Конструкции городских зданий и сооружений

1. Компоновка конструктивной схемы каркаса 1.1 Исходные данные Конструктивное решение промышленного здания: Пролет здания L = 18 м., шаг колонн В = 6 м., длина здания ℓ = 24 м.
Температурный режим здания – холодный Тип фермы – 6, тип решетки-6, длина панели решетки ℓ =1,5 м. 2. Расчет стропильной фермы 2.1 Выбор расчетной схемы Ферма балочного типа опирается шарнирно (передает только опорные реакции). 2.2 Сбор нагрузок На стропильную ферму действуют несколько видов нагрузки: – постоянная нагрузка – собственный вес фермы, вес конструкции покрытия, вес конструкции связи, опорные моменты от жесткости узлов и т.д. – временно кратковременная нагрузка – снеговая нагрузка, ветровая – Постоянные нагрузки на покрытие. Таблица 1 Вид нагрузки gН гF g Гидроизоляция (4 слоя рубероида) Пароизоляция (1 сл рубероида) Профилированный настил Стальные волнистые листы Пароизоляция Прогоны сплошные У 0,2 0,05 0,14 0,15 0,05 0,08 УgН=0,62 1,3 1,3 1,1 1,1 1,3 1,05 0,26 0,065 0,154 0,165 0,07 0,084 Уg=0,728 Определяем единичную силу действующую на узлы фермы от постоянной нагрузки: gПОС.= Уg*В*г = 0,728*6*0,95=4,1496 кн Определяем единичную силу Р= gПОС*a=4.1496*1.5=6.2244 кН – Временная нагрузка: · Снеговая нагрузка , где п 5.7 [3], табл. 4 [2],п. 5.3. [2], (район строительства г. Иркутск -2) . Диаграммы усилий от вертикальной единичной нагрузки · Ветровая нагрузка При шарнирном сопряжении на ферму передаются усилия от ветровой нагрузки. Ферма симметричная, определяем усилия в стержнях фермы при действии ветра слева. – Активное давление ветра , где =0,38 кн/мІ п. 6.4 [3], нормативный скоростной напор ветра, табл. 5, п. 6.4 район 3-г. Иркутск с =0,8 п. 6.6 [3], аэродинамический коэффициент, учитывающий конфигурацию здания для активного давления ветра, с=0,6 – для пассивного давления к = 1, п. 6.5. [3], коэффициент учитывающий изменение давления ветра по высоте: гf =1.4 п. 6.11/3/.к=0,59 при высоте верха фермы 8 м – Пассивного давление ветра , где - 0,38 кн/мІ п. 6.4 [3], нормативный скоростной напор ветра, Определение аэродинамических коэффициентов на покрытии (приложение 4 схема 2 (2)) Tg a=8/12=0,666 (7), а=33 град Се1=0,3 Се2=-0.4 Давление ветра на верхнем поясе на ветрен. стороны покрытия Давление ветра на верхнем поясе подветренной стороны покрытия фермы Расчетная узловая нагрузка на верхнем поясе на ветряной стороны покрытия фермы 2.3 Статический расчет Статический расчет фермы производим от каждого вида нагрузки. При расчете определяем усилия в каждом стержне фермы. Расчет фермы производим графически, т.е. построение диаграммы Максвелла-Кремоны. (рис. 7, рис. 8) Результаты расчета сводятся в таблицу усилий. Ветер справа=ветер слева Расчет усилий в стержнях фермы № стержня Усилия, Р=1 Усилия от постоян нагр, Р=6.23, кН Усилия от снеговой нагрузки, Р=11,52, кН Усилия от ветровой нагрузки Расчетные усилия, максимальные, Nmax, кН слева справа ш=1 ш=0,9 ш=1 ш=0,9 ш=1 ш=0,9 № усилий Сжатие: (–) Растяжение: (+) № усилий 1 2а 2б 3а 3б 4а 4б 1 2 3 4 5 10 11 12 13 14 15 16 В-П А-1 2,1 12,78 24,192 21,77 1.5255 