По таблице 74 СНиП РК 5.04-23-2002 находим ??е = 0,473.
Требуемая площадь поперечного сечения колонны
Оставляем предварительно подобранное сечение колонны из 200х14, у которого А = 218,4 см2. Сталь С345 по ГОСТ 27772-88*.
Проверка устойчивости колонны при изгибе по диагональной оси:
Проверка прочности колонны по диагональной оси с учетом развития пластических деформаций
Аналогично проверятся крайняя колонна первого этажа рамы.
Проверка устойчивости средней колонны второго этажа:
М = Мв + Мс = -0,33 ?? 44,0 = -44,3 тс.м
N = Nв + Nc = - 302,6 – 3,7 = -306,3 тс
Q = Qв + Qc = 0,3 + 34,0 = 34,3 тс.
mef = 1,16·1,542 = 1,7885 ?? 1,79;??e = 0,495;
2. Второй ярус (средняя колонна)
М = 1,6 + 38,2 = 39,8 тс.м
N = -246,4 ?? 4,8 = -251,2 тс
Q = 1,0 + 31,1 = 32,1 тс.
Можно принять = 1,2, как на втором этаже.
Принимаем сечение колонны из 200х12, А = 4?? 47,1 = 188,4 см2 из стали С255. В этом случае
Проверка устойчивости по диагональной оси колонны:
3. Третий ярус (средняя колонна)
М = 2,3 + 36,4 = 38,7 тс.м Jр = 28 ?? 46,62 / 2 = 30402 см4
N = 164,0 + 4,6 = 168,6 тс Jк = 4(1216 + 38,8 ?? 13,152) = 31702 см4.
Q = 1,6 + 25,2 = 26,8 тс
Сечение колонны 180х11. Ригели и колонны выполнены из стали С255 по ГОСТ 27772-88*.
?? = (1,75 – 0,1 ??2,02) – 0,02 (5 – 2,02) ?? 1 = 1,5;mef = 2,02?? 1,5 = 3,03;??e = 0,402;
Проверка устойчивости по диагональной оси колонны:
4. Четвертый ярус (средняя колонна)
М = 2,3 + 24,5 = 26,8 тс.м Jp = 22,4 ?? 46,42 / 2 = 24113 см4
N = 82,6 + 2,8 = 85,4 тс Jк = 4 (774 + 31,4 ?? 11,72) = 20290 см4 (4 L160х10)
Q = 1,7 + 16,5 = 18,2 тс.
Материал конструкций сталь С255 по ГОСТ 27772-88*.
Можно принять
Проверки устойчивости колонны по диагональной оси не требуется, учитывая низкий уровень напряжений.
Расчет узловых соединений каркаса
1 Рамный узел (перекрытие первого этажа Рис. 3.20)
Все сварные швы выполнены полуавтоматом в защитном газе проволокой Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70*. Пояс ригеля сечением – 180х16 мм из стали С345 подобран по изгибающему моменту, действующему на расстоянии от оси колонны (Рис. 3.20).
Изгибающий момент в ригеле у грани колонны Мр1 = 60,2 тс.м; поперечная сила Qp = 24 тс.
Средние нормальные напряжения в поясе ригеля у грани колонны:
Растягивающие напряжения в поясе колонны в направлении толщины проката при высоте шва так же равны 2,69 тс/см2 ?? 0,5 Rиn / ??m= 0,5 ?? 4,800/1??0,25 = 2,341 тс/см2. Поэтому толщину сварного шва Ш1 у грани колонны необходимо увеличить до , тогда
Сварной шов Ш3 должен иметь толщину . Сварной шов Ш2 двусторонний, угловой с катетом . Несущая способность 1 п. см. такого шва, выполненного полуавтоматической сваркой, равна при работе на срез 750 кгс/см, что значительно больше действующего срезающего усилия
На швы Ш3, Ш4 одновременно действует растягивающее усилие Nш и скалывающее Тш. Учитывая, что несущая способность шва на срез меньше, чем на растяжение, расчет шва следует выполнять на такое сочетание нагрузок, когда преобладает срез. В худшем положении для нашего случая находится шов Ш3 при сейсмической нагрузке вдоль оси А. Тогда на 1п. см. шва действует скалывающее усилие и растягивающее
(только от вертикальной нагрузки)
Несущая способность шва Ш3 : на срез ?? ?? = 0,58 Ry ?? tg / ??n = 0,58 ?? 3,2 ?? 1,8 / 0,95 =3,516 тс/см; на растяжение ?? ?? = (Ry/0,95)tg = (3,2/0,95)1,8 = 6,06 тс/см.
