Проект жилого 16-этажного здания

1.1?Исходные данные для проектирования
  
  Участок  расположен в г. Самара по улице Агибалова, напротив стадиона «ЛОКОМОТИВ». На участке строительства располагаются ветхие жилые дома. Рядом с участком расположены строения, принадлежащие различным собственникам  жилые дома, офисы, магазины. 
  Рельеф участка имеет уклон поверхности ориентированный в сторону реки Самара. Абсолютные отметки колеблются от 69.74 до 72.90 м.
  Согласно инженерно-геологическому заключению основанием фундаментов являются суглинки аллювия с прослойками песка, подстилаемые песками аллювия. Показатели физико-механических свойств несущего слоя грунта: удельный вес – 1,84 т/м, угол внутреннего трения – 170, удельное сцепление  - 14 кПа, модуль деформации - 12,0 МПа. Грунты являются неагрессивными по отношению к бетону. Подземные воды вскрыты на глубине 18.1-20.0м. Агрессивными свойствами по отношению к бетону не обладают.
  
  Климатический район – IIB.
  Расчетная температура наиболее холодной пятидневки –30гр.С.
  Расчетная снеговая нагрузка– 240 кг/кв.м
  Нормативный скоростной напор ветра-38 кг/кв.м
  Господствующий ветер по СНиП 2301-99:
  зимой - юго-восточный;
  летом – западный.


1.2. Схема планировочной организации земельного участка
  
  Участок, отведенный под строительство 16-этажного жилого дома, располагается в Железнодорожном районе города Самары на пересечении улиц Агибалова и Рабочей. 
  Подъезды к зданию запроектированы с асфальтовым покрытием. Въезд на территорию жилого комплекса производится с трех сторон. Пожарные проезды вокруг комплекса осуществляются по имеющимся транспортным и пешеходным дорожкам, возможно использование также травяных газонов. На участках свободных от застройки и покрытия, и на прилегающих территориях, запроектирован газон с внесением растительного грунта и посевом многолетних трав. В местах отдыха предусмотрено также наличие цветников и декоративных растений, с посадкой как в открытый грунт, так и с посадкой в специальные ж/б горшки (на усмотрение заказчика строительства).
   Проектом предусматривается строительство жилого дома с трансформаторной подстанцией. 
  
  По соседству располагаются следующие объекты: 
  • Перспективно-пристраевыемые секции жилого дома (справа от проектируемого здания); 
  • Площадка, предназначенная для зоны отдыха и детской игровой зоны (в данный момент представляет собой пустырь;
  • Юго-западная и южная части площадки на момент начала строительства представляют собой участки, на которых располагается З-х секционный                   12-этажный жилой дом. 
  Вертикальная планировка решена с учетом существующего рельефа местности, путем частичного восстановления и реконструкции существующего покрытия. Зеленых насаждений, попадающих под застройку, нет.
  Водоотвод ливневых стоков – внутренний, в ливневую канализацию.
  
  
1.3. Объёмно-планировочное решение.
  
  Здание представляет собой жилое 16-этажное здание с размерами в осях 20.5х37.920м. 
  В здании предусмотрено 1 лестничная незадымляемая клетка, 1 грузопассажирский и 1 пассажирский лифт. 
  16-й и часть 3-го этажа являются техническими. Служат для размещения инженерных коммуникаций.
  На 1 и 2 этажах здания располагаются торговые помещения универсального назначения и офисные помещения.
  Этажи запроектированы с внутренними кирпичными стенами и легкобетонными перегородками.
  Высота типового этажа – 2700мм.
  Высота этажа подземного паркинга:
  	- на отметке -3.400 равна 3100мм.;
  	- на отметке -6.600 равна 2900мм. 
  Фундаментом является монолитная железобетонная плита. Стены подземного паркинга, первого и второго этажей выполнены из монолитного железобетона.
  Ограждающими конструкциями в здании являются кирпичные стены с утеплением . 
  По главным фасадам на всю высоту здания устроены лоджии. На кровле уложены минераловатные жесткие плиты с устройством по ним мягкой кровли.

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
1.4.  Теплотехнический расчет стены.
  
Исходные данные

1.  Расчетная температура наружного воздуха:
     - наиболее холодной пятидневки 
= -300С.
    
  - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С, для всех зданий, кроме производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по                                    СП 131.13330.2012. В производственных зданиях, предназначенных для сезонной эксплуатации, в качестве расчетной температуры наружного воздуха в холодный период года, °C, следует принимать минимальную температуру наиболее холодного месяца, определяемую как среднюю месячную температуру января , уменьшенную на среднюю суточную амплитуду температуры воздуха наиболее холодного месяца.
2.       Средняя температура наружного воздуха за отопительный период, который наступает и заканчивается тогда, когда  средняя температура наружного воздуха за неделю становится, соответственно, ниже и выше +80С, 
= -5,20С.
3. Расчетная температура внутреннего воздуха, 
=200С (для жилых зданий).
- расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 12.1.005-88 (в интервале 20-22 °С).
4. Количество суток в отопительном периоде, 
= 203 суток .
5.    - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С
 = 40С.
6. Зона влажности: сухая. 
7. Условия эксплуатации: А.

 
Конструкция стены показана на рис. 1.1  
       Материал и толщина первого слоя  принимаются согласно варианту (Приложение 1, табл. П.1.1), второй слой – эффективный утеплитель толщиной  х – выбирается самостоятельно (Приложение 2, табл. П.2.4, раздел 4), третий слой – отделочное штукатурное покрытие толщиной около 2 см.


Рис. 1.1 Конструкция стены:
1 – пенополистирольная плита
2 – Керамический кирпич на цементна песчаном растворе;
           3 – известково-песчаный раствор

      
Характеристики каждого из слоев стеновой конструкции приведены в табл.2.1.  
     
     Таблица 2.1
     
     Характеристики слоев стеновой конструкции
     

Теплотехнический расчет

Согласно СП 50.133330.2012 «Тепловая защита зданий» сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции:

	         (2.1)


где: 

?int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4[1]. ?В = 8,7 Вт/(м2? 0С)
?ext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности стены. 
?ext = 23 Вт/(м2? 0С)
RК – термическое сопротивление ограждающей конструкции

RК = R1 + R2 =                             (2.2)

где: 

?i  – толщина слоя, м.;
?i – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м2? 0С),.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций следует принимать не менее требуемых значений Rreq, определяемых исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий и условий энергосбережения.
Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяется формулой:

 		(2.3) 
 где:

    - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху;
    - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С;     
      - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м°С);
      - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 12.1.005-88 (в интервале 20-22 °С.
   - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С.
   
   Rreq= 1(20+30)/(8,7? 4) = 1,46 м2 С0/Вт

Из условий энергосбережения R0 > Rreq в зависимости от градусо-суток отопительного периода:

	                                       (2.4)	

   Dd = (20 + 5,2)х203 = 5116

   По табличе СНиП методом интерполяции подбираем значение Rreq:

    Rreq = 3,19 С0/Вт

   Для сравнения выбираем большее Rreq
Находим R0red

                           (2.5)	

R0req=1/8,7+0,10/0,041+0,51/0,7+0,02/0,7+1/23?3,19

3,54?3,19

Условие выполняется. Конструкция стены удовлетворяет требованиям тепловой защиты здания.
  

1.5. Конструктивное решение здания.

Фундаменты —фундаментная плита под несущими стенами из бетона В25 F50 W2, арматура класса А-400 и А-240.

Стены подвала — монолитные ж/б из бетона В25 F50 W2, арматура А-400 и А-240.

Цоколь — из глиняного полнотелого кирпича пластического прессования ГОСТ 530-95 М100 на растворе М50.

Наружные стены - стены выполнить из керамического кирпича М200 F150 на растворе М150, с наружной отделкой по технологии, разработанной фирмой «ЛАЭС» до 10 этажа, а с 11 этажа из силикатного кирпича М100 F150 на растворе М150.
Лестницы – монолитные.

Перегородки – мелкоштучные сборные плиты из ячеистого бетона толщиной 100мм на клеевых растворах (толщина шва 1мм), расход сухого клея 5-6кг на 1м2 кладки по каталогу АО «КОТЕДЖ». Перегородки санузлов выполнить толщиной 120мм из керамического кирпича марки М100 по ГОСТ 535-95, на цементно-песчанном растворе марки М75, с армированием через 3 ряда кладки сетками с ячейкой 50х50мм из арматуры 4 Вр-I, узлы крепления по серии 2.230-1.

