Введение 5
ГЛАВА I. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 8
1.1 История развития проектирования зданий и сооружений 10
1.2 Вариантное проектирование строительных процессов 13
1.3 Основные методы проектирования строительных конструкции 16
1.3.1 Методы проектирования железобетонных конструкции 16
1.3.2 Развитие методов проектирования металлических конструкций 19
1.3.2.1 Метод расчета металлических конструкции по допускаемым
напряжениям 19
1.3.2.2 Метод расчета металлических конструкции по предельным
состояниям 24
1.3.2.3 Новый метод определения комбинаций предельных сил и моментов, с
учётом пластических свойств материала 26
ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРНО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ 45
2.1 Генеральный план 46
2.2 Объемно-планировочное решение 46
2.3 Конструктивное решение 49
2.4 Технико-экономические показатели 51
2.5 Инженерно -технические оборудование 51
2.6 Теплотехнический расчет ограждающий конструкций 53
2.6.1 Теплотехнический расчет наружной несущей стены 54
2.6.2 Теплотехнический расчет покрытия 56
ГЛАВА III. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОДНОПРОЛЕТНОЙ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ БАЛКИ 58
3.1 Сбор нагрузок 59
3.2 Данные для расчета 61
3.3 Характеристика прочности бетона и арматуры 61
3.4 Определение усилий в балке 62
3.5 Расчет прочности второстепенных балок по нормальным сечениям 63
3.6 Расчет и конструирование главной железобетонной балки 66
ГЛАВА IV . РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ БАЛКИ
4.1 Исходные данные 73
4.2 Расчет стального настила 73
4.3 Расчет и конструирование вспомогательных балок 75
4.3.1 Расчет вспомогательных балок по методу предельных состояний 75
4.3.2 Расчёт вспомогательной балки методом допускаемых напряжений 77
4.3.3 Расчёт вспомогательной балки методом определения комбинации
предельных сил и моментов, с учетом пластических свойств материала 77
4.4 Расчет и конструирование главной балки 79
4.4.1 Расчет и конструирование главной балки методом предельных
состояний 79
4.4.2 Расчёт главной балки методом допускаемых напряжений 86
4.4.3 Расчёт главной балки методом определения комбинации
предельных сил и моментов, с учетом пластических свойств материала.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 90
Список литературы 93
Главной задачей расчета несущих конструкций является создание определенных гарантий обеспечения нормальной и безопасной работы конструкции в течение расчетного срока службы сооружения. Поставленная цель должна быть достигнута при минимальных расходах материалов, энергии, трудовых затрат и обеспечении высоких эксплуатационных качеств здания или сооружения.
С этой целью широко применяют вариантное проектирование, задача которой заключается в составлении и анализе конкурирующих вариантов, из которых на основе технико-экономического анализа выбирается наиболее рациональный. 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.
Данная магистерская диссертация разработана на тему: «Вариантное проектирование здания спорткомплекса с бассейном общей площадью 3238 м2 в г.Набережные Челны».
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.
Проектирование конструкций многоэтапный процесс, включающий в себя выбор конструктивной формы, расчет и разработку чертежей для изготовления и монтажа конструкций. Целью расчета является строгое обоснование габаритов конструкции, ее размеров поперечных сечений и соединение обеспечивающих условий эксплуатации в течение всего срока с необходимой надежностью и долговечностью при минимальных затратах материалов и труда на их создание и эксплуатацию. Эти требования часто противоречат друг другу (минимальный расход металла и надежность), поэтому реальное проектирование является процессом поиска конструктивного оптимального решения.
Поэтому тема магистерской диссертации, связанная с исследованием работы конструктивных элементов здания, из различных строительных материалов при различны методах проектирования, представляется актуальной.
Цель работы: вариантное проектирование конструктивных элементов здания из различных строительных материалов при разных методах расчета. В частности расчет главной и вспомогательных балок с заменой железобетона на металл. 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 использовать программные обеспечения для расчета строительных конструкций. Наиболее распространенным из таких программных обеспечений является ПО MATLAB.
Для достижения цели требуется решить следующие задачи:
1. Изучить основные методы и цели вариантного проектирования.
2. Спроектировать объект расчета.
