Вариантное проектирование элементов несущих конструкций гостинично-торгового комплекса, площадь застройки 5000 кв.м, г. Казань
|
Введение 7
1 Состояние вопроса вариантного проектирования зданий и сооружений 10
1.1 Общие сведения о проектировании зданий и сооружений 10
1.2 История развития проектирования зданий и сооружений 11
1.3 Обзор существующих программных комплексов для
расчета строительных конструкций 14
1.4 Вариантное проектирование строительных процессов 18
1.5 Содержание вариантного проектирования зданий и сооружений 21
1.6 Основные принципы вариантного проектирования
строительных конструкций 23
Выводы по первому разделу 25
2 Разработка архитектурно-планировочных решений гостинично-торгового комплекса 26
2.1 Генеральный план 26
2.2 Объемно-планировочное решение 27
2.2.1 Гостиница 28
2.2.2 Торговые учреждения 29
2.3 Конструктивное решение 30
2.4 Теплотехнический расчет наружной стены 32
2.5 Теплотехнический расчет покрытия 34
2.6 Расчет и конструирование однопролетного ригеля 35
2.6.1 Исходные данные 35
2.6.2 Определение усилий в ригеле 36
2.6.3 Характеристики прочности бетона и арматуры 36
2.6.4 Предварительный расчет сечения арматуры 37
2.6.5 Геометрические характеристики приведенного сечения 38
2.6.6 Потери предварительного напряжения арматуры 40
2.6.7 Расчет прочности ригеля по сечению, нормальному продольной оси..41
2.6.8 Расчет прочности ригеля по сечению, наклонному к продольной оси.43
2.6.9 Расчет по образованию трещин нормальных к продольной оси 44
2.6.10 Определение прогиба ригеля 45
2.7 Расчет колонны 46
2.7.1 Определение усилий в средней колонне 46
2.7.2 Расчет центрально нагруженной колонны с симметричной арматурой.. .48
2.7.3 Расчет стыка колонн 52
2.8 Основания и фундаменты здания 56
2.8.1 Привязка проектируемого здания к существующему рельефу
строительной площадки 56
2.8.2 Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических
условий площадки строительства 56
2.8.3 Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения в
сечении I-1 57
2.8.4 Определение вероятной осадки фундаментов с учетом
взаимного влияния 64
2.8.5 Расчет тел фундаментов 66
Выводы по второму разделу 73
3 Автоматизированный расчет элементов несущих конструкций гостинично-торгового комплекса с использованием ПК ЛИРА 10.4 74
3.1 Программный комплекс ЛИРА 10.4 74
3.2 Описание методики автоматизированного расчета 76
3.3 Алгоритм автоматизированного расчета несущих конструкций 78
3.4 Протокол автоматизированного расчета несущей конструкции 79
3.5 Выбор материалов, определение загружений и подбор сечений 81
3.6 Определение параметров конструирования и узловых реакций 82
3.7 Подбор железобетонных пластин и металлических конструкций 93
3.8 Результаты автоматизированного расчета с использованием
ПК ЛИРА 10.4 105
Выводы по третьему разделу 111
Заключение 112
Библиографический список использованных источников 113
Приложение 118
1 Состояние вопроса вариантного проектирования зданий и сооружений 10
1.1 Общие сведения о проектировании зданий и сооружений 10
1.2 История развития проектирования зданий и сооружений 11
1.3 Обзор существующих программных комплексов для
расчета строительных конструкций 14
1.4 Вариантное проектирование строительных процессов 18
1.5 Содержание вариантного проектирования зданий и сооружений 21
1.6 Основные принципы вариантного проектирования
строительных конструкций 23
Выводы по первому разделу 25
2 Разработка архитектурно-планировочных решений гостинично-торгового комплекса 26
2.1 Генеральный план 26
2.2 Объемно-планировочное решение 27
2.2.1 Гостиница 28
2.2.2 Торговые учреждения 29
2.3 Конструктивное решение 30
2.4 Теплотехнический расчет наружной стены 32
2.5 Теплотехнический расчет покрытия 34
2.6 Расчет и конструирование однопролетного ригеля 35
2.6.1 Исходные данные 35
2.6.2 Определение усилий в ригеле 36
2.6.3 Характеристики прочности бетона и арматуры 36
2.6.4 Предварительный расчет сечения арматуры 37
2.6.5 Геометрические характеристики приведенного сечения 38
2.6.6 Потери предварительного напряжения арматуры 40
2.6.7 Расчет прочности ригеля по сечению, нормальному продольной оси..41
