Концертный зал филармонической музыки в г. Москве.

Министерство Образования и Науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Институт «Архитектурно-строительный»

Кафедра «Строительные конструкции и сооружения»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

«Концертный зал филармонической музыки в г.Москве»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

ЮУрГУ – 08.05.01. 2020. ВКР

Консультант, должность Руководитель ВКР___________

/ ____________ / Маликов Д.А. / _____________ /

«_____» _______________20____ г. «_____» _______________201____

Консультант, должность Автор

/ _______________/ студент группы АСИ – 634

«_____» _______________20____ г. Бекетова Ю.А. /

«_____» _______________201____ г.

Консультант, должность Нормоконтролер, _____________

/________________ / / _____________ /

«_____» _______________20____ г. «_____» _______________201____

Консультант, должность

/________________ /

«_____» _______________20____ г.

Консультант, должность

/________________ /

«_____» _______________20____ г.

Челябинск 2020

АННОТАЦИЯ

Бекетова Ю.А. Дипломный проект на тему:

«Концертный зал филармонической музыки в г.

Москве). - Челябинск: ЮУрГУ, АС; 2020, 163 с, 45 ил., библиогр. список – 26наим., 26 листов чертежей ф. А1, 2 листа ф. А0 и 2 листа ф. А2.

В дипломном проекте в разделе пояснительной записки в полной мере пред- ставлены материалы проектирования и возведения общественного здания концерт- ного зала с монолитным железобетонным каркасом и металлическими конструкци- ями покрытия под эксплуатируемую кровлю. Представлены архитектурно-кон- структивные решения здания, приведен теплотехнический расчет ограждающих конструкций; выполнена расчетно-конструктивная часть в ПК «Лира САПР» по конструктивному расчету и подбору сечений стропильной металлической фермы покрытия; рассмотрены и приняты решения по выбору оборудования и приспособ- лений для монтажных процессов по возведению стропильных ферм; выполнена ор- ганизация строительного производства , составлен строительный генеральный план на возведение здания. В дипломном проекте было произведено технико-эко- номическое сравнение вариантов сечения элементов ферм конструкций покрытия.

Данный дипломный проект разработан в соответствии с действующими нор- мами и правилами проектирования, действующих на территории Российской Фе- дерации, что обеспечивает безопасную эксплуатацию здания.

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист

АС-634.080501.2020 ПЗ

Стадия Листов

Оглавление

Введение ... 6

Раздел I ... 8

Архитектурно-конструктивная часть ... 8

1. Архитектурно-конструктивная часть ... 9

1.1 Природно-климатическая характеристика района строительства ... 9

1.2 Генеральный план участка строительства ... 12

1.3 Объемно-планировочные решения ... 14

1.4 Конструктивные решения ... 15

1.5 Теплотехнический расчёт ограждающих конструкций ... 16

Раздел II ... 21

Расчетно-конструктивная часть ... 21

2.1 Исходные данные ... 22

2.1.1 Выбор стали ... 23

2.2. Сбор нагрузок ... 24

2.2.1 Постоянные нагрузки ... 24

2.2.2 Временная равномерная нагрузка на покрытие ... 26

2.2.3 Снеговая нагрузка ... 27

2.2.4 Ветровая нагрузка ... 33

2.2.5 Сочетания нагрузок ... 33

2.3 Расчет элементов фермы ... 35

2.3.1 Описание расчетной модели ... 35

2.3.2 Определение расчётных длин элементов ... 35

3.4. Расчет в ПК Лира САПР ... 44

2.4 Проверка усилий и перемещений модели ... 47

2.4 Расчет узлов ... 54

2.4.1 Узел примыкания фермы к колонне ... 54

2.4.2 Расчет опорной пластины ... 55

2.4.3 Подбор сечения анкерных болтов ... 56

2.4.4 Расчет и конструирование монтажного стыка балки ... 57

Раздел III ... 60

Технология строительного производства ... 60

3.1 Транспортирование конструкций и материалов ... 61

3.2 Складирование материалов и конструкций ... 61

3.3 Подготовка монтажных работ ... 62

3.4 Технология производства работ... 63

3.4.1 Подготовка конструкций к монтажу ... 63

3.4.2 Требования к строповке грузов и грузозахватным приспособлениям 64 3.4.3 Основные технические решения ... 66

3.4.4 Подсчет объемов работ ... 67

3.4.5 Технология производства работ. Указания по монтажу ферм ФС1÷ФС11 покрытия ... 68

3.5 Выбор монтажного крана ... 71

3.5.1 Расчет и подбор основного крана ... 71

3.6 съемные грузозахватные приспособления и средства подмащивания .... 77

3.7. Технико-экономические показатели... 83

3.8. Требования охраны труда и промышленной безопасности ... 86

3.9 Требования к качеству и приемке работ ... 88

Раздел IV ... 93

Организация строительного производства ... 93

4.1. Исходные данные ... 94

4.2. Организация поточной застройки ... 95

4.2.1. Структура комплексного потока на основной период строительства ... 95

4.2.2. Ведомость объемов работ ... 98

4.2.3. Калькуляция трудозатрат и затрат машинного времени ... 100

4.2.4. Разработка календарного плана основного периода строительства здания ... 103