1.373 1.5255 1.373 1.2.3.4 40 Б-2 2,1 12,78 24,192 21,77 1.0926 0.983 1.0926 0.983 1.2.3.4 39.16 В-5 -5,5 -29,82 -63,36 -57,02 0.0289 0.026 0.0289 0.026 1.2 93.18 Г-6 -5,5 -29,82 -63,36 -57,02 -0.4041 -0.3637 -0.4041 -0.3637 1.2.3.4 94 Д-8 -9,7 -58,8 -111,74 -100,5 -0.6449 -0.58 -0.6449 -0.58 1.2.3.4 171.8 Е-9 -9,6 -58,8 -110,6 -99,54 -1.0778 -0.97 -1.0778 -0.97 1.2.3.4 171.5 Ё-11 -9,3 -56,6 -107,14 -96,42 0.5625 0.5 0.5625 0.5 1.2 203.56 Ж-12 -9,2 -56,6 -105,9 -95,31 0.1296 0.1166 0.1296 0.1166 1.2 162.5 З-14 -9,2 -56,6 -105,9 -95,31 1.9591 1.76 1.9591 1.76 1.2 162.5 И-15 -9,2 -56,6 -105,9 -95,31 1.4437 1.3 1.4437 1.3 1.2 162.5 К-17 -9,2 -56,6 -105,9 -95,31 3.1542 2.84 3.1542 2.84 1.2 162.5 Л-18 -9,7 -58,8 -111,74 -100,5 2.6388 2.37 2.6388 2.37 1.2 170.54 М-20 -5,5 -29,82 -63,36 -57,02 1.5063 1.356 1.5063 1.356 1.2 93.18 Н-21 -5,5 -29,82 -63,36 -57,02 1 0.9 1 0.9 1.2 93.18 О-24 2,1 12,78 24,192 21,77 -1.3895 -1.25 -1.3895 -1.25 1.2 37 П-25 2,1 12,78 24,192 21,77 -1.9044 -1.714 -1.9044 -1.714 1.2 37 НП 1-Т -2 -12,4 -23,04 -20,74 6.175 5.54 6.175 5.54 1.2 35.44 З-Т -4,3 -24,8 -49,536 -44,58 4.485 4.036 4.485 4.036 1.2 74.336 4-С -4,3 -24,8 -49,536 -44,58 4.485 4.036 4.485 4.036 1.2 74.336 7-С 8,3 49,6 95,616 86,05 7.093 6.384 7.093 6.384 1.2.3.4 159.4 10-С 9,5 57,87 109,44 98,5 5.709 5.138 5.709 5.138 1.2.3.4 178.73 13-С 8,3 49,6 95,616 86,05 3.327 2.99 3.327 2.99 1.2.3.4 151.87 16-С 9,5 57,87 109,44 98,5 0.6073 0.546 0.6073 0.546 1.2.3.4 168.53 19-С 8,3 49,6 95,616 86,05 -0.604 -0.544 -0.604 -0.544 1.2 145.2 22-С -4,4 -24,8 -50,688 -45,62 4.218 3.796 4.218 3.796 1.2 96.3 23-Р -4,4 -24,8 -50,688 -45,62 4.218 3.796 4.218 3.796 1.2 96.3 25-Р -2 -12,4 -23,04 -20,74 2.109 1.9 2.109 1.9 1.2 35.44 Раскос 5–4 10,4 60,07 119,8 107,82 2.5737 2.316 2.5737 2.316 1.2.3.4 185 3–2 2,5 13,86 28,8 25,92 1.8895 1.7 1.8895 1.7 1.2.3.4 46.44 8–7 1,6 10,52 18,432 16,588 -0.6964 -0.627 -0.6964 -0.627 1.2 29 7–6 -4,3 -29,23 -49,536 -44,58 -0.4327 -0.39 -0.4327 -0.39 1.2.3.4 79.63 11–10 -0,9 -5,32 -10,368 -9,33 -2.019 -1.82 -2.019 -1.82 1.2.3.4 19.7 10–9 -0,2 -1,5 -2,304 -2,0736 1.6074 1.45 1.6074 1.45 1.2 24.54 14–13 2,1 11,88 24,192 21,77 -3.2816 -2.952 -3.2816 -2.952 1.2 36 13–12 2,1 11,88 24,192 21,77 2.8226 2.54 2.8226 2.54 1.2.3.4 38.9 17–16 -0,2 -1,5 -2,304 -2,0736 -1.6357 -1.47 -1.6357 -1.47 1.2.3.4 7.07 16–15 -1 -6,4 -11,52 -10,37 2.2572 2.03 2.2572 2.03 1.2 17.9 20–19 -4,1 -29,22 -47,232 -42,5 1.2766 1.15 1.2766 1.15 1.2 76.45 19–18 1,5 10,52 17,28 15,55 0.43 0.387 0.43 0.387 1.2.3.4 28.66 24–23 2,5 13,86 28,8 25,92 -2.3591 -2.123 -2.3591 -2.123 1.2 42.66 22–21 10,4 60,07 119,8 107,82 -4.3819 -3.944 -4.3819 -3.944 1.2 179.9 Стойка 2–1 -1 -6,2 -11,52 -10,37 -0.845 -0.76 -0.845 -0.76 1.2.3.4 19.41 4–3 -8 -49,6 -92,16 -82,94 -2.994 -2.7 -2.994 -2.7 1.2.3.4 147.7 6–5 -1 -6,2 -11,52 -10,37 -0.845 -0.76 -0.845 -0.76 1.2.3.4 19.41 9–8 -0,9 -6,2 -10,368 -9,33 -0.845 -0.76 -0.845 -0.76 1.2.3.4 18.26 12–11 -1 -6,2 -11,52 -10,37 -0.845 -0.76 -0.845 -0.76 1.2.3.4 19.41 15–14 -1 -6,2 -11,52 -10,37 1.057 0.95 1.057 0.95 1.2 17.7 18–17 -1 -6,2 -11,52 -10,37 1.057 0.95 1.057 0.95 1.2 17.7 21–20 -1 -6,2 -11,52 -10,37 1.057 0.95 1.057 0.95 1.2 17.7 23–22 -8 -49,6 -92,16 -82,94 4.524 4.07 4.524 4.07 1.2 141.76 25–24 -1 -6.2 -11,52 -10,37 1,055 0,95 1,055 0,95 1,2 17,72 2.4 Подбор сечений стержней фермы Стержни фермы рассчитываются, как центрально сжатые на устойчивость или как центрально растянутые на прочность. Расчетная длина сжатого стержня в плоскости фермы и из плоскости:
