Размещено на http://allbest.ru

Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Образования

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерно-строительный институт

Кафедра «Строительных конструкций и управляемых систем»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема: «Стальной каркас здания»

Студент К.А. Черненко

Руководитель А.В. Фроловская

Красноярск, 2016г

Содержание

1. Компоновка конструктивной схемы каркаса здания

2. Выбор ограждающих конструкций

2.1 Сбор нагрузок

2.1.1 Сбор нагрузок на каркас здания

2.1.2 Расчет постоянных нагрузок

2.1.3 Расчет временных нагрузок

3. Статический расчет рамы

4. Эпюры внутренних усилий

4.1 Постоянная загрузка

4.2 Снеговая нагрузка

4.3 Ветровая нагрузка слева (нагрузка справа зеркальная)

4.4 Нагрузка на перекрытие

5. Определение расчетных сочетаний усилий

1. Компоновка конструктивной схемы каркаса здания

Район строительства - г. Москва;

пролет здания в осях АВ - 36м, АБ и БВ по 18 м (рисунок -1);

длина здания - 108м;

отметка низа ригеля ;

отметка верха перекрытия ;

заводские соединения - сварные;

монтажные соединения - болтовые;

здание отапливаемое с малоуклонной кровлей (i = 12°).

В соответствии с исходными данными примера назначаем шаг колонн В = 6 м и опираем на них стропильные фермы.

Привязку наружной грани колонны к продольным координационным осям А и В принимаем нулевой (а = 0). У торцов здания для удобства оформлении углов стеновыми панелями колонны смещаем с модульной сетки координационных осей на 500 мм. При заданной длине здания 108 м устройство температурного шва не требуется. Сопряжение колонн с фундаментами принимаем жестким, ригелей с колоннами - шарнирное. Высота сечения колонны по осям А и В в первом приближении соответствуют двутавру 35 К1,как и по оси Б.

Для обеспечения геометрической неизменяемости пространственной системы каркаса предусмотрены связи по покрытию (рисунок 3) и связи между колоннами (рисунок 4). Они позволяют уменьшить расчетную длину элементов конструкций; воспринимают ветровые нагрузки, действующие на каркас, и обеспечивают его пространственную работу. Стены здания выполняем из сэндвич - панелей. каркас здание нагрузка рама

Рисунок 1 - Компоновочная схема поперечной рамы здания

Рисунок 4 - Связи каркаса производственного здания по колоннам по оси Б



Рисунок 3 - Связи каркаса производственного здания по покрытию

2. Выбор ограждающих конструкций

Ограждающие конструкции выполняем из сэндвич панелей с минераловатным утеплителем.

По СНиП 23.02-2013 "Тепловая защита зданий"

, (1)

где градусо-сутки отопительного периода,

температура внутреннеговоздуха,

средняя наружного воздуха отопительного периода со среднесуточной температурой наружного воздуха >8,

продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой наружного воздуха >8.

По СНиП 23-01-99* "Строительная климатология" для г. Владивостока:

Для производственных зданий с сухим и нормальным режимами

	стены	покрытие
4000	1,8	2,5
6000	2,2	3

Интерполируя между значениями находим коэффициенты:

По ТУ 5284-371-39124899-2008 «панели металлические стеновые и кровельные с минераловатным и полистирольным экструзионным утеплителем» принимаю:

- стеновые панели t=1000 мм;

- кровельные панели t=150 мм.

Таблица 1- Характеристики ограждающих конструкций

Наименование	Термическое сопротивление,	Толщина, мм	Масса, кг
Стеновая сэндвич панель с минераловатным утеплителем	2,2	100	20
Кровельная сэндвич панель с минераловатным утеплителем	3,19	150	29,7

2.1 Сбор нагрузок

2.1.1 Сбор нагрузок на каркас здания

Поперечную раму рассчитывают на постоянные нагрузки - от веса несущих и ограждающих конструкций здания и временные - от снега, ветра и других нагрузок, если они имеются.