4.3. Организация строительной площадки ... 109

4.3.1. Подбор кранов ... 110

4.3.2. Размещение крана на строительной площадке ... 116

Зоны влияния кранов ... 116

4.3.3. Введение ограничений в работу крана ... 118

4.3.4. Определение запасов основных строительных материалов ... 119

4.3.5. Выбор типов и конструкций складов и их привязка ... 120

4.3.6. Номенклатура подсобных зданий для строительных городков ... 121

4.3.7. Определение общей потребности во временных зданиях и помещениях ... 122

4.3.8. Размещение на строительной площадке временных зданий и сооружений

и их комплексов ... 123

4.3.9. Транспортные коммуникации ... 124

4.3.10. Обоснование потребности строительства в воде ... 126

4.3.11. Обоснование потребности в освещении ... 127

4.4. Операционный контроль качества. ... 128

Раздел V ... 129

Экономическая часть ... 129

Технико-экономическое сравнение вариантов ... 130

5.1 Общие положения... 130

5.2 Технико-экономическое сравнение вариантов ... 135

5.3 Выводы ... 145

Раздел VI ... 146

Безопасность жизнедеятельности ... 146

Безопасность жизнедеятельности ... 147

6.1 Защита окружающей среды при разработке генерального плана ... 147

6.2 Архитекрурно-конструктивные решения ... 148

6.3 Организационные решения ... 151

6.4 Технологические решения ... 157

Список литературы ... 162

ВВЕДЕНИЕ

Проектируемое здание расположено в городе Москве.

Проектируемый концертный зал филармонической музыки— уникальный архитектурный объект. Со одной стороны здание стеклянное на всю высоту, при этом противоположная часть фасада как будто встроена в холм, который станет частью открытого Большого амфитеатра на 1,6 тыс. зрителей. Форма концертного зала создаст идеальную слышимость с любого места. Напольное покрытие сцены будет собрано из кедра особой породы, который обеспечит качественную аку- стику и необходимую реверберацию— процесс постепенного уменьшения интен- сивности звука при его многократных отражениях.

Здание концертного зала спроектировано компанией «Мосинжпроект». Для создания акустики в филармонии парка «Зарядье» был привлечен японский спе- циалист — директор компании «Ногата акустик» Ясухиса Тойота (Yasuhisa Toyota), спроектировавший более 50 театрально-концертных залов в мире, в том числе и Мариинки-2 в Санкт-Петербурге.

В концертном зале можно проводить концерты, балы, фуршеты— все бла- годаря залу-трансформеру. С помощью механизации можно трансформировать партер, оркестровую яму и сцену. Например, кресла зрительного зала поднима- ются на высоту до 2,5 метра, а также убираются в пол, создавая ровное простран- ство. На полную трансформацию потребуется всего 40 минут. Все оборудование в зале спрятано за потолком. При необходимости из более чем 200 лючков опус- каются механизмы для подвеса нужных элементов.

Филармония рaзмещается в воcточной части проектируемой пaрковой зоны

«Зарядье». Здaние концертного зaла является вaжным элементом пaрка, вписaн- ным в структуру его искусственного рельефa. Эксплуaтируемая озелененнaя кровля здания плавно переходит в примыкaющую с западной стороны прогулоч- ную зону парка. Большая часть озелененной кровли и часть территории парка про- крыта cтруктурным cветопрозрачным покрытием, cоздaющим микроклимaт в

зоне рекреaции и одновременно являющимся неотъемлемой чаcтью здaния кон- цертного зала – его “пятым фаcадом” и козырьком над главным входом.

Со стороны набережной рaсположится открытая cборно-разборная эстрaда с небольшим aмфитеатром, вписaнным в искусственный рельеф, вместимостью около 150 мест и открытая площaдка с твердым покрытием для размещения до 1000 зрителей без посадочных мест для использования в теплое время года. В зда- нии размещается зрительный зал на 1500 поcадочных мест, предназначенный для проведения филармонических концертов. Важной характериcтикой зала является естеcтвенная акуcтика.

Раздел I

Архитектурно-конструктивная часть

1. АРХИТЕКТУРНО-КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА

Объект строительств находится в центральной части Москвы, в юго-восточной части парка "Зарядье", расположен на территории площадью в 13 га между Китай- городским проездом, улицей Варваркой и Москворецкой набережной.

Исходные данные:

- местоположение объекта – г. Москва;

- климатический район строительства – II B;

- снеговая нагрузка – III снеговой район. Расчетное значение снегового по- крова – 150 кг/м² в соответствии с [1];

- нормативное значение ветрового давления (I ветровой район, тип местно- сти В) – 23 кг/м²;

- сейсмичность отсутствует;

- расчетная температура наружного воздуха в зимнее время – до минус 35 ºС (температура наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98);

- здание отапливаемое, температура внутри здания во время эксплуатации t º=+22 ºС;

- температура воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 -25 ºС [2];

- влажность воздуха внутри помещений: 50%

- период со cреднесуточной температурой воздухa равной или ниже 8 C:

продолжительноcть в сутках Zот = 205, средняя температура tот = -2.2 C [2].

- влажноcтный режим помещений нормaльный

- уcловия экcплуатации огрaждающих конструкций Б - нормативная глубина промерзания: 1.20 м.

