Заключение:

так, как все 4 варианта рам проходят проверки по первому предельному состоянию (по прочности), по второму предельному состоянию (по прогибам) и по местной устойчивости элементов, выбираем вариант поперечной рамы, основываясь на экономических показателях.

Стоимость поперечной рамы с жестким закреплением колонны к фундаменту и жестким закреплением колонны с ригелем перекрытия меньше по стоимости остальных 3 вариантов, соответственно он экономичней. По данным приведенного расчета для проектируемого здания используем 1 вариант поперечной рамы.

Сравнение 2 вариантов каркаса. При расчете каркаса рассмотрены следующие комбинации загружений:

Номер загружения	Имя загружения	Вид
1	Постоянные нагрузки	Постоянное
2	Снеговая нагрузка	Длительное
3	Полезная нагрузка на перекрытие (1 этаж, левый пролет)	Длительное
4	Полезная нагрузка на перекрытие (1 этаж, правый пролет)	Длительное
5	Полезная нагрузка на перекрытие (1 этаж, консоль)	Длительное
6	Полезная нагрузка на перекрытие (2 этаж, левый пролет)	Длительное
7	Полезная нагрузка на перекрытие (2 этаж, правый пролет)	Длительное
8	Полезная нагрузка на перекрытие (2 этаж, консоль)	Длительное
9	Полезная нагрузка на перекрытие (3 этаж, левый пролет)	Длительное
10	Полезная нагрузка на перекрытие (3 этаж, правый пролет)	Длительное
11	Полезная нагрузка на перекрытие (3 этаж, консоль)	Длительное
12	Ветер слева (со стороны оси А)	Кратковременное
13	Ветер справа (со стороны оси В)	Кратковременное
14	Ветер со стороны 1-ой оси	Кратковременное
15	Ветер со стороны 9-ой оси	Кратковременное

Рамный каркас

В рамном каркасе пространственная жесткость обеспечивается продольными и поперечными рамами с жесткими соединениями вертикальных (колонны), горизонтальных (ригели, балки) несущих конструкций и фундаментов.

Усилия в плоскости дисков перекрытий возникают в основном при необходимости перераспределения горизонтальных нагрузок между рамами с различными жесткостными характеристиками.

В рамном каркасе применены рядовые рамы с жестким закреплением колонны к фундаменту и жестким закреплением колонны с ригелем перекрытия.

В качестве распорок использованы элементы из профиля “Молодечно” квадратного сечения 50х3, 60х3, 60х4, 80х4 и 100х3,5 мм (сталь С245).

В качестве жесткого диска перекрытия были заданы пластины между крайними узлами балок, с параметрами жесткости: толщиной δ = 11 см, с удельным весом материала ρ = 25 кН/м3, модулем упругости Е = 3·107 кН/м2, коэфф. Пуассона V = 0,3.

Мозаика результатов проверки назначенных сечений по 1 предельному состоянию.

Мозаика результатов проверки назначенных сечений по 2 предельному состоянию.

Мозаика результатов проверки назначенных сечений по местной устойчивости.

Рамно-связевый каркас

В рамно-связевом каркасе все узлы жесткие в поперечном направлении и шарнирные в продольном направлении, с установкой между колоннами в продольном направлении вертикальных стальных связей. Каркас представляет собой пространственную систему, состоящую из плоских поперечных рам с жесткими узлами сопряжения ригеля с колонной, объединенных между собой при помощи плит междуэтажных перекрытий и покрытия, образующих жесткий в своей плоскости диск, и вертикальных стальных связей по колоннам продольного направления.

Продольная устойчивость каркаса обеспечивается постановкой вертикальных элементов жесткости (диафрагм, вертикальных связей) между колоннами в одном из шагов на всю высоту каркаса.

В рамно-связевом каркасе применены рядовые рамы с жестким закреплением колонны к фундаменту и жестким закреплением колонны с ригелем перекрытия.