Элементы перекрытия и покрытия - выполнены из сборных железобетонных плит.
		Плита перекрытия на отметке +6.600 принята толщиной 700мм. Это вызвано тем, что по осям 1/Ж-Е, 2/Ж-Е, 3/Ж-Е, 4/Ж-Е, 5/Ж-Е, 6/Ж-Е, 5-6/Ж, 1-2/В, 2-3/Д, 3-4/Д, 5-7/Г, 5-6/Е, 6-8/Е под несущими кирпичными стенами верхних этажей отсутствуют монолитные железобетонные стены, для организации проездов и парковочных мест. Указанная плита является основанием для кирпичных стен.
В проекте принята конструктивная схема здания с продольными и поперечными несущими стенами из кирпича.


  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Таблица 2.2
Ограждение лоджий выполнить из облицовочного кирпича. Кладку ограждений лоджий вести одновременно с кладкой несущих стен.

Перемычки приняты сборные, железобетонные по серии 1.038.1-1 выпуск1 ГОСТ 948-84. Над отверстиями менее 600мм укладывать арматуру 10мм А-I  с шагом 50мм, с заведением на опорные участки по 250мм.

Крыша с теплым чердаком (техническим этажом).

Кровля-рулонная, совмещенная с покрытием. Утеплитель по плитам покрытия – керамзитобетон (р=600 кг/м3) и минватные плиты. В стяжках кровли выполнять температурно-усадочные швы шириной до 5мм, разделяющие поверхность стяжки на участки 3,0х3,0м. швы между этими квадратами должны заполняться легкоплавкими кровельными мастиками. В местах примыкания к стенам, шахтам и т.д.  основной ковер усилить двумя слоями «Изопласт КЭКП». Водосток внутренний.

Вертикальная гидроизоляция наружных стен, соприкасающихся с грунтом, - оклейка рулонным материалом «ПОЛИКРОВ М130» ТУ 5774-002-11313536-96 на кровельной полимерной мастике «ПОЛИКРОВ М140» по ТУ 5774-002-11313536-96.

Окна – с тройным остеклением в ПВХ переплётах.
Герметизация окон, балконных дверей, входных дверей выполняется в соответствии с ТСН 12-802-95С0.
При установке оконных и дверных проемов зазоры заполняются просмоленной паклей, нетвердеющими герметиками и защищаются нащельниками и сливами из кровельной стали.

 

                                     
  























Схемы остекления лоджий.

Схемы остекления оконных блоков.
               
      
Схемы балконных блоков
                                  


  Двери – наружные по ГОСТ 24698-81 и пластиковые индивидуальные, внутренние – по ГОСТ 6629-88.
  Двери в лестничной клетке должны выполняться с уплотняющими прокладками по ГОСТ 10174-72 с доводчиками для притвора.
  
  
1.6. Отделка фасада и внутренних помещений.

  Отделка фасада – все фасады отделываются слоем «SENERGY», на нижних этажах здания в штукатурке выполняют русты размером 20х10(глубина) мм. Для защиты цоколя применены асбоцементные листы, толщиной 10мм с отделочным покрытием «SENERGY».
  Внутренняя отделка:
  Поверхности внутренних помещений оштукатуриваются известково-песчаным раствором. Далее, в зависимости от назначения помещения, предусмотрено несколько типов отделки вертикальных поверхностей:
  Поверхности жилых комнат оклеиваются обоями, а также применяются влагостойкие обои с поливинилацетатным покрытием.
  В кухнях применяется керамическая плитка с глазурованной поверхностью, размером 75х150 мм. 
  В санузлах и ванных комнатах стены отделываются керамической плиткой размером 150х150 мм с глазированной поверхностью.
  Стены коридоров и прихожих оклеиваются водостойкими обоями. 
  Отделка офисных помещений по согласованию с заказчиком по отдельному проекту.

  
  
  
  На лестничных клетках, в междуэтажных коридорах, тамбурах, холлах полы отделываются керамической плиткой, стены покрываются латексной краской. Отделка производится в три слоя — грунт, шпатлёвка, окраска.
  Потолки покрываются водоэмульсионной краской и устраиваются подвесные потолки «Armstrong».
  В рабочих помещениях полы отделываются линолеумом. В санузлах полы и стены отделываются керамической плиткой, потолки покрываются водоэмульсионной краской. В коридорах, холлах, тамбурах полы покрываются керамической плиткой керамогранита или гомогенным покрытием «Farpet».
1.7.  Коммуникации.
  
     Жилой дом оборудуется  следующими системами:
- хоз.- питьевого водоснабжения ;
- горячего водоснабжения ;
- противопожарный водопровод ;
- хоз.- бытовая канализация ;
- внутренний водосток ;
- электроснабжения;
- радиофикации и телефонизации.