Климат Москвы – влажный умеренно-континентальный, континенталь- ность возрастает с северо-запада на юго-восток. На климат города оказывает влия- ние географическое положение (в зоне умеренного климатa в центре Восточно-Ев- ропейской равнины, что позволяет cсвободно распространяться волнам теплаa и холодa); отсутствие крупных водоёмов, что способствует довольно большим коле- баниям темперaтуры; а также влияние Гольфстрима, вызванное aатлантическими и средиземноморскими циклонами, обеспечивающими относительно высокую тем- пературу в зимний период по сравнению с другими населёнными пунктами, распо- ложенными воcточнее на той же широте, и высокий уровень атмосферных осадков.

В отдельные зимние месяцы в Москве не наблюдается оттепелей.

Роза ветров:

Рис. 1.1. Роза ветров г. Москвы

Табл. 1.1 Повторяемость направлений ветра (принимается в соответствии с [2]):

в январе, %

С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ

9 7 7 15 16 20 13 13

в июле, %

С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ

17 10 10 8 6 11 16 22

1.2 ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН УЧАСТКА СТРОИТЕЛЬСТВА

Строительство концертного зала концертной филармонической музыки на 1500 мест проектируется в центральном районе г. Москвы, на территории площадью в 13 га между Китайгородским проездом, улицей Варваркой и Москворецкой набе- режной на свободной от застройки территории.

Территория застройки обеспечена транспортной связью. Вблизи участка строи- тельства находятся источники водоснабжения, энергосбережения и места сброса сточных вод. В качестве источников водоснабжения используются ближайшие су- ществующие водопроводы городской сети. В качестве источников электропитания используются районные высоковольтные сети энергетических систем. Постоянные автомобильные дороги примыкают к четырем сторонам к парку, где располагается объект. Также проектом предусмотрены тротуары, подъездные дороги, автомо- бильные стоянки на 65 мест cнаружи и подземная стоянка. Покрытие основных до- рог и тротуаров выполнено из асфальта.

Расстояние от магистральной дороги (Китайгородский проезд) до объекта стро- ительства составляет 22 м (тротуар 11 м, газон 10 м). Въезд на территорию парка к концертному залу предусмотрен с одной улицы шириной 17 м. С северной и во- сточной сторон проектируемого здания расположены существующие жилые и об- щественные здания.

Здание на заcтраиваемой территории раcполагается в увязке с уже существую- щими зданиями и с учетом природных условий данной местности. Облик здания будет рационально вписан в окружающую среду - особенностью здания являются его фасады, два из которых «вырастают» из паркового холма, а также кровля

«cтеклянная кора» –прозрачная конcтрукция без ограждaющих стен. Большая часть сооружений концертного зала будет скрыта в искусственном холме. Дополни- тельно перед фасадом устраивается открытая сцена.

Элементами благоустройства участка территории вокруг здания и перед глав- ным фасадом являются зеленые насаждения – деревья, кустарники, газоны.

Пространство парка разделено на четыре ландшафтные зоны: степь, луг, северный ландшафт, а также леса различных разновидностей.

Существующие деревья и газоны по возможности сохраняются. Уход сезонный:

полив деревьев – 5 раз в год, полив газонов – 11 раз в год, выкашивание газонов – 1 раз в год. Кроме того, территория парка будет оснащена автоматизированной си- стемой капельного полива, а также дренажными системами сбора дождевой воды.

Архитектурно-строительную сторону генерального плана оценивают системой технико-экономических показателей, которые определяют эффективность исполь- зования территории застройки.

К числу технико-экономических показателей относятся следующие:

- площадь участка заcтройки cоставляет 6420 м²; - общая площадь здания 23800 м²;

- площадь стеклянной оболочки 8650 м²; - площадь озеленения составляет 104060 м²; - площадь проездов составляет 4430 м²; - площадь тротуаров составляет 20810 м²;

- площадь наземной автомобильной парковки составляет 1200 м²; - площадь подземной автомобильной парковки составляет 20000 м2;

Относительная отметка уровня чистого пола первого этажа здания – 0,000, со- ответствует абсолютной отметке +127,000 в Балтийской системе высот.

1.3 ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ

Проектом предусмотрено строительство 6-этажного здания, из которых 2 этажа располагается под землей. Здание имеет сложную форму, размеры в плане:

91,400 м по западной стороне, 57,240 м по южной, 75,050 м по восточной, 41,150 м по северной, северо-восточная часть скруглена.

На -2-м этаже располагаются техподполье трансформируемых зрительских рядов и механизации сцены, вент.камера, подсобные и складские помещения.

На -1-м этаже располагаются концертный филармонический зал, фойе, ма- лый (репетиционный) зал на 450 мест, холл, гардеробные, складские и подсобные помещения, лифтовой холл.

На 1-м этаже располагаются концертный филармонический зал (второй свет), фойе, вестибюли, кассы, зрительский гардероб, складские и подсобные по- мещения, лифтовые холлы.

На 2-м этаже располагаются концертный филармонический зал (второй свет), фойе, буфеты, комнаты для занятий, кладовые, душевые, кабинеты персо- нала, складские и подсобные помещения.