В качестве распорок использованы элементы из профиля “Молодечно” квадратного сечения 40х2; 40х2,5; 50х2, 60х2, 60х4 и 80х3 мм (сталь С245).

В качестве жесткого диска перекрытия были заданы пластины между крайними узлами балок, с параметрами жесткости: толщиной δ = 11 см, с удельным весом материала ρ = 25 кН/м3, модулем упругости Е = 3·107 кН/м2, коэфф. Пуассона V = 0,3.

Мозаика результатов проверки назначенных сечений по 1 предельному состоянию.

Мозаика результатов проверки назначенных сечений по 2 предельному состоянию.

Мозаика результатов проверки назначенных сечений по местной устойчивости.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ

Технико-экономическое сравнение вариантов производится по экономической эффективности.

Сравниваемые варианты должны обеспечивать долговечность и выполнение функции сооружения в течение всего срока эксплуатации и рассчитываться на всевозможные комбинации загружения.

Рамный каркас

№п/п	Критерий	Ед. изм	Итого
1	Вес рамного каркаса	кг	93 467 кг
2	Стоимость рамного каркаса	руб.	6 250 258 руб.

Рамно-связевый каркас

№п/п	Критерий	Ед. изм	Итого
1	Вес рамно-связевого каркаса	кг	93 812 кг
2	Стоимость рамно-связевого каркаса	руб.	6 277 124 руб.

Заключение:

По итогам расчетов проведено сравнение экономичности по расходу стали рамного и рамно-связевого каркасов. После некоторых сравнительных расчетов установлено, что применение рамной конструктивной схемы позволяет достигнуть уменьшения расхода стали.

Для дальнейших расчетов используется рамный каркас.

Расчет рамного каркаса выполнен в вычислительном комплексе SCAD.

Вычислительный комплекс Structure CAD (SCAD) является универсальной расчетной системой, в которой расчет выполняется по методу конечно-элементного анализа конструкций и ориентирован на решение задач проектирования зданий и сооружений достаточно сложной структуры.

В состав комплекса SCAD входит набор модулей, обеспечивающих подготовку исходных данных, анализ и документирование результатов, а также выполнение следующих видов расчета: - статический расчет в линейной и геометрически нелинейной постановке;

- расчеты на динамические воздействия различного вида;

- вычисление комбинаций загружений;

- определение расчетных сочетаний усилий;

- проверки по различным теориям прочности (расчет главных и эквивалентных напряжений);

- анализ устойчивости конструкции;

- расчет нагрузок от фрагмента схемы;

- совместный анализ набора расчетных схем (вариации моделей)

Сравнение каркасов на примере расчета по усилиям

Расчет и проектирование узлов

Узел закрепления колонны к фундаменту

Расчет выполнен по СНиП II-23-81*

Коэффициент надежности по ответственности _n = 1

Коэффициент условий работы 1

Сталь C375

Бетон тяжелый класса B15

Сварные соединения выполнять с помощью ручной сварки электродом марки Е-42

Профиль

30К1 (Двутавp колонный (К) по СТО АСЧМ 20-93)

Конструкция

Болты анкерные диаметра 36 из стали 09Г2С hp = 895 мм bp = 850 мм tp = 20 мм hr = 505 мм dr = 175 мм tr = 12 мм S = 150 мм S1 = 250 мм C5 = 150.5 мм a2 = 148 мм

Усилия

	N	My	Qz	Mz	Qy
	Т	Т*м	Т	Т*м	Т
1	-213.748	1.042	-0.476	0	0

Результаты расчета по комбинациям загружений

N = -213.748 Т

M_y = 1.042 Т*м

Q_z = -0.476 Т

M_z = 0 Т*м

Q_y = 0 Т

Проверено по СНиП	Проверка	Коэффициент использования
п.11.4, (33)	Прочность крепления консольного ребра к полкам колонны	0.396
п.11.7*, (129), п.11.8, (130)	Прочность фундаментных болтов	0.812

