Спортивный комплекс в металлоконструкциях

Размещено на http://www.allbest.ru/

содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

1.1 генеральный план

1.2 Фасады

1.3 Объемно-планировочное решение

1.4 Конструктивное решение

1.4.1 Фундаменты

1.4.2 Колонны

1.4.3 Перекрытие и покрытие

1.4.4 Лестницы

1.4.5 Стены и перегородки

1.4.6 Окна и двери

1.4.7 Полы

1.4.8 Наружная и внутренняя отделка

1.4.9 Кровля

1.5 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

2. РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТИВНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Компоновка каркаса здания

2.1.1 Генеральные размеры основных элементов каркаса и схема поперечной рамы здания

2.1.2 Геометрическая схема фермы

2.1.3 Схема связей по шатру и колоннам

2.1.4 Схема фахверка

2.2 Сбор нагрузок на раму

2.2.1 Нагрузки на поперечную раму

2.2.2 Расчетная схема рамы

2.2.3 Статический расчет рамы

2.3 Расчетные усилия в элементах рамы

2.4 Расчет и конструирование стропильной фермы

2.4.1 Нагрузки на ферму

2.4.2 Расчетные усилия в стержнях фермы

2.4.3 Подбор сечения стержней фермы из парных уголков стальных горячекатаных равнополочных

2.4.4 Подбор сечений стержней фермы из профилей гнутых замкнутых сварных

2.5 Конструирование и расчет узлов фермы

2.5.1 Расчет стенки при одностороннем примыкании к поясу

2.5.2 Расчет стенки в У-образных узлах

2.5.3 Расчет боковой стенки

2.5.4 Расчет элемента решетки

2.5.5 Расчет сварных швов

2.6 Расчет соединения двух полуферм в узлах 6 и 17

2.7 Расчет прикрепления стойки к поясам фермы

2.8 Расчет и конструирование колонны

2.8.1 Расчетные длины колонны

2.8.2 Подбор сечения стержня колонны

2.8.3 Проверка сечения колонны

2.8.4 Расчет базы колонны

2.8.5 Расчет траверсы

2.8.6 Расчет анкерных болтов

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

3.1 Область применения

3.2 Определение объемов работ

3.3 Выбор метода производства монтажных работ

3.3.1 Особенности монтажа металлических конструкций

3.3.2 Укрупнительная сборка ферм

3.3.3 Установка прогонов

3.3.4 Укрупнительная сборка профнастила

3.4 Выбор монтажных приспособлений

3.5 Определение трудоемкости и продолжительности монтажных работ

3.6 График производства работ

3.7 Выбор монтажного крана

3.8 Указания по производству работ

3.9 Контроль качества и приемка работ

3.10 Указание по технике безопасности

3.11 Технико-экономические показатели

4. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ РАЗДЕЛ

4.1 Организация строительной площадки

4.2 Обоснование организации производства работ

4.3 Расчет численности персонала

4.4 Инвентарные здания

4.5 Временное электроснабжение

4.6 Временное водоснабжение и канализация

4.7 Организация складского хозяйства

4.8 Технико-экономические показатели стройгенплан

5. РАЗДЕЛ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

5.1 Расчет времени эвакуации

5.2 Действие персонала в условиях чрезвычайной ситуации

6. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

6.1 Общие положения

6.2 Источники и пути загрязнения грунтовых вод

6.3 Мероприятия по защите грунтовых вод от загрязнения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Статический расчет поперечной рамы в ПО «Structure CAD»

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Расчет усилий фермы в ПО «EXCEL Office»

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Расчет и конструирование узлов из ЗГСП

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Сравнительный анализ стропильных ферм из парных уголков и ЗГСП



ВВЕДЕНИЕ

Одним из приоритетных направлений социальной политики Вологодской области является развитие массового спорта в областной столице. Активный образ жизни, а также занятия физкультурой и спортом позволяют сохранить и укрепить здоровье, улучшить качество и увеличить продолжительность жизни вологжан. К 2020 году поставлена задача по увеличению числа горожан, занимающихся спортом, до 40% от всего населения города.

Для достижения этой цели необходима крепкая материальная база, строительство новых спортивных объектов, развитие и совершенствование спортивной инфраструктуры. Без хороших спортивных комплексов невозможно привлечь население в массовое занятие физкультурой, даже при большом желании самих людей.

С 2008 года в Вологде были введены в эксплуатацию пять новых спортивных объектов, позволяющих проводить соревнования всероссийского и международного уровня.

Нормативами градостроительного проектирования муниципального образования в городе Вологда принята программа на расширение и модернизацию спортивной инфраструктуры. Радиус обслуживания физкультурно-спортивных сооружений городского назначения не должен превышать 30 мин. транспортной доступности. Поэтому данный спортивный комплекс, будучи расположенный по улице Ильюшина, разрабатывался ради популяризации здорового образа жизни. Спортивный комплекс оборудован большим спортзалом с трибунами на 162 места, малым спортивным залом, а также тренажерным залом.

Целью выпускной квалификационной работы является разработка объемно-планировочного решения здания, расчет несущих металлоконструкций, разработка технологической карты на монтаж покрытия, планировка процесса организации монтажных работ, а также расчет путей эвакуации и действие персонала в условиях ЧС.



1. АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

1.1 Генеральный план

Проектируемое здание расположено в г. Вологда.

Территория относится к климатическому району II-В [1].

За условную отметку ±0,000 принят уровень первого этажа, что соответствует абсолютной отметке 243,55 на генплане.

Документация разработана для расчетной температуры наружного воздуха -32°С.

Расчетное значение снеговой нагрузки S_g = 2,4 кН/м².

Нормативное значение ветрового давления w₀ = 0,23 кН/м².

Средняя скорость ветра за зимний период 3,6 м/с.

В планировке участка предусмотрено рациональное размещение проектируемого здания с учетом современных гигиенический и эстетических требований по части охраны окружающей среды, защиты от неблагоприятных атмосферных воздействий [2].

Подъезд к участку предусматривается основные проезды со стороны улицы Ильюшина.

Организованная территория подвергается озеленению. Осуществляется устройства зеленых насаждений, клумб, газонов, дорожек, кустарников

Участок, на котором расположено здание, имеет прямоугольную форму. На участке предусмотрена площадка для стоянок автомобилей.

При проектировании генплана получены следующие технико-экономические показатели:

Таблица 1.1 - Технико-экономические показатели генерального плана

Наименование показателей	Ед.изм.	Количество
1	2	3
Площадь участка	га	0,89
Площадь застройки	м2	2150
Площадь озеленения	м2	2950
Площадь дорог и площадок	м2	1870

Рисунок 1.1 - Схема генплана:

1 - Спортивный комплекс; 2 - автостоянка; 3 - место для разворота

1.2 Фасады

Фасады здания отделываются наружными сэндвич-панелями с высококачественным покрытием стали лакокрасочной полиэфирной эмалью или полиэстером - ИЗОЛ-С. В качестве утеплителя в панелях используется ROCKWOOL плотностью не менее 100 кг/м³ и коэффициентом теплопроводности л = 0,051 Вт/м•К. Панели крепятся самонарезающими винтами d = 8 мм к основным колоннам при горизонтальной разрезке и к горизонтальным стальным ригелям - при вертикальной разрезке панелей. Стыки между панелями заполняются прокладками из эластичного материала. Цоколь стен на высоту не менее 0,6 м выполняют из легкобетонных панелей.

Витражи и окна выполнены из алюминиевых и ПВХ профилях белого цвета с двухкамерными стеклопакетами с твердым селективным покрытием.

