Численное моделирование подземного сооружения в программном комплексе Scad

Отчет

по дисциплине «Геотехническое проектирование»

Численное моделирование подземного сооружения в программном комплексе Scad

 

Выполнил

студент гр.3130801/60702                                                      Щербаков Д.В. 

Руководитель

К.т.н, доцент                                                                             Конюшков В.В.

 

                                                                            «___» __________ 2020 г.

 

Санкт-Петербург

2020 г.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

Подземное сооружение представляет собой смешанный каркас с несущими колоннами внутри здания и стенами по периметру сооружения. Количество назначается следующим образом:

- число пролетов по оси X соответствует количеству букв в фамилии студента;

- число пролетов по оси Y соответствует количеству букв в имени студента.

Принятые характеристики пролетов:

· по оси Х – 8 пролетов по 6 м

· по оси У – 7 пролетов по 9 м

Все конструктивные элементы сооружения выполняются из монолитного железобетона со следующими характеристиками:

Колонны из бетона класса В25, сечением 30х30 см. Расположены в осях 2-7/Б-Е с шагом в осях 2-7 – 9 м, в осях Б-Е – 9 м.

Второстепенные балки из бетона класса В25, высотой 40 шириной 15 см. Выполняются вдоль осей Б-Е, с шагом 3 м.

Главные балки из бетона класса В25, высотой 75 шириной 30 см. Выполняются вдоль осей 2-7, с шагом 9 м.

Фундаментная плита выполняется толщиной 0,3 м из бетона класса В25 под всем сооружением.

Наружные несущие стены выполняются толщиной 0,2 м из бетона класса В50 по периметру сооружения по осям А-А, Ж-Ж, 1-1, 8-8.

Плита покрытия выполняется толщиной 0,15 м из монолитного железобетона класса В25.

Техническое задание к отчету включает в себя следующие расчеты:

1. Задать конструктивную схему здания с сечениями и жесткостными параметрами элементов.

2. Задать постоянные и временные нагрузки на конструктивные элементы сооружения.

3. Определить коэффициент упругого основания под фундаментной плитой сооружения.

4. Рассчитать осадку фундаментной плиты и сравнить ее с предельно допустимым значением по СП 22.13330.2016.

5. Выполнить поверочный расчет фундаментной плиты на продавливание по требованиям СП 63.13330.2018.

6. Подобрать армирование продольной и поперечной верхней и нижней арматуры фундаментной плиты в программе Scad и выполнить поверочный расчет по требованиям СП 63.13330.2018.

7. Определить внутренние усилия в конструктивных элементах сооружения в программе Scad (продольные, поперечные и моментные усилия колоннах, балках и напряжения в фундаментной плите, стенах и плите покрытия).

8. Определить внутренние усилия в наружных стенах сооружения в программе Scad и выполнить поверочный расчет на внецентренное сжатие по требованиям СП 63.13330.2018

9. Подобрать армирование для колонн сооружения в программе Scad и выполнить поверочный расчет на внецентренное сжатие по требованиям СП 63.13330.2018.

10. Подобрать верхнюю и нижнюю продольную арматуру второстепенных и главных балок на действие изгибающего момента и поперечной силы в программе Scad и выполнить поверочный расчет по требованиям СП 63.13330.2018.

11. Подобрать армирование продольной и поперечной верхней и нижней арматуры плиты покрытия в программе Scad и выполнить поверочный расчет по требованиям СП 63.13330.2018.

12. Сформировать отчет с пояснительной запиской, графическими результатами расчетов, выводами и рекомендациями.

Схема площадки

Список грунтов

Наименование	Удельный вес, Т/м3	Модуль деформации, Т/м2	Модуль упругости, Т/м2	Коэффициент Пуассона	Коэффициент переуплотнения	Давление переуплотнения, Т/м2
пески	1,8	3200	26666,667	0,3	1	0
супеси	1,9	2600	21666,667	0,35	1	2,5
глины	1,95	2000	16666,667	0,42	1	5

 

 

Список скважин

Наименование	Координаты, м		Описание скважин
1) 1	23,052	32,521	Грунт	Отметка верхней границы, м	Скачок эффект. напряж, Т/м2
			пески	0	0
			супеси	-1,2	0
			глины	-2,2	0

 

Нагрузка

Нагрузка на фундаментную плиту 7,65 Т/м²

Отметка подошвы фундаментной плиты 0 м

 

Нижняя отметка сжимаемой толщи определяется в точке с координатами: (24;31,5) м

 

 