2.1.2 Расчет постоянных нагрузок

В таблице 2 приведены нагрузки на стропильную ферму.

Таблица 2- Нагрузки на стропильную ферму

Состав кровли	Ед. измерения	Нормативная нагрузка	Коэф.надеж. по нагрузке	Расчетная нагрузка
Сэндвич панель с минераловатным утеплителем t=150 мм, m=29,4 кг/м2=0,3кН/м2	кН/м2	0,3	1,3	0,39
Несущие конструкции покрытия		0, 4	1,05	0,42
Итого		0, 7	2,35	0,81

Расчетная постоянная нагрузка на 1 погонный м ригеля покрытия:

(2)

где б - угол наклона кровли к горизонту.

Расчетная нагрузка на перекрытие:

Нагрузка от собственного веса элементов перекрытия. Расход стали на 1 м²:

(3)

Нагрузка от веса колонн:

Предварительно для крайних колонн был выбран двутавр 35К1 с

Нагрузка от стенового ограждения:

Таблица 3 - Нагрузка от веса стенового ограждения

	Ед. измерения	Нормативная нагрузка	Коэф.надеж. по нагрузке	Расчетная нагрузка
Стеновая сэндвич панель с минераловатным утеплителем t=100 мм, m=20 кг.	кН/м2	0,2	1,3	0,26
Итого:		0,2		0,26

Рисунок 5 - Постоянные нагрузки на раму

Нагрузка от веса стены:

(4)

(5)

где высота укладки стеновых панелей.

эксцентриситет приложение силы .



2.1.3 Расчет временных нагрузок

Снеговая нагрузка: Расчетное значение снеговой нагрузки на ригель поперечной рамы без подстропильных конструкций подсчитывается по формуле:

Рисунок 6 - Снеговая нагрузка на раму

По СП 20.13330.2012- «Нагрузки и воздействие» таблице 10.1 примем снеговую нагрузку Sq=1,8 кПа

(6)

где вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли,

коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие по табл Г.1 СП 20.13330-2012.

Ветровая нагрузка: Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки в зависимости от эквивалентной высоты над поверхностью земли следует определять по формуле:

, (7)

нормативное значение ветрового давления принимается в зависимости от ветрового района по табл. 11.1 СП 20.13330-2012;

аэродинамический коэффициент (при напоре 1,2, при отсосе -0,8);

коэффициент зависящий от высоты здания (по табл. 11.1 СП 20.13330-2011) и типа местности.

В практических расчетах неравномерную по высоте здания ветровую нагрузку на участке от уровня земли до отметки расчетной оси ригеля рамы заменяют эквивалентной равномерно распределенной интенсивностью:

, (8)

где ; (9)

;

коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

коэффициент эквивалентности принимаемый по приложению Е, таблица Е.4. ( на отметке 10 метров.

С наветренной стороны интенсивность ветровой нагрузки на колонну:

С заветренной стороны интенсивность ветровой нагрузки на колонну:

Ветровую нагрузку с участка от оси ригеля до верхней отметки здания передают в виде горизонтальной сосредоточенной силы по формуле:

Сосредоточенные нагрузки с грузовой площади выше отметки ригеля:

с наветренной стороны:

с заветренной стороны:

где грузовая площадь выше отметки ригеля перекрытия

(10)

Рисунок 7 - Схема загружения рамы ветровой нагрузкой по нормам проектирования



Рисунок 8 - Условная расчетная схема нагружения ветровой нагрузкой

Рисунок 9 - Грузовая площадь выше отметки ригеля

Нормативная нагрузка

(11)

Расчетная нагрузка на ригель перекрытия:



Рисунок 10 - Условная расчетная схема нагружения расчетной нагрузкой

3. Статический расчет рамы

Расчет выполняется с использованием расчетной схемы (рисунок 11).