= 3,42 ?? ?? ?? = 3,52 тс/см ?? ????
Приведенные усилия
Проверка прочности стенки колонны в рамном узле (точка А на рис. 3.20).
Нормальные напряжения в точках А и В от усилий Мн и Nн.
Касательные напряжения в стенке колонн в точке В.
Приведенные напряжения в точке В стенке колонны:
Прочность стенки колонны в рамном узле обеспечена.
На рис. 3.20 показаны зоны равных сопротивлений поясов ригелей перекрытия первого этажа, обеспечивающие развитие пластических деформаций поясов на длине при пиковых перегрузках во время землетрясений.
2 Стык колонн разного сечения (рис. 3.21).
N = -168,5 тс. М = 2,3 тс.м. Q = 26,8 тс.
Толщина диафрагмы определяется из расчета на срез и изгиб. Погонная нагрузка от стенки верхней колонны на диафрагму при изгибе по диагональной оси колонны:
Эксцентриситет стенок колонн -
Мg = 1,4 ?? 0,85 = 1,19 тс??см = 1190 кгс??см. Материал диафрагмы сталь С255.
Требуемая толщина диафрагмы:
- по срезу
- по изгибу
Принимаем диафрагму толщиной , сталь С255 по ГОСТ 27772-88*.
Минимальный катет сварных швов из условия сдвига:
По таблице 39 СНиП РК 5.04-23-2002 минимальный катет углового шва должен быть равен для элемента толщиной не менее при полуавтоматической сварке и не менее - при ручной.
При одинаковых высотах колонн в соединении они свариваются встык на стальной подкладке с разделкой кромок верхней колонны (рис. 3.22).
3 База колонны трубчатого сечения
На рис. 3.12 показан один из рекомендуемых вариантов базы квадратной трубчатой колонны стального многоэтажного каркаса здания, строящегося в сейсмоопасном районе. Развитие сдвиговых пластических деформаций в стенках траверс базы колонны защищает каркас от перегрузок во время землетрясений. Для нашего примера нагрузки на среднюю колонну составляют: N = 334,0 тс; М = 62,3 тс; Q = 31,0 тс.
Можно предположить, что в предельном состоянии изгибающий момент воспринимается двумя траверсами, расположенными в плоскости действия горизонтальной сейсмической нагрузки, а нормальная сила – центральной опорной плитой. Задавшись размерами центральной опорной плиты, например, 550 х найдем нормальные сжимающие напряжения на фундамент:
Класс прочности бетона В20.
Необходимая толщина центральной опорной плиты колонны определяется по большему из моментов:
- для консоли
- для плиты опертой по четырем сторонам Мn = ?? ?? R?? a2 = 0,048 ?? 117 ?? 382 = 8110 кгс ?? см.
= .
Рисунок 3.20 - Рамный узел перекрытия первого этажа
Рисунок 3.21 - Монтажный стык колонн разного сечения
Рисунок 3.22 - Фрагмент сварки стыков поясов колонн
Принимаем толщину центральной плиты t = из стали С345. Усилия в фундаментных болтах при действии горизонтальной сейсмической нагрузке по одной из главных осей каркаса здания
Принимаем 2 болта Ø , сталь С345 с несущей способностью каждого 42,1 тс.
Опорная плита траверсы должна иметь площадь
При длине опорной плиты , ее ширина равна
При высоте стенки траверсы hт = и длине ℓт = , толщина ее стенки из стали С345
Пояса траверсы из стали С345 должны иметь площадь поперечного сечения:
Принимаем сечение поясов - 250х10 мм из стали С345.
Листы уширения пояса траверсы в месте примыкания к колонне выполнены сечением – 60х10 мм из стали С 345. Отвечающая верхнему поясу траверсы диафрагма должна иметь толщину 12мм. Толщина сварного шва, прикрепляющего пояс траверсы к колонне, определяется из условия работы стенки колонны в направлении толщины проката.