     Проектом решается водоснабжение жилого дома от существующего наружного водопровода, вода подается на хозяйственно-питьевые и противопожарные нужды.  
  	В жилом доме запроектированы раздельные системы хоз.питьевого и противопожарного водоснабжения . Для учета расхода холодной  воды  на вводе устанавливается водомерный узел. . Система холодного водопровода запроектирована с верхней разводкой.
     На внутренней сети холодного водопровода предусмотрена установка наружных поливочных кранов Д=25 мм для полива тротуаров, отмосток и зеленых насаждений. Горячая вода приготавливается в тепловом пункте и далее подается в сети горячего водопровода жилого дома. Система горячего водопровода запроектирована аналогично системе холодного водопровода с верхней разводкой. Кольцующие перемычки проложены по цокольному этажу. Магистрали и стояки изолируются теплоизоляционным материалом Thermaflex FRZ, толщина изоляции для стояков – 9мм, для магистралей – 20мм. Пожаротушение жилого дома осуществляется из пожарных кранов Д=50 мм с расходом  2,5 л/с на 1струю ,с выведением наружу пожарных патрубков Д=80мм для присоединения рукавов пожарных машин. Хозяйственно-бытовая канализация запроектирована для приема и отвода бытовых сточных вод от санитарно-технических приборов помещений здания в наружную сеть канализации.  

     В зданиях  запроектированы две системы канализации для отвода бытовых стоков от жилья и всех встроенных помещений с самостоятельными выпусками в наружные сети.
     Для отвода дождевых вод с кровли здания предусмотрена система дождевой канализации.
  Система бытовой канализации запроектирована из чугунных канализационных труб по  ГОСТ 6942-98- отводные трубопроводы, из полипропиленовых труб (фирмы Valsir) - стояки. Система дождевой канализации – из стальных труб по ГОСТ 10704-91.
     Потребителями электроэнергии являются осветительные и бытовые электроприемники, насосы, двигатели вентсистемы.
     В качестве водно-распределительного устройства для жилой части принято ВРУ, состоящее из 2-х панелей: вводная-ЩО70-1-86, распределительная-ВРУ1-47-00 ,и панель АВР – ВРУ1-17-70. 
     В качестве ввода, учета и распределения эл.энергии для офисов принято ВРУ1-21-10, для магазина отдельное ВРУ1-21-10.
     На этажах предусмотрена установка этажных щитков ЩЭ, от которых в каждую квартиру заводится питание к квартирному щитку проводом 
ПВ 5(1х6) п.25
     От квартирного щита разводка выполняется 5 группами: 1гр. - розетки ванной,2гр. - освещение квартиры,3гр. - розетки квартиры, 4гр. - розетки кухни,5гр. - эл.плита. Вся сеть квартир выполняется трехпроводной (фазный провод, нулевой рабочий, нулевой защитный.)
     В кухнях и коридорах квартир устанавливаются подвесные патроны, а в остальных помещениях - клеммные коробки для возможного подключения светильников.
  	Питающие линии выполняются проводом марки ПВ, групповая сеть домоуправления – проводом ПУГНП в пвх - трубах, вертикальные участки (стояки) в штрабе в конструкции стен. Групповая осветительная сеть в квартирах запроектирована проводом с медными жилами ПУГНП 3х1,5 ,сеть к штепсельным розеткам ПУГНП 3х2,5, в стенах и перегородках под слоем штукатурки.
  
     Источником теплоснабжения является тепловая сеть. Параметры теплоносителя в системах отопления 90-65оС.
     Система отопления запроектирована однотрубная, тупиковая, с верхней разводкой подающей магистрали. Для офисов запроектированы самостоятельные системы отопления, однотрубные, тупиковые, с нижней разводкой магистралей.
     В качестве отопительных приборов приняты чугунные радиаторы МС-140-108 с установкой терморегуляторов. Все трубопроводы систем отопления выполняются из стальных водогазопроводных труб (до ? 50 мм) и стальных электросварных труб (более ? 50 мм).
     Подающие и обратные трубопроводы системы отопления ? 50 и более изолируются цилиндрами «URSA» с покрытием из алюминиевой фольги & = 40 мм, для ? 15 – 40 мм, толщина изоляции 30 мм.
     Отопление машинного помещения электрическое.
  	Вентиляция встроенных офисов запроектирована приточно-вытяжная с механическим побуждением и, частично, естественная. Воздухообмены в помещениях определены из расчета ассимиляции основных вредностей в соответствии с действующими нормами и кратностями. Вентиляция жилой части запроектирована с естественным побуждением и, частично, механическая. На последних этапах установлены бытовые вентиляторы Вентс 125 Д. Толщину стали воздуховодов принимать: для всех воздуховодов по прил.21 СНиП 2.04.05-91*. Воздуховоды всем систем изготовить класса «Н». Материал для изготовления воздуховодов принимать: сталь тонколистовая оцинкованная по ГОСТ 19904-90.
  