Рисунок 11 - Расчетная схема

В расчетной схеме сквозной ригель заменяем эквивалентным по жесткости сплошностенчатым, момент инерции которого, если площади сечения поясов неизвестны, можно определить по формуле:

где максимальный изгибающий момент в середине пролета ригеля как в простой балке от расчетной нагрузки (от собственного веса конструкций покрытия и снега);

высота фермы в середине пролета;

1,15 - коэффициент, учитывающий отношение усредненной площади сечения поясов к площади нижнего пояса;

коэффициент, учитывающий уклон верхнего пояса:

при i = 1/8…1/10 ;

Осевая жесткость ригеля:

Ригель рамы:

где:

Жесткостные характеристики ригеля перекрытия:

Колонны по осям А, Б и В из I 35К1:

Все исходные данные для статического расчета поперечной рамы сведены в таблицу 4.

Таблица 4 - Исходные данные для расчета поперечной рамы

Показатель	Расчетное значение
Расчетные пролеты рамы, м: (АБ, БВ)	12
(АВ)	24
Длина колонны по оси А и В (НА и НВ) до низа ригеля покрытия, м	10,5
Длина колонны по оси Б (НБ), м	6,898
Изгибные и продольные жесткости ригелей и колонн:
Постоянная нагрузка на ригель покрытия, кН/м	5,3
Постоянная нагрузка на ригель перекрытия, кН/м	4,1
Расчетная нагрузка на ригель перекрытия, кН/м	113,6
Вес колонны (по оси Б) , кН	7,6
Вес колонны (по оси А или В), кН	12,2
Вес стены без учета веса цокольной панели	15,8
Момент от веса стены	3,5
Снеговая нагрузка на ригель покрытия	4,32
Ветровая нагрузка: ѕ распределенная на колонну с наветренной стороны	2,7
ѕ распределенная на колонну с заветренной стороны	1,82
ѕ сосредоточенная вдоль ригеля с наветренной стороны	12,1
ѕ сосредоточенная вдоль ригеля с заветренной стороны	6,5

Таблица 5 - Расчетные усилия по каждому виду загружения для колонн рамы по оси А

ось	элемент	сечение	вид усилия	Усилия от нагрузки
				постоянной	снеговой	ветровой	расчетной
						слева	справа
				1	2	3	4	5
A	1	1	M	-0,6	0	+68,3	-67,18
			N	-95,16	-129,6	0	0	-429,84
			Q	-0,4	0	-12,0	+10,96	0
		3	M	-0,98	0	+55,68	-55,67	0
			N	-95,16	-129,6	0	0	-429,84
	2	1	M	+1,98	0	+55,68	-55,67	0
			N	-80,3	-129,6	0	0	-429,84
		3	M	+0,45	0	+29,17	-74,5	0
			N	-80,3	-129,6	0	0	-429,84
	3	1	M	+0,45	0	+29,17	-27,06	0
			N	-58,3	-129,6	0	0	0
		3	M	0	0	0	0	0
			N	-58,3	-129,6	0	0	0

Таблица 6 - Расчетные усилия по каждому виду загружения для ригеля перекрытия

Расстояние от опоры	вид усилия	Усилия от нагрузки
		постоянной	снеговой	ветровой	расчетной
				слева	справа
		1	2	3	4	5
0	M	0	0	0	0	0
	N	+0,32	0	-10,31	+5,58	0
	Q	+22,02	0	0	0	429,84
2,5	M	+66,06	0	0	0	1289,52
	N	+0,32	0	-10,31	+5,58	0
	Q	+12,85	0	0	0	0
6	M	66,06	0	0	0	0
	N	+0,32	0	-10,31	+5,58	0
	Q	0	0	0	0	0

