11-этажный жилой дом с мансардой (стр. 7 из 17)
- для подветренной стороны:
где:
- расчетное значение ветрового давления; 
- аэродинамический коэффициент; 
- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте.5.3.5 Сейсмическая нагрузка
Для сбора сейсмической нагрузки использовалась линейно-спектральная теория расчета.
В расчете задано 3 направления сейсмического воздействия - два поступательных и одно вращательное (по направляющим косинусам двух первых форм колебаний) с учетом 9 форм собственных колебаний для каждого воздействия.Величины сосредоточенных масс определены программно путем формирования масс через заданный объемный вес конструкций с учетом постоянных и временных нагрузок.
5.3.6 Жесткости и материалы
Жесткостные характеристики конструкций и их соединений вычисляются программно, в зависимости от их геометрических параметров и характеристик материалов, с учетом условий работы конструкций, вводимых в расчетную модель
Монолитные конструкции - из тяжелого бетона класса В20
Продольная арматура класса А-III.
Поперечная арматура класса А-I.
5.3.7 Грунтовые условия площадки и выбор параметров упругого основания
Грунтовые условия площадки строительства приняты по данным технического отчета об инженерно-геологических изысканиях, выполненного ГУП «Кубаньгеология» согласно техническому заданию ОАО «Краснодаргражданпроект».
При существующих инженерно-геологических условиях для проектируемого жилого дома был применен свайный фундамент. В расчетной схеме сваи моделируется элементами конечной жесткости.
5.4 Расчетная схемаПри расчете остов здания смоделирован как каркасная система в монолитном исполнении с жесткими рамными узлами.
Покрытие, перекрытия, лестничные марши, лестничные площадки, а так же монолитные стены моделировались конечными элементами типа изгибно-плосконапряженный конечный элемент (элемент плоской оболочки).
Колонны моделировались конечными элементами типа 3D-стержневой элемент. В модели реализована гипотеза «размазывания жесткости колонн», что позволило более полно смоделировать работу каркаса, т.е избежать завышенных пиковых значений армирования в местах сопряжения колонн с диском перекрытия.
Ненесущие стены (наружное ограждение), не влияющие на распределение и восприятие горизонтальных и вертикальных нагрузок, в расчете учитывались в виде линейно распределенной нагрузки.
5.5 Расчет
5.5.1 Модель
Расчетная модель здания подготовлена в программе «ProFEt» в виде позиций и в модуле «Gen3Dim» преобразована в конечно–элементную (FE– модель).
Таблица 5.4 – Характеристики расчетной схемы
| Элементы | Узлы | Нагружения | Собств.формы | Консистентность_масс |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 40035 | 36570 | 32 | 9 | да |
5.5.2 Расчет здания на собственные колебания
После сборки и корректировки расчетной схемы здания проведем расчет на собственные колебания. Данный расчет позволит определить частотные характеристики здания по каждой из форм собственных колебаний.
Результатом расчета режима собственных колебаний являются частоты и формы колебаний расчетной динамической модели здания. При проведении анализа в расчете учитывалось 9 форм собственных колебаний, которые использовались для определения усилий от сейсмических нагрузок.
Таблица 5.5 –Периоды колебаний
| N формы | T, с |
| 1 | 2 |
| 1 | 0.8760 |
| 2 | 0.8170 |
| 3 | 0.7410 |
| 4 | 0.2530 |
| 5 | 0.2380 |
| 6 | 0.2330 |
| 7 | 0.1540 |
| 8 | 0.1480 |
| 9 | 0.1410 |
Далее, опираясь на результаты динамического расчета, определим наихудшее направление сейсмического воздействия и проведем сбор сейсмической нагрузки.
5.5.3 Расчет здания на вынужденные колебания
Расчет на вынужденные колебания проводился в соответствии со СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах».
При расчете на сейсмические воздействия учтены следующие характеристики:
- тип сооружения – жилые здания;
- категория грунта по сейсмическим свойствам – II;
- расчетная сейсмичность площадки – 7 баллов.
