Практическое занятие № 1 - Сейсмостойкость самонесущих кирпичных стен

Введение

Курс «Конструкции сейсмостойких зданий и сооружений» знакомит студентов с такими грозными, внезапными, разрушительными явлениями природы, как землетрясения.

Приступая к выполнению практических работ студенты должны ознакомится с основами динамики зданий и сооружений

В процессе выполнения практических работ студенты оценивают сейсмичность строительной площадки, определяют сейсмическую нагрузку на строительную конструкцию и оценивают ее сейсмостойкость, предусматривают антисейсмические мероприятия.

Перед выполнением практических работ необходимо ознакомится с объемом и содержанием каждой задачи, подобрать рекомендуемую литературу.

Нормативные ссылки

СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. – 96 с.

СП 14.13330.2010 Строительство в сейсмических районах СНиП II-7-81* Актуализированная редакция. – 131 с.

ТСН 22-302-200* Краснодарского края (CНКК 22-301-2000*) Строительство в сейсмических районах Краснодарского края.

ГОСТ 8.417-2002 ГСИ Единицы физических величин

ГОСТ 2.105-79 Построение и оформление таблиц

ГОСТ 2.106-96 ЕСКД Текстовые документы

Тематика практических занятий

1 Сейсмостойкость самонесущих кирпичных стен

2 Одноэтажные каркасные промздания из сборного железобетона

3 Одноэтажные каркасные здания из металлоконструкций

4 Железобетонная эстакада под емкости с водой

5 Водонапорная башня из монолитного железобетона

6 Открытый стальной навес

Исходные данные для выполнения практических задач выдаются преподавателем индивидуально на практическом занятии. Задания выполняются в тетради в письменном виде.

Практическое занятие № 1 - Сейсмостойкость самонесущих кирпичных стен

Расчет самонесущей кирпичной стены в плоскости и из плоскости

1.1 Расчет самонесущей кирпичной стены в плоскости

Исходные данные: Здание трехэтажное кирпичное. Фасадная стена толщиной 510 мм содержит: оконные проемы b х h = 2,0х1,5 м; простенки шириной 1 м, высота этажа 3 м (рисунок 7).

Расчетная сейсмичность 8 баллов, категория грунта II. Марка кирпича М 100 на растворе марки М 50.

Рисунок 1 - Схема фасада самонесущей кирпичной стены: 1-горизонтальные пояса; 2-простенки; 3- глухой участок

1 Определение горизонтальных сейсмических нагрузок

Стены с оконными проемами при определении сейсмических нагрузок, действующих в плоскости стены, разбиваются по высоте на ярусы с границами на уровне горизонтальных осей проемов (рисунок 7) и определяется вес каждого яруса

Q₁= Q₂= (22^. 0,51^. 3,3 – 2 ^.1,5^. 0,51^. 7)^. 18 ^. 1,1^. 0,9 = 469 кН

Q₃ = (22 ^. 1,05 ^. 0,51 – 2 ^.0,75^. 0,51^. 7) ^.18 ^.1,1 ^.0,9 = 114,6 кН

h/b = 1,5/1 =1,5≤ 1,5

Определение горизонтальных сейсмических нагрузок производится по формулам (1) и (2)

S₁ = K₁^. Q₁^. А^. β ^.Кψ ^.η = 0,35^. 469^. 0,2^.1,2= 39,4 кН

S₂ = K₁^. Q₂^. А^. β ^.Кψ ^.η = 0,35^. 469^. 0,2^.2,3 = 75,5 кН

S₃ = K₁^. Q₃^. А^. β ^.Кψ ^.η = 0,35 ^. 114,6 ^. 0,2 ^.3,5 = 28,1 кН

где β ^.Кψ ^.η принимается по таблице 1, К₁= 0,35 по таблице 3 [1],

А=0,2 – коэффициент, значения которого принимают согласно п. 2.5 [1].

При h/b =1,5≤ 1,5 сейсмическая нагрузка между отдельными простенками и глухими участками стены распределяется по формуле

S _k.n = S _k.n^. А _n/ ∑ А _n = 0,51/ 7^.0,51 = 0,143^.S _k_._n,

где А _n = 1х0,51= 0,51 м²

S₁₁ = 39,4 ^. 0,143 = 5,6 кН, S₂₂ = 75,5 х 0,143 = 10,8 кН,

S₃₃ = 28,1 х 0,143 = 4,02 кН

Рисунок 2 - Схемы к расчету простенков и горизонтальных поясов самонесущей кирпичной стены на действие сейсмических сил в ее плоскости: а-элемент фасада стены; б-расчетная схема; в- эпюра М

1-оси проемов; 2-простенки; 3-оси горизонтальных поясов

Вертикальная нагрузка от собственного веса кирпичной стены и вертикальной сейсмической нагрузки, которая принимается равной 15 % от собственного веса стены при сейсмичности 8 баллов определяется по формуле N_н= (N _c + N _{а п.}) ^. 1,15 при действии сейсмической нагрузки вниз и по формуле N _b = (N _c + N_{а. п}) ^.0,85 при действии сейсмической нагрузки вверх, где: N _с– расчетный вес кирпичной кладки стены; N_{а.п -}расчетный вес антисейсмического железобетонного пояса.

