Введение 5
ГЛАВА I. КРАТКИЙ ОБЗОР НАУКИ И СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ
ВОПРОСА ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1 История развития проектирования 10
1.2 Основные принципы вариантного проектирования конструкций
1.3 Значение и содержание вариантного проектирования и оптимизации конструкций 14
1.4 Методы проектирования конструкций 16
1.4.1 Метод допускаемых напряжений 167
1.4.2 Метод предельных состояний 1718
1.4.3 Метод определения комбинаций предельных сил и моментов, с
учётом пластических свойств материала 20
1.4.3.1 Поверхность нагружения 22
1.4.3.2 Принцип максимума Мизеса и постулат Друккера.
Ассоциированный закон деформирования 26
1.4.3.3 Предельные поверхности (поверхности прочности) для брусьев
произвольной формы в общем случае их сложного сопротивления 30
ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРНО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ
РЕШЕНИЙ ГОСТИНИЧНО-ТОРГОВОГО КОМПЛЕКСА 37
2.1 Генеральный план 36
2.2 Объемно-планировочное решение 379
2.3 Конструктивное решение 42
2.4 Технико-экономические показатели 43
2.5 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций 43
2.5.1 Теплотехнический расчет наружной стены 43
2.5.2 Теплотехнический расчет покрытия 45
ГЛАВА III. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОДНОПРОЛЕТНОГО
ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО РИГЕЛЯ 48
3.1 Сбор нагрузок 46
3.1.1 Определение усилий в ригеле 51
3.1.2 Характеристики прочности бетона и арматуры 52
3.1.3 Предварительный расчет сечения арматуры 53
3.1.4 Геометрические характеристики приведенного сечения 53
3.1.5 Потери предварительного напряжения арматуры 54
3.1.6 Расчет прочности ригеля по сечению, нормальному продольной оси 56
3.1.7 Расчет прочности ригеля по сечению, наклонному к продольной оси 57
3.1.8 Расчет по образованию трещин нормальных к продольной оси 58
3.1.9 Определение прогиба ригеля 59
ГЛАВА IV. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОДНОПРОЛЕТНОГО
МЕТАЛЛИЧСЕКОГО РИГЕЛЯ 60
4.1 Расчет и конструирование главной и вспомогательной балки
4.1.1 Исходные данные 61
4.1.2 Расчет стального настила 62
4.1.3 Расчет вспомогательных балок и балок настила по методу
предельных состояний 64
4.1.4 Расчёт вспомогательной балки методом допускаемых напряжений 65
4.1.5 Расчёт вспомогательной балки по методу определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала 65
4.1.6 Расчет и конструирование главной балки методом предельных
состояний 64
4.1.7 Расчет главной балки методом допускаемых напряжений 71
4.1.8 Расчет однопролетного металлического ригеля методом
определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ 77
Список литературы 80
Приложения должны быть в работе, но в данный момент отсутствуют
Совершенствование конструктивных решений и железобетонных, металлических конструкций зависит от способов и методов расчета, обеспечивающих необходимую прочность и надежность с учетом колоссальной экономии строительных материалов. При этом важнейшая роль принадлежит реализации положений свода правил и норм по проектированию конструкций, отражающих достижения российской науки и практического проектирования конструкций.
Металлические конструкции - наиболее легкие по сравнению с другими несущими конструкциями, которые применяются в массовом строительстве (железобетонными, деревянными, каменными). Эта особенность напрямую влияет сразу на два аспекта строительства: транспортировку стройматериалов и устройство фундаментов. Легкость конструкций из материала, который втрое тяжелее гранита и бетона и более чем в 10 раз тяжелее дерева, определяется, прежде всего, высокой прочностью металла. Удельная, т.е. отнесенная к объемной массе материала, прочность даже обычной углеродистой стали примерно равна удельной прочности дерева и значительно выше удельной прочности бетона. В то же время благодаря жесткости металла сечения элементов металлоконструкций могут иметь минимально необходимые по расчету размеры.
Данная магистерская диссертация разработана на тему: «Вариантное проектирование здания гостинично-торгового комплекса общей площадью
7967,8 м2 в г.Набережные Челны».
Вариантное проектирование заключается в выборе экономически более эффективного проектного решения варианта по теме диссертационной работы. Выбор эффективного объемно-планировочного или конструктивного решения проектируемого здания осуществляется оценкой технико-экономических показателей двух-трех вариантов и сопоставлением их между собой.
Для анализа каждого варианта проектного решения здания (или его части) необходимы следующие исходные данные: назначение здания, мощность или вместимость, характер производства для промышленных зданий, 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 инженерно-геологических условий, сейсмичности и т.д.
Актуальность темы. Важнейшей задачей строительной отрасли является снижение себестоимости конструкций зданий и сооружений при обеспечении требуемой для них несущей способности. Одним из путей решения этой проблемы является оптимальное проектирование. Поэтому тема магистерской диссертации, связанная с исследованием работы конструктивных элементов здания из различных строительных материалов и разных методов проектирования, является актуальной.
