 |
Задание нагружений на рамы каркаса общественного здания
|
|
|
|
Расчетно–конструктивная часть
Компоновка конструктивной схемы
Общие данные
Проектируемый производственный блок мусоросортировочного завода решен в каркасной конструктивной схеме. Для рабочей площадки производственной части здания выбираем сетку колонн 36х6 м. По статической схеме рабочей площадки проектируем фермы с шарнирным опиранием. Нагрузка на фермы передаётся через балки настила и рамный каркас фонаря. Фермы проектируем в виде коробки из швеллеров, соединённых на сварке. Пролёт фермы – 36 м. Шаг ферм – 6 м.
Балки настила приняты из двутавра по сортаменту. Шаг балок настила – 6 м.
Рамные каркасы фонаря приняты из коробки из швеллеров, сваренных между собой, принятых по сортаменту. Шаг ферм – 6 м.
Колонна стальная сквозного сечения, состоящего из двутавра.
Исходные данные для расчета:
- Пролет фермы рабочей площадки (l, м) – 36
- Шаг ферм рабочей площадки (a, м) – 6
- Высота рабочей площадки (h, м) – 14.4-14,0
Расчетная схема каркаса приведена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Расчетная схема каркаса
Сбор нагрузок
Таблица 2.1 - Нагрузки на 1 м2 перекрытия
| Вид нагрузки | Нормативная нагрузка Н/м2 | Коэффициент надежности
по нагрузке, 
| Расчётная нагрузка, Н/м2 |
| 1.Постоянная g: - защитный слой гравия, на битумной мастике, t=20 мм, g=20 кН/м3 - гидроизоляционный ковер из 4-х слоев рубероида, t=20 мм - пароизоляция из одного слоя рубероида, t=5 мм - стальная панель из профнастиа Н114-750-1,0; t=10 мм - утеплитель ЭПС «Стировоам» 500*А (28кг/м3 ) толщиной 0,1м | 1,3 1,3 1,3 1,05 1,2 | 33,6 | |
| ИТОГО | - | ||
| Временная V: Кратковременная снеговая | 1,2 | ||
| Полная нагрузка (g+V): | - |
|
|
|
Нагрузка на 1 п.м. поверхности перекрытия между балками настила
- расчётная постоянная g = 1,041×6= 6,25кН/м;
- расчётная полная (g+V) = 3,201×6= 19,2кН/м;
- нормативная постоянная 
= 0,832×6= 4,99 кН/м;
- расчетная временная V = 2,16×6= 12,96кН/м.
- нормативная полная (
) = 2,604×6=15,62кН/м;
Расчет балки настила
Общие характеристики:
Сталь: С245-фасон 2-20 мм
Расчетное сопротивление стали Ry =24.0 кН/см2
Коэффициент условия работы 0,9
Коэффициент условия надежности по ответственности 0,95
Схема длины балки приведена на рисунке 2.21. На рисунке 2.22 приведены габаритные размеры балки
| L |
Рисунок 2.21 – Длина пролета L=6 м
Рисунок 2.22-Сечение
Сечение: Двутавр нормальный 23Б1 по ГОСТ 26020-83
Толщина слоя коррозии 0,052. Геометрические характеристики сечения приведены в таблице 2.21. Закрепления от поперечных смещений и поворотов сведено в таблице 2.22.
Таблица 2.21 – Геометрические характеристики сечения
| Параметр | Значение | |
| Высота | мм | |
| Ширина | мм | |
| Толщина стенки | 5,6 | мм |
| Толщина полки | мм | |
| Радиус сопряжения полки и стенки | мм | |
| Радиус закругления края полки | мм | |
| Площадь | 32,91 | см2 |
| Масса | 25,82 | кг/м |
| Момент инерции относительно оси Х | см4 | |
| Момент инерции относительно оси Y | 200,3 | см4 |
| Момент кручения | 8,421 | см4 |
| Статически момент полу сечения относительно оси Y | 28,39 | см3 |
| Статически момент полу сечения относительно оси Х | 147,2 | см3 |
| Статистический момент верхней полки сечения относительно оси Х | 122,5 | см3 |
| Пластический момент сопротивления сечения относительно оси Х | 294,5 | см3 |
| Пластический момент сопротивления сечения относительно оси Y | 56,79 | см3 |
| Секториальный момент инерции | см6 | |
| Периметр | 88,88 | см |
Таблица 2,22 – Закрепления от поперечных смещений и поворотов
|
|
|
| Слева | Справа | |
| Перемещение вдоль Y | Закреплено | Закреплено |
| Перемещение вдоль Х | Закреплено | Закреплено |
| Поворот вокруг Y | Закреплено | Закреплено |
| Поворот вокруг Х |
С помощью программного комплекса «LIRA SAPR» зададим следующие типы загружения:
Загружение 1 – постоянное от веса покрытия, представлено на рисунке 2.23
Загружение 2 – постоянное от собственного веса конструкций, представлено на рисунке 2,24;
Загружение 3 – кратковременная (от снеговой нагрузки), представлено на рисунке 2.25;
Рисунок 2.23 – Деформированный вид от покрытия каркаса в ПК «LIRA SAPR»
Рисунок 2.24 – Деформированный вид от собственного веса каркаса в ПК «LIRA SAPR»
Рисунок 2.25 – Деформированный вид временной снеговой нагрузки в ПК «LIRA SAPR»
Эпюра поперечных сил приведены на рисунках 2.26;2.27 и 2.28. изгибающих моментов приведены на рисунках 2.26.1;2.27.1 и 2.28.1.
