2 слоя гидроизоляции ВИЛЛАЭЛАСТ СОЛО t=8 мм	0.008	1.2	0.0096
10.	Стяжка цементно-песчаная армированная дорожной сеткой t=50 мм, т/м³.	0,1	1,3	0,13
11.	Утеплитель ПЕНОПЛЕКС t=100 мм, g=0.08 т/м³	0.008	1.2	0.0096
12.	Пароизоляция t=0.5 мм	0,001	1,1	0,0011
	Итого:	1.3635	-	1.60075
	Pf3	0,7635	1,3	0,99255
	Временная длительно действующая
	Vf Полезная (автомобильная)	0,5	1,2	0,48

Сбор нагрузок на 1м² плиты перекрытия противопожарного (офисных помещений)

№ п.п.	Наименование нагрузки. Формула подсчета	Нормативная нагрузка т/м²	Коэфф-т надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка т/м²
	Постоянная
1.	Собственный вес железобетонной плиты перекрытия t=200 мм т/м³	0,5	1,1	0,55
2.	Стяжка цементно-песчаная t=30 мм, т/м³.	0,06	1,3	0,078
3.	Плита фальшпола с продухом t=40 мм	0,029	1,2	0,0348
4.	Перегородки внутренних помещений	0,05	1,2	0,06
5.	Подвесные потолки, воздуховоды	0,05	1,05	0,0525
	Итого:	0,689	-	0,7753
	Pр	0,189	1,2	0,2268
	Временная длительно действующая
	Vо Полезная для администативных помещений (по заданию Заказчика)	0,4	1,2	0,48

Сбор нагрузок на 1м² плиты покрытия террас/балконов

№ п.п.	Наименование нагрузки. Формула подсчета	Нормативная нагрузка т/м²	Коэфф-т надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка т/м²
	Постоянная
1.	Собственный вес железобетонной плиты покрытия парковок t=220 мм т/м³	0,55	1,1	0,605
2.	Тротуарная плитка PLOT ZOOM (ICOPAL) t =60 мм, g=2.4 т/м³	0.144	1.1	0.1584
3.	2 слоя гидроизоляции TERANAP JS (ICOPAL) t=8 мм	0.008	1.2	0.0096
4.	Слой геотекстиля	0.001	1.2	0.0012
5.	Стяжка цементно-песчаная с уклоном t=35 мм, g=1.8 т/м³.	0,0063	1,3	0,0819
6.	Стяжка цементно-песчаная армированная дорожной сеткой t=100 мм, т/м³.	0,2	1,3	0,26
7.	Утеплитель жесткий минераловатный ВЕНТИБАТС (ROCKWOOL) t=200 мм, g=0.19 т/м³	0.038	1.2	0.0456
8.	Пароизоляция CLASSIC (ICOPAL) t=0.5 мм	0,001	1,1	0,0011
	Итого:	0,9483		1,1628
	Pb	0,3983	1,4	0,55762
	Временная длительно действующая
9.	Vb Полезная (балконы/террасы)	0,2	1,3	0,26
	Кратковременная
10.	Sneg Снеговая	0,09	1,2	0,12

Сбор нагрузок на 1м² плиты покрытия плиты покрытия над вестибюлем на отм. +6.000

№ п.п.	Наименование нагрузки. Формула подсчета	Нормативная нагрузка т/м²	Коэфф-т надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка т/м²
	Постоянная
1.	Собственный вес железобетонной плиты покрытия t=140 мм т/м³	0,35	1,1	0,385
2.	Газонная решетка RECYFIX-STANDART фирмы HAURATONI с заполнением почвенным субстрактом – 38мм	0.080	1.2	0.096
3.	Почвенный субстракт t=30 мм, g=1.8 т/м³.	0.054	1.3	0.07
4.	Слой геотекстиля	0,002	1,1	0,0022
5.	Дренажный слой (смесь песка и щебня фракции 5мм) t=40 мм, g=1.9 т/м³.	0.076	1.3	0.099
6.	Слой геотекстиля	0,002	1,1	0,0022
7.	2 слоя гидроизоляции TERANAP JS (ICOPAL) t=8 мм	0.008	1.2	0.0096
8.	Слой геотекстиля	0,002	1,1	0,0022
9.	Стяжка цементно-песчаная с уклоном t=50 мм, g=1.8 т/м³.	0.09	1,3	0.117
10.	Стяжка цементно-песчаная армированная дорожной сеткой t=100 мм, т/м³.	0,2	1,3	0,26
11.	Утеплитель жесткий минераловатный ВЕНТИБАТС (ROCKWOOL) t=200 мм, g=0.19 т/м³	0.038	1.2	0.0456
12.	Пароизоляция CLASSIC (ICOPAL) t=0.5 мм	0,001	1,1	0,0011
13.	Подвесные потолки, воздуховоды	0,05	1,05	0,0525
	Итого	0,953	-	1,1425
	Pv1	0,603	1,3	0,7839
	Временная длительно действующая
14.	Vv Полезная (покрытие эксплуатируемое)	0,15	1,3	0,195
	Кратковременная
15.	Sneg Снеговая	0,09	1,2	0,12