На 3-м этаже располагаются кабинеты дирекции, секретариата, администра- ции, кабинеты сотрудников, кабинет дирижера, приемная и переговорная, мед- кабинеты, студии звукозаписи, вент. камеры, кладовые.

На 4-м этаже располагается технический уровень верхней механизации, а так же вент. камеры, светоаппаратная и помещение видеоинженеров.

Высота -2 этажа 3,300 м, -1 этажа 4,800 м, 1 этажа – 5,100 м, 2 этажа – 4,160 м, 3 этажа – 5,640 м, 4 технического этажа – 6,040 м.

Главный вход расположен с северо-восточной стороны.

За отметку 0,000 принят уровень пола первого этажа.

Со всех этажей осуществляется выход на эвакуационные лестницы ЛЭ1, ЛЭ2, Л3.

1.4 КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

Здание запроектировано по каркасной связевой схеме. Колонны имеют пере- менный шаг.

- Основания и фундаменты

Преобладающие горные породы: пески, супеси, суглинки и глины. Фундамент вы- полнен в виде монолитной железобетонной плиты.

- Колонны каркаса железобетонные монолитные различного сечения, прямо- угольного: 1300х700 мм, 800х800 мм, 600х600 мм, 700х700 мм, 800х600 мм, 600х400, 500х500 и круглого: Ø500 мм, Ø800 мм. Материал конструкций: бетон В40, арматура – А400, А240.

- Стены монолитные железобетонные. По фасаду устраивают дополнительный слой утеплителя и облицовку из кирпича и известняка.

- Перегородки выполняются из кирпича 120 мм на цементно-песчаном растворе М25.

- Перекрытя и покрытие. Здание зaпроектировано с монолитными железобе- тонными перекрытиями и покрытием. Толщина перекрытий 250 мм, толщина по- крытия 300 мм.

- Шахты лифтов предусмотрены монолитными железобетонными, выполня- ющими функции диафрагм жесткости. Стены шахт лифтов толщиной 200 мм. В здании располагается 11 лифтов, из них 3 грузовых.

- Лестницы сборные железобетонные двухмаршевые, расположены в осях А1- Б1, Г1-Д1, а так же двухмаршевая парадная лестница, лестницы зала, эвакуацион- ные и технологические лестницы.

- Вентиляционные шахты на всех этажах выполнены из кирпичной кладки толщиной 120 мм. Рaзмещены в санузлах и рядом с ядром жесткости с примыка- нием с внешней стороны диафрагм.

1.5 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ Расчёт ведётся согласно [2, 3, 4].

Приведённое сопротивление теплопередаче R0 ограждающих конструкций следует принимать не менее нормируемых значений Rreq, определяемых в зависи- мости от градусо-суток отопительного периода района строительства Dd, C×сут.

Теплотехнический расчет покрытия Состав покрытия:

1– Несущая конструкция - монолитная ж/б плита покрытия, δ=300 мм;

2 – Защитная мембрана, δ=1,6 мм;

3 – Пароизоляционный слой - полиэтиленовая пленка, δ=0,2 мм:

4- Защитная армированная стяжка из цементно-песчаного раствора М200, сетка 5Вр-1 -100х100, δ=80 мм;

5– Теплоизоляционный слой -Плиты из каменной ваты Технониколь XPS КЛИН (не менее 2-х слоев) δ=150-530 мм;

6 – Армированная стяжка из мелкозернистого бетона В12,5, F100, δ=40 мм;

7 – Гидроизоляционное покрытие - Техноэласт ЭПП (2 слоя), δ=8 мм;

8- Пергамин кровельный δ=5 мм;

9 -– Армированная стяжка из цементно-песчаного раствора М150, F100, δ=100 мм.

Ри.1.1 Состав покрытия

Расчетная температура внутреннего воздуха tв=22 ⁰С, относительная влажность 60%.

Влажностный режим помещения согласно таблице 3 [1] – нормальный, условия эксплуатации ограждения – “Б”.

Расчёт из условий энергосбережения

ГСОП - градусо-сутки относительного периода:

ГСОП=(𝑡_в − 𝑡_от) ∗ 𝑧_от

ГСОП=(22-(-2.2))*205=4961 °С ∗ сут.

Расчёт нормируемого сопротивления теплопередачи:

R^норм₀ = a*ГСОП+b , где а=0,00035, b=1.3 a и b – коэффициент интерполяции

R^норм₀ = 0.00035 ∗ 4961 + 1.3 = 3.036^м

2∗°С Вт

Расчёт по санитарно-гигиеническим и комфортным параметрам

R_r𝑒𝑞 = n(t_в − t_н) Δt_n × α_int

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, n=1;Δt_n – нор- мируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха t_int и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции покрытия, Δt_n=4

α_int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхноcти ограждающих конструкций, α_int = 8.7

t_н – температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0.92, t_н = -27 C

R_req = 1(22 − (−25))

4 × 8.7 = 1,35

Принимаем максимальное значение 𝑅₀^норм = 3,04 Сопротивление теплопередаче 𝑹_𝟎

R₀ = ¹

α_в+ R_k+ ¹

α_н

где 𝑅_𝑘 – термическое сопротивление ограждающей конструкции;

α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих кон- струкций, α_в = 8.7;

α_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих кон- струкций (для зимних условий), α_н = 23;

Термическое сопротивление R слоя многослойной ограждающей конструк- ции определяется по формуле:

R = ^λ

δ , где δ – толщина слоя, м; λ – расчётный коэффициент теплопроводно- сти материала слоя.