1.3 Объемно-планировочное решение

Спортивный комплекс представляет собой здание, состоящее из двух сблокированных объемов.

Первый блок - одноэтажный объем, с размерами в плане 42,0х30,0 м и высотой до низа стропильной конструкции 13,2 м. В первом блоке располагается спортивный зал для занятий футболом, волейболом, баскетболом и другими игровыми видами спорта, а также трибуны для зрителей на 162 места.

Второй блок - двухэтажный объем, с размерами в плане 30х18 м. На первом этаже расположены: раздевалки, медпункт, гардероб и административные помещения. На втором этаже расположен спортивный зал для занятий бадминтоном, теннисом. Высота до низа стропильных конструкций составляет 6,0 м.

Под зданием запроектирован подвал с высотой до низа стропильных конструкций 3,0 м. В подвальном помещении расположены: тренажерный зал, раздевалки, технические вспомогательные помещения.

Таблица 1.2 - Экспликация помещений

№ на плане	Наименование помещения	Площадь, м2
1	2	3
1	Стрелковый кабинет	38,5
2	Коридор №1	44,6
3	Помещение для чистки оружия	34,3
4	Уборная	10,9
5	Помещение ввода водопровода	18,7
6	Огневой рубеж	60,0
7	Раздевалка для мужчин на 25 человек	41,4
8	Душевая №1	8
10	Кладовая	8,3
11	Техническое помещение	5,7
12	Гардероб	36,2
13	Коридор №2	129,1
14	Раздевалка для женщин на 25 человек	42,0
15	Массажный кабинет	22,7
16	Кладовая белья	6,1
17	Комната отдыха	27,2
18	Контрастная ванна	14,8
19	Помещение контрастной ванны	32,6
20	Коридор №3	12,2
21	Техническое помещение	12,2
22	Уборная	5,6
23	Электрощитовая	1,9
24	Кладовая инвентаря	2,7
25	Парильная	13,1
26	Венткамера №1	11,5
27	Венткамера №2	12,7
28	Душевая	8,5
29	Уборная для тех.персонала	14,8
30	Коридор №4	21,6
31	Венткамера №3	16,5
32	Помещение ремонта и хранения светильников	27,2
33	Тепловой пункт	38,4
34	Стрелковая галерея №1	243,7
35	Стрелковая галерея №2	245,5
40	Тамбур	12,8
41	Фойе	188,4
42	Гардероб	36,9
43	Коридор №1	33,4
44	Коридор №2	47,8
45	Медпункт	8,9
46	Секретариат	8,1
47	Директорская	8,6
48	Электрощитовая	8,9
49	Подсобное помещение	27,3
50	Буфет	78,1
51	Тренерская	16,7
52	Кладовая спортивного инвентаря	6,6
53	Коридор №3	5,0
54	Мужская и женская уборные	35,5
55	Раздевалка для женщин на 20 человек	23,6
56	Раздевалка для мужчин на 20 человек	23,6
57	Санузлы	2,6
58	Душевые	6,1
59	Большой спортзал	1026,5

Таблица 1.3 - Технико-экономические показатели здания

Наименование показателей	Ед.изм.	Количество
Строительный объем	м3
Полезная площадь	м2
Общая площадь	м2

1.4 Конструктивное решение

Настоящий раздел разработан на основании архитектурных и технологических решений и в соответствии с требованиями глав [3], [4], [5], [6], [7].

Строительно-монтажные работы должны выполняться с соблюдением требований глав [8] и [9].

1.4.1 Фундаменты

Железобетонные фундаменты пенькового типа выполняют под стальные колонны на строительной площадке, используя деревянную опалубку. Подколонник устраивается сплошным (без стакана) и имеет анкерные болты, заделанные в бетон. Жесткая база колонны крепится к фундаменту гайками, которые навинчиваются на верхние выступающие из бетона концы анкерных болтов. Размеры фундамента близки к размерам сечения металлической колонны. Сечение подколонников выбирают так, чтобы расстояние от оси анкерных болтов до грани подколонника было более 150 мм.

Рисунок 1.2 - Монолитный железобетонный фундамент под стальные колонны:

1 - стальная колонна; 2 - анкерный болт; 3 - анкерная плита; 4 - опорная плита; 5 - цементная подливка; 6 - железобетонный фундамент

1.4.2 Колонны

Несущие колонны выполнены в форме широкополочного двутавра №60Ш1 по [10].

Рисунок 1.3 - Сечение колонны 60Ш1

Торцевые колонны по осям Б и М, а также колонны по оси 7 приняты 30К2.



Рисунок 1.4 - Сечение колонны 30К2

Колонны по осям 6, 8 и 9 приняты гнутые замкнутые квадратные профили с размерами поперечного сечения 180х180х5,0 по [11].

Рисунок 1.5 - Сечение колонны из ЗГСП

1.4.3 Перекрытие и покрытие

Покрытие над спортивными залами выполняются из легких металлических ферм, пролетом 30 и 18 м и металлического профнастила, укладываемого непосредственно по верхнему поясу ферм.

Пространственную жесткость каркаса здания обеспечивается защемлением в фундаментах колонн, жесткими дисками перекрытия, металлоконструкциями покрытий и системой стальных вертикальных и горизонтальных связей.

Ригели перекрытий и несущие стропильные фермы покрытия укладываются вдоль здания, образовывая поперечные рамы каркаса здания. Узел сопряжения ригелей с колоннами жесткий, фермы опираются шарнирно на оголовок надколонника с эксцентриситетом.

Жесткий диск перекрытий образовывается жестким сопряжением ригелей с колоннами и сборных ребристых плит, которые опираются на полки и привариваются на опорах к закладным деталям ригелей.

Жесткий диск покрытия образовывается из стропильных ферм развязанных из плоскости системой вертикальных связей, прогонной системой, закрепленной в узлах верхнего сжатого пояса фермы и металлическим профлистом, закреплённого к прогонам.

1.4.4 Лестницы и площадки

В дипломном проекте запроектированы сборные железобетонные лестницы и марши по [12].

1.4.5 Стены и перегородки

Стены подвального этажа выполняются из сборных бетонных блоков стен подвалов по [13] с монолитными вставками. Перегородки на этажах выполнены из силикатного кирпича с предварительным армированием для обеспечения общей устойчивости по высоте.

1.4.6 Окна и двери

Витражи и окна выполнены из ПВХ профилей с двухкамерными стеклопакетами.

Наружные двери предусмотрены распашные.

Серия окон и дверей определяется поставщиком и зависит от размеров.