Результаты расчета

Минимальное значение коэффициента постели 297,867 Т/м³

Максимальное значение коэффициента постели 1233,97 Т/м³

Среднее значение коэффициента постели 503,794 Т/м³

Среднеквадратичное отклонение коэффициента постели 0,018

Отметка сжимаемой толщи определялась в точке с координатами (24;31,5) м

Нижняя отметка сжимаемой толщи в данной точке -17,28 м

Толщина слоя сжимаемой толщи в данной точке 17,28 м

Максимальная осадка 2,568 см

Средняя осадка 1,708 см

Крен фундаментной плиты 4,636*10^-4 град

Суммарная нагрузка 23133,6 Т

Объем извлеченного грунта 0 м³

 

Коэффициенты постели

Осадка

 

 

Усилия в элементах

Рис. 17 Усилия N в стержневых элементах

 Рис. 18 Усилия M_k в стержневых элементах

Рис. 19 Усилия M_y в стержневых элементах

Рис. 20 Усилия M_z в стержневых элементах

Рис. 21 Усилия Q_z в стержневых элементах

Рис. 22 Усилия Q_y в стержневых элементах

 

 

РЕЗУЛЬТАТЫ АРМИРОВАНИЯ

Так как направление арматуры указано в местных осях, под рисунками будет указана её пространственная ориентация.

Фундаментная плита

Рис. 23 Ориентация местных осей относительно общей системы координат

Рис. 24 Интенсивность S1 (нижняя по X)

Рис. 25 Интенсивность S2 (верхняя по X)

Рис. 26 Интенсивность S3 (нижняя по Y)

Рис. 27 Интенсивность S4 (верхняя по Y)

Рис. 28 Площадь вертикальной поперечной арматуры AW_x

 

 

Рис. 29 Площадь горизонтальной поперечной арматуры AW_y

Плита покрытия

Рис. 30 Ориентация местных осей относительно общей системы координат

Рис. 31 Интенсивность S1 (нижняя по X)

Рис. 32 Интенсивность S2 (верхняя по X)

Рис. 33 Интенсивность S3 (нижняя по Y)

Рис. 34 Интенсивность S4 (верхняя по X)

 

Стены

Рис. 35 Ориентация местных осей относительно общей системы координат

Рис. 36 Интенсивность S1 (нижняя по X)

Рис. 37 Интенсивность S2 (верхняя по X)

Рис. 38 Интенсивность S3 (нижняя по Y)

Рис. 39 Интенсивность S4 (верхняя по X)

Рис. 40 Площадь поперечной арматуры AW_x

Рис. 41 Площадь поперечной арматуры AW_y

Колонны

Рис. 42 Ориентация местных осей относительно общей системы координат

Рис. 43 Площадь S1 (несимметричная)

Рис. 44 Площадь S2 (несимметричная)

Главные балки

Рис. 45 Ориентация местных осей относительно общей системы координат

Рис. 46 Площадь S1 (несимметричная)

Рис. 47 Площадь S2 (несимметричная)

Рис. 48 Площадь поперечной арматуры AW₁

Рис. 49 Площадь поперечной арматуры AW₂

Второстепенные балки

Рис. 50 Ориентация местных осей относительно общей системы координат

Рис. 51 Площадь S1 (несимметричная)

Рис. 52 Площадь S2 (несимметричная)

Рис. 53 Площадь S3 (несимметричная)

Рис. 54 Площадь S4 (несимметричная)

 

Рис. 55 Площадь AW₁

Рис. 56 Площадь AW₂

 

 

Осадка фундаментной плиты

Наибольшая осадка получена при сочетании 2:

Проверяем осредненный коэффициент упругого отпора грунта:

Коэффициент упругого основания в программе КРОСС и SCAD задан верно

Проверка осадки вычисленной в SCAD:

Рис. 57 Осадки фундаментной плиты

Сравнение осадки фундаментной плиты с предельно допустимой по требованиям СП 22.13330.2016:

Таблица Г1. Сооружение производственное или гражданское одноэтажное с с устройством железобетонных поясов:

Условие выполняется

Усилия в колоннах

Наибольшие продольные усилия в колоннах наблюдаются при загружении 4:

Рис. 58 Продольные усилия в колоннах

Проверка толщины фундаментной плиты на выполнение условия продавливания максимально нагруженной колонной по требованиям СП 63.13330.2018.