1.8.  Противопожарные мероприятия.
  
     Система противодымной защиты здания разработана на основании действующих глав СП 60.133330.2012. Продукты горения из поэтажных коридоров удаляются через шахту дымоудаления, которая соединяет поэтажно отверстия дымоудаления. Открывание клапанов и включение вентилятора дымоудаления предусматривается автоматическое от специальных датчиков и дистанционно – от кнопок, установленных на каждом этаже.
     Для предотвращения распространения дыма по этажам предусмотрена подача воздуха сосредоточенно сверху в объемы шахт лифтов.
     Места прохода транзитных воздуховодов и трубопроводов через стены и перекрытия здания следует уплотнить негорючими материалами, обеспечивая нормируемый предел огнестойкости пересекаемого ограждения.
     Для первичного пожаротушения в каждой квартире предусмотрен вентиль для присоединения шланга Д=20мм L=15 м.
     Применение несущих и ограждающих строительных конструкций с регламентированным пределом огнестойкости и пределом распространения огня, соответствующими II степени огнестойкости здания.
     Применение трудносгораемых строительных материалов для отделки помещений, через которые проходят пути эвакуации.
     Обеспечение вторых эвакуационных выходов из квартир – на застеклённые лоджии с двумя открывающимися створками, с размером простенка не менее 1.2м от оконного проёма до торца лоджии.
     Все встроенные помещения подвала и цокольного этажа обеспечиваются первичными средствами пожаротушения.



1.9.  Техникоэкономические показатели здания.
			
  Площадь застройки                		1065,90 м2
  Площадь помещений здания	           9518,05 м2 
  Строительный объём здания общий	 47987,05 м3 
  в т.ч. ниже 0.000                                        7904,65 м3
  
  Квартиры :
площадь общая                                          6012,67м2   
площадь жилая                                          5349,17 м2
  
  Офисы :
  площадь полезная                                     1371,73 м2
  площадь расчетная                                   1247,04 м2
  
  Подземный гараж :
  отм.  -3.300                                                639,09 м2  
  отм.  -6.600                                                796,81 м2
  Всего  -  1435,9 м2
  
  Площадь технического этажа (3 этаж)    228,77 м2
  Площадь технического этажа (16 этаж)   468,98 м2


2.1 Общие пояснения к расчету.

Расчет выполнялся на программном комплексе «ЛИРА», методом конечных элементов. Реализованный вариант МКЭ использует метод возможных перемещений. Расчетная конечно-элементная пространственная модель включает в себя элементы монолитной 4-х этажной каркасной конструкции жестко связанные с изгибаемым плитным фундаментом на упругом основании  (в целом, эта конструкция представляет собой фундаментную часть здания(два уровня надземные, а два подземные), кирпичная надземная часть здания смоделирована в виде равномерно-распределенной нагрузки описывающей контуры стен здания), а также включает в себя монолитные пристраиваемые двух уровневые пристрои-сегменты паркинга смоделированные на ленточных монолитных фундаментах , модель точно передает геометрию и содержит все необходимые нагрузки, в соответствии со СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Коэффициенты надежности по нагрузке и сочетаний для временных нагрузок учитывались в расчетах при задании комбинаций загружений и при определении расчетных сочетаний усилий.
     Был выполнен статический расчет, в результате которого были определены перемещения и усилия, возникающих при рассматриваемом воздействии. 
По результатам было определено напряженно - деформированное состояние в каждой точке и в каждом КЭ и были произведены поверочные расчеты в соответствии со СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» по двум группам предельных состояний.
 

В  расчете учитывались следующее расчетные нагрузки:

1. Загружение № 1. 
 а) Постоянные нагрузки – собственный вес конструкций (учитывается автоматически), 
  вес пилонов, колонн, плит перекрытий, стен, перегородок, конструкции пола, кровли.
 б) Временная нагрузка – полезная равномерно распределенная нагрузка на перекрытия. 
  в) Кратковременная нагрузка - равномерно распределенные технологические нагрузки на перекрытия, снеговая - полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия с учетом снеговых мешков.
 (Примечание : в данном расчете, кроме ветровой, были учтены в загружении №1 и отнесены к группе постоянных  нагрузок).  
   
