Введение 4
ГЛАВА I. КРАТКИЙ ОБЗОР НАУКИ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
ВОПРОСА ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 7
1.1 Содержание вариантного проектирования 8
1.2 Основные принципы вариантного проектирования строительных
конструкций 10
1.3 Развитие методов проектирования строительных конструкций 12
1.3.1 Развитие методов проектирования железобетонных конструкций 12
1.3.2 Развитие методов проектирования металлических конструкций 13
ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРНО - ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ДВОРЦА ТОРЖЕСТВ 37
2.1 Генеральный план 38
2.2 Объёмно - планировочное решение 39
2.3 Архитектурно - конструктивное решение 41
2.4 Технико-экономические показатели 44
2.5 Инженерно- техническое обеспечение 44
2.6 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций 47
2.6.1 Теплотехнический расчет стенового ограждения 48
2.6.2 Теплотехнический расчет покрытия 50
ГЛАВА III. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОДНОПРОЛЕТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО РИГЕЛЯ 51
3.1 Сбор нагрузок 52
3.2 Данные для расчета 55
3.3 Определение усилий в ригеле 55
3.4 Характеристика прочности бетона и арматуры 56
3.5 Расчет прочности ригеля по сечению, нормальному к продольной оси ... 57
3.6 Расчет прочности ригеля по сечению, наклонному к продольной оси 57
3.7 Построение эпюры материалов 58
ГЛАВА IV. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РИГЕЛЯ 61
4.1 Исходные данные 62
4.2 Расчет стального настила 63
4.3 Расчет балок настила 64
4.3.1 Расчет балок настила по методу предельных состояний 64
4.3.2 Расчёт балок настила методом допускаемых напряжений 66
4.3.3 Расчёт балок настила по методу определения комбинаций предельных
сил и моментов, с учётом пластических свойств материала 66
4.4 Расчет и конструирование главной балки 68
4.4.1 Расчет и конструирование главной балки методом предельных
состояний 68
4.4.2 Расчет главной балки методом допускаемых напряжений 77
4.4.3 Расчет главной балки методом определения комбинаций предельных
сил и моментов, с учётом пластических свойств материала 78
Заключение и выводы 80
Список литературы 83
ПРИЛОЖЕНИЕ
Выбор эффективных решений при проектировании выполняется на основе технико-экономического анализа компоновки сооружении, 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.
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, 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.
Данная магистерская диссертация разработана на тему: «Вариантное проектирование здания дворца торжеств площадью 2295 кв.м в г. Елабуга».
Актуальность темы. В качестве основного материала несущих систем общественных зданий в отечественной практике традиционно 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 составных частей. 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, металлические конструкции занимают весьма важное место. По сравнению с железобетонными, металлические строительные конструкции позволяют снизить трудоемкость изготовления до 50-80 %, трудоемкость монтажа до 25 % а стоимость металлических каркасов на 12-24 %. 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 магистерской диссертации, связанная с исследованием работы конструктивных элементов здания из различных строительных материалов при различны методах проектирования, представляется актуальной.
Цель работы: исследование работы конструктивных элементов здания из различных строительных материалов при различных методах проектирования. В частности 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 рассчитываемую конструкцию.
4. Выполнить расчет и конструирование однопролетного железобетонного ригеля.
5. Выполнить расчет однопролетного металлического ригеля на прочность и устойчивость по различным методам.
6. Сравнить полученные результаты.
Объект исследования - конструктивные элементы (железобетонный и металлический ригель) здания (дворца торжеств).
Предмет исследования - исследование работы конструктивных элементов здания при различных строительных материалах и методах проектирования.
Объем и структура диссертационной работы: Структура диссертационной работы определяется общими замыслом и логикой проведения исследований. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, приложения, содержит 88 страниц текста.
В магистерской работе было выполнено вариантное проектирование двух видов балок (железобетонной и металлической), а также сравнение результатов расчётов тремя методами (метод допускаемых напряжений, метод предельных состояний и метод определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала) главной балки и балок настила.
Вариантное проектирование двух видов балок дало следующие результаты:
Железобетонная балка:
- максимальный изгибающий момент М=238,43 кН-м;
- Размеры: 5420х600х600 мм.
Металлическая балка:
- максимальный изгибающий момент М=119,13 кН-м;
- Размеры: - 5900х130х 300 мм.
Выполнив расчет двух металлических ригелей по трем методам, были получены следующие результаты:
I. Балки настила:
1) метод допускаемых напряжений:
а) Расчетный изгибающий момент М=59,67 кН-м;
б) Момент сопротивления Wx=259,49 см3;
в) I №24 Wx = 289,0 см3, Ix = 3460 см4, Обн = 27,30 кг/м.
2) метод предельных состояний:
а) Расчетный изгибающий момент М=59,67 кН-м;
б) требуемый момент сопротивления Wx=235,8 см3;
в) I №24 Wx = 289,0 см3, Ix = 3460 см4, Обн = 27,30 кг/м.
3) метод определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала:
а) Максимальный изгибающий момент М= 102,4 кНм;
б) коэффициент запаса прочности 1,71.
II. Главная балка:
1) метод допустимых напряжений:
а) Максимальный изгибающий момент М= 119,13 кН-м;
б) Момент сопротивления Wx=470,8 см3;
в) Габариты балки- 5900х130х 300 мм.
2) метод предельных состояний:
а) Максимальный изгибающий момент М=119,13 кН-м;
б) требуемый момент сопротивления Wx=517,9 см3 ;
3) метод определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала:
а) максимальный изгибающий момент Мтах=201,36 кНм;
б) максимальная поперечная сила Qmax=1019 кН;
в) коэффициент запаса прочности 1,69.
Согласно этим расчетам, делаем следующие выводы:
• расчет по методу допускаемых напряжений выдает завышенные
размеры сечений, не отражает реального поведения конструкций, так как вводимый коэффициент запаса прочности вводится исходя из эмпирических соображений. Необходимость введения коэффициентов запаса прочности вызывается следующими обстоятельствами:
- неточностью методов расчета (например, не учетом местных напряжений, возникающих там, где резко меняется форма и размеры поперечного сечения детали);
- неточностью изготовления детали;
- невозможностью точно установить действующие нагрузки.
Таким образом, конструкции, рассчитанные по этому методу, требуют перерасхода строительных материалов и денежных средств, тем самым, делают строительство неэкономичным.
Но при помощи одного коэффициента запаса трудно учесть все факторы, которые для различных элементов конструкций могут проявляться в разных сочетаниях. Поэтому используют более прогрессивный метод предельных состояний, в котором вместо одного коэффициента запаса используют группу коэффициентов, учитывающих особенности работы сооружения.
• сущность метода расчета по предельным состояниям в том, что устанавливаются предельные состояния и вводится система расчетных коэффициентов, гарантирующих конструкцию от наступления этих предельных состояний при самых невыгодных сочетаниях нагрузок и минимальной прочности материалов. Метод предельных состояний дает возможность проектировать более рациональные конструкции, чем метод допускаемых напряжений.
• 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.
Выбор расчетного метода зависит от вида напряженно- деформированного состояния конструкции, физических, механических свойств материалов, предельного состояния, для которого выполняется расчет, а также специфических условий проектирования. Наличие запаса прочности обеспечивает дополнительную надёжность конструкции, чтобы избежать катастрофы в случае возможных ошибок проектирования, изготовления или эксплуатации.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