Чертежи:

Плита

отм. -7.200; -3.900

Плита

отм. -1.100; -0.700; 0.000

Плита

отм. 3.000

2 этаж

отм. 5.550; 6.000

3 этаж

отм.9.600

4-15 этаж

отм. 13.200;16.800; 20.400; 24.000; 27.600; 31.200;

34.800; 38.400; 42.000; 45.600; 49.200; 52.800

16 этаж

отм. 56.400

17 этаж

отм. 60.000

18-20 этаж

отм. 63.600; 67.200; 70.800

21-22 этаж

отм. 74.400; 78.000

23 этаж

отм. 81.600

24 этаж

отм. 85.650

24 этаж

отм. 88.030

Кровля

отм. 89.500

Плита

Отм. 93.400

Отм. 99.060

Модель:

Изометрия КЭ-модели многофункционального центра.

Пояснительная записка

Общие данные

Расчет выполнен с помощью проектно-вычислительного комплекса SCAD. Комплекс реализует конечно-элементное моделирование статических и динамических расчетных схем, проверку устойчивости, выбор невыгодных сочетаний усилий, подбор арматуры железобетонных конструкций, проверку несущей способности стальных конструкций. В представленной ниже пояснительной записке описаны лишь фактически использованные при расчетах названного объекта возможности комплекса SCAD.

Краткая характеристика методики расчета

В основу расчета положен метод конечных элементов с использованием в качестве основных неизвестных перемещений и поворотов узлов расчетной схемы. В связи с этим идеализация конструкции выполнена в форме, приспособленной к использованию этого метода, а именно: система представлена в виде набора тел стандартного типа (стержней, пластин, оболочек и т.д.), называемых конечными элементами и присоединенных к узлам.

Тип конечного элемента определяется его геометрической формой, правилами, определяющими зависимость между перемещениями узлов конечного элемента и узлов системы, физическим законом, определяющим зависимость между внутренними усилиями и внутренними перемещениями, и набором параметров (жесткостей), входящих в описание этого закона и др.

Узел в расчетной схеме метода перемещений представляется в виде абсолютно жесткого тела исчезающе малых размеров. Положение узла в пространстве при деформациях системы определяется координатами центра и углами поворота трех осей, жестко связанных с узлом. Узел представлен как объект, обладающий шестью степенями свободы - тремя линейными смещениями и тремя углами поворота.

Все узлы и элементы расчетной схемы нумеруются. Номера, присвоенные им, следует трактовать только, как имена, которые позволяют делать необходимые ссылки.

Основная система метода перемещений выбирается путем наложения в каждом узле всех связей, запрещающих любые узловые перемещения. Условия равенства нулю усилий в этих связях представляют собой разрешающие уравнения равновесия, а смещения указанных связей - основные неизвестные метода перемещений.

В общем случае в пространственных конструкциях в узле могут присутствовать все шесть перемещений:

1 - линейное перемещение вдоль оси X;

2 - линейное перемещение вдоль оси Y;

3 - линейное перемещение вдоль оси Z;

4 - угол поворота с вектором вдоль оси X (поворот вокруг оси X);

5 - угол поворота с вектором вдоль оси Y (поворот вокруг оси Y);

6 - угол поворота с вектором вдоль оси Z (поворот вокруг оси Z).

Нумерация перемещений в узле (степеней свободы), представленная выше, используется далее всюду без специальных оговорок, а также используются соответственно обозначения X, Y, Z, UX, UY и UZ для обозначения величин соответствующих линейных перемещений и углов поворота.

В соответствии с идеологией метода конечных элементов, истинная форма поля перемещений внутри элемента (за исключением элементов стержневого типа) приближенно представлена различными упрощенными зависимостями. При этом погрешность в определении напряжений и деформаций имеет порядок (h/L)^k, где h — максимальный шаг сетки; L — характерный размер области. Скорость уменьшения ошибки приближенного результата (скорость сходимости) определяется показателем степени k, который имеет разное значение для перемещений и различных компонент внутренних усилий (напряжений).

Расчетная схема

Системы координат

Для задания данных о расчетной схеме могут быть использованы различные системы координат, которые в дальнейшем преобразуются в декартовы. В дальнейшем для описания расчетной схемы используются следующие декартовы системы координат:

Глобальная правосторонняя система координат XYZ, связанная с расчетной схемой

Локальные правосторонние системы координат, связанные с каждым конечным элементом.

