Проектирование пространственной системы каркаса торгово-административного здания

Цель моей работы состоит в том, чтобы выполнить расчет пространственной системы каркаса административно-торгового центра в программном комплексе ЛИРА 9.6; сравнить результаты, полученные при компоновке пространственной несущей системы каркаса с включенными в работу плитами перекрытия, с произведенными ранее расчетами стального каркаса и рамы.

Увеличение темпов роста строительства способствует появлению новых материалов и технологий, которые позволяют заметно сократить уровень издержек и сроки строительства различных типов зданий, при этом обеспечивая высокое качество постройки.

Важный фактор, который говорит в пользу металлоконструкций, - это быстрота сборки и минимальные затраты. Каркасные конструкции зданий обладают высокой несущей способностью, малым весом, что позволяет возводить здания разного назначения и различной этажности с применением в качестве ограждающих конструкций широко спектра материалов: более легких, менее прочных, но в то же время обеспечивающих основные требования по теплозащите, звуко- и шумоизоляции, огнестойкости.

Преимущества быстровозводимых зданий, построенных на основе металлокаркаса: долговечность, экологичность, высокая скорость строительства, и минимальные эксплуатационные расходы. Долговечность стальных конструкций здания в условиях неагрессивной или слабоагрессивной среды составляет не менее 70 лет.

При обычном расчете, инженер выделяет плоскую раму, собирает нагрузки, выполняет расчет. При таком расчете недоучитывается возможность перераспределения усилий пространственной работы конструкции. Перераспределение этих усилий уменьшает деформации, поэтому с целью снижения материалоемкости конструкции, мы выполним расчет такой пространственной системы с учетом как можно большего количества различных факторов.

Нагрузками на рассматриваемый каркас и раму приняты постоянные - от веса самих конструкций, временные нагрузки на рабочих площадях здания, снег на покрытии и ветровые воздействия. Программный комплекс позволил приложить эти нагрузки в различных сочетаниях с учетом их совместного действия и исключить сочетания, которые заранее невозможны (например, действие ветра с различных сторон здания). Комплекс позволил быстро проанализировать кинематическую неизменяемость каркаса (путем пробного загружения).

Основу схемы составляют поперечные рамы с жестким соединением ригеля с колонной. Перекрытие образуется главными балками, балками настила, которые шарнирно соединяются со стойками основы рамы, и плитами. Жесткость в поперечном направлении создается жесткостью самой рамы и крепежом между осями 7-8 и Г-Д, 2-3 и В-Г к лестничной клетке, образующей жесткую вставку в системе каркаса. Жесткость в про-дольном направлении создается крепежом к тем же жестким вставкам в виде лестничных клеток и связями между ригелями по покрытию. Признак схемы - шесть степеней свободы в узле.

Расчетная схема загружается 9 различными загружениями. В число которых входят: постоянная: собственный вес, вес перекрытия и покрытия, нагрузка от веса стеновых панелей; временная длительно действующая на перекрытие (3 загружения, на каждый пролет); ветровая нагрузка (4 загружения); снеговая нагрузка.

В результате статического расчета были определены усилия в элементах рамы пространственной системы каркаса.

На основании результатов расчета пространственных конструкций и плоской рамы была скомпилирована сводная таблица. В ней сопоставлены численные значения усилий в соответствующих сечениях элементов рамы, каркаса и каркаса с плитами. В стойках и ригелях три расчетных сечения (на концах элемента и в середине пролета).

При расчете РСУ усилия в сечениях элементов зависят от сочетаний нагрузок, действующих на конструкции. Поэтому из числа различных сочетаний загружений выбирались наиболее неблагоприятные. В таблице представлены максимальные (по модулю) значения отрицательных и положительных моментов и продольных сил.

Статические расчеты показали, что в изгибаемых элементах пространственного каркаса с плитами перекрытия значения продольных усилий меньше, чем в плоской раме и в пространственном каркасе.

Снижение сжимающих усилий в средних стойках каркаса по сравнению с плоской рамой и каркасом позволяет подобрать меньшие сечения пространственной конструкции. Подбор выполняется с помощью программного модуля ЛИР-СТК.

Перераспределение усилий в рамной конструкции с жесткими узлами происходит между стойками, плитами и ригелем благоприятным образом: в ригеле изгибные усилия уменьшаются, что является важным для изгибаемого элемента. Это ведет к уменьшению сечения, т. к. изгиб здесь является определяющим. Одновременно отмечается уменьшение изгибающих напряжений в стойках, которые обычно имеют запасы по устойчивости, и часто их сечение связано с предельной гибкостью, что является определяющим.

Е. А. Жирина