N_н = (0,51^. 6,15 ^. 18 + 25^.0,6^. 0,51) ^. 1,1^. 0,9 ^. 1,15 = 72,9 кН

N_b = (0, 51^. 6,15^.18 + 25 ^. 0,6^. 0,51) ^. 1,1^. 0,9^. 0,85 = 53,9 кН

Расчет стены на прочность

а) Расчет на внецентренное сжатие

1 Вертикальная сейсмическая нагрузка направлена вниз:

М_н.с = 18,75 кНм; N = 72,9 кН; e_о = М / N = 18,75/ 79,2 = 0,26 м

Так как e_о = 0,26 м < 0,95^.у = 0,95^. 0,5 = 0,475 м

Продольное армирование кирпичной кладки не требуется п. 4.10 [3]

Проверка прочности внецентренно сжатых неармированных элементов каменных конструкций производят по формуле

N ≤ m_д^. φ₁^. R^. А_с^. ω

где А_с = А (1- 2e_о/h) = 0,51^.1^. (1 – 2^.0,26/1) = 0,265 м ²

При h > 30 см коэффициент m_дл= 1 φ₁₌(φ + φ_с)/2 = (0,96 + 1)/2 = 0,98

Гибкость элемента λ = ℓ_о/ h _с = 3/0,52 = 5,8 = 6 φ = 0,96, где

h_с = (h – 2 ^. e_о) = (1- 2^.0,24) = 0,52

При знакопеременной эпюре изгибающего момента по высоте элемента коэффициент продольного изгиба φ _с следует определять по высоте части элемента в пределах однозначной эпюры изгибающего момента при отношениях или гибкостях λ = Н₁/ h _с1= 1,5/ 0,52 = 2,5, φ _с = 1, где Н₁- высота части элемента с однозначной эпюрой изгибающего момента, h _с1– высота сжатой части элемента в сечении с максимальным изгибающим моментом

ω = 1 + e_о/ h = 1 + 0,24/1 = 1,24 ≤ 1,45

m_д^. φ₁^. R^. А_с^. ω = 1^. 0,98 ^. 15 ^. 2650 ^. 1,24 = 483 кН > 72,9 кН

Прочность обеспечивается с запасом. Можно принять марку кирпича 75 и раствор марки 25.

2 Вертикальная сейсмическая нагрузка направлена вверх

N _b = 54 кН, М = 18,75 кН м, e_о= М/N = 18,75/ 54 = 0,32 м

Так как e_о = 0, 35 м < 0,95 у = 0,95 ^. 0,5 = 0,475 м

Площадь сжатой части сечения при прямоугольной эпюре напряжений

А_с = А ^. (1 – 2^. e_о/ h) = 0, 51^. 1^. (1 – 2^. 0,35/ 1) = 0,184 м ²

При h > 30 см,

коэффициент m_д= 1, φ₁= (φ + φ_с)/2 = 1 (см. предыдущий расчет); ω = 1 + e_о/ h = 1 + 0,32/1 = 1,32 < 1,45

m_д^. φ₁^. R^. А_с^. ω ^. m _к.р = 1^. 1^. 15^. 1840 ^. 1,32 = 364 кН > 53,9 кН

Прочность обеспечена

3 Проверка прочности горизонтального кирпичного пояса

М_р = 12,5 кНм, W = b ^. h /6 = 0,51^. 1,8 ²/ 6 = 0,275 м³

М_сеч = R_t_{. b} ^. W^.m _кр= 0,25^. 0,275 ^. 0,8 = 0,055 МНм = 55 кНм>

> М_р = 12,5 кНм

где R _t_b – расчетное сопротивление растяжению при изгибе по перевязанному сечению, принимается по таблице 11 [3] R _t_b= 0,25 МПа при марке раствора 50 и выше

Прочность кирпичной кладки обеспечена

4 Расчет междуоконного простенка из плоскости

К междуоконным простенкам по осям 2, 3, 4 примыкают кирпичные стены, поэтому расчет из плоскости простенков в этих осях на местную сейсмическую нагрузку не производим в виде повышенной их прочности.

Определяем усилия в простенке от действия местной сейсмической нагрузки (вертикальную нагрузку от собственного веса простенка вследствие малости не учитываем).

Величину местной сейсмической нагрузки определяем по формулам и (2) [1]

Согласно указаниям п. 5.9 [2] принимаем β^. η ^. Кψ = 2

Q = 0,51^. 1 ^. 18 ^.1,1 ^. 0,9 = 9,08 кН /м

S _k = К₁^. Q _к ^. А ^. β ^. К _ψ^. η = 0,35^. 9,1^. 0,2^.2 = 1,27 кН/м