1.4.7 Полы

Таблица 1.4 - Экспликация полов

№ помещения	Тип пола	Схема пола	Элементы пола	Площадь пола, м2
41, 43, 44	1		Плитка керамич. «Globe Smoke» 45х45 - 8 мм Клей для плитки «Sopro» - 2 мм Стяжка ц-п раствор М150 - 30 мм Подстилающий слой - керамзитобетон М50 - 60 мм Ж/б плита перекрытия	269,6
40, 42	2		Линолеум ПВХ на теплозвукоизол. основе - 5 мм Прослойка из быстротвердеющей мастики на водостойких вяжущих - 2 мм Стяжка ц-п раствор М150 - 30 мм Подстилающий слой - бетон М150 - 50 мм Гидроизоляция Стяжка М150 - 50 мм Основание - щебень фракции втрамбованный в грунт - 50 мм	49,7
48	3		Покрытие - бетон с железнением М150 - 30 мм Подстилающий слой - керамзитобетон М50 - 60 мм Ж/б плите перекрытия	8,9
45, 46, 47, 51, 52	4		Линолеум ПВХ на теплозвукоизол. основе - 5 мм Прослойка из быстротвердеющей мастики на водостойких вяжущих - 2 мм Стяжка ц-п раствор М150 - 30 мм Подстилающий слой - керамзитобетон М50 - 43 мм Ж/б плита перекрытия	88,1
49, 50, 55, 56	5		Плитка керамич. «Globe Ice» 45х45 - 8 мм Клей для плитки «Sopro» - 2 мм Гидроизоляция - 5 мм Стяжка ц-п раствор М150 - 30 мм Подстилающий слой - керамзитобетон М50 - 60 мм Ж/б плита перекрытия	152,6
53, 54, 57, 58	6		Плитка керамич. «Керамин» 30х30 - 8 мм Клей для плитки «Sopro» - 2 мм Гидроизоляция - 5 мм Стяжка ц-п раствор М150 - 30 мм Подстилающий слой - керамзитобетон М50 - 60 мм Ж/б плита перекрытия	49,2
59	7	[23]	Финишный цветной износостойкий ПУ-слой - Silver Knight Саморазравнивающаяся ПУ-смесь - стекловолокно Полиуретановая шпаклевка - трехслойная пена с закрытыми ячейками Базовый эластичный слой Ж/б плита перекрытия	900,5
59	8	[23]	Финишный цветной износостойкий ПУ-слой - Silver Knight Саморазравнивающаяся ПУ-смесь - стекловолокно Полиуретановая шпаклевка - трехслойная пена с закрытыми ячейками Базовый эластичный слой Гидроизоляция - 5 мм Стяжка М150 - 50 мм Основание - щебень фракции втрамбованный в грунт - 50 мм	126

1.4.8 Наружная и внутренняя отделка

Внутренняя отделка стеновых панелей, то есть их окраска выполняется в заводских условиях.

Огнезащитная облицовка стальных колонн выполняется КНАУФ-суперлистами по каркасному типу облицовки в два слоя.

Отделка стен и перегородок осуществляется путем покраски клеевыми, водоэмульсионными и водно-дисперсионными акриловыми красками.

Потолок выполняется подвесным типа «Армстронг» и «сайдинг» и покраской водоэмульсионными и водно-дисперсионными акриловыми красками.

1.4.9 Кровля

Кровля - совмещенная рулонная многослойная с внутренним водостоком. Конструкция кровли: прогон из швеллера №20 по [14]; стальной профилированный лист марки Н114-750-1,0; пароизоляция - Технониколь, полиэтилен д = 0,2 мм; утеплитель - Техноруф 45 д = 120 мм; ПВХ мембрана Logicroof V-PR д = 2 мм.

1.5 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

Теплотехнический расчет ведется в соответствии [15]. Режим здания нормальный - Б.

Расчет толщины утеплителя кровли

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче конструкции исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условиях:

(1.1)

где - нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, ;

- коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху;

- расчетная температура внутреннего воздуха, ;

- расчетная зимняя температура наружного воздуха, ;

- нормативный температурный переход перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции;

- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, .

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче конструкции исходя из условий энергосбережения:

(1.2)

где - коэффициенты, значения которых принимают по табл. 3 [10] для соответствующих групп зданий;

- градусо-сутки отопительного периода, .

(1.3)

где - средняя температура наружного воздуха, ;

- продолжительность отопительного периода, сут/год.

,

.

Принимаем требуемое сопротивление теплопередаче наружного ограждения из двух значений по наибольшему, отвечающему обоим требованиям.

Определим толщину утеплителя исходя из условия: :

(1.4)

где - термическое сопротивление многослойной ограждающей конструкции, ;

- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, .

Отсюда следует, что х = 0,118 м. Принимаем толщину утеплителя Техноруф 45 д = 120 мм.

Стеновое ограждение

Для Вологды принимаем стеновую панель ИЗОЛ-С толщиной 120 мм. Толщина металлических обшивок 0,6 мм.

Таблица 1.5 - Данные для расчета стеновой панели

Эскиз стены	№ слоя	Материал слоя	Плотность материала кг/м3	Толщина слоя, мм.	Коэффициент теплопров., Вт/(м•°С)
	1	Нерж. сталь	7900	0,6	17,5
	2	Утеплитель	20	120	0,051
	3	Нерж. сталь	7900	0,6	17,5

По формуле 1.2 найдем требуемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции исходя из условия энергосбережения:

.

Т.к. , то данная конструкция стены удовлетворяет требованиям.

Окончательно принимаем стеновую панель типа «Сэндвич» ИЗОЛ-С. Цвет покрытия по каталогам RAL: цинково-желтый и сигнально-синий



2. РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТИВНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 Компоновка каркаса здания

2.1.1 Генеральные размеры основных элементов каркаса и схема поперечной рамы здания

Высота колонны от низа базы до нижнего пояса фермы:

(2.1)

где - полезная высотка здания от уровня пола до низа фермы, 13,2 м;

- заглубления опорной базы колонны ниже нулевой отметки, м.

назначается из условия, чтобы верх базы не доходил до уровня чистого пола на 50-100 см. Для статического расчета рамы назначается приближенно 0,4 м. (для базы с траверсами). Участок в пределах высоты опорной части ригеля при шарнирном сопряжении его с колонной оформляют в виде отдельного отправочного элемента - опорной стойки. Длину стойки принимают равной высоте фермы на опоре:

.

Высоту сечения сплошных колонн бескрановых зданий назначают из условия жесткости:

(2.2)

.

Предварительно принимаем колонны из двутавра широкополочного по [10] №60Ш1 с h = 580мм.



Рисунок 2.1 - Конструктивная схема поперечной рамы

2.1.2 Геометрическая схема фермы

Геометрическая схема фермы принимается в зависимости от кровли (кровля скатная). При прогонном решении кровли размер панели верхнего пояса назначается 3,0м.

Рисунок 2.2 - Геометрическая схема стропильной фермы

2.1.3 Схема связей по шатру и колоннам

Связи являются важными элементами здания с металлическим каркасом. Они обеспечивают пространственную неизменяемость каркаса создают жесткость необходимую для обеспечения нормальных условий эксплуатации металлоконструкций в течение всего срока службы сооружения, обеспечивают устойчивость сжатых элементов каркаса, воспринимают горизонтальные ветровые нагрузки действующие на здания, создают условия для качественного и удобного монтажа элементов каркаса.

Различают связи по покрытию и связи по колоннам.

Связи по колоннам по высоте каркаса условно разделяют на 2 яруса:

1) связи, размещаемые в пределах высоты колонны;

2) связи, размещаемые в пределах высоты сквозного ригеля на опорах.

Связи между колоннами устанавливают в середине длины температурного блока, а при большой его длине - в третях его длины. Расстояние от торца здания до вертикальной связи принимаем для отапливаемых зданий не более 90м.

Связи по покрытию подразделяют:

1) горизонтальные в плоскости верхних поясов ферм, которые состоят из поперечных связевых ферм и распорок, расположенных вдоль здания между фермами;

2) горизонтальные в плоскости нижних поясов, которые состоят из поперечных продольных ферм и распорок, расположенных вдоль здания между фермами;

3) вертикальные связи между стропильными фермами, которые в плоскости опорных, средних или ближайших к средним стоек.

При применении профилированного кровельного настила поперечные связевые фермы в плоскости верхних поясов ферм не устанавливают, а предусматривают более частое размещение вертикальных связей между фермами.