Коэффициент использования 0.812 - Прочность фундаментных болтов

Узел закрепления колонны с ригелем перекрытия

Расчет выполнен по СНиП II-23-81*

Коэффициент надежности по ответственности _n = 1

Коэффициент условий работы колонны 1.05

Коэффициент условий работы ригелей 1.05

Сварные соединения выполнять с помощью ручной сварки электродом марки Е-42

Колонна

Сталь C375

Профиль

30К1 (Двутавp колонный (К) по СТО АСЧМ 20-93)

Схема ребер

br = 120 мм tr = 12 мм

Положение ригеля - среднее

Ригель 1 (жесткое сопряжение)

Сталь C375

Профиль

40Ш1 (Двутавp широкополочный по СТО АСЧМ 20-93)

Ригель 2 (жесткое сопряжение)

Сталь C375

Профиль

40Ш1 (Двутавp широкополочный по СТО АСЧМ 20-93)

Конструкция

Ригель 1

Болты высокопрочные M18 из стали 40Х "селект", чернота 1.0 Способ обработки (очистки) соединяемых поверхностей - Стальными щетками двух поверхностей без консервации n = 4 tp = 12 мм bp = 300 мм dp = 21 мм S = 80 мм C = 49 мм k1 = 6 мм

Ригель 2

Болты высокопрочные M18 из стали 40Х "селект", чернота 1.0 Способ обработки (очистки) соединяемых поверхностей - Стальными щетками двух поверхностей без консервации n = 4 tp = 12 мм bp = 300 мм dp = 21 мм S = 80 мм C = 49 мм k1 = 6 мм

Усилия

Ригель 1

Ригель 2

Верх колонны

Низ колонны

N

M

Q

N

M

Q

N

My

Qz

N

My

Qz

Т

Т*м

Т

Т

Т*м

Т

Т

Т*м

Т

Т

Т*м

Т

1

4.114

-9.81

-19.97

3.46

-7.35

-18.58

-213.748

1.042

-0.476

-157.05

2.193

-1.129

Результаты расчета

Загружение 1

Ригель 1

Ригель 2

Верх колонны

Низ колонны

N

M

Q

N

M

Q

N

My

Qz

N

My

Qz

Т

Т*м

Т

Т

Т*м

Т

Т

Т*м

Т

Т

Т*м

Т

4.114

-9.81

-19.97

3.46

-7.35

-18.58

-213.748

1.042

-0.476

-157.05

2.193

-1.129

Проверено по СНиП

Проверка

Коэффициент использования

п. 5.12, (28)

Прочность фланца при изгибе с учетом ослабления отверстиями (ригель 1)

0.768

п.11.2*, (120-121), п.11.3*, (122-123)

Прочность сварного соединения ригеля с фланцем (ригель 1)

0.455

п.11.13*, (131)*, (132)*

Прочность болтового соединения фланца с полкой колонны (ригель 1)

0.586

п.5.12, (28)

Прочность фланца при изгибе с учетом ослабления отверстиями (ригель 2)

0.571

п.11.2*, (120-121), п.11.3*, (122-123)

Прочность сварного соединения ригеля с фланцем (ригель 2)

0.35

п.11.13*, (131)*, (132)*

Прочность болтового соединения фланца с полкой колонны (ригель 2)

0.545

п.5.25*, (50)

Прочность стенки колонны по нормальным напряжениям

0.543

п.5.12, (29)

Прочность стенки колонны по касательным напряжениям

0.251

п.5.14*, (33)

Прочность стенки колонны по приведенным напряжениям

0.52

п.7.4, (74), п.7.6*, (79), п.7.2*, (72-73)

Местная устойчивость стенки колонны

0.034

Коэффициент использования 0.768 - Прочность фланца при изгибе с учетом ослабления отверстиями (ригель 1)