2. Загружение № 2. 
 Кратковременная нагрузка – 1-ая ветровая статическая слева (со стороны Агибалова).
3. Загружение № 3. 
 Кратковременная нагрузка – 2-ая ветровая статическая справа (со двора).
4. – снеговая.ававав
Высота здания 50м. Пульсационная составляющая ветровой нагрузки, в данном случае, для расчета монолитной фундаментной плиты была учтена путем увеличения каждой статической составляющей расчетной ветровой нагрузки на 20%.
Расчет происходил по наихудшим значениям расчетным сочетаниям усилий по СП 63.13330.2012.
Загружения учитывались с коэффициентами длительности и надежности по нагрузке.

В результате выполненных расчетов были определены следующие величины:
1.  Усилия в элементах КЭ - сетки (N, Mx, My, Mz, Qx, Qy).
2.  Деформации (прогибы и перемещения) во всех  элементах КЭ - сетки.
3.  Опорные реакции, напряжения.
4. Теоретическая площадь арматуры в оболочках (плиты) As1 ... As4.

Условные обозначения, принятые в проекте.

В таблицах используются следующие обозначения.
Задействованы следующие виды загружений с соответствующими им коэффициентами:
П - Постоянное,
Д - Длительное,
К - Кратковременное,
Таблица коэффициентов содержит следующие столбцы: номер загружения, наименование загружения, вид загружения, признак знакопеременности и номер группы взаимоисключения.

Обозначения для деформаций:
- x, y, z – перемещения по соответствующим осям x, y, z;
- Ux, Uy, Uz – углы поворота вокруг соответствующих осей;









     В зависимости от типа элемента предлагаются следующие усилия в сечении или напряжения:
Узлы:
- номер узла; 
- координаты (X, Y, Z);
- связи по направлениям (X, Y, Z, UX, UY, UZ);
- перемещения по направлениям (X, Y, Z, UX, UY, UZ);
- номер загружения (для перемещений);

Усилия (стержни):
- номер элемента;
- номер сечения;
- усилия (N, Qy, Qz);
- моменты (Mk, My, Mz);
- тип элемента;
- номер загружения;

Усилия (пластины):
- номер элемента;
- напряжения (Nx, Ny, Nz, Txy, Txz);
- моменты (Mx, My, Mxy);
- усилия (Qx, Qy);
- реакция Rz;
- тип элемента;
- номер загружения;

Все усилия, напряжения даны в глобальной системе координат.
















Алгоритм армирования элементов

     Алгоритм предназначен для определения армирования 
· тонкостенных железобетонных элементов, в которых действуют изгибающие и крутящие моменты, осевые и перерезывающие силы – элементы оболочки.
· плоских железобетонных элементов, в которых действуют изгибающие и крутящие моменты, а также перерезывающие силы – элементы плиты.
· железобетонных элементов, находящихся в плоском напряженном состоянии – элементы балки-стенки.

Подбор арматуры (отдельно продольной и поперечной) выполняется при учете действия заданного количества сочетаний (погонных):
· Nx, Ny, Txy – для балок-стенок;
· Mx, My, Mxy, Qx, Qy – для плит;
· Nx, Ny, Txy, Mx, My, Mxy, Qx, Qy – для оболочек.

Рисунок 2.1
  a – усилия, действующие в элементах балки-стенки, и главные нормальные усилия;
  b – усилия, действующие в элементах плиты, и главные изгибающие моменты,
  c – усилия, действующие в элементах оболочки, главные нормальные усилия.

Продольная арматура в пластинах подбирается отдельно по прочности и трещиностойкости. 

Рисунок 2.2
Схемы расположения продольной “размазанной” арматуры (а – балок-стенок, b,c – плит и оболочек). 
     Подбор продольной арматуры осуществляется с обеспечением минимума суммарного расхода арматуры направлений X и Y при удовлетворении условий прочности и требований норм по ограничению ширины раскрытия нормальных трещин. Ширина раскрытия трещин определяется в соответствии со                           СП 63.13330.2012. Подбор арматуры в пластинчатых элементах осуществляется с учетом работы арматуры по ортогональным направлениям. Существует зависимость величин подобранной арматуры от порядка рассмотрения расчетных сочетаний усилий (РСУ), расчетных сочетаний нагрузок (РСН) или усилий от отдельных загружений. С целью минимизации подбираемой арматуры в двух направлениях производится упорядочивание сочетаний в порядке возрастания напряжений.
     Подбор поперечной арматуры выполняется исходя из условий прочности по перерезывающей силе как для одноосного напряженного состояния при учете каждого из направлений усилий (Qx, Qy) раздельно в соответствии со                         СП 63.13330.2012 и с учетом выполнения условия (72) [Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СП 63.13330.2012).]. 