Рисунок 2.3 - Схема горизонтальных связей по покрытию по нижнему поясу



Рисунок 2.4 - Схема горизонтальных связей по покрытию по верхнему поясу

2.1.4 Схема фахверка

Рисунок 2.5 - Схема торцевого фахверка

2.2 Сбор нагрузок на раму

2.2.1 Нагрузки на поперечную раму

Нагрузками, действующими на поперечную раму, являются:

1) Постоянная нагрузка от массы кровли и несущих конструкций покрытия со связями, колонн, ригелей и навесных стеновых панелей;

2) Снеговая нагрузка на покрытие;

3) Давление ветра на продольные стены и на конструкции покрытия здания.

Подсчет нагрузок на раму (нормативных и расчетных) производится в соответствии с нормативной литературой для каждого вида в отдельности. Коэффициент надежности по ответственности здания принять г_n = 1.

Определение постоянной нагрузки:

Постоянная нагрузка на ригель рамы складывается из нагрузок от массы кровли, прогонов, стропильных ферм и связей.

Нагрузка от массы кровли определяется конструкцией кровли, плотностью материалов и толщиной слоев и находится суммированием нагрузки от массы её элементов.

Рисунок 2.6 - Конструкция кровли

Таблица 2.1 - Сбор нагрузок на покрытие

Состав нагрузки	Нормативная gn, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке гf	Расчетная g, кН/м2
ПВХ-мембрана LOGICROOF-V-RP, д = 2,0мм	0,0185	1,2	0,0222
Утеплитель ТЕХНОРУФ д = 120 мм, с = 140 кг/м3	0,168	1,2	0,2016
Пароизоляция Технониколь	0,04	1,2	0,048
Стальной профилированный настил Н114-750-1,0	0,172	1,05	0,1806
Прогон №20	0,061	1,05	0,064
Стропильная ферма	0,2	1,05	0,21
Связи	0,04	1,05	0,042
Итого:	0,6995		0,7684

Для определения расчетной погонной постоянной нагрузки по ригелю рамы необходимо суммарную расчетную нагрузку от массы конструкции покрытия, приходящуюся на 1 м² горизонтальной проекции кровли, умножить на ширину грузовой площади, равную шагу стропильных конструкций.

Постоянная расчетная погонная нагрузка по ригелю рамы:

(2.3)

где - расчетная нагрузка от массы кровли, несущих конструкций покрытия и связей по табл.1;

- шаг стропильный конструкций, м.

Постоянная расчетная погонная нагрузка прикладывается вдоль пролета ригеля рамы.

Постоянная нагрузка от массы колонн определяется по геометрическим размерам колонны:

(2.4)

где - коэффициент надежности по нагрузке, для стальных конструкций ;

- нагрузка от массы 1 погонного метра колонны, ;

- длина колонны, .

Постоянная расчетная сосредоточенная нагрузка от массы колонны прикладывается в двух точках по длине колонны и равна .

Нагрузка от массы стеновых панелей и ригелей передается на колонны в виде сосредоточенных сил и изгибающих моментов.

(2.5)

где - переходный коэффициент;

- плотность обшивки и утеплителя сэндвич-панелей;

- толщина обшивки и утеплителя сэндвич-панелей;

- количество ригелей для крепления стенового ограждения при шаге ригеля 1,2 м;

- высота стенового ограждения из сэндвич панелей, м;

- шаг колонн, м.

(2.6)

где - высота цокольной панели, м;

- высота стропильной фермы на опоре, м;

- толщина кровли, м;

- высота парапета, м.

Нагрузка от стенового ограждения передается на колонны в двух точках.

(2.7)

(2.8)

где - половина высоты стенового ограждения от цокольной панели до низа фермы, м.

.

(2.9)

где - эксцентриситет приложения силы , м.

(2.10)

.

,

.

При горизонтальной разрезке стен при определении эксцентриситета высота ригеля не учитывается.

Суммарная нагрузка от веса колонн и стенового ограждения:

(2.11)

,

.

(2.12)

,

.

Определение снеговой нагрузки:

Расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия:

(2.13)

где - коэффициент надежности по снеговой нагрузке, принимаемый согласно [4] ;

- коэффициент, учитывающий снос снега с покрытия зданий под действием ветра и других факторов;

- термический коэффициент;

- коэффициент перехода, учитывающий профиль покрытия;

- расчетное сопротивление веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, .

.

Определение ветровой нагрузки:

Ветровая нагрузка на раму складывается из нагрузки, действующей непосредственно на колонны и нагрузки, действующей выше низа ригеля. Интенсивность распределенной ветровой нагрузки определяется:

1) с наветренной стороны:

(2.14)

2) с заветренной стороны:

(2.15)

где - коэффициент надежности по снеговой нагрузке, принимаемый согласно [4] ;

- нормативный скоростной напор ветра для высоты над поверхностью земли до 5 м, принимаемый по [4] в зависимости от ветрового района, ;

- аэродинамические коэффициенты, принимаемые согласно [4], для вертикальных поверхностей , ;

- коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора в зависимости от высоты и типа местности, принимаемый по [4].

При z = 5,0 м, ;

z = 10,0м, ;

z = 20,0м, .

кН/м,

кН/м,

кН/м,

кН/м,

кН/м,

кН/м.

Неравномерную ветровую нагрузку, действующую ниже отметки низа ригеля, заменяют эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой, вызывающей в нижнем сечении колонны такой же изгибающий момент, что и действующая неравномерно распределенная. Эквивалентная ветровая нагрузка с наветренной стороны:

(2.16)

где ,

где ;

.

,

.

.

.

Эквивалентная ветровая нагрузка с заветренной стороны равна:

(2.17)

.

Выше отметки низа ригеля равномерно распределенная нагрузка заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне нижнего пояса ригеля.

(2.18)

.

Сосредоточенная сила с заветренной стороны:

(2.19)

.

Рисунок 2.7 - Определение ветровой нагрузки

2.2.2 Расчетная схема рамы

Рисунок 2.8 - Расчетная схема рамы

Для проектируемого здания принято жесткое закрепление колонн к фундаментам и шарнирное сопряжение их с ригелями. За геометрические оси колонн в расчетной схеме принимают линии центров тяжести сечений колонн. При шарнирных сопряжениях ригелей с колоннами за геометрическую ось ригеля принимают линию, соединяющую шарниры.

Площадь сечения и момент инерции сечения колонны принимается по данным [10].

Для ригеля рамы момент инерции сечения и площадь сечения определяется:

(2.20)

(2.21)

где - максимальный изгибающий момент в середине пролета ригеля как в простой балке от расчетной нагрузки, кН•м;

- высота фермы в середине пролета, м;

- коэффициент, учитывающий отношение усредненной площади сечения поясов к площади нижнего пояса;

- коэффициент, учитывающий наклон верхнего пояса и деформативность решетки фермы, ;

- расчетное сопротивление стали ригеля, .

(2.22)

,

.

Таблица 2.2 - Типы жесткостей рамы

Тип жесткости	Е, •105 МПА	А, м2	I, м4
I - колонна	2,1	0,0181	0,001073
II - ригель	2,1	0,00908	0,00908

2.2.3 Статический расчет рамы

Статический расчет выполняется по программе «SCAD», таблица расчетов приведена в Приложении А. Поперечная рама задается в декартовой системе координат по узлам рамы. Расчетная схема имеет 8 узлов. Между двумя узлами размещается элемент. В раме - 7 элементов, 2 опорных закрепления и 2 типа жесткости (I тип - для колонны, II тип - для ригеля). Элементы рамы соединены жестко, за исключением узлов 4 и 8, где опирание стропильной фермы на колонны шарнирное.