Термическое сопротивление Rk ограждающей конструкции с последова- тельно расположенными однородными слоями следует определять как сумму тер- мических сопротивлений отдельных слоёв.

Таблица 1.2 Состав покрытия

№

слоя Материал слоя

Тол- щина слоя

δ, м

Удельный вес γ, _м3^кг

Коэф- фициент теплопро- водности λ,

Вт м∙C

1 Монолитная ж/б

плита покрытия 0,3 2500 2,04

2 Защитная мем-

брана 0,0016

3 Полиэтиленовая

пленка 0,002

4

Стяжка из це- ментно-песчаного

раствора M200

0,08 2000 0,93

5

Экструдирован- ный пенополисти-

рол Технониколь XPS-КЛИН

0,15-

0,53 30 0,11

6

армированная стяжка из мелкозер-

нистого бетона B12.5 F100

0,04 1800 0.93

7

Гидроизоляци- онное покрытие - Техноэласт ЭПП

0.008 4,95 кг/м² 0,17

8

Пароизоляция - пергамин кровель-

ный

0,005 1,67 кг/м² 0,17

9

Армированная стяжка из це- ментно-песчаного раствора M150, F100

0,1 1800 0,93

Примечание: Из-за малой величины толщины 2 и 3 слоев их характеристи- ками пренебрегаем.

𝑅₀ = 1

𝛼_𝑖𝑛𝑡+ ∑𝛿_𝑖

𝜆_𝑖 + 1 𝛼_𝑒𝑥𝑡

3,04 = 1

8.7+ 0.3

2.04+0.08

0.93+0.04

0.93+0.008

0.17 +0.005

0.17 + 0.1

0.93+ 𝛿₅

0.11+ 1 23

𝛿₅

0,11 = 2,42 => 𝛿₅ = 0.266 => принимаем 𝛿₅ = 0.266

Общая толщина покрытия: 0,3 + 0,0016 + 0,002 + 0,08 + 0,266 + 0,04 + +0.008 + 0.005 + 0,1 = 0.803 м.

Раздел II

Расчетно-конструктивная часть

2.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Место строительства – г. Москва.

Число этажей = 6.

Высота этажа - различная.

Схема этажа приведена на рис. 1.

Рис. 2.1. План этажа.

2.1.1 Выбор стали

Расчётная температура для г. Москва t = –35℃ (температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98) [8].

По таблице B1 [2] с учётом t ≥ –45℃ и [5] принимаем следующие марки сталей для групп конструкций:

1 группа (фермы) – С345;

2 группа (связи, прогоны) – С345;

В таблице 2 приведены основные прочностные характеристики выбранных сталей.

Таблица 2.1. Прочностные характеристики сталей.

Конструкция Фермы Связи Прогоны Марка стали С345 С345 С345

Ryn (МПа) 325 325 325

Ry (МПа) 320 320 320

Run (МПа) 470 470 470

Ru (МПа) 460 460 460

2.2. СБОР НАГРУЗОК 2.2.1 Постоянные нагрузки

Сбор нагрузок на стропильные фермы. Собственный вес всех конструкций опреде- лён, с учётом материала и сечений элементов.

Постоянную и временную полезную нагрузки на ферму прикладываем в узлы верхнего пояса фермы. Нагрузки собираем с грузовой площади для каждой точки и прикладываем в узлы фермы.

Рис. 2.2 Расчетная схема зала. Приложение нагрузок в узлы фермы

Стеклянная кора опирается на кровлю через опорные конструкции покрытия в виде кустов, состоящих из 3-х/4-х наклонных стальных колонн длиной от 4м до 25м.

Конструкции покрытия опираются на колонны по периметру зала в 6 точках. Ко- лонны представляют собой сварные стойки переменного коробчатого сечения.

Опирание на железобетонные конструкции филармонии - шарнирно-неподвижное.

Собственный вес стеклянного покрытия, полезную нагрузку на стеклянное покры- тие и снеговую нагрузку прикладываем в точки приложения коры и собираем с гру- зовой площади 353,35 м², 379,26 м², 516,05 м².

Собственный вес ферм: собираем в ПК «Лира САПР»;

Рис. 2.2 Расчетная схема зала. Приложение нагрузок в точки опирания коры

1.1. Постоянная равномерно распределенная нагрузка согласно исходным дан- ным:

• на верхний пояс ферм:

- Нагрузка от плиты покрытия h=300 мм по профнастилу : pⁿ = 0,75 т/м²; Расчетная нагрузка: p = 0,75*γf = 0,75*1,1 = 0,825 т/м².;

- Нагрузка от земляного покрова c учетом пирога кровли:

- нагрузка от пирога кровли Нобщ=0,514 м: 0,08 м*2т/м³+0,277*0,03 т/м3+0,04*1,8 т/м³+0,1*1,8 т/м³ =0,420 т/м²( см. таблицу 1 гл. 1);

- нагрузка от земляного покрова (Н>1 м), принято Н=1.3 м для чернозема вы- сокой влажности: 1,3 м*1,48 т/м³=1,924 т/м²

Принимаем нормативную нагрузку : pⁿ = 0,420 т/м²+1,924 т/м²=2,34 т/м²; Расчетная нагрузка: p = 2,34 *γf = 2,34*1,1 = 2,574 т/м²;

• на нижний пояс ферм:

- Нагрузка от подвесного оборудования: принимаем pⁿ =0,385 т/м². Расчетная нагрузка: p = 0,385 *γf = 0,385*1,1 = 0,5 т/м²;

- Нагрузка от акустического потолка: принимаем pⁿ =0,07 т/м².