2.6.8 Расчет прочности ригеля по сечению, наклонному к продольной оси.43
2.6.9 Расчет по образованию трещин нормальных к продольной оси 44
2.6.10 Определение прогиба ригеля 45
2.7 Расчет колонны 46
2.7.1 Определение усилий в средней колонне 46
2.7.2 Расчет центрально нагруженной колонны с симметричной арматурой.. .48
2.7.3 Расчет стыка колонн 52
2.8 Основания и фундаменты здания 56
2.8.1 Привязка проектируемого здания к существующему рельефу
строительной площадки 56
2.8.2 Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических
условий площадки строительства 56
2.8.3 Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения в
сечении I-1 57
2.8.4 Определение вероятной осадки фундаментов с учетом
взаимного влияния 64
2.8.5 Расчет тел фундаментов 66
Выводы по второму разделу 73
3 Автоматизированный расчет элементов несущих конструкций гостинично-торгового комплекса с использованием ПК ЛИРА 10.4 74
3.1 Программный комплекс ЛИРА 10.4 74
3.2 Описание методики автоматизированного расчета 76
3.3 Алгоритм автоматизированного расчета несущих конструкций 78
3.4 Протокол автоматизированного расчета несущей конструкции 79
3.5 Выбор материалов, определение загружений и подбор сечений 81
3.6 Определение параметров конструирования и узловых реакций 82
3.7 Подбор железобетонных пластин и металлических конструкций 93
3.8 Результаты автоматизированного расчета с использованием
ПК ЛИРА 10.4 105
Выводы по третьему разделу 111
Заключение 112
Библиографический список использованных источников 113
Приложение 118
Гостинично-торговые комплексы являются одними из наиболее привлекательных сегментов коммерческой недвижимости и одновременно входят в число самых дорогих направлений строительства. Гостинично-торговый комплекс - это здание, которое совмещает торговые площади и гостиничные помещения. В настоящее время этот подход актуален в современном строительстве, так как стоимость 1 м2 земли повышается. При этом значительно снижается площадь застройки за счет увеличения этажности строения.
Для гостинично-торговой недвижимости характерно активное освоение подземных пространств, большие площади застройки за счет постройки цокольных этажей, применение современных отделочных материалов и оптимальных планировочных решений. При этом указанные составляющие позволяют снизить общую стоимость строительства объекта.
Выбор эффективных решений при проектировании выполняется на основе технико-экономического анализа компоновки сооружений, конструктивных схем, материалов, технологии изготовления с учетом требований, предъявляемых к конструкциям зданий и сооружений в эксплуатации. Одним из основных способов, применяемых для этой цели, является вариантное проектирование. Вариантное проектирование заключается в составлении и анализе конкурирующих вариантов, из которых на основе технико-экономического анализа выбирается наиболее рациональный.
Для анализа каждого варианта проектного решения здания (или его части) необходимы следующие исходные данные: назначение здания, мощность или вместимость, географическое местоположение, объемно-планировочная и конструктивная характеристика. Сравниваемые варианты должны иметь одинаковое влияние на окружающую среду, должны быть сопоставимы по уровню ветровых и снеговых нагрузок, климатических и инженерногеологических условий, сейсмичности и другие.
Актуальность темы. В качестве основного материала несущих систем общественных зданий в отечественной практике применяется железобетон, обеспечивающий оптимальное сочетание безопасности при эксплуатации в критических ситуациях с экономичностью и технологичностью производства работ.
Вместе с тем, сопротивление внешним воздействиям железобетонных элементов зданий имеет характерные особенности, значительно усложняющие моделирование конструкций при расчете несущих систем и их элементов. Прежде всего, это наличие большого количества участков с локальным сосредоточением деформаций (трещин и узлов сопряжения между сборными элементами) и возникающая при всех уровнях нагружения физическая нелинейность деформирования, приводящая к непропорциональному изменению жесткостных характеристик для различных направлений и компонентов напряжений.
