Строительство и архитектура \ Металлические конструкции

Большепролётные покрытия. Сплошностенчатые балки. Фермы легкого и тяжелого типа с консолями и без них. Ограждающие конструкции кровли

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Балочные несущие конструкции большепролётных покрытий работают на поперечный изгиб от массы покрытия, снега и, в ряде случаев, от подвесных кранов, являясь безраспорными системами. По этой причине изгибающие моменты в балочной несущей конструкции от действующих нагрузок, при прочих равных условиях (равных пролётах, нагрузках), больше, чем в распорных системах (рамах, арках), а область применения по критерию металлоёмкости составляет l=40–70м.

В качестве ригелей поперечных рам балочных большепролётных покрытий могут применяться сплошностенчатые балки, фермы лёгкого, а чаще тяжёлого типа с консолями или без них, системы с воспринятым распором (типа арки с затяжкой).

2. Исходные данные:

снеговой район – 3;

ветровой район – 2;

тип местности для ветровой нагрузки – B;

пролёт здания – L = 48 м;

длина здания – 84 м;

шаг поперечных рам – 12 м;

кровля – прогонная (сквозные шпренгельные прогоны);

сечения поясов стропильных ферм – сварной двутавр, решётка – из двух швеллеров с безраскосной решёткой.

3. Сбор нагрузок на раму.

Постоянная нагрузка.

Постоянная нагрузка включает вес несущих и ограждающих конструкций. В зависимости от типа покрытия можно определить вес отдельных элементов по [2, прил. 4]. Составы покрытий можно посмотреть в [2, п. 1.2.1]. Составим таблицы сбора постоянных нагрузок на ригель (от покрытия) и колонны (от стен). В нашем примере покрытие прогонного типа, поэтому в состав покрытия входят прогоны. В беспрогонный вариант вместо прогонов следует включить каркас стальных панелей.

Таблица 1.

Нагрузки на ригель от веса конструкций покрытия и кровли, кН/м²

Состав	Нормативная нагрузка кн/м^2	g_f	Расчётная нагрузка
Кровля:
Защитный слой из гравия, втопленного в битумную мастику t=15 мм	0,3	1,3	0,39
Гидроизоляционный ковёр из четырёх слоёв рубероида	0,2	1,3	0,26
Утеплитель t=150 мм из минераловатных плит g=2кН/м3	0,3	1,2	0,39
Пароизоляция (один слой рубероида)	0,05	1,3	0,065
Ограждающие конструкции:
Стальной профилированный настил Н60-845-0,8	0,105	1,05	0,11
*Несущие конструкции:**
Решётчатые прогоны пролётом 12 м	0,11	1,05	0,12
Стропильные фермы и связи	0,25	1,05	0,263
Итого	1,315		q0=1,598

Расчётная погонная нагрузка на ригель составит:

q = q₀ ∙ B = 1,598 ∙ 12 = 19,176 кН/м.

В нашем примере стеновые панели крепятся к колоннам с помощью ригелей.

Таблица 2.

Нагрузки от веса стенового ограждения, кН/м²

Состав	Нормативная нагрузка	g_f	Расчётная нагрузка
Трёхслойные стеновые панели: два профилированных листа НС44-1000-0,7	0,166	1,05	0,174
Минераловатные плиты t=100мм, γ = 1,25 кН/м³	0,125	1,2	0,15
Ригели	0,065	1,05	0,068
Итого	0,356		q_с=0,392

Временные нагрузки.

Временная нагрузка включает снеговую, ветровую.

Снеговая нагрузка.

Снеговая расчётная нагрузка зависит от снегового района и определяется по [7]. Новосибирск относится к 3 району. Снеговая расчётная нагрузка на верх колонны S_в = s_g ∙ L/2 ∙ B = 1,8∙288= 518,4 кН.

Ветровая нагрузка.

Ветровая нормативная нагрузка зависит от ветрового района и определяется по [6].

Ветровая нагрузка собрана с помощью вычислительного комплекса SCAD, программы ВЕСТ.

Нормативное значение

Расчетное значение

Высота (м)	Активное давление (кг/м^2)	Пассивное давление (кг/м^2)
0	16,8	12,6
1	16,8	12,6
2	16,8	12,6
3	16,8	12,6
4	16,8	12,6
5	16,8	12,6
6	17,808	13,356
7	18,816	14,112
8	19,824	14,868
9	20,832	15,624
10	21,84	16,38
11	22,689	17,017
12	23,492	17,619
13	24,257	18,193
14	24,986	18,74
15	25,686	19,265
16	26,357	19,768
17	27,004	20,253
18	27,629	20,722

4.Расчёт стропильной фермы.

4.1 Составление расчётной схемы фермы с нагрузками.

Пролёт фермы L = 48 м, для такого пролёта принимаем ферму трапециидального очертания. Расстояние между осями поясов на опоре принимаем h = 3600 мм, уклон фермы примем α = 5^о. Сечения элементов ферм относятся к ферме тяжёлого типа. Особенностью расчёта ферм тяжёлого типа со стержнями, имеющими повышенную жёсткость, является необходимость учёта влияния жёсткости узловых соединений. Поэтому для двутавровых, трубчатых и Н – образных сечений стержней расчёт ферм по шарнирной схеме допускается только при отношении h/l≤1/15 (h – высота сечения стержня, l – длина стержня). При превышении этих отношений следует учитывать дополнительные изгибающие моменты в стержнях от жёсткости узлов. Нагрузку приводим к узловой, суммируя постоянную и временную часть.

Шаг узлов верхнего пояса фермы d = 3 м.

Расчётная погонная постоянная нагрузка на ригель по п. 4.1 составляет

q = q₀ ∙ B = 1,598 ∙ 12 = 19,176 кН/м. Узловая нагрузка Р = p ∙d = 19,176∙3=57,528 кН.

Расчётная временная (от снега) – р = s_g ∙ B = 1,8∙12 = 21,6 кН/м. Узловая нагрузка Р = p ∙d = 21,6∙3=64,8 кН.

s=s_g∙ μ=1,8∙1=1,8, где μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузки на покрытие.

4.2 Определение расчётных усилий в стержнях фермы.

Расчет выполнен с помощью проектно-вычислительного комплекса SCAD. В основу расчета положен метод конечных элементов с использованием в качестве основных неизвестных перемещений и поворотов узлов расчетной схемы. В связи с этим идеализация конструкции выполнена в форме, приспособленной к использованию этого метода, а именно: система представлена в виде набора тел стандартного типа (стержней, пластин, оболочек и т.д.), называемых конечными элементами и присоединенных к узлам. Вычисленные значения усилий и напряжений в элементах от загружений представлены в таблице результатов расчета «Усилия/напряжения элементов» (см. приложение).