Расчетная нагрузка: p = 0,07 *γf = 0,07*1,1 = 0,077 т/м²;

- Нагрузка от деревянного структурного покрытия: принимаем pⁿ =0,35 т/м². Расчетная нагрузка: p = 0,35 *γf = 0,35*1,1 = 0,385 т/м²;

• нагрузка в точках приложения коры:

- Нагрузка от стеклянного покрытия: В него входят триплекс 10.10.2 из стекла Planibel Clearvision с внутренней стороны панели (специально разработанное флоат-стекло, не имеющее характерного зеленого оттенка, присущего обычным

«бесцветным» стеклам) и закаленное мультифункциональное стекло 10 мм Energy NT on Clearvision с уличной стороны пакета:

- усредненная нагрузка от 4-х закаленных стеклопакетов весом 30 кг/ м² каждый:

0,3*4=0,120 т/м2;

- нагрузка от металлоконструкций структурного покрытия, принимаем 0,01 т/м²; - нагрузка от солнечных панелей, принимаем 0,02 т/м².

Тогда нормативная нагрузка от стеклянного покрытия pⁿ =0,15 т/м². Расчетная нагрузка: p = 0,15 *γf = 0,15*1,1 = 0,165 т/м².

2.2.2 Временная равномерная нагрузка на покрытие

• На верхний пояс ферм:

- Принимаем как для покрытий на участках с возможным скоплением людей (в соответствии с табл. 8.3 СП20.13330.2016) Полезная нормативная нагрузка на плиту: 0,4 т/м2 .

Расчетная нагрузка: p = 0,4 *γf = 0,4*1,2 = 0,48 т/м2;

• нагрузка в точках приложения коры:

- Полезная на витраж: 0,1 т/м2.

Расчетная нагрузка: p = 0,1 *γf = 0,1*1,2 = 0,12 т/м2.

2.2.3 Снеговая нагрузка

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию по- крытия следует определять по формуле S0=сеctμSg,

где сe - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под дей- ствием ветра или иных факторов, принимаем в соответствии с 10.5-10.9;

ct - термический коэффициент, принимаем в соответствии с 10.10;

μ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с 10.4;

Sg - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной по- верхности земли, принимаемое для III снегового района 1.5 кПав соответствии с 10.2.

Снеговой район ΙΙΙ.

Расчет снеговой нагрузки на стеклянное покрытие.

Для покрытия, близкого по очертанию к сводчатым, следует принимать μ1=cos(1.5α) μ2=2sin(3α) , где α – уклон покрытия, град; при этом значения μ1 вы- числяются в каждой точке покрытия; значения μ2 – в точках с уклоном α=30˚, 60˚

и в крайнем сечении покрытия. Промежуточные значения μ2 определяются линей- ной интерполяцией.

Рис. 2.3. Коэффициенты μ для определения снеговой нагрузки на сводчатом покрытии

• Равномерное нагружение (вариант 1):

Рис. 2.4. Расчетные точки для определения снеговой равномерной нагрузки на сводчатом покрытии

Определим коэффициент μ1, нормативное и расчетное значение снеговой нагрузки для каждой точки покрытия (определяем для узлов фермы):

- при α=43˚ μ1=cos1.5α=cos(1.5*43)=0.431

S0=1*1*0,431*0,15=0,0647 т/м² – нормативное значение снеговой нагрузки;

S1=S0*γf=0,0647*1,4=0,0905 т/м² – расчетное значение с учетом коэффициента надежности по нагрузке γf;

- при α=30˚ μ1=cos1.5α=cos(1.5*30)=0.707

S0=1*1*0,707*0,15=0,106 т/м² – нормативное значение снеговой нагрузки;

S1=S0*γf=0,106*1,4=0,149 т/м² – расчетное значение с учетом коэффициента надеж- ности по нагрузке γf;

- при α=24˚ μ1=cos1.5α=cos(1.5*24)=0.809

S0=1*1*0,809*0,15=0,121 т/м² – нормативное значение снеговой нагрузки;

S1=S0*γf=0,121*1,4=0,170 т/м² – расчетное значение с учетом коэффициента надеж- ности по нагрузке γf;

- при α=15˚ μ1=cos1.5α=cos(1.5*15)=0.924

S0=1*1*0,924*0,15=0,139 т/м² – нормативное значение снеговой нагрузки;

S1=S0*γf=0,139*1,4=0,194 т/м² – расчетное значение с учетом коэффициента надеж- ности по нагрузке γf;

- при α=7˚ μ1=cos1.5α=cos(1.5*7)=0.983

S0=1*1*0,983*0,15=0,147 т/м² – нормативное значение снеговой нагрузки;

S1=S0*γf=0,147*1,4=0,206 т/м² – расчетное значение с учетом коэффициента надеж- ности по нагрузке γf;

- при α=0˚ μ1=cos1.5α=cos0=1

S0=1*1*1*0,15=0,15 т/м² – нормативное значение снеговой нагрузки;

S1=S0*γf=0,15*1,4=0,21 т/м² – расчетное значение с учетом коэффициента надежно- сти по нагрузке γf.