Предельная продавливающая сила от колонны на плиту определится по формуле:

Где:

Rbt – расчетное сопротивление на растяжение, принимаемое по таблице 6.8 СП 63.13330.2018 в зависимости от класса бетона на растяжение, кПа; - 1,05 МПа = 107,1 Тс/м² (Бетон В25, растяжение осевое, бетон тяжелый)

U – средний периметр пирамиды продавливания, м;

a - толщина защитного слоя бетона, принимаемая по таблице 10.1 СП 63.13330.2018, м. – 20 мм = 0,02 м (эксплуатация конструкций зданий в закрытых помещениях при нормальной и пониженной влажности)

Плита не прошла проверку – необходимо ввести поперечную арматуру в плите.

Используем стержни 14 мм с шагом 200 мм А_sw=1,539 см² (арматура класса AII, сжатие):                       

Принимаем армирование 9 * 9 = 81 стержня с шагом 200 мм.

Рис. 59 Схема расположения поперечной арматуры в плите

Наибольшие изгибающие моменты в колоннах наблюдаются при загружении 4:

Рис. 60 Изгибающие моменты в колоннах

Рис. 61 Изгибающие моменты в колоннах

Наибольшие поперечные усилия в колоннах наблюдаются при загружении 4:

Рис. 62 Поперечные усилия, действующие в колоннах

 

Рис. 63 Поперечные усилия, действующие в колоннах

Плита покрытия

Рис. 64 Суммарное перемещение конструкции

Рис. 65 Перемещение плиты покрытия по оси Z

Проводим анализ и сравниваем возникающие усилия:

       Наименее выгодна 4 комбинация:

Рис. 66 M_x возникающий в плите покрытия

Наименее выгодна 3 комбинация:

Рис. 67 M_y возникающий в плите покрытия

Фундаментная плита

Проводим анализ и сравниваем возникающие усилия:

       Наименее выгодна 4 комбинация:

Рис. 68 M_x возникающий в плите фундамента

Наименее выгодна 4 комбинация:

Рис. 69 M_y возникающий в плите фундамента

Стены

Проводим анализ и сравниваем возникающие усилия:

Наименее выгодна 4 комбинация:

Рис. 70 N_x возникающий в стенах

Рис. 71 N_y возникающий в стенах

Балки. Главные

Проводим анализ и сравниваем возникающие усилия:

Наименее выгодна 4 комбинация:

Рис. 73 Эпюры моментов M_y действующих в главных балках

Рис. 74 Эпюры моментов M_y действующих в главных балках

 

Балки. Второстепенные

Проводим анализ и сравниваем возникающие усилия:

Наименее выгодна 4 комбинация:

Рис. 75 Эпюры моментов M_y действующих во второстепенных балках

Рис. 76 Эпюры моментов M_y действующих во второстепенных балках

 

ВЫВОДЫ

 

1. По результатам расчетов от суммы нагрузок, заданных по Исходным данным и Техническому заданию общий вес здания составляет 5933,4 Т, Давление по подошве фундаментной плиты 7,65 Т/м².

2. В качестве фунд. плиты применена плита толщиной 0,3 м, класса бетона В25 с диаметром продольной и поперечной арматуры 14 мм, с шагом 200 мм, классом AII. Осадка фундаментной плиты составляет 18,09 мм, что меньше предельно допустимой по требованиям СП 22.13330.2016. Максимальная продавливающая сила от колонны составляет 239,64  Тс, что меньше предельно допустимого значения 259,43 Тс по требованиям СП 63.13330.2018. Максимальный момент в фундаментной плите составляет 26,71 Тс*м, что меньше предельно допустимого 32,99 Тс*м по СП 63.13330.2018.

3. В качестве наружных стен применены стены толщиной 0,2 м, из монолитного железобетона класса В50, с продольной арматурой диаметром 28 мм, с шагом 200 мм. Максимальный момент в стене составляет 9,87 Тс*м, что меньше предельно допустимого 14,29 Тс*м по СП 63.13330.2018.

4. В качестве колонн применены колонны сечением 30х30 см, высотой 4,8 м, из монолитного железобетона класса В25, диаметром арматуры 36 мм, 4 шт. Предельное внецентренное сжатие колонны составляет Тс, что меньше предельно допустимого значения 243,77 Тс по СП 63.13330.2018.