В общем объёме строительных конструкций, наряду с железобетонными, значительное место занимают металлические конструкции. По сравнению с железобетонными, металлические строительные конструкции позволяют снизить трудоемкость изготовления до 50-80%, трудоемкость монтажа до 25%, но стоимость металлических каркасов на 12-24% выше, чем у железобетонных каркасов. При строительстве в районах Сибири, Дальнего Востока и Севера металлические конструкции могут оказаться единственными, позволяющими повысить эффективность капитальных вложений. Балки и колонны составляют примерно 76% объема каркасов зданий и сооружений. Поэтому очевидно, что создание и совершенствование их конструктивных форм с целью решения основных технико-экономических задач в области строительства, включающих в себя снижение массы конструкций, повышение производительности труда при изготовлении и монтаже, повышение скорости возведения зданий и сооружений, снижение стоимости проектирования, изготовления и монтажа конструкций является важнейшей народнохозяйственной задачей.
Поэтому тема выпускной квалификационной работы, связанная с исследованием работы элементов несущих конструкций здания из различных строительных материалов, является актуальной.
Цель работы - выполнить вариантное проектирование элементов несущих конструкций гостинично-торгового комплекса.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить основные методы и принципы вариантного проектирования.
2. Спроектировать объект расчета.
3. Выполнить сбор нагрузок на рассчитываемую конструкцию.
4. Выполнить расчет и конструирование железобетонного и металлического каркасов.
5. Провести сравнительный анализ полученных результатов.
Объектом исследования является элементы несущих конструкций железобетонного и металлического каркаса здания гостинично-торгового комплекса .
Предмет исследования является исследование работы элементов несущих конструкций здания при использовании различных строительных материалов.
Состав и объем работы. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трёх глав, которые содержат теоретический и практический материалы, выводов по разделам и заключения по работе, библиографического списка использованных источников. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок, 15 таблиц, библиографического списка использованных источников из 59 наименований.
Для гостинично-торговой недвижимости характерно активное освоение подземных пространств, большие площади застройки за счет постройки цокольных этажей, применение современных отделочных материалов и оптимальных планировочных решений. При этом указанные составляющие позволяют снизить общую стоимость строительства объекта.
Выбор эффективных решений при проектировании выполняется на основе технико-экономического анализа компоновки сооружений, конструктивных схем, материалов, технологии изготовления с учетом требований, предъявляемых к конструкциям зданий и сооружений в эксплуатации. Одним из основных способов, применяемых для этой цели, является вариантное проектирование. Вариантное проектирование заключается в составлении и анализе конкурирующих вариантов, из которых на основе технико-экономического анализа выбирается наиболее рациональный.
Для анализа каждого варианта проектного решения здания (или его части) необходимы следующие исходные данные: назначение здания, мощность или вместимость, географическое местоположение, объемно-планировочная и конструктивная характеристика. Сравниваемые варианты должны иметь одинаковое влияние на окружающую среду, должны быть сопоставимы по уровню ветровых и снеговых нагрузок, климатических и инженерногеологических условий, сейсмичности и другие.
Актуальность темы. В качестве основного материала несущих систем общественных зданий в отечественной практике применяется железобетон, обеспечивающий оптимальное сочетание безопасности при эксплуатации в критических ситуациях с экономичностью и технологичностью производства работ.
Вместе с тем, сопротивление внешним воздействиям железобетонных элементов зданий имеет характерные особенности, значительно усложняющие моделирование конструкций при расчете несущих систем и их элементов. Прежде всего, это наличие большого количества участков с локальным сосредоточением деформаций (трещин и узлов сопряжения между сборными элементами) и возникающая при всех уровнях нагружения физическая нелинейность деформирования, приводящая к непропорциональному изменению жесткостных характеристик для различных направлений и компонентов напряжений.