Двусторонние сварные швы, прикрепляющие стенку траверсы к поясам, должны быть выполнены полуавтоматом в среде инертных газов и иметь катет . Сдвигающее усилие на два поясных шва траверсы длиной 1 см: Несущая способность двух швов с катетом равна 1,81 х 2 = 3,62 тс/см ?? 3,27 тс/см. При фрезерованном торце ствола колонны и отсутствии отрыва от центральной опертой плиты катеты угловых швов, прикрепляющих колонну к плите, назначаются по табл. 39 СНиП РК 5.04-23-2002 равными Кf = .
Касательные напряжения в стенках колонны в пределах высоты траверс:
= 1,23 тс/см2 ?? 0,58 ?? 3,2 ?? 1,2 = 2,23 тс/см2
Нормальное напряжение в стенке колонны в уровне верхнего пояса траверсы
Приведенные напряжения в стенках колонны
ЛИТЕРАТУРА
1 Региональные совещания по проблемам уменьшения ущерба от землетрясений в странах Центральной Азии (Октябрь 1996, Алматы,Казахстан; август 1997, Стамбул, Турция).// Сейсмостойкое строительство. 1998, №5, с.48-49.
2 СНиП 2.03-04-2001 Строительство в сейсмических районах. Алматы, 2001-с 51.
3 Габричидзе Г.К. В какой мере нормы сейсмостойкого проектирования обеспечивают декларируемые принципы.// Сейсмостойкое строительство. 2001, №1, с.40-42.
4 Быховский В.А., Поляков С.В. К вопросу проектирования зданий повышенной этажности в сейсмических районах. «Жилищное строительство», 1965, №9.
5 Вопросы проектирования сейсмостойких многоэтажных зданий. Обзор. Реф. Сб. «Сейсмостойкое строительство», ЦИНИС, М., 1974, вып.5.
6 Международная конференция по сейсмостойкому строительству. Сан-Франциско, ., Госстройиздат, 1961.
7 Сейсмостойкое строительство в СССР. Обзор ЦНИИСК, М., 1973.
8 Сейсмостойкое строительство зданий. Под ред. И. Л. Корчинского, М., «Высшая школа», 1971.
9 Костржицкий А.В. Не здания убивают людей, а некомпетентность.// Сейсмостойкое строительство. 1998, №3, с.47-49.
10 Завриев К.С. Некоторые проблемы сейсмостойкого строительства. Сб. «Вопросы сейсмостойкого строительства», Киев, 1967.
11 Каркасные здания для сейсмических районов. Обзор ЦНТИ, Госгражданстрой, 1971.
12 Поляков С.В. Сейсмостойкие конструкции зданий. М., «Высшая школа», 1969.
13 Чураян А. Высокие здания в сейсмических районах. «Жилищное строительство», 1966, №2.
14Пуховский А.Б., Тимофеев Т.В. Проектирование ограждающих стеновых конструкций сейсмостойких одноэтажных и многоэтажных зданий.// Сейсмостойкое строительство. 1998, №3, с. 7-1
15 Описание и ущерб гражданских зданий после землетрясения в Пиргосе, Греция.// Сейсмостойкое строительство. 1998, №3, с. 52.
16 Савин С.Н., Артемьев А.Н., Петрунин К.Л. Методические аспекты обследования зданий и инженерных сооружений в сейсмоопасных районах. // Сейсмостойкое строительство. 1998, № 6, с. 36-38.
17 Работа и повреждение стальных конструкций во время землетрясения . Хиогокенанбу (Япония).// Сейсмостойкое строительство. 1999, №3, с. 47.
18 Анализ динамической реакции 17-ти этажного здания со стальными конструкциями во время Нордриджского землетрясения. // Сейсмостойкое строительство. 1999, №4, с. 47.
19 Ицков И.Е. Последствия разрушительного землетрясения в Турции 17 августа .// Сейсмостойкое строительство. 2001, №1, с. 49-53.
20 Жунусов Т.Ж. Прогноз развития науки и практики в отрасли «Сейсмостойкое строительство». // Сейсмостойкое строительство. 1998, №5, с. 3- 5.
21 Землетрясение «EJE CAFETERO» в Колумбии 25 января . // Сейсмостойкое строительство. 2001, №1, с. 55.
22 Ицков И.Е. Предложения по совершенствованию методики учета влияния грунтовых условий на величины расчетных сейсмических нагрузок. // Сейсмостойкое строительство. 2001, №6, с. 44- 49.