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 — -21326

Количество конечных элементов — 6039

Общее количество неизвестных перемещений и поворотов — 999822

Количество загружений — 16

Количество комбинаций загружений — 1

Выбранный режим статического расчета

Статический расчет системы выполнен в линейной постановке.

Набор исходных данных

Детальное описание расчетной схемы содержится в документе "Исходные данные", где в табличной форме представлены сведения о расчетной схеме, содержащие координаты всех узлов, характеристики всех конечных элементов, условия примыкания конечных элементов к узлам и др.

Граничные условия

Возможные перемещения узлов конечно-элементной расчетной схемы ограничены внешними связями, запрещающими некоторые из этих перемещений. Наличие таких связей помечено в таблице "Координаты и связи" описания исходных данных символом #.

Условия примыкания элементов к узлам

Точки примыкания конечного элемента к узлам (концевые сечения элементов) имеют одинаковые перемещения с указанными узлами.

Характеристики использованных типов конечных элементов

В расчетную схему включены конечные элементы следующих типов.

Стержневые конечные элементы, для которых предусмотрена работа по обычным правилам сопротивления материалов. Описание их напряженного состояния связано с местной системой координат, у которой ось X1 ориентирована вдоль стержня, а оси Y1 и Z1 — вдоль главных осей инерции поперечного сечения.

Некоторые стержни присоединены к узлам через абсолютно жесткие вставки, с помощью которых учитываются эксцентриситеты узловых примыканий. Тогда ось X1 ориентирована вдоль упругой части стержня, а оси Y1 и Z1 — вдоль главных осей инерции поперечного сечения упругой части стержня.

К стержневым конечным элементам рассматриваемой расчетной схемы относятся следующие типы элементов:

Элемент типа 5, который работает по пространственной схеме и воспринимает продольную силу N, изгибающие моменты Мy и Mz, поперечные силы Qz и Qy, а также крутящий момент Mk.

Конечные элементы оболочек, геометрическая форма которых на малом участке элемента является плоской (она образуют многогранник, вписанный в действительную криволинейную форму срединной поверхности оболочки). Для этих элементов, в соответствии с идеологией метода конечных элементов, истинная форма перемещений внутри элемента приближенно представлена упрощенными зависимостями. Описание их напряженного состояния связано с местной системой координат, у которой оси X1 и Y1 расположены в плоскости элемента и ось Х1 направлена от первого узла ко второму, а ось Z1 ортогональна поверхности элемента.

Треугольный элемент типа 42, не является совместным и моделирует поле нормальных перемещений внутри элемента полиномом 4 степени, а поле тангенциальных перемещений полиномом первой степени. Располагается в пространстве произвольным образом.

Четырехугольный элемент типа 44, который имеет четыре узловые точки, не является совместным и моделирует поле нормальных перемещений внутри элемента полиномом 3 степени, а поле тангенциальных перемещений неполным полиномом 2 степени. Располагается в пространстве произвольным образом.

Результаты расчета

В настоящем отчете результаты расчета представлены выборочно. Вся полученная в результате расчета информация хранится в электронном виде.

Перемещения

Вычисленные значения линейных перемещений и поворотов узлов от загружений представлены в таблице результатов расчета «Перемещения узлов».

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).

Усилия и напряжения

Вычисленные значения усилий и напряжений в элементах от загружений представлены в таблице результатов расчета «Усилия/напряжения элементов».

Для стержневых элементов усилия по умолчанию выводятся в концевых сечениях упругой части (начальном и конечном) и в центре упругой части, а при наличии запроса пользователя и в промежуточных сечениях по длине упругой части стержня. Для пластинчатых, обьемных, осесимметричных и оболочечных элементов напряжения выводятся в центре тяжести элемента и при наличии эапроса пользователя в узлах элемента.

Правило знаков для усилий (напряжений)

Правила знаков для усилий (напряжений) приняты следующими:

Для стержневых элементов возможно наличие следующих усилий:

N - продольная сила;

MKP - крутящий момент;

MY - изгибающий момент с вектором вдоль оси Y1;

QZ - перерезывающая сила в направлении оси Z1 соответствующая моменту MY;

MZ - изгибающий момент относительно оси Z1;

QY - перерезывающая сила в направлении оси Y1 соответствующая моменту MZ;

RZ - отпор упругого основания.

Положительные направления усилий в стержнях приняты следующими:

для перерезывающих сил QZ и QY - по направлениям соответствующих осей Z1 и Y1;

для моментов MX, MY, MZ - против часовой стрелки, если смотреть с конца соответствующей оси X1, Y1, Z1;

положительная продольная сила N всегда растягивает стержень.