3. Выполнить сбор нагрузок для расчета конструкции(главная и вспомогательные балки)
4. Выполнить расчет железобетонной однопролетной балки здания
5. Выполнить расчет металлической главной и вспомогательной балок по трем методам, подобрать сечения.
6. Сделать выводы по полученным результатам.
Объект исследования - конструктивные элементы (главная и вспомогательные балки) здания (спорткомплекса).
Предмет исследования - исследование работы конструктивных элементов здания спорткомплексаиз различных материалов при разных методах расчета.
Структура и объем диссертации. Структура диссертационной работы определяется общими замыслом и логикой проведения исследований. Работа состоит из введения, 4 глав, списка литературы, приложения, из 42 источников, содержит 94 страницы текста.
Конструкция должна быть спроектирована так, чтобы она не разрушилась под нагрузкой. Деформации, которые неизбежно возникают в конструкции под нагрузкой, должны быть вполне определенными и достаточно малыми, поскольку выбранные размеры и форма элементов конструкции обеспечивают определенное качество ее функционирования.
В магистерской работе бы выполнен расчет железобетонной балки и вариантное проектирование металлических балок по трем методам расчета: метод допускаемых напряжений, метод предельных состояний и по метод определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала.
Результаты по расчету железобетонной балки:
• вспомогательная балка:
момент силы: М=92,03кНм;
поперечная сила: Q=99,5KH.
размеры поперечного сечения: h=400 мм, Ь=200мм, Ь{=1500ММ, 1=3700мм.
• главная балка:
момент силы: М=454,30кНм;
поперечная сила: Q= 329,80 кН;
размеры поперечного сечения: h=600 мм, Ь=300мм, Ь1=2300мм, 1=5410 мм
Выполнив расчеты двух металлических балок по трем методам, были получены следующие результаты:
I. Вспомогательная балка.
• метод допускаемых напряжений:
расчетный изгибающий момент М=84,34кНм;
момент сопротивления Wx=366,7 см3;
• метод предельных состояний:
расчетный изгибающий момент М=84,34кНм;
момент сопротивления Wx=333,36 см3;
I № 27 Wx=371 см3, Ix=5010 см4, G=31.50 кг/м h=270MM, b=125 мм, tw=6 мм, tf=9.8.
• метод определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала:
максимальный изгибающий момент М=132,09кНм;
коэффициент запаса конструкции, с учётом пластических свойств материала
- к=1,57;
II. Главная балка.
• метод допустимых напряжений:
максимальный изгибающий момент М=433,60кНм; момент сопротивления Wx=1885,22см3;
• метод предельных состояний:
максимальный изгибающий момент М=433,60 кНм;
требуемый момент сопротивления Wx=1713,83 см3; индивидуальный сварной двутавр h=500 мм, b=180 мм, tw=9 мм, tf=20.
• метод определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала:
максимальный изгибающий момент Мmax=897,46 кНм;
коэффициент запаса конструкции, с учётом пластических свойств материала
- к=1,63.
Все эти три метода преследуют одну цель - обеспечить сооружению прочность и долговечность. Методика расчета по предельному состоянию, более совершенная, чем методика расчета по допускаемым напряжениям. Отличие расчета от метода расчета на прочность по допускаемым напряжениям состоит в том, что применяется более гибкий подход к назначению необходимого запаса прочности.
Согласно этим расчетам, делаем следующие выводы:
• расчет по методу допускаемых напряжений выдает завышенные размеры сечений, не отражает реального поведения конструкций, так как величина коэффициента запаса прочности назначается эмпирически. 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.
Для вспомогательных балок, при одинаковых изгибающих моментах, момент сопротивления по методу предельных состояний в 1,1 раз больше момента сопротивления, рассчитанного по методу допускаемых напряжений. Аналогичный коэффициент запаса получаем и при расчете главной балки.
Таким образом, конструкции, рассчитанные по методу допускаемых напряжений, требуют перерасхода строительных материалов и денежных средств, тем самым, делают строительство менее экономичным.
Результаты расчета по методу определения комбинаций предельных сил и моментов, с учётом пластических свойств материала методу показывают, что назначаемые размеры поперечных сечений элементов при расчёте и по методу предельных состояний несколько завышены.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