где мx(y)– коэффициент расчетной длины при потере устойчивости в плоскости (x-x) и из плоскости (y-y) фермы табл. 11/1/; l0x(0y) – геометрическая длина стержня (расстояние между точками закрепления от смещения в плоскости x-x (y-y)). Точками закрепления узлов фермы от поперечного смещения могут являться связи, плиты покрытия, прогоны и т.п. Расчетная длина стержней заносится в таблицу 3. В таблице производим расчет максимального усилия растяжения и сжатия в каждом стержне. Принимаем марку стали ВСт3пс6–10 мм табл. 50 [1]; группа 2 Rуn = 245 мПа; Run = 370 мПа; Rу = 240 мПа; Ru = 240 мПа табл. 51 [1] Подбор сечений сжатых стержней начинается с определения требуемой площади: где N – расчетное сжимающее усилие, действующее в стержне, кН (табл. 2); гс =0,9 – коэффициент условий работы (табл. 6/1/); ц =0,99 – коэффициент продольного изгиба, определяется по табл. 72/1/ в зависимости от гибкости стержня л. В первом приближении коэффициент ц можно определить по заданной гибкости: · для поясов легких ферм л = 60ч80. · для решетки легких ферм л=100ч120. По полученной требуемой площади по сортаменту подбирается подходящий профиль с условием Ax ≥ Aтр. Из сортамента выписываются основные геометрические характеристики сечения: Ax, ix; iy, результаты заносятся в таблицу 3. Требуемая площадь сечения растянутого стержня определяется из условия прочности по формуле: где N – расчетное растягивающее усилие, действующее в стержне (табл. 2), кН; гс – коэффициент условий работы (табл. 6/1/). По требуемой площади по сортаменту подбирается подходящий профиль с условием Аx ≥ Атр. Из сортамента выписываются основные геометрические характеристики сечения: Аx, ix, iу, результаты заносятся в таблицу 3. По полученным усилиям подбираем сечения растянутых и сжатых стержней, производим проверки прочности для сжатых стержней: для растянутых стержней: проверка жесткости: лx(y)=lx(y)/ix(y)≤[л]. 2.5 Конструирование и расчет узлов ферм Для построения узлов фермы и определения габаритов фасонок определяем длины сварных, соединяющих стержни. Назначаем характеристики швов: Сварка полуавтоматическая. Сварочная проволока Св 08. Расчетные характеристики сварного углового шва: Rw¦=180 МПа – табл. 56/1/; gw¦=1 – п. 11.2/1/; gс=1,1 – табл. 6/1/; b¦=0,7 – табл. 34; Rwz=0,45Run=0,45×370=166.5 МПа – табл. 3/1/; gс=1,1 – табл. 6/1/; gwz=1-п. 11.2/1/; bz=1 – табл. 34; Принимаем k¦=5 мм (табл. 38). Для расчета принимается максимальная длина. Полная длина сварного шва состоит из шва на обушке и шва на пере где ; – длина сварного шва соответственно на обушке и на пере. Длина шва на обушке и на пере определяется из равенства статических моментов относительно центра