При расчете на вынужденные колебания принимались во внимание все 9 форм.
Для расчета на сейсмическое воздействие предварительно были определено опасное направление и направляющие косинусы форм для поступательного воздействия, а так же факторы участия.
Для того, чтобы программа интерпретировала постоянные и временные нагрузки как массы, при сборе сейсмической нагрузки, необходимо создать комбинацию для динамического расчета, где постоянные нагрузки учитываем с коэффициентом 0,09, а временные со средним коэффициентом 0,07, т.к. в данном расчете мы не разделяем временную полезную нагрузку на длительную и кратковременную составляющие.
В направлении оси Ох здание колеблется поступательно, однако имеется и вращательная составляющая. Это вызвано неравномерной расстановка диафрагм и ядер жесткости.
В направлении Ох и Оу здание колеблется поступательно, но присутствует и вращательная составляющая. Это вызвано, прежде всего, неравномерной расстановка диафрагм и смещением ядра жесткости, что приводит к смещению центров масс дисков перекрытий от вертикальной геометрической оси здания.
Но так как вклад крутильных сил невелик, то конструктивную схему здания примем для дальнейших расчетов без корректировки основных несущих конструкций.
Третья форма собственных колебаний исключительно вращательная.
5.5.4 Расчетные параметры сейсмического воздействия, вводимые в расчет. Составление таблицы РСУ
Программный комплекс ProFEt & Stark 3.0 позволяет произвести сбор сейсмических нагрузок автоматизированным способом.
Определим коэффициенты и расчетные параметры для проведения расчета здания с учетом сейсмического воздействия, используя спектральную теорию расчета согласно СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах».
Расчетные параметры сейсмического воздействия, вводимые в расчет.
Амплитуда ускорений поступательного движения грунта при сейсмическом воздействии определяется по формуле:
где:K1 = 0,22 – коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений;
Kψ = 1,3 – коэффициент, учитывающий характеристики здания;
g =10 м/с2 - ускорение свободного падения;
А =0,1 – для сейсмичности 7 баллов;
Х1(В) – нормированная апроксимирующая функция;
так как В<25 м;В – наименьший размер здания в плане;
а – апроксимирующий коэффициент для II-ой категории грунтов.
;Амплитуда угловых ускорений вращательного движения грунта при сейсмическом воздействии определяется по формуле:
где:W = 0,06 – для II-ой категории грунтов;
Х2(В) – нормированная апроксимирующая функция:
так как В<25 м, здесь;В – наименьший размер здания в плане.
Тогда,
так как В<25 м, здесь; 
.При сборе сейсмических нагрузок учитываем девять форм собственных колебаний.
Таблица 5.6 – Комбинации нагружений
| Номер | НГ-1 | НГ-2 | НГ-3 | НГ-4 | НГ-5 | НГ-6 | НГ-7 | НГ-8 | НГ-9 | НГ-10 | НГ-11 | НГ-12 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| K-1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| K-2 | 0.9 | 0.7 | 1.42 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| K-3 | 0.9 | 0.7 | -1.42 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| K-4 | 0.9 | 0.7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.4 | 0 | 0 | 0 |
| K-5 | 0.9 | 0.7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | -1.4 | 0 | 0 | 0 |
Рисунок 5.13 – Сбор сейсмической нагрузки в направлении оси Ох
Рисунок 5.14 – Сбор сейсмической нагрузки в направлении оси Оy
Рисунок 5.15 – Сбор сейсмической нагрузки (вращение относительно вертикальной оси Oz здания)
Следует различать нагружения, задаваемые в конечно-элементной модели и нагружения, рассматриваемые при определении РСУ.
Это связано с тем, что в результате расчета сейсмических воздействий для каждого воздействия создается несколько нагружений (по одному на каждую форму собственных колебаний), которые потом в РСУ учитываются как одна нагрузка.
Для остальных типов нагружений, одному нагружению в конечно-элементной модели соответствует одна нагрузка при определении РСУ.