Рисунок 2.26 – Эпюра поперечных сил от покрытия каркаса в ПК «LIRA SAPR»
Максимальное усилие 12,69 кН и -12,69 кН
Рисунок 2.26.1 – Эпюра изгибающих моментов от покрытия каркаса в ПК «LIRA SAPR»
Максимальное усилие 19.035 кН.
Рисунок 2.27 – Эпюра поперечных сил от собственного веса каркаса в ПК «LIRA SAPR»
Максимальное усилие 0,759 кН и -0,759 кН.
Рисунок 2.27.1 – Эпюра изгибающих моментов от покрытия каркаса в ПК «LIRA SAPR»
Максимальное усилие 1,14 кН.
Рисунок 2.28 – Эпюра поперечных временной снеговой нагрузки в ПК «LIRA SAPR»
Максимальное усилие 19,44 кН и -19,44 кН.
Рисунок 2.28 – Эпюра изгибающих моментов временной снеговой нагрузки в ПК «LIRA SAPR»
Максимальное усилие 29,16 кН.
Проверка прочности и жёсткости принятого сечения.
По сортаменту (ГОСТ 26020-83) выбираем номер двутавра 23Б1
(W=260,5см3)
Расчет фермы
2.3.1 Сбор нагрузок на раму
Рисунок 2.31 – Схема рамы каркаса общественного здания
Главную ферму проектируем в виде коробки из 2-х швеллеров. Принимаем сечения элементов фермы:
- верхний пояс – коробка из двух швеллеров 200х100х6;
- нижний пояс – коробка из двух швеллеров 200х80х4;
- стойки и раскосы фермы – 160х80х4.
Ветровая нагрузка определяется о формуле
Wm=W0kc (2.3.1)
Место проектирования г. Рязань по СНиП2.01.07-85 (с изм. 1 1993) берем коэффициенты
W0=1,51 кПа;
k=0.25 м;
с =0,75
Wm=1,51*0,25*0,75=0,28 кПа
|
|
|
Нормативная нагрузка на главную ферму определяется по формуле (2.13):
, (2.13)
Расчётная нагрузка на главную ферму определяется по формуле (2.14):
, (2.14)
.
Расчетная нагрузка балки настила равна 1,51 кН/м
Задание нагружений на рамы каркаса общественного здания
Расчет фермы производится с помощью ПК «LIRA SAPR».
С помощью программного комплекса «LIRA SAPR» зададим следующие типы загружения:
- постоянное от веса покрытия, представлено на рисунке 2.13;
- постоянное от собственного веса конструкций, представлено на рисунке 2.14;
- кратковременное (от снеговой нагрузки), представлено на рисунках 2.15;
-кратковременная(от ветра)представлено на рисунке 2.16
Рисунок 2.13 – Деформированный вид от покрытия фермы в ПК «LIRA SAPR».
Рисунок 2.14 – Деформированный вид от собственного веса фермы в ПК «LIRA SAPR».
Рисунок 2.15 – Деформированный вид от снеговой нагрузки на ферму в ПК «LIRA SAPR».
Результаты расчета
В ходе расчета было установлено, что наибольшее перемещение по оси z равно 110мм, что меньше допустимого прогиба l/250=36000/2500=144мм.
Мозаики наибольших усилий в стержнях представлены на рисунках 2.16 – 2.18. В ходе расчета было установлено, что наибольшие усилия возникают в элементе № 14 и № 4:
Максимальное поперечное усилие N = 45,2кН
Максимальное продольное усилие Qz =0.932 Н
Максимальный изгибающий момент Мy = 3.6 кН*м;
Рисунок 2.16 – Мозаика усилий N от веса покрытия
Рисунок 2.17 – Мозаика усилий Qz от веса покрытия
Рисунок 2.18 – Мозаика усилий Му от веса покрытия
Определим усилие в наиболее нагруженном стержне 4
Вычислим напряжения, возникающие в 4 стержне по формуле (2.10):
Действующие напряжения оказались меньше расчетного сопротивления стали R y ×γc = 200×0,9 = 180 МПа. (γc коэффициент условий работы).
Сжатый стержень должен быть проверен на выполнение условия устойчивости. Рассмотрим левый раскос № 14.
Возникающая в нем продольная сила N = - 86,9 кН.
Гибкость стержня определяем по формуле (2.11):
Гибкость стержня не превышает допустимую. (Допускаемая гибкость для сжатых поясов и основного раскоса [λ] = 160 – 60 α)
|
|
|
где: α – отношение действующей нагрузки к расчетной должно быть в пределах 0.5 – 0.8.
Рисунок 2.19 – Равновесие 1 узла
(∑ у = 0, рисунок 2.16), определяем величину опорной реакции (R 1 =194,45 кН.) учитывая возможное одновременное действие всех нагружений.
|
|
|