Таблица 9 - Расчетные усилия по каждому виду загружения для колонны по оси Б

Расстояние от опоры	вид усилия	Усилия от нагрузки
		постоянной	снеговой	ветровой	расчетной
				слева	справа
		1	2	3	4	5
1	M	+66,06	0	0	0	0
	N	+0,5	0	+5,58	-10,3	0
	Q	0	0	0	0	0
2	M	0	0	0	0	967,14
	N	0,5	0	+5,58	-10,3	0
	Q	0	0	0	0	0
3	M	0	0	0	0	1289,5
	N	0,5	0	+5,58	-10,3	0
	Q	0	0	0	0	0

4. Эпюры внутренних усилий

Эпюры внутренних усилий, возникающих в элементах поперечной рамы представлены для каждого вида загружения.

4.1 Постоянная загрузка

N

M

Q

4.2 Снеговая нагрузка

N

M

Q

4.3 Ветровая нагрузка слева (нагрузка справа зеркальная)

N

M

Q

4.4 Нагрузка на перекрытие

N

M

Q

5. Определение расчетных сочетаний усилий

Расчеты элементов каркаса здания должны выполняться с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок и им соответствующих усилий. Эти сочетания устанавливают на основе анализа возможных вариантов одновременного действия различных нагрузок.

Для этого статический расчет рамы производят отдельно на каждую нагрузку (снеговую, ветровую и др.) или на группу нагрузок, которые не могут действовать изолированно одна от другой (собственный вес конструкций покрытия, стен и др.).

Пользуясь данными такого расчета, находят для каждого расчетного сечения рамы свою комбинацию нагрузок, которая создает наиболее неблагоприятные условия работы этого сечения.

Нормами предусмотрены два вида основных сочетаний и одно особое сочетание нагрузок.

Сочетание нагрузок. Основное сочетание с одной кратковременной нагрузкой допускает одновременно учитывать все постоянные, все временные длительные и одну кратковременную нагрузку, причем все эти нагрузки можно принимать без снижения, т.е. с коэффициентом сочетаний

Основное сочетание с двумя и более кратковременными нагрузками позволяет одновременно учитывать любые нагрузки. При этом кратковременные нагрузки принимают с

Для расчета колонны расчетные усилия определяют для всех характерных сечений элементов рамы, в которых ожидаются наибольшие усилия. В каждом таком сечении в начале определяют комбинацию нагрузок, которая дает наибольший положительный изгибающий момент М_max и соответствующую этой комбинации нормальную силу N_s. При этом анализируют все возможные варианты загружений с отвечающими им коэффициентами сочетаний.

Возможные расчетные комбинации усилий для двух видов основного сочетания нагрузок в колонне по оси А приведены в таблице 6.

Таблица 7 - Расчетные усилия при невыгодных сочетаниях нагрузок для колонны рамы по оси А