• Неравномерное нагружение (вариант 2) :

Определим коэффициент μ2, нормативное и расчетное значение снеговой нагрузки в точках с уклоном α=30˚ и в крайнем сечении покрытия, а также для каждой точки фермы:

Рис. 2.5. Расчетные точки для определения снеговой неравномерной нагрузки на сводчатом покрытии

- при α=30˚ μ2=2sin(3α)= 2sin(3*30)=2

S0=1*1*2*0,15=0,30 т/м2 – нормативное значение снеговой нагрузки;

S1=S0*γf=0,30*1,4=0,42 т/м2 – расчетное пиковое значение с учетом коэффициента надежности по нагрузке γf. Нагрузку в остальных точках определяем интерполя- цией.

Таблица 2.2. Нагрузки на ферму Pn, т/м² γf Pр, т/м²

Нагрузки на верхний пояс фермы:

1.1.Постоянные - плита покрытия h=300

мм по профнастилу 0,75 1,1 0,825

-земляной покров (Н>1 м), принято Н=1.3 м c

учетом пирога кровли

2,34 1,1 2,574

1.1.Временные

- полезная 0,4 1,2 0,48

итого 3,879

Нагрузки на нижний пояс фермы:

1.1.Постоянные - подвесные потолки и

оборудование

0,385 1,1 0,500

- акустический потолок 0,07 1,1 0,077

- деревянное структур- ное покрытие

0,35 1,1 0,385

итого 0,962

Таблица 2.3. Нагрузки на стеклянный купол Нагрузки, собираемые в точках приложения коры:

Pn, т/м² γf Pр, т/м² 2.1.Постоянные

- стеклянное покрытие 0,15 1,1 0,165

2.1.Временные

- полезная на витраж 0,1 1,2 0,12

- снеговая равномерная (эквивалентная)

0,1 1,4 0,14

- снеговая неравномер- ная (эквивалентная для

стороны с наибольшей пиковой нагрузкой)

0,178 1,4 0,249

итого 0,674

Таблица 2.4. Погонные нагрузки на фермы с шагом 4,3 м(рис. 2.6) Pр, т/м² Шаг ферм, м P, т/м

Нагрузки на верхний пояс фермы:

1.1.Постоянные - плита покрытия h=300

мм по профнастилу

0,825 4,3 3,548

-земляной покров (Н>1 м), принято Н=1.3 м c учетом пирога кровли

2,574 4,3 11,068

1.1.Временные

- полезная 0,48 4,3 2,064

итого 3,879 4,3 16,68

Нагрузки на нижний пояс фермы:

1.1.Постоянные - подвесные потолки и

оборудование

0,500 4,3 2,15

- акустический потолок 0,077 4,3 0,33

- деревянное структур-

ное покрытие 0,385 4,3 1,66

итого 0,962 4,3 4,14

Рис 2.6 Шаг стропильных ферм

Таблица 2.5. Сосредоточенные нагрузки в точках приложения коры (рис. 2.7):

Pр,

т/м² Агр,1,

м² Агр,2,

м² Агр,3,

м² Агр,4,

м² Агр,5,

м² Агр,6, м²

P1, т

P2, т

P3, т P4, т

P5, т

P6, т 2.1.Постоянные

- стеклян- ное покры-

тие

0,165 353,35 379,2 516,05 353,35 379,2 516,05 58,3 62,6 85,2 58,3 62,6 85,2

2.1.Временные - полезная

на витраж

0,12 353,35 379,2 516,05 353,35 379,2 516,05 42,4 45,5 61,9 42,4 45,5 61,9 - снеговая

равномер- ная (экви- валентная с коэф. μ1)

0,14 353,35 379,2 516,05 353,35 379,2 516,05 49,5 53,1 72,3 49,5 53,1 72,3

- снеговая неравно- мерная (эк-

вивалент- ная для стороны с

коэф.μ2)

0,249 353,35 379,2 516,05 88,0 94,4 128,5

- снеговая неравно- мерная (эк-

вивалент- ная для стороны с коэф.0,5μ2)

0,123 353,35 379,2 516,05 - - - 43,5 46,6 63,5

итого ^{238,2 255,6 347,9 193,7 207,8 282,9}

Рис. 2.7 Точки опирания коры

2.2.4 Ветровая нагрузка

Учитывая небольшую высоту здания, тип местности и расположение рассчитыва- емых конструкций, будем считать, что ветровая нагрузка оказывает минимальное влияние на несущие фермы.

2.2.5 Сочетания нагрузок

Для основного воздействия будем использовать РСУ.

Рис. 2.8. РСУ.

Рис. 2.9. РСН.

2.3 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ФЕРМЫ 2.3.1 Описание расчетной модели

Подбор сечений осуществляем в модуле ЛИРА-СТК для основных сочетаний нагрузок.