При вычислении усилия в хомутах на единицу длины (qsw) определяются qswi для c0i (длина проекции наклонной трещины на продольную ось элемента). 

C0max=2*h0; С0min=h0 ; h0= H  – a, 

 где:
H - толщина пластины;
а -  защитный слой.
qsw0 определено для с0max.
 
Уменьшая c0 на 10% до c0min, находим qswi .
 Из всех полученных qswi выбираем max = qsw. 
Зная qsw находим Asw. 
Ширина зоны армирования лежит в пределах с0max=2*h0; c0min=h0.
qsw = Asw*Rsw / S, 

где:
qsw – усилие в хомутах на единицу длины элемента в пределах наклонного сечения;
Rsw - расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению;
Asw  -  площадь сечения хомутов, расположенных в одной нормальной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение;
S – шаг поперечной арматуры (100 см - для стандартизации перехода к произвольному шагу поперечной арматуры).

Исходя из максимальных усилий, действующих в направлении координатных осей, совпадающих с направлениями расположения стержней арматурной сетки, вычисляются максимальные площади сечения арматуры как для изгиба (плита), как центрального сжатия-растяжения (балка-стенка), как  внецентренного сжатия-растяжения (оболочка) в одном направлении. Далее проверяются условия прочности. Выбор условий прочности осуществляется в зависимости от положения расчетного сечения (сжатая грань вверху или внизу) и от схемы трещин. В случае необходимости, сечение арматуры увеличивается с шагом 5% до соблюдения условий прочности [3].  Полученные сечения арматуры принимаются в качестве начального приближения.
     В дальнейшем выполняется поиск сечений арматуры, при которых обеспечивается минимум суммарного расхода стали, исходя из условий прочности. Для этого используется алгоритм координатного спуска с отталкиванием, разработанный для многомерных задач с большим числом ограничений.
     После определения армирования по прочности выполняется проверка ширины раскрытия трещин поочередно для всех сочетаний усилий.
 Если для I-го сочетания усилий ( I = 1…m ) ширина непродолжительного или продолжительного раскрытия трещин превышает допустимое значение, сечение арматуры в направлении, соответствующем углу а<=40 град. (а – угол между трещиной и осью Х) увеличивается с шагом 5%. После того, как требования по ограничению ширины будут удовлетворены, переходят к проверке следующего сочетания усилий.

В общем случае результаты выдаются в двух строчках:
·	полная арматура, подобранная по первой и второй группам предельных состояний;
·	арматура, подобранная по первой группе предельных состояний;

В результате подбора арматуры выдается:
Продольная арматура – площади продольной арматуры (см2) на погонный метр 
AS1 (ASx-н) - площадь нижней арматуры по направлению X (для балки-стенки посредине);
AS2 (ASy-н) - площадь верхней арматуры по направлению X;
AS3 (ASx-в) - площадь нижней арматуры по направлению Y (для балки-стенки посредине);
AS4 (ASy-в)- площадь верхней арматуры по направлению Y;
Поперечная арматура - площади поперечной арматуры (см2) на погонный метр 
ASW1 - поперечная арматура по направлению X;
ASW2 - поперечная арматура по направлению Y;
Ширина раскрытия трещин - ширина кратковременного и длительного раскрытия трещин (мм).

2.2. Расчет и конструирование колонны

     Для колонн применяют бетон класса В25. Колонны армируются продольными стержнями ?12….40 мм, преимущественно из горячекатаной стали класса А-400 и поперечными стержнями из горячекатаной стали классов А-400,      А-300, А-240 и проволокой класса В-I.
     	Насыщение поперечного сечения продольной арматурой оценивается коэффициентом µ=Аs/bh0 или процентом армирования µ·100 , где Аs – суммарная площадь сечения всех продольных стержней. На практике для сжатых элементов обычно принимают армирование не более 3%.
     При расчете прочности бетонных и железобетонных элементов на действие сжимающей продольной силы должен приниматься во внимание случайный эксцентриситет ea , обусловленный неучтенными в расчете факторами. Эксцентриситет ea  в любом случае принимается не менее 1/600 длины элемента.




