Поперечная рама имеет 4 вида загружения:

1) от действия постоянной нагрузки;

2) от действия снеговой нагрузки;

3) от действия ветровой нагрузки слева;

4) от действия снеговой нагрузки справа.

2.3 Расчетные усилия в элементах рамы

Поперечная рама подвержена действию постоянной нагрузки от собственной массы конструкции. Кроме того, на нее воздействуют кратковременные нагрузки. При определении максимальных усилий в каждом сечении рамы составляются два варианта основных сочетаний нагрузок.

1 вариант: включает постоянную нагрузку и одну из кратковременных, наиболее существенно влияющую на величину расчетных усилий в рассматриваемом сечении;

2 вариант: включает постоянную нагрузку и не менее двух кратковременных, которые увеличивают расчетные усилия в сечении. При этом кратковременные нагрузки берутся с коэффициентов сочетаний 0,9.

Таблица 2.3 - Усилия и их сочетания в сечениях колонны

Нагрузки	Ш	Усилия в сечениях (кН·м); (кН)
Индекс	Наименование		4	3	2	1
			M	N	M	N	M	N	M	N
1	Постоянная	1	0,00	-87,5	7,5	-116,5	-3,8	-141,1	5,3	-141,1
2	Снеговая (I вариант)	1	0,00	-251,8	0,00	-251,8	0,00	-251,8	0,00	-251,8
2*		0,9	0,00	-226,6	0,00	-226,62	0,00	-226,62	0,00	-226,62
3	Ветровая слева	1	0,00	0,00	2,55	0,00	8,9	0,00	19,05	0,00
3*		0,9	0,00	0,00	2,3	0,00	8,01	0,00	17,15	0,00
4	Ветровая справа	1	0,00	0,00	-4,02	0,00	-9,47	0,00	-16,35	0,00
4*		0,9	0,00	0,00	-3,62	0,00	-8,52	0,00	-14,72	0,00
5	+Mmax и Nсоотв	NN инд		1+3	1+3	1+3
		У			10,05	-116,5	5,1	-141,1	24,35	-141,1
6	-Mmax и Nсоотв	NN инд		1+4	1+4	1+4
		У			3,48	-116,5	-13,27	-141,1	-11,05	-141,1
7	Nmax и ±Mсоотв	NN инд	1+2	1+2	1+2	1+2
		У	0	-339,3	7,5	-368,3	-3,8	-392,9	5,3	-392,9
8	Для анкерных болтов: внутренних Nmin+Mсоотв (+Mmaxи Nсоотв)	NN инд		1+4
		У		-11,05	-141,1
		NN инд		1+3
		У		24,35	-141,1
	Наружных Nmin -Mсоотв	NN инд		1+3
		У		24,35	-141,1

Таблица 2.4 - Определение невыгодных сочетаний усилий в сечениях колонны

Сечения и элементы	Индексы из табл.	Усилия	Наружная ветвь	Внутренняя ветвь
		M, кН·м	N, кН	M/h	N/2	Nпр	M/h	N/2	Nпр
4	5
	6
	7	0	-339,3	0	-169,65	-169,65	0	-169,65	-169,65
3	5	10,05	-116,5	17,33	-58,25	-40,92	-17,33	-58,25	-75,58
	6	3,48	-116,5	6	-58,25	-52,25	-6	-58,25	-64,25
	7	7,5	-368,3	12,93	-184,15	-171,22	-12,93	-184,15	-261,33
2	5	5,1	-141,1	8,79	-70,55	-61,76	-8,79	-70,55	-79,34
	6	-13,27	-141,1	-22,88	-70,55	-93,43	22,88	-70,55	-47,67
	7	-3,8	-329,9	-6,55	-164,95	-171,5	6,55	-164,95	-158,4
1	5	24,35	-141,1	41,98	-70,55	-28,57	-41,98	-70,55	-112,53
	6	-11,05	-141,1	-19,05	-70,55	-89,6	19,05	-70,55	-54,5
	7	5,3	-392,9	9,14	-164,95	-155,81	-9,14	-164,95	-174,09
Анкерные болты	8	-11,05	-141,1	-19,05	-70,55	-89,6	19,05	-70,55	-51,5
		24,35	-141,1	41,98	-70,55	-28,57	-41,98	-70,55	-112,53
		24,35	-141,1	41,98	-70,55	-28,57	-41,98	-70,55	-112,53

Примечание: N_пр = N/2 ± M/h( «+» - при определении N_пр во внутренней ветви; «-» - при определении N_пр в наружной ветви), h = 0,580 м - предварительная высота сечения колонны

2.4 Расчет и конструирование стропильной фермы

2.4.1 Нагрузки на ферму

Нагрузка, действующая на ферму, обычно прикладывается к узлам фермы, к которым крепятся элементы поперечной конструкции.

Основными нагрузками на ферму при её расчете являются:

1) постоянная - от веса ограждающих и несущих конструкций;

2) временная - снег и ветер.

Расчетная постоянная нагрузка, действующая на промежуточный узел, стропильной фермы определяется:

(2.23)

где - длины примыкающих к узлу панелей, .

.

Расчетная постоянная нагрузка, действующая на опорный узел:

(2.24)

.

Расчетная нагрузка от снега, действующая на промежуточный узел:

.

Расчетная нагрузка от снега, действующая на опорный узел:

.

Расчетная узловая ветровая нагрузка:

(2.25)



.

Поскольку ветровая нагрузка направлена в сторону противоположную нагрузке от собственного веса покрытия и от снеговой нагрузки, и она меньше веса покрытия, то в расчете её не учитываем.

2.4.2 Расчетные усилия в стержнях фермы

При расчете легких ферм предполагается:

1) В узлах фермы идеальные шарниры;

2) Оси всех стержней прямолинейные и расположены в одной плоскости;

3) Оси пересекаются в одной точке - центре узла.

Рисунок 2.9 - Расчетная схема фермы

Расчет усилий произведен в разработанном специально для геометрической схемы фермы ПО EXCEL и приведен в Приложении Б.

Таблица 2.5 - Усилия в стержнях фермы, кН

Элементы фермы	Обозначения стержня	Усилия от отдельных загружений	Расчетные усилия
		постоянная нагрузка	снеговая	растяжение (+)	сжатие (-)
			Ш = 1,0
Верхний пояс	1-2	-58,03	-167,09	-	-225,12
	2-3	-161,2	-464,15	-	-625,34
	3-4	-238,57	-686,94	-	-925,51
	4-5	-290,16	-835,46	-	-1125,62
	5-6	-315,95	-909,73	-	-1225,68
Нижний пояс	17-18	322,39	928,29	1250,69	-
	18-19	309,5	891,16	1200,66	-
	19-20	270,81	779,77	1050,58	-
	20-21	206,33	594,11	800,44	-
	21-22	116,06	334,19	450,25	-
Раскосы	1-22	99,12	285,41	384,54	-
	2-22	-92,92	-267,54	-	-360,46
	2-21	77,1	221,99	299,08	-
	3-21	-72,27	-208,09	-	-280,36
Раскосы	3-20	55,07	158,56	213,63	-
	4-20	-51,62	-148,63	-	-200,25
	4-19	33,04	95,14	128,18	-
	5-19	-30,97	-89,18	-	-120,15
	5-18	11,01	-31,71	42,73	-
	6-18	-10,32	-29,73	-	-40,05
Стойки	6-17	-	-	-	-

2.4.3 Подбор сечения стержней фермы из парных уголков стальных горячекатаных равнополочных

Определим значения расчетных длин всех элементов фермы.

