Весь процесс структурного планирования и проектирования требует не только воображения и концептуального мышления, но и глубоких знаний практических аспектов, таких как последние проектные нормы и правила, подкрепленные большим опытом, институтом и суждениями.
Подчеркивается, что любое сооружение должно удовлетворять потребностям, для которых оно предназначено, и быть долговечным в течение желаемого срока службы. Таким образом, проектирование любого сооружения подразделяется на следующие два основных типа:-
Функциональное проектирование сооружений
Строящееся сооружение должно в первую очередь служить основной цели, для которой оно будет использоваться, и иметь приятный внешний вид.
Здание должно обеспечивать благоприятную среду как внутри, так и снаружи. Поэтому функциональное планирование здания должно учитывать правильное расположение комнат/залов для удовлетворения потребностей клиента, хорошую вентиляцию, освещение, акустику, беспрепятственный обзор в случае общественных залов, кинотеатров и т.д.
Структурное проектирование
После выбора формы сооружения начинается процесс структурного проектирования. Структурное проектирование – это искусство и наука понимания поведения элементов конструкции под воздействием нагрузок и проектирования их с экономией и элегантностью для создания безопасной, исправной и долговечной конструкции.
Этапы структурного проектирования
Процесс структурного проектирования включает в себя следующие этапы.
1. Структурное планирование
После получения архитектурного плана здания выполняется структурное планирование каркаса здания. Это включает в себя определение следующего.
- Положение и ориентация колонн
- Расположение балок
- Пролеты перекрытий
- Расположение лестниц
- Выбор подходящего типа основания.
1.1 Расположение и ориентация колонн
Ниже приведены некоторые принципы строительства, которые помогают в выборе расположения колонн.
Ориентация колонн
1. Избегайте выступающих колонн:
Следует избегать выступания колонн за пределы стены в помещении, так как они не только придают плохой внешний вид, но и мешают использовать пространство пола, создавая проблемы при размещении мебели вровень со стеной. Ширина колонны должна быть не менее 200 мм, чтобы колонна не была тонкой.
Расстояние между колоннами должно быть значительно меньше, чтобы нагрузка на колонны на каждом этаже была меньше и не возникало необходимости в больших секциях для колонн.
2. Ориентируйте колонну так, чтобы глубина колонны находилась в основной плоскости изгиба или была перпендикулярна основной оси изгиба.
Это делается для увеличения момента инерции и, следовательно, большей сопротивляемости моменту. Это также уменьшит коэффициент Leff/d, что приведет к увеличению несущей способности колонны.
1. 2 Размещение балок
1. Балки обычно должны быть предусмотрены под стенами или под тяжелой сосредоточенной нагрузкой, чтобы избежать прямого воздействия этих нагрузок на перекрытия.
2. Избегайте больших расстояний между балками из критериев прогиба и растрескивания. (Прогиб изменяется прямо пропорционально кубу пролета и обратно пропорционально кубу глубины, т.е. L3/D3. Следовательно, увеличение пролета L приводит к большему прогибу для большего пролета).
1.3 Пролет перекрытия
Это определяется расположением опор. Если опоры расположены только на противоположных краях или только в одном направлении, то плита работает как плита с односторонней опорой. Когда прямоугольная плита опирается на четыре края, она действует как односторонняя плита, когда Ly/Lx < 2.
Двустороннее действие плиты зависит не только от соотношения сторон, но и от соотношения армирования по направлениям. В одностороннем перекрытии основная сталь располагается только вдоль короткого пролета, и нагрузка передается на две противоположные опоры. Сталь вдоль длинного пролета выступает в качестве распределительной стали и предназначена не для передачи нагрузки, а для распределения нагрузки и сопротивления усадке и температурным напряжениям.
Для того, чтобы плита работала как односторонняя плита, проходящая через короткий пролет, используется основная сталь вдоль короткого пролета и только распределительная сталь вдоль длинного пролета. Предоставление большего количества стали в одном направлении увеличивает жесткость плиты в этом направлении.
Согласно теории упругости, распределение нагрузки пропорционально жесткости в двух ортогональных направлениях, основная нагрузка передается вдоль более жесткого короткого пролета, и плита ведет себя как односторонняя.
Поскольку плита также поддерживается по короткому краю, существует тенденция к тому, что нагрузка на плиту со стороны опоры передается на более близкую опору, вызывая напряжение в верхней части по короткому краю опоры.
Поскольку в односторонней плите, соединяющей перекрытие и боковую балку, нет стали в верхней части короткого края, трещины образуются в верхней части вдоль этого края. Трещины могут пойти по всей глубине плиты из-за разницы в прогибе между плитой и несущей короткой балкой/стеной.
Поэтому следует позаботиться о том, чтобы обеспечить минимальное количество стали в верхней части короткой краевой опоры во избежание образования трещин.
Двухстороннее перекрытие обычно экономичнее одностороннего, так как сталь вдоль обоих пролетов действует как основная сталь и передает нагрузку на все четыре опоры.. Двустороннее действие выгодно в основном при больших пролетах (>3м) и при живой нагрузке (>3кН/м2).
При коротких пролетах и небольших нагрузках сталь, необходимая для двухстороннего перекрытия, не сильно отличается от стали для двухстороннего перекрытия из-за требований к минимальному количеству стали.
Конструктивное проектирование фундаментов
Тип фундамента зависит от нагрузки, которую несет колонна, и несущей способности опорного грунта. Грунт под фундаментом более восприимчив к большим колебаниям. Даже под одним небольшим зданием грунт может меняться от мягкой глины до твердого мурума.
Характер и свойства грунта могут меняться в зависимости от сезона и погоды, например, набухание в сырую погоду. Увеличение содержания влаги приводит к существенной потере несущей способности некоторых грунтов, что может привести к дифференциальным осадкам.
Необходимо провести обследование на участках на предмет свойств грунта. Для каркасной конструкции обычно предпочтительны изолированные столбчатые фундаменты, за исключением случаев, когда фундамент находится на большой глубине, тогда свайные фундаменты могут быть подходящим выбором.
Если колонны расположены очень близко друг к другу и несущая способность грунта низкая, альтернативным решением может стать свайный фундамент. Для колонны, расположенной на пограничной линии, может быть предусмотрено комбинированное основание или основание в виде плота.
Допущения в сейсмостойком проектировании
Ниже приведены допущения, принятые при проектировании сейсмостойких конструкций:
- Как спроектировать одностороннее перекрытие в соответствии с ACI 318-19? | Прилагается пример.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Виды железобетонных плит – конструкция, стоимость и применение.
- Принципы проектирования подпорных стен.
- Все, что нужно знать о бетонных плитах в строительстве.
- Проектирование двухстороннего перекрытия прямым методом согласно ACI 318-11.
- Проектирование кровельных ферм.