тяжести сечения создаваемых швом на обушке и швом на пере. , конструктивный ферма стропильный стержень где h – высота сечения стержня; z0 – расстояние от обушка до центра тяжести сечения. Расчетные характеристики сварного углового шва: разрушение по металлу шва разрушение по границе сплавления: Длина сварного шва определяется из выражения: ; Полученные длины сварных швов приведены в таблице 4 «Расчетные длины сварных швов» Таблица 4. Расчет длины сварных швов №Стерж Nmax LwО LwП Lw Верхний пояс А-1 40 43,5 14,5 58 Б-2 39.16 43 14 57 В-5 -93.18 101 34 135 Г-6 -94 102 34 136 Д-8 -171.8 186 62 248 Е-9 -171.5 186 62 248 Ё-11 -203.56 220 74 294 Ж-12 -162.5 176 59 235 З-14 -162.5 176 59 235 И-15 -162.5 176 59 235 К-17 -162.5 176 59 235 Л-18 -170.54 184 62 246 М-20 -93.18 101 34 135 Н-21 -93.18 101 34 135 О-24 37 40 14 54 П-25 37 40 14 54 Нижний пояс 1-Т -35.44 38 13 51 З-Т -74.336 80 27 107 4-С -74.336 80 27 107 7-С 159.4 172 58 230 10-С 178.73 193 65 258 13-С 151.87 164 55 219 16-С 168.53 182 61 243 19-С 145.2 158 52 210 22-С -96.3 104 35 139 23-Р -96.3 104 35 139 25-Р -35.44 38 13 51 Раскосы 5–4 185 200 67 267 3–2 46.44 50 17 67 8–7 29 31 11 42 7–6 -79.63 86 29 115 11–10 -19.7 22 7 29 10–9 -24.54 27 9 36 14–13 36 39 13 52 13–12 38.9 42 14 56 17–16 -7.07 7 3 10 16–15 -17.9 19 7 26 20–19 -76.45 82 28 110 19–18 28.66 31 11 42 24–23 42.66 104 35 139 22–21 179.9 195 65 260 Стойки 2–1 -19.41 21 7 28 4–3 -147.7 160 53 213 6–5 -19.41 21 7 28 9–8 -18.26 19 7 26 12–11 -19.41 21 7 28 15–14 -17.7 19 7 26 18–17 -17.7 19 7 26 21–20 -17.7 19 7 26 23–22 -141.76 154 51 205 25–24 -17,72 19 7 26 Минимальная длина шва 50 мм 2.5 Узлы фермы Для избежания дополнительных усилий необходимо центрировать стержни в узлах по осям, проходящим через их центры тяжести с округлением до 5 мм. Для уменьшения действия сварочных напряжений стержни решетки не доводят до поясов на расстояние: а=6t+20 = 56 мм, а≤80 мм
· где t = 6 мм – толщина фасонки. минимальная длина нахлеста 5t=5*6=30, где t – максимальная толщина фасонки либо полки уголка.
Литература 1. СНиП II – 23 – 81. Стальные конструкции. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 96 с. 2. СНиП 2.01.07 – 85. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 36 с. 3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведерников и др.; Под общей редакцией Е.И. Беленя. – 6-е изд., перераб. И доп. – М.: Стройиздат, 1986. – 560 с. 4. Металлические конструкции. В 3-х т. Т. 1. Элементы конструкций: Учеб. Пособие для строит. Вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева. – М.: Высш. Шк. 1997. – 527 с. 5. Металлические конструкции. В 3-х т. Т.2 Конструкции зданий: Учеб. Пособие для строит. Вузов/ В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева. – М.: Высш. Шк. 1999. – 528 с. 6. Расчет стальных конструкций: Справ. пособие / Я.М. Лихтарников, Д.В. Ладыжский, В.М. Клыков. – 2-е изд., перераб. И доп. – Киев: Будивельник, 1984. – 386 с. 7. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. В 2-х т. Т. 1 /Под ред. А.А. Уманского. – 2-е изд., перераб. и доп. – М: Стройиздат, 1972. –600 с.