Таблица 2.6 - Формулы для определения расчетных длин элементов фермы из ПУ

Направление продольного изгиба	Расчетная длина, lef
	Поясов	Опорных раскосов и стоек	Прочих элементов решетки
В плоскости фермы	l	l	0,8l
Из плоскости фермы	l1	l1	l1

Таблица 2.7 - Значения расчетных длин элементов фермы из ПУ

Элементы фермы	Обозначения стержня	lefx, мм	lefy, мм
Верхний пояс	1-2	3007	3007
	2-3	3007	3007
	3-4	3007	3007
	4-5	3007	3007
	5-6	3007	3007
Нижний пояс	17-18	1503	10500
	18-19	3007	10500
	19-20	3007	10500
	20-21	3007	10500
	21-22	3007	3007
Раскосы	1-22	2420	2420
	2-22	2065	2580
	2-21	1937	2420
	3-21	2065	2580
Раскосы	3-20	1937	2420
	4-20	2065	2580
	4-19	1937	2420
	5-19	2065	2580
	5-18	1937	2420
	6-18	2065	2580
Стойки	6-17	1600	2000

Таблица 2.8 - Значения коэффициента условия работы конструкции г_c

Элементы фермы	гc	Элементы раскоса	гc
Пояса: - сжатые - растянутые	1,00 1,00	Раскосы: - сжатые - растянутые	0,8 1,00
Опорные раскосы:	1,00	Стойки: - сжатые	0,8
Опорные стойки:	1,00

Подбор сечения растянутых стержней

Стержень 17-18 (нижний пояс)

1. Определение требуемой площади:

(2.26)

где - расчетное усилие в стержне, кН;

- расчетное сопротивление стали по пределу текучести, ;

- коэффициент условия работы, принимаемый равный для растянутых стержней по [3].

2. Подбор сечения с А ? А_треб по [16]: уголки 140х10 с для фасонки д = 10 мм

3. Проверка сечения

Проверка сечений растянутых стержней проверяется по двум условиям: по гибкости и по прочности и определяется по формулам (2.27) и (2.28)

(2.27)

где - расчетные длины стержней в плоскости и из плоскости фермы, принимаемые по табл. 2.7;

- радиусы инерции стержней, принимаемые по [16];

- предельная гибкость растянутых стержней при статической нагрузке, принимается равной по табл. 32 [3].

(2.28)

Недонапряжение вычисляется по формуле (2.29) и должна быть в пределах 10ч14%:

(2.29)



Недонапряжение составляет ? = 4,6 %.

Стержень 1-22 (опорный раскос)

1. Определение требуемой площади:

2. Подбор сечения: уголки 75х6 с

3. Проверка сечения

Недонапряжение составляет ? = 8,8 %.

Подбор сечения сжатых стержней

Стержень 5-6 (верхний пояс)

1. Задаемся гибкостью л:

л = 60ч100 - пояса, опорные стойки и раскосы;

л = 80ч100 - прочие сжатые элементы решетки фермы.

Примем л = 100.

Приведенная гибкость определяется по формуле (2.30):

(2.30)

где - модуль Юнга, для стали равный .

2. Вычисляем коэффициент продольного изгиба:



(2.31)

(2.32)

где - коэффициенты, значения которых зависит от типа сечения центрально-сжатого стержня, принимаемые равные по [3], .

3. Определяем требуемую площадь сечения стержня:

(2.33)

4. Определение требуемых радиусов инерции:

5. Подбор сечения по требуемым характеристикам:

Уголок 180х11 с

6. Проверка сечения на устойчивость:

Предельная гибкость для сжатых стержней определяется по табл. 32 [3] и определяется по формулам 2.34:

(2.34)

где - коэффициент, принимаемый не менее 0,5 и равный [3].

здание конструктивный каркас нагрузка

(2.35)

Недонапряжение составляет ? = 15 %.

Стержень 2-22 (раскос)

1. Условная гибкость л и коэффициент продольного изгиба:

Определяем требуемую площадь сечения стержня:

2. Определение требуемых радиусов инерции:

3. Подбор сечения по требуемым характеристикам:

Уголок 100х7 с

4. Проверка сечения на устойчивость:

По предельной гибкости:

По прочности:

Недонапряжение составляет ? = 1,9 %.

Смена сечения

Стержень 2-3 (верхний пояс)

1. Условная гибкость л и коэффициент продольного изгиба:

2. Определяем требуемую площадь сечения стержня:

3. Определение требуемых радиусов инерции:

4. Подбор сечения по требуемым характеристикам:

Уголок 125х9 с

5. Проверка сечения на устойчивость:

По предельной гибкости:

По прочности:

Недонапряжение составляет ? = 10,3 %.

Стержень 20-21 (нижний пояс)

1. Определение требуемой площади:

2. Подбор сечения: уголки 110х8 с

3. Проверка сечения

Недонапряжение составляет ? = 3,0 %.

Стержень 4-20 (раскос)

1. Условная гибкость л и коэффициент продольного изгиба:

2. Определяем требуемую площадь сечения стержня:

3. Определение требуемых радиусов инерции:

4. Подбор сечения по требуемым характеристикам:

Уголок 80х6 с

5. Проверка сечения на устойчивость:

По предельной гибкости:

По прочности:

Недонапряжение составляет ? = 5,8 %.

Таблица 2.9 - Подбор сечений элементов стропильной фермы из парных уголков

Элементы фермы	Стержень	Расчетные усилия, кН	Расчетные длины, см	Сечение	Acall, см2	Площадь, см2	Радиусы инерции	Гибкости	б	[л]	цmin	гc	у, МПа	?,%
			lefx	lefy				ixcall	ix	iycall	iy	лx	лy
Верхний пояс	5-6 2-3	-1225,68 -625,34	3007 3007	3007 3007	-L180х11 -L125х9	104 53,07	77,6 44	3,007 3,007	5,6 3,86	3,007 3,007	7,74 5,48	53,7 77,9	38,9 54,87	0,85 0,9	129 126,6	0,774 0,66	1,0	204,1 215,34	15,0 10,3
Нижний пояс	17-18 20-21	1250,69 800,44	1503 3007	10500 10500	-L140х10 -L110х8	52,11 33,35	54,6 34,4	-	4,33 3,39	-	6,11 4,87	34,7 88,7	171,85 216,94	- -	400 400	- -	1,0	229,06 232,9	4,6 3,0
Опорный раскос	1-22	384,54	2420	2420	-L75х6	16,02	17,56	-	2,3	-	3,44	105,22	70,35	-	400	-	1,0	218,9	8,8
Раскосы	2-22 4-20	-360,46 -200,25	2065 2065	2580 2580	-L100х7 -L80х6	38,24 21,24	27,6 18,76	2,065 2,065	3,08 2,47	2,58 2,58	4,44 3,65	67,05 83,6	58,11 70,68	0,98 0,94	121,2 123,66	0,693 0,59	0,8	178,74 180,92	1,8 5,8



Рисунок 2.10 - Принятые для отправочной марки ФС типы сечения из парных уголков

2.4.4 Подбор сечений стержней фермы из профилей гнутых замкнутых сварных

Определим значения расчетных длин всех элементов фермы.