Колонны задаем ж/б сечением 1300х700 мм

Обеспечено подвижное опирание фермы на ж/б колонну..

2.3.2 Определение расчётных длин элементов

Используем инструмент Лиры «устойчивость» для определения рaсчётных длин элементов фермы.

Расчетная длина стержня зависит от его геометрической длины и хaрактера зaкрепления концов: где l — геометричеcкая длина стержня фермы, т. е. расcтояние между центрами узлов; коэффициент раcчетной длины, учитывающий характер за- крепления концов стержня при шарнирном закреплении концов = 1.

Узлы фермы не являются шарнирами, так как элементы решетки крепятся к по- ясам через фаcонки. Но в то же время концы стержней нельзя считать заделанными жестко, ибо они имеют некоторую возможность поворота. Степень частичного за- щемления концов для различных элементов фермы неодинaковая, поэтому и зна- чения коэффициентa расчетной длины для них принимаются разные. При потере уcтойчивости верхнего пояcа в плоскости фермы элементы решетки, примыкаю- щие к нему, затрудняют поворот сечений в узлах. Однако, так как сечение пояcа значительно больше, чем сечения элементов решетки, влиянием последних, т. с.

частичным защемлением в узлах, пренебрегают (в запас устойчивости). Прини- маем раcчетную длину в плоcкости фермы равной расстоянию между центрaми узлов1ef,y=1.

Рис. 2.10 Расчетные длины ферм

Поcкольку покрытие с прогонами, при потере уcтойчивости верхнего поясa из плоскости фермы он изгибается между узлами, зaкрепленными связями (cовместно с прогонами) от смещения из плоскости фермы. Эти узлы являются точками пере- гиба (М = 0), что равносильно наличию в них шарниров, поэтому =1 и расчетная длина пояса из плоскости фермы принимается равной расстоянию между узлами, зaкрепленными связями от смещения из плоскости фермы. Принимаем lef,z =21, где l — расстояние между узлами фермы.

Для нижнего пояса рaсчетные длины принимаютcя аналогично. Раcчетная длина в плоcкости фермы равна расстоянию между центрами узлов1ef,х=1. Раcчет- ная длина из плоскости фермы 1ef,y= 1— расстояние между узлами, закрепленными связями от смещения из плоскости фермы (рис. 33, в).

Рис. 2.11. Вычисление расчётных длин. Параметры

2.3.3 Составление расчётной схемы центральной фермы с нагрузками. Опре- деление расчетных усилий в стержнях фермы

Пролёт фермы L = 44,1 м (по нижнему поясу), выcота центральной cтойки hцентр = 6,444 м, высота опорной стойки hоп = 2,265 м. Расчётная схема простран- ственная, cоставляется из стержней с жестким сопряжениями в узлах. Стержни ра- ботают только на оcевую силу. Задаем примыкание металлической фермы к ж/б колонне подвижным. Нагрузку приводим к узловой, суммируя постоянную и вре- менную часть.

Рис. 2.12. Расчетная схема фермы с нумерацией элементов и узловыми нагруз- ками

Таблица 2.6. Усилия в сечениях фермы

Но- мер элемента

Усилие N, т Нижний пояс 462 530,648 417 947,247 418 888,560 419 900,298 420 900,015 421 878,947 422 936,262 423 546,952 424 925,705 425 903,199 426 514,169

Стойки 427 154,080

428 14,494

429 -30,840

430 24,029

431 -30,542

432 17,221

433 16,927

434 -30,424

435 23,164

436 -28,490

437 14,764

Верхний пояс 438 -799,332 439 -916,190 440 -916,190 441 -789,206 442 -789,047 443 -921,666 444 -921,666 445 -815,380 446 -815,380 463 -569,622

Раскосы 447 -163,803

448 -164,329

449 86,940

450 -16,140 451 -153,338 452 318,547

453 84,025

454 -14,794 455 -157,489 456 324,962

Рис. 2.13. Эпюра продольных сил

2.3.4 Подбор сечений стержней фермы Верхний пояс фермы:

Элементы верхнего пояса (сжатие) – 438-447:

1. Тип сечения – I, С345, Nmax = –921.666Т;

2. lef, x = 3.91 м - геометрическая длина элемента (расстояние между центрами

ближайших узлов) в плоскости фермы;

из плоскости фермы lef, y = 7.82 м -расстояние между узлами, закреплёнными от смещения из плоскости фермы ;

3. Примем λ = 30, тогда 𝜆_усл = 𝜆√𝑅𝑦/𝐸 = 30√3465/(21 ∙ 10⁵) = 1.219 Тогда в соответствии с п 7.1.3 СП16.13330.2016

𝜑 = 0,5 ∙ (𝛿 − √𝛿²− 39,48𝜆_усл²)/𝜆_усл² = 0,925,

где 𝛿 = 9,87 ∙ (1 − 𝛼 + 𝛽 ∙ 𝜆_усл) + 𝜆_усл² = 9,87 ∙ (1 − 0,04 + 0,09 ∙ 1,219) + 1,219² = 12,043.

Ry = 340 МПа=3465 кг/см² (СП16.13330.2016), γ_с = 0,9,