23 Конструктивные оценки железобетонных зданий поврежденных во время землетрясения CHICHI EARTH в Тайване. // Сейсмостойкое строительство. 2001, №6, с. 66.
24 Айзенберг Я.М. Сейсмоизоляция зданий в России и СНГ. // Сейсмостойкое строительство. 1998, №1, с. 23.
25 Айзенберг Я.М. Разработка концепции системы нормативных документов по сейсмостойкому строительству нового поколения. // Сейсмостойкое строительство. 1998, №5, с. 44-47.
26 Последствия землетрясения от 12 ноября 1996 года в Наска, Перу. // Сейсмостойкое строительство. 1998, №5, с. 49.
27 Трифонов О.В. Моделирование обрушения конструкций при сильных землетрясениях. // Сейсмостойкое строительство. 2001, №4, с. 23-27.
28 Трифонов О.В. Анализ форм обрушения высотных конструкций. // Сейсмостойкое строительство. 2002, №5, с. 6-10.
29 Радин В.П., Трифонов О.В., Чирков В.П. Модель многоэтажного каркасного здания для расчетов на интенсивные сейсмические воздействия. // Сейсмостойкое строительство. 2001, №1, с. 23-26.
30 Инженерный анализ последствий землетрясений в Японии и США. Госстройиздат, 1961г
31 Лафишев А.З. Проектирование сейсмостойких многоэтажных зданий со стальными каркасами. // Сейсмостойкое строительство. 1998, №3, с. 10-11.
32 Арефьев В.М. Совершенствование конструктивных форм стальных каркасов многоэтажных зданий применительно к строительству в сейсмических районах. // Сейсмостойкое строительство. 1998, №3, с. 24-26.
33 Ажермачев Г.А. и др. Рациональность применения стальных каркасов для многоэтажных сейсмостойких зданий. Материалы I Международного симпозиума многоэтажных зданий. М., 1971.
34 Новиков В.Л. Рациональные конструктивные схемы стальных сейсмостойких каркасов. Материалы Всесоюзного совещания «Совершенствование методов расчета и конструирования зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах». Кишинев, 1976. Алма-Ата,1976.
35 Остриков Г.М., Бушманов М.В. Пространственные стальные конструкции сейсмостойкого здания повышенной этажности. Реф.сб. «Сейсмостойкое строительство», ЦИНИС,М., 1974, вып.6.
36 Великов П. Японское землетрясение и высокие здания в Токио, «Строительная промышленность», 1923г, № 13.
37 Конструкции сейсмостойких зданий в зарубежном строительстве. Обзор ЦИНИС, М.,1974.
38 Муто К. Первый в Японии небоскреб сейсмостойкой конструкции. «Гражданское строительство», АОГИ,1971, №3.
39 Современное состояние теории сейсмостойкости и сейсмостойкие сооружения. Под ред. С.В. Полякова,М.,Стройиздат,1973.
40 Конструкции зданий повышенной этажности, построенных в Токио (Япония). Реф. информ. «Сейсмостойкое строительство», сер. ??????, ЦИНИС, М., 1976, вып. 4.
41 Конструктивные схемы высотных зданий со стальным каркасом (США). Экспресс-информация, сер. VIII, ЦИНИС, М., 1972, вып.15.
42 Конструкции 22-этажного банковского здания со стальной пространственной решеткой наружных стен (США). Реф. информ. «Строительство и архитектура», сер. VIII, ЦИНИС, М., 1968, вып.11.
43 Сейсмостойкая конструкция 36-этажного административного здания (Япония). Экспресс-информация, сер. III, ЦИНИС, М., 1968, вып.12.
44 Остриков Г.М., Максимов Ю.С. Стальные сейсмостойкие каркасы многоэтажных зданий. Алма-Ата «Казахстан», 1985, с. 117.
45 Я.М. Айзенберг Сооружения с выключающимися связями для сейсмических районов. М., Стройиздат,1976 г, с.232.
46 Поляков С.В. Последствия сильных землетрясений. М., Стройиздат,1978, с. 311.
47 Поляков В.С., Килимник Л.Ш., Черкашин А.В. Современные методы сейсмозащиты зданий. М., Стройиздат, 1988, с. 319.