Исходные данные

     	Бетон тяжелый класса В25. Расчетное сопротивление при сжатии Rb=14,5МПа, Еb=30000МПа Арматура продольная рабочая класса А-400 (?=12….40мм), расчетное сопротивление  Rs=365МПа, Rsс =355МПа. Размер сечения колонны 0,5 ?0,5 м. Высота этажа –2700 мм. Количество этажей – 16.





































Определение усилий в колонне
 
     Рабочая высота сечения h0=h-a=500-50=450мм. Расчет ведем с учетом прогиба колонны. Поскольку у рассматриваемого сечения колонна жестко заделана, то коэффициент µ =1, расчетную длину колонны принимаем                  l0 =2700мм. При этом l0/h=270/50=5,4>4, т.е. учитываем прогиб колонны.
    Усилия от всех нагрузок равны М=Мv=120кН·м, N=Nv=3250кН. При этом:
      е0=M/N=120/3250=0,03м, h/30=500/30=16мм;
     е0=30мм, l/600=2700/600=4,5мм; е0=30мм>16мм; окончательно принимаем е0  =30мм. Определяем моменты М1 и М1l относительно растянутой арматуры соответственно от всех нагрузок и от постоянных и длительных нагрузок:                                
     М1=М+N(h0-al/2)=120+3250·(0,45-0,05/2)=1517,5 кН·м; 
     М1L=Мl+Nl(h0-al/2)=100+2800·(0,45-0,05/2)=1304 кН·м;
     
     Тогда ?l=1+(М1l/Мl)В=1+(1517,5/1304)=2,16., В=1, так как ?е = е0/h 30/500=0,06<0,15 , принимаем ?е =0,15.
     В первом приближении принимаем µ=0,05.
     µ? =0,05(2·105 ? 2,7·104) =0,378.
     Определим критическую силу Ncr по формуле 93 пособия:

D=EbBh3   [
0,0125
+0,175·0,378(
h0-a?
)2]=

?l(0,3+?е)

h

        
        
        
=3·104·500·5003[
0,0125
+0,175·0,378(
450-50
)2]=2,3·1013Н·мм2

2,16 (0,3+0,15)

500


     
     Условная критическая сила по формуле 
     По формуле определяем коэффициент 
?=
1
=
1
=1,12.

1-
N

1-
 3250



Ncr


 31107

        
     Расчетный момент с учетом прогиба по формуле                          
     М=Мv?v=120·1,12=134,4 кН·м.

     
     
     
     
     Необходимую площадь сечения арматуры определяем согласно п.3.4.1.2.  Для этого вычислим значения:
?n=
N
=
3250·103
=0,99;

Rbbh0

14,5·500·450

     
?ml=
М+N(h0-a?)?2
=
134,4·106+3250·103(450-50)?2
= 0,539.

Rbbh0

14,5·500·4502

     
     
     По таблице 4 находим ?R=0,490. Так как ?n=0,99, ?R=0,490, площадь сечения определяем по формуле , ?s по формуле при 
     ?R=(?n+?R)?2=(0,99+0,490)?2=0,74 , тогда ?1=1;

?s=
?m1-?1(1- ?1?2)
=
0,539-1(1-1/2)
= 0,540.

1-?

1-0,143



     
     По формуле (3.10) находим
?=
?n (1-?R)+2?s ?R
=
0,99(1-0,490)+2·0,540·0,490
= 0,869

1- ?R+2?s

1-0,490+2·0,540

        
   
Аs=Аs=
Rbbh0
 ·
?m1-?(1-?/2)
=
14,5·500·450
·
0,539-0,869(1-869/2)
=3752мм2

Rs

1-?

365

1-0,143

        
        
        Принимаем 4 ? 32 А-400 Аs,tot=3217мм2.
        
     Так же удовлетворяются требования п. 5.16 (СНиП 2.03.01-84) по минимальному армированию, поскольку
    
µ% =
As,tot
100% =
3217
100%=
1,29%

А

500?500


     
        







   Общий вид конструкции фундаментной части здания.


         

  
  Конечно-элементная модель.



   

Загружение  №1 (Постоянное – см. общие пояснения)

Загружение  №2 (Ветровая статическая слева с учетом крутящего момента)
	
Загружение  №3 (Ветровая статическая справа с учетом крутящего момента)



Единицы.......................