Цель работы: вариантное проектирование конструктивных элементов здания из различных строительных материалов при различных методах проектирования. Вопрос усложняется тем, что оптимальный поиск сечения элементов конструкции и самих проектируемых конструкций необходимо выполнять на дискретных множествах параметров, к которым следует отнести геометрическое сечение элементов, марка используемой стали. В данном случае целесообразно сравнение железобетонного и металлического ригеля и результатов расчета металлического ригеля несколькими методами.
Для достижения цели требуется решить следующие задачи:
1. Изучить основные методы и принципы вариантного проектирования.
2. Спроектировать объект расчета.
3. Выполнить сбор нагрузок на конструкции.
4. Выполнить расчет и конструирование однопролетного железобетонного ригеля.
5. Произвести расчет металлического ригеля по трем методам, подобрать сечения для элементов металлической балки, выполнить проверку на прочность и устойчивость.
6. Сравнить полученные результаты.
Объект исследования - конструктивные элементы (металлический, железобетонный ригель) здания.
Предмет исследования - исследование работы конструктивных элементов здания при различных строительных материалах методах проектирования.
Объем и структура диссертационной работы: Структура диссертационной работы определяется общими замыслом и логикой проведения исследований. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, приложения из 52 источников, содержит 88 страниц теста.
Основная задача, решаемая при разработке строительной конструкции, заключается в получении проекта, обеспечивающего требования норм к прочности, жесткости и трещиностойкости, с техническими и экономическими показателями, уровень которых не ниже показателей других конструкций того же типа. Степень эффективности нового решения конструкции может быть определена путем сравнения принятого критерия эффективности запроектированной конструкции с его значением у аналогичных существующих конструкций или проектов. Размеры элементов конструкций (поперечные сечения и длину) необходимо подбирать такими, чтобы под действием нагрузок они не разрушались и не получали деформаций выше допустимых.
В данной магистерской диссертации было произведено вариантное проектирование двух видов балок по существующим методикам.
Вариантное проектирование двух видов балок дало следующие результаты:
Железобетонная балка
Максимальный изгибающий момент: Мс=211,5 кНм.
Габариты: 1=5310мм, Ь=250мм, й=450мм
Металлическая балка
Максимальный изгибающий момент главной балки: М= 132,02 кНм Габариты: 1=5900 мм, Ь=145 мм, h=300 мм.
Выполнив расчет двух металлических ригелей по трем методам, были получены следующие результаты:
I. Балка настила:
1. Метод допускаемых напряжений:
а) Расчетный изгибающий момент М=66,285 кНм;
б) Момент сопротивления Wx=288,19 см3 ;
в) I №24: Wx = 289 см3, Ix = 3460 см4, Сбн =27,3 кг/м.
2. Метод предельных состояний:
а) Расчетный изгибающий момент М=66,285 кНм;
б) требуемый момент сопротивления Wx=261,99 см3 ;
в) I №24: Wx = 289 см3, Ix = 3460 см4, Обн =27,3 кг/м.
3. Метод определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала:
а) Максимальный изгибающий момент М= 102,46 кНм;
в) коэффициент запаса прочности 1,55.
II. Главная балка:
1. Метод допустимых напряжений:
а) Максимальный изгибающий момент М= 132,02 кНм;
б) Момент сопротивления Wx=574 см3.
2. Метод предельных состояний:
а) Максимальный изгибающий момент М= 132,02 кНм;
б) требуемый момент сопротивления Wx=521,8 см3.
3. Метод определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала:
а) Максимальный изгибающий момент М=209,1 кНм;
б) максимальная поперечная сила Qmax=562,17 кН;
в) коэффициент запаса прочности 1,58.
Сопоставляя эти методы, необходимо отметить, что первый значительно проще. Для выполнения расчетов по нему требуется меньше исходной информации. Но конструкции, рассчитанные этим методом, оказываются обладающими излишними запасами прочности, т. е. менее экономичными. Учитывая огромные масштабы промышленно-гражданского строительства в нашей стране, использование метода расчета по допускаемым напряжениям привело бы к большому перерасходу строительных материалов и денежных средств. Метод расчета по предельным состояниям исключает возникновение этих негативных последствий, что и является его основным преимуществом.
Результат расчета по методу определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала показывает, что назначаемые размеры поперечных сечений элементов при расчёте по методу предельных состояний несколько завышены. Косвенно это подтверждает и расчёт металлических конструкций по вероятностному методу.
На основании всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что нельзя сказать, одна технология явно лучше другой, в каждой есть свои плюсы и минусы. Нет плохих материалов, есть не правильное их применение.
Кроме того очень часто в металлокаркасном здании используются железобетонные элементы и наоборот. Хорошим примером является использование железобетонных колонн и стальных ферм в промышленном здании, что позволяет сэкономить на колоннах, обеспечить пожаростойкость конструкции и при этом сделать большой и легкий пролет здания.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