		Элемент-сечения колонны по оси А
		1-1	1-3	2-1
		M	N	Q	M	N	M	N
	+Mmax	1+3	1+3	1+3
	Ns	67,70	-95,16	11,6	54,70	-95,16	57,66	-80,3
	-Mmax	1+4	1+4	1+4
	Ns	-67,78	-224,76	10,56	56,65	-95,16	-53,69	-80,3
	Nmax	1+5	1+5	1+5
	+Ms	0	-525	-0,4	0	-525	1,98	-510,14
	Nmax	1+5	1+5	1+5
	-Ms	-0,6	-525	-0,4	-0,98	-525	0	-510,14
		2-3	3-1	3-3
	+Mmax	1+3	1+3	1+3
	Ns	29,62	-80,3	0	29,62	-58,3	0	-187,9
	-Mmax	1+4	1+4	1+4
	Ns	-74,05	-80,3	0	-26,61	-58,3	0	-58,3
	Nmax	1+5	1+5	1+3
	+Ms	0,45	-510,14	0	0,45	-58,3	0	-58,3
	Nmax	1+5	1+5	1+4
	-Ms	0	-510,14	0	0	-58,3	0	-58,3
	+Mmax	1+3+5	1+3+5	1+3+5
	Ns	67,70	-525	-12,4	54,70	-525	57,66	-510,14
	-Mmax	1+4+5	1+4+5	1+4+5
	Ns	-67,70	-525	10,56	-56,65	-525	-53,69	-510,14
	Nmax	1+2+3+5	1+2+3+5	1+2+3+5
	+Ms	67,70	-654,6	-12,4	54,70	-654,60	57,66	-639,74
	Nmax	1+2+4+5	1+2+4+5	1+2+4+5
	-Ms	-67,78	-654,6	10,56	-56,65	-654,6	-53,69	-639,74
		2-3	3-1	3-3
	+Mmax	1+3+5	1+3+5	1+3+5
	Ns	29,62	-510,14	0	29,62	-58,3	0	-58,3
	-Mmax	1+4+5	1+4+5	1+4+5
	Ns	-74,05	-510,14	0	-27,15	-58,3	0	-58,3
	Nmax	1+2+3+5	1+2+3+5	1+2+3+5
	+Ms	29,62	-639,14	0	29,62	-187,9	0	-187,9
	Nmax	1+2+4+5	1+2+3+5	1+2+3+5
	-Ms	-74,05	-639,14	0	-27,15	-187,9	0	-187,9

Таблица 8 - Расчетные усилия при невыгодных сочетаниях нагрузок для ригеля перекрытия

		Элемент-сечения
		0	2,5	6
		M	N	Q	M	N	Q	M	N
	+Mmax	1+4	1+4	1+4
	Ns	0	-9,99	+22,02	+66,06	+5,90	+12,85	66,06	5,9
	-Mmax	-	-	-
	Ns	-	-	-	-	-	-	-	-
	Nmax	1+4	1+4	1+4
	+Ms	0	-9,99	+22,02	+66,06	+5,90	+12,85	66,06	5,9
	+Nmax	-	-	-
	-Ms	-	-	-	-	-	-	-	-
	+Mmax	1+4+5	1+4+5	1+4+5
	Ns	0	+5,9	+451,86	+1355,58	5,9	+12,85	66,06	5,9
	-Mmax	-	-	-
	Ns	-	-		-	-	-	-	-
	Nmax	1+4+5	1+4+5	1+4+5
	+Ms	0	+5,9	+451,86	+1355,58	5,9	+12,85	66,06	5,9
	Nmax	-	-	-
	-Ms	-	-	-	-		-	-	-

Таблица 10 - Расчетные усилия при невыгодных сочетаниях нагрузок для колонн по оси Б

		Элемент-сечения
		1	2	3
		M	N	Q	M	N	Q	M	N	Q
	+Mmax	1+3	1+3	1+3
	Ns	66,06	6,08	0	0	6,08	0	0	6,08	0
	-Mmax	1+4	1+4	1+4
	Ns	66,06	-9,8	0	0	-9,8	0	0	-9,8	0
	Nmax	1+5	1+5	1+5
	+Ms	66,06	0,5	0	967,14	0,5	214,92	1289,5	0,5	0
	+Nmax	1+5	1+5	1+5
	-Ms	66,06	0,5	0	967,14	0,5	214,92	1289,5	0,5	0
	+Mmax	1+4+5	1+4+5	1+4+5
	Ns	66,06	-9,8	0	967,14	-9,8	214,92	1289,5	-9,8	0
	-Mmax	1+4+5	1+4+5	1+4+5
	Ns	66,06	-9,8	0	967,14	-9,8	214,92	1289,5	-9,8	0
	Nmax	1+3+5	1+4+5	1+4+5
	+Ms	66,06	6,08	0	967,14	-9,8	214,92	1289,5	-9,8	0
	Nmax	1+4+5	1+4+5	1+4+5
	-Ms	66,06	-9,8	0	967,14	-9,8	214,92	1289,5	-9,8	0

Размещено на Allbest.ru

...