Таблица 2.10 - Формулы для определения расчетных длин элементов фермы из ЗГСП

Направление продольного изгиба	Расчетная длина, lef
	Поясов	Опорных раскосов и стоек	Прочих элементов решетки
В плоскости фермы	l	l	0,9l
Из плоскости фермы	l1	l1	0,9l1

Таблица 2.11 - Значения расчетных длин элементов фермы из ЗГСП

Элементы фермы	Обозначения стержня	lefx, мм	lefy, мм
Верхний пояс	1-2	3007	3007
	2-3	3007	3007
	3-4	3007	3007
	4-5	3007	3007
	5-6	3007	3007
Нижний пояс	17-18	1503	10500
	18-19	3007	10500
	19-20	3007	10500
	20-21	3007	10500
	21-22	3007	3007
Раскосы	1-22	2420	2420
	2-22	2320	2320
	2-21	2180	2180
	3-21	2320	2320
Раскосы	3-20	2180	2180
	4-20	2320	2320
	4-19	2180	2180
	5-19	2320	2320
	5-18	2180	2180
	6-18	2320	2320
Стойки	6-17	1800	1800



Таблица 2.12 - Значения коэффициента условия работы конструкции г_c

Элементы фермы	гc	Элементы раскоса	гc
Пояса: - сжатые - растянутые	1,00 1,00	Раскосы: - сжатые - растянутые	1,0 1,0
Опорные раскосы:	1,00	Стойки: - сжатые	1,0
Опорные стойки:	1,00

Подбор сечения растянутых стержней

Стержень 17-18 (нижний пояс)

1. Требуемая площадь:

2. Подбор сечения с А ? А_треб по [17]: профиль 220х140х8,0 с

3. Проверка сечения

Проверка по гибкости и по прочности определяются по формулам (2.27) и (2.28):

Недонапряжение вычисляется по формуле (2.29) и составляет ? = 4,3 %.

Стержень 1-22 (опорный раскос)

1. Требуемая площадь:

2. Подбор сечения с А ? А_треб по [17]: профиль 220х140х8,0 с

3. Проверка сечения

Проверка по гибкости и по прочности:

Недонапряжение составляет ? = 8,8 %.

Подбор сечения сжатых стержней

Стержень 5-6 (верхний пояс)

1. Задаемся гибкостью: л=100

2. Вычисляем коэффициент продольного изгиба по формулам (2.31) и (2.32), но коэффициенты для замкнутого гнутого профиля равны 0,03 и 0,06 соответственно:

3. Определяем требуемую площадь сечения стержня:

4. Определение требуемых радиусов инерции:

5. Подбор сечения по требуемым характеристикам:

Профиль 200х160х9,0 с

6. Проверка сечения на устойчивость и прочность:

Предельная гибкость определяется по формуле (2.34):

По прочности по формуле (2.35):



Недонапряжение составляет ? = 5,2 %.

Стержень 2-22 (раскос)

1. Условная гибкость л и коэффициент продольного изгиба:

2. Определяем требуемую площадь сечения стержня:

3. Определение требуемых радиусов инерции:

4. Подбор сечения по требуемым характеристикам:

Профиль 90х90х6,5 с

5. Проверка сечения на устойчивость и прочность:

Предельная гибкость определяется по формуле (2.34):

Недонапряжение составляет ? = 10,7 %.

Смена сечения

Стержень 4-20 (раскос)

1. Условная гибкость л и коэффициент продольного изгиба:

2. Определяем требуемую площадь сечения стержня:

3. Определение требуемых радиусов инерции:

4. Подбор сечения по требуемым характеристикам:

Профиль 70х70х5,5 с

5. Проверка сечения на устойчивость:

По предельной гибкости:

По прочности:

Недонапряжение составляет ? = 8,5 %.

Стержень 2-3 (верхний пояс)

1. Условная гибкость л и коэффициент продольного изгиба:

2. Определяем требуемую площадь сечения стержня:

3. Определение требуемых радиусов инерции:

4. Подбор сечения по требуемым характеристикам:

Профиль 160х100х7,5 с

5. Проверка сечения на устойчивость:

По предельной гибкости:

По прочности:

Недонапряжение составляет ? = 5,3 %.

Стержень 20-21 (нижний пояс)

1. Требуемая площадь:

2. Подбор сечения: профиль 140х120х7,5 с

3. Проверка сечения по гибкости и прочности:

Недонапряжение составляет ? = 4,2 %.

Таблица 2.13 - Подбор сечений элементов стропильной фермы из гнутосварных профилей

Элементы фермы	Стержень	Расчетные усилия, кН	Расчетные длины, см	Сечение	Acall, см2	Площадь, см2	Радиусы инерции	Гибкости	б	[л]	цmin	гc	у, МПа	?,%
			lefx	lefy				ixcall	ix	iycall	iy	лx	лy
Верхний пояс	5-6 2-3	-1225,68 -625,34	3007 3007	3007 3007	200х160х9,0 160х100х7,5	83,18 42,44	58,78 34,82	3,007 3,007	6,45 5,7	3,007 3,007	6,27 3,95	46,62 52,75	47,96 76,13	0,95 0,95	123 123	0,916 0,79	1,0	227,6 227,3	5,2 5,3
Нижний пояс	17-18 20-21	1250,69 800,44	1503 3007	10500 10500	220х140х8,0 140х120х7,5	52,11 33,35	52,84 34,82	-	8,01 5,2	-	5,64 4,62	18,76 57,83	186,17 227,27	-	400	-	1,0	236,7 229,9	1,4 4,2
Опорный раскос	1-22	384,54	2420	2420	80х80х6,0	16,03	16,83	-	2,97	-	2,97	81,48	81,48	-	400	-	1,0	228,48	4,8
Раскосы	2-22 4-20	-360,46 -200,25	2320 2320	2320 2320	90х90х6,5 70х70х5,5	24,46 13,59	20,26 13,41	2,32 2,32	3,34 2,59	2,32 2,32	3,34 2,59	69,46 89,58	69,46 89,58	0,95 0,92	123 124,8	0,79 0,68	1,0	214,36 219,6	10,7 8,5

Рисунок 2.11 - Принятые для отправочной марки ФС типы сечения из ЗГСП

2.5 Конструирование и расчет узлов фермы

Фермы из гнутосварных профилей проектируются бесфасоночными узлами. Следуют принимать треугольную решетку без дополнительных стоек, при которой в узлах к поясам примыкает не более двух элементов. Толщину стенок стержней принимаем не менее 4 мм.

Узлы примыкания раскосов к поясу не менее 30° для обеспечения плотности участка сварного шва со стороны острого угла. Следует избегать пересечения стержней решетки в узлах во избежание двойной резки концов стержней.

Для свободного размещения стержней решетки на уровне примыкания их к поясу приходится нарушать центрацию элементов. Если эксцентриситет e ? 0,025h при расчете следует учитывать узловой момент:

(2.36)

где - усилия, действующие на узел, кН;

- эксцентриситет приложения усилий, м.

Гибкость стержней решетки в плоскости фермы значительно больше гибкости пояса, поэтому узловой момент воспринимается в основном поясе:

(2.37)

, (2.38)

2.5.1 Расчет стенки при одностороннем примыкании к поясу

В случае одностороннего примыкания к поясу двух или более элементов решетки с усилиями разных знаков, а также одного элемента в опорных узлах при d/D ? 0,9 и g/b ? 0,25 несущую способность стенки пояса следует проверять для каждого примыкающего элемента:

(2.39)

где - коэффициент влияния знака усилия в примыкающем элемента, принимаемый равным 1,2 при растяжении и 1,0 - в остальных случаях;

- коэффициент влияния продольной силы в поясе, определяемый при сжатии в поясе, если :

(2.40)

- длина участка линии пересечения примыкающего элемента с поясом в направлении оси пояса, равная ;

- половина расстояния между смежными стенками соседних элементов решетки или поперечной стенкой раскоса и опорным ребром

(2.41)



Рисунок 2.12 - Узлы ферм из гнутосварных профилей:

а - К-образный при треугольной решетке; б - то же, при раскосной решетке; в - опорный; г - У-образный

2.5.2 Расчет стенки в У-образных узлах

Несущую способность стенки пояса в У-образных узлах при g/b 0,25 следует определять:

(2.42)

2.5.3 Расчет боковой стенки

Несущую способность боковой стенки в плоскости узла в месте примыкания сжатого элемента при d/D 0,85 следует проверять:

(2.43)

где - коэффициент влияния тонкостенности пояса, для отношений принимаемый равным 0,8, а остальных случаях - 1,0;

- коэффициент, принимаемый равным:

при ;

при

в остальных случаях .