5. В качестве второстепенных балок применены балки шириной 15 см, высотой 40 см, из монолитного железобетона класса В25, с арматурой 22 мм, 3 шт. Максимальное момент в балке составляет 13,65 Тс*м, что меньше предельно допустимого значения 13,76 Тс*м по СП 63.133330.2018

6. В качестве главных балок применены балки шириной 30 см, высотой 75 см, из монолитного железобетона класса В25 с диаметром арматуры 25 мм, 6 шт. Максимальный момент в балке составляет 44,9 Тс*м, что меньше предельно допустимого значения 71,48 Тс*м по СП 63.133330.2018

7. В качестве плиты покрытия применена плита из монолитного железобетона класса В25, толщиной 0,15 м, с диаметром арматуры 32 мм, с шагом 200 мм. Максимальный момент в плите покрытия составляет 8,513 Тс*м, что меньше предельно допустимого 11,48 Тс*м по СП 63.13330.2018.

8 Конструктивные элементы здания соответствуют требованиям технических регламентов Российской Федерации на воздействие постоянных и временных нагрузок и их расчетных сочетаний.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. SCad Вычислительный комплекс. Криксунов и др.2015 г.

2. СП 22.13330.2016

3. СП 63.13330.2018

4. СП 20.13330.2018

3. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. «Железобетонные конструкции», М.:Стройиздат, 1978.

4.СП 52-101-2003, Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения, - М., 200

 

Отчет

по дисциплине «Геотехническое проектирование»

Численное моделирование подземного сооружения в программном комплексе Scad

 

Выполнил

студент гр.3130801/60702                                                      Щербаков Д.В. 

Руководитель

К.т.н, доцент                                                                             Конюшков В.В.

 

                                                                            «___» __________ 2020 г.

 

Санкт-Петербург

2020 г.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

Подземное сооружение представляет собой смешанный каркас с несущими колоннами внутри здания и стенами по периметру сооружения. Количество назначается следующим образом:

- число пролетов по оси X соответствует количеству букв в фамилии студента;

- число пролетов по оси Y соответствует количеству букв в имени студента.

Принятые характеристики пролетов:

· по оси Х – 8 пролетов по 6 м

· по оси У – 7 пролетов по 9 м

Все конструктивные элементы сооружения выполняются из монолитного железобетона со следующими характеристиками:

Колонны из бетона класса В25, сечением 30х30 см. Расположены в осях 2-7/Б-Е с шагом в осях 2-7 – 9 м, в осях Б-Е – 9 м.

Второстепенные балки из бетона класса В25, высотой 40 шириной 15 см. Выполняются вдоль осей Б-Е, с шагом 3 м.

Главные балки из бетона класса В25, высотой 75 шириной 30 см. Выполняются вдоль осей 2-7, с шагом 9 м.

Фундаментная плита выполняется толщиной 0,3 м из бетона класса В25 под всем сооружением.

Наружные несущие стены выполняются толщиной 0,2 м из бетона класса В50 по периметру сооружения по осям А-А, Ж-Ж, 1-1, 8-8.

Плита покрытия выполняется толщиной 0,15 м из монолитного железобетона класса В25.

Техническое задание к отчету включает в себя следующие расчеты:

1. Задать конструктивную схему здания с сечениями и жесткостными параметрами элементов.

2. Задать постоянные и временные нагрузки на конструктивные элементы сооружения.

3. Определить коэффициент упругого основания под фундаментной плитой сооружения.

4. Рассчитать осадку фундаментной плиты и сравнить ее с предельно допустимым значением по СП 22.13330.2016.

5. Выполнить поверочный расчет фундаментной плиты на продавливание по требованиям СП 63.13330.2018.

6. Подобрать армирование продольной и поперечной верхней и нижней арматуры фундаментной плиты в программе Scad и выполнить поверочный расчет по требованиям СП 63.13330.2018.

7. Определить внутренние усилия в конструктивных элементах сооружения в программе Scad (продольные, поперечные и моментные усилия колоннах, балках и напряжения в фундаментной плите, стенах и плите покрытия).

8. Определить внутренние усилия в наружных стенах сооружения в программе Scad и выполнить поверочный расчет на внецентренное сжатие по требованиям СП 63.13330.2018

9. Подобрать армирование для колонн сооружения в программе Scad и выполнить поверочный расчет на внецентренное сжатие по требованиям СП 63.13330.2018.

10. Подобрать верхнюю и нижнюю продольную арматуру второстепенных и главных балок на действие изгибающего момента и поперечной силы в программе Scad и выполнить поверочный расчет по требованиям СП 63.13330.2018.

11. Подобрать армирование продольной и поперечной верхней и нижней арматуры плиты покрытия в программе Scad и выполнить поверочный расчет по требованиям СП 63.13330.2018.

12. Сформировать отчет с пояснительной запиской, графическими результатами расчетов, выводами и рекомендациями.