В общем объёме строительных конструкций, наряду с железобетонными, значительное место занимают металлические конструкции. По сравнению с железобетонными, металлические строительные конструкции позволяют снизить трудоемкость изготовления до 50-80%, трудоемкость монтажа до 25%, но стоимость металлических каркасов на 12-24% выше, чем у железобетонных каркасов. При строительстве в районах Сибири, Дальнего Востока и Севера металлические конструкции могут оказаться единственными, позволяющими повысить эффективность капитальных вложений. Балки и колонны составляют примерно 76% объема каркасов зданий и сооружений. Поэтому очевидно, что создание и совершенствование их конструктивных форм с целью решения основных технико-экономических задач в области строительства, включающих в себя снижение массы конструкций, повышение производительности труда при изготовлении и монтаже, повышение скорости возведения зданий и сооружений, снижение стоимости проектирования, изготовления и монтажа конструкций является важнейшей народнохозяйственной задачей.
Поэтому тема выпускной квалификационной работы, связанная с исследованием работы элементов несущих конструкций здания из различных строительных материалов, является актуальной.
Цель работы - выполнить вариантное проектирование элементов несущих конструкций гостинично-торгового комплекса.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить основные методы и принципы вариантного проектирования.
2. Спроектировать объект расчета.
3. Выполнить сбор нагрузок на рассчитываемую конструкцию.
4. Выполнить расчет и конструирование железобетонного и металлического каркасов.
5. Провести сравнительный анализ полученных результатов.
Объектом исследования является элементы несущих конструкций железобетонного и металлического каркаса здания гостинично-торгового комплекса .
Предмет исследования является исследование работы элементов несущих конструкций здания при использовании различных строительных материалов.
Состав и объем работы. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трёх глав, которые содержат теоретический и практический материалы, выводов по разделам и заключения по работе, библиографического списка использованных источников. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок, 15 таблиц, библиографического списка использованных источников из 59 наименований.
В первом разделе работы проанализировано состояние вопроса вариантного проектирования зданий и сооружений с учетом использования современных программных комплексов. В результате обзора существующих программных комплексов, для расчета строительных конструкций выбран ПК ЛИРА 10.4, который позволяет выполнить все необходимые расчеты в рамках решения поставленных задач.
Во втором разделе спроектирован объект для расчета. Разаработаны архитектурно-планировочные решения гостинично-торгового комплекса. Выполнены расчеты элементов несущих конструкций - однопролетного ригеля и колонны. В результате произведенных расчетов принимаем ригель с размерами сечения 400*450 мм, колонну - 500*500 мм. Рассчитаны и спроектированы фундаменты мелкого заложения в сечении I-I.
В третьем разделе с использованием ПК ЛИРА 10.4 реализован автоматизированный расчет элементов несущих конструкций, что позволяет определить стальные колонны и балки, подобрать сечения и площади арматуры в соответствие с задачами исследования. Наиболее оптимальным является автоматизированный расчет конструкций, который основан на методе конечных элементов.
В результате выполненной работы были получены характеристики элементов конструкций, удовлетворяющие предъявляемым требованиям обеспечения прочности.
Расчёт производился с целью подбора таких размеров сечений и прочностных характеристик элементов, чтобы обеспечить одинаковую прочность железобетонного и металлического каркасов.
Во втором разделе спроектирован объект для расчета. Разаработаны архитектурно-планировочные решения гостинично-торгового комплекса. Выполнены расчеты элементов несущих конструкций - однопролетного ригеля и колонны. В результате произведенных расчетов принимаем ригель с размерами сечения 400*450 мм, колонну - 500*500 мм. Рассчитаны и спроектированы фундаменты мелкого заложения в сечении I-I.
В третьем разделе с использованием ПК ЛИРА 10.4 реализован автоматизированный расчет элементов несущих конструкций, что позволяет определить стальные колонны и балки, подобрать сечения и площади арматуры в соответствие с задачами исследования. Наиболее оптимальным является автоматизированный расчет конструкций, который основан на методе конечных элементов.
В результате выполненной работы были получены характеристики элементов конструкций, удовлетворяющие предъявляемым требованиям обеспечения прочности.
Расчёт производился с целью подбора таких размеров сечений и прочностных характеристик элементов, чтобы обеспечить одинаковую прочность железобетонного и металлического каркасов.