2.5.4 Расчет элемента решетки

Несущую способность элемента решетки вблизи примыкания к поясу следует проверять:

1) в узлах, указанных в пункте 2.5.1:

(2.44)

где - коэффициент такой же как в пункте 2.5.3, но с заменой характеристик элемента решетки: на большее из значений или d, t на и на ;

2) в узлах, указанных в пункте 2.5.2:

(2.45)

2.5.5 Расчет сварных швов

1) В узлах, указанных в пункте 2.5.1:

(2.46)

где - коэффициент для расчета углового шва по металлу шва;

- катет углового шва;

- расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва.

2) В узлах, указанных в пункте 2.5.2:

(2.47)

Расчет и конструирование узлов приведены в Приложении В.

2.6 Расчет соединения двух полуферм в узлах 6 и 17

Примыкание двух полуферм по верхнему и по нижнему поясам происходит с помощью ребер жесткости. Необходимо произвести расчет болтов и сварных швов.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом в таком соединении, следует определять по формулам:

На срез:

(2.48)

На смятие:

(2.49)

где - расчетное сопротивление болтов срезу, принимаемое по [3], ;

- то же, смятию,;

- коэффициент условий работы соединения, при работе на срез , при работе на смятие ;

- расчетная площадь сечения болта брутто, см²;

- число расчетных срезов одного болта, ;

- наружный диаметр болта;

- наименьшая суммарная толщина элементов, сжимаемых в одном направлении;

,

.

Количество болтов в соединении:

(2.50)

где - суммарная расчетная постоянная и снеговая нагрузка, действующая на промежуточный узел, стропильной фермы;

- наименьшее из значений .

Расстояние между центрами болтов «а» и от края элемента «а*» или «b*» принимаем кратным 5 мм.

Конструктивно принимаем 4 болта.



Рисунок 2.14 - Узел 6:

1 - верхний пояс (200х160х9,0); 2 - стойка (80х80х5,0); 3 - раскос (70х70х5,5)

На растяжение:

(2.51)

где - расчетное сопротивление болтов растяжению,;

- расчетная площадь сечения болта нетто, .

При действии на болтовое соединение продольной силы N, количество болтов определяется по формуле (2.52)

(2.52)

где - продольное усилие в стойке 6-17, .

Принимаем 2 болта по одну сторону.

Рисунок 2.15 - Узел 17:

2 - стойка (80х80х5,0); 4 - нижний пояс (220х140х8,0)

2.7 Расчет прикрепления стойки к поясам фермы

Расчет угловых швов нахлестных соединений, прикрепляющие стойку к поясам фермы выполняется на условный срез по двум сечениям:

По металлу шва:

(2.53)

По металлу границы сплавления:

(2.54)

где - коэффициент для расчета углового шва по металлу шва, ;

- то же, по металлу границы сплавления, ;

- расчетное значение сопротивления угловых швов, условному срезу по металлу шва, ;

- то же, по металлу на границе сплавления,;

- длина шва,

Принимаем катет шва .

2.8 Расчет и конструирование колонны

2.8.1 Расчетные длины колонны

В плоскости рамы:

(2.55)

Из плоскости рамы:

(2.56)

где - коэффициент расчетной длины колонны в плоскости рамы, при жестком закреплении колонны к фундаменту и при шарнирном прикреплении ригеля к колонне в двухпролетной раме, ;

- то же, из плоскости рамы, предварительно ;

- геометрическая длины колонны, .

.

.

2.8.2 Подбор сечения стержня колонны

Предварительно высоту сечения колонны была принята по формуле (2.2):

.

Требуемая площадь сечения определяется по условной гибкости стержня колонны:

(2.57)

где - радиус инерции сечения, предварительно при расчете для двутавра .

Определяем относительный эксцентриситет m_x:

(2.58)

где - эксцентриситет приложения силы, м;

- момент сопротивления сечения, вычисленный для наиболее сжатого волокна, .

Эксцентриситет определяется как отношение момента к продольной силе сечения элемента 3 по табл. 2.4:

- в предварительных расчетах принимаем:

;

Вычисляем приведенный относительный эксцентриситет :

(2.59)

где - коэффициент влияния формы сечения, определяем по табл. Д.2[3], предварительно при :

Требуемая площадь сечения колонны:

(2.60)

где - коэффициент снижения расчетных сопротивлений при внецентренном сжатии, определяемый по табл. Д.3[3];

С учетом требуемой высоты сечения и площади принимаем широкополочный двутавр с параллельными гранями полок №60Ш1 по [10].

Таблица 2.14 - Геометрические характеристики двутавра

№

h

b

s

t

A

Ix

Wx

ix

Iy

Wy

iy

q

мм

мм

мм

мм

см2

см4

см3

см

см4

см3

см

кг/м

60Ш1

580

320

12

17

181,1

107300

3701

24,35

9302

581

7,17

142,1

2.8.3 Проверка сечения колонны

В плоскости рамы

Площадь сечения пояса и стенки определяется по формулам (2.61) и (2.62):

(2.61)

(2.62)

При

Уточним приведенный относительный эксцентриситет

Проверка по I группе предельных состояний по (2.35):

Предельная гибкость определяется по (2.34):

Принимаем

Проверка по II группе предельных состояний:

Принимаем подобранное сечение двутавра 60Ш1 в качестве стержня колонны.

Из плоскости рамы

Уменьшаем расчетную длину из плоскости вдвое и предусматриваем распорки.

Предельная гибкость определяется по формуле (2.34), но с учетом, что:

- коэффициент продольного изгиба, определяемый как для центрально-сжатых колонн по табл. Д.1[3], тип сечения с, .

Принимаем

Предельная гибкость из плоскости рамы:

Проверка по II группе предельных состояний:

Проверка по I группе предельных состояний:

(2.63)

где с - коэффициент, принимаемый по [3] при :

(2.64)

здесь - коэффициенты, определяемые по формулам (2.65) и (2.66):

(2.65)

(2.66)

МПа

Окончательно принимаем подобранное сечение двутавра 60Ш1 в качестве стержня колонны.

Рисунок 2.16 - Вид сечения стержня колонны

2.8.4 Расчет базы колонны

В расчетной схеме рамы принято жесткое закрепление колонны в фундаменте.

Комбинация расчетных усилий принята по максимальному приведенному усилию в сечении 1 по табл. 2.4: M = 5,3 кН•м и N = -392,9 кН.

Определение размеров опорной плиты в плане

Ширина опорной плиты определяется по формуле (2.67):

(2.67)

где - толщина траверсы базы колонны, принимаем ;

- размеры консольных свесов, принимаем .

(в соответствии ширине листа универсальной листовой стали)

Отсюда следует, что:

Длина опорной плиты определяется по формуле (2.68):

(2.68)

где - расчетное сопротивление бетона смятию, ,

здесь ,

- площадь верхнего обреза фундамента, принимаем