Расчёт рамы здания. Подбор сечения стержней арки. Проектирование свайных фундаментов

3.Расчетно-конструктивный раздел.

3.1.Расчёт рамы здания.

3.1.1. Расчетные схемы и нагрузки.

Подсчет постоянных нагрузок на один квадратный метр рамы приводим с учётом коэффициента надёжности по назначению здания g_n=1 /4/ .Расчёт сводим  в таблицу   3.1.1.

Таблица 3.1.1. Нагрузка от эксплуатируемой кровли на 1м²

Наименование	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности, γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Постоянные:G 1.ЖБ монолитный ригель (∆=600мм, ρ=2500кг/м3). 2.ЖБ плита перекрытия (Δ=220 мм, ρ=2500 кг/м3). 3.Стяжка из цементно-песчаного раствора (∆=30мм, ρ=1800кг/м3). 4.Слой пароизоляции из “Кровлеэласта” (∆=5мм, ρ=600кг/м3). 5.Теплоизоляция из пенополистирольных плит (∆=130мм, ρ=50кг/м3). 6.Керамзитобетон (∆=150мм, ρ=1200кг/м3). 7.Два слоя кровельного материала “Кровлеэласта” (∆=10мм, ρ=600кг/м3). 8.Мастика пропитанная гербицидами (∆=6мм, ρ=1000кг/м3). 9.Дренирующий слой из гравия (∆=30мм, ρ=1800кг/м3). 10.Слой песка (∆=60мм, ρ=1600кг/м3). 11.Мелкоразмерные тротуарные плиты (∆=60мм, ρ=1800кг/м3). Итого:	15 5,5 0,54 0,03 0,065 1,8 0,06 0,06 0,54 0,96 1,08 g=25,635	1,35 1,15 1,35 1,2 1,2 1,35 1,2 1,3 1,3 1,3 1,2	20,25 6,325 0,729 0,036 0,078 2,43 0,072 0,078 0,702 1,248 1,296 g d=33,244

Линейная распределенная нагрузка на раму составит:

g_c= g _d·B=33,244·6=199,464кН/м

Таблица 3.1.2 Нагрузка от пола второго этажа на 1м²

Наименование	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности, γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Постоянные:G 1.ЖБ монолитный ригель (∆=600мм, ρ=2500кг/м3). 2.ЖБ плита перекрытия (Δ=220 мм, ρ=2500 кг/м3). 3.Звукоизоляция из ДВП (∆=16мм, ρ=250кг/м3). 4.Стяжка из цементно-песчаного раствора (∆=44мм, ρ=1800кг/м3). 5.Мастика  (∆=1мм, ρ=1000кг/м3). 6.Гомогенное покрытие (∆=2мм, ρ=1600кг/м3). Итого:	15 5,5 0,04 0,792 0,01 0,032 g=23,374	1,35 1,15 1,3 1,35 1,3 1,1	20,25 6,325 0,052 1,0296 0,013 0,0352 g d=27,744

Линейная распределенная нагрузка на раму составит:

g_c= g _d·B=27,744·6=166,4664кН/м

Таблица 3.1.3 Нагрузка от фальшпарапета на 1м²

Наименование	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности, γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Постоянные:G 1.ЖБ монолитный ригель (∆=600мм, ρ=2500кг/м3). 2.ЖБ плита перекрытия (Δ=220 мм, ρ=2500 кг/м3). 3.Стенка из газосиликатных блоков (∆=3,03м, ρ=1600кг/м3). 4.ЖБ плита перекрытия (Δ=220 мм, ρ=2500 кг/м3). 5.Утеплитель минвата (∆=60мм, ρ=30кг/м3) 6.Деревянный брус  (∆=165мм, ρ=500кг/м3). 7.Обрешетка (∆=50мм, ρ=500кг/м3). 8.Профнастил (∆=1,5мм, ρ=4933кг/м3). Итого:	15 5,5 30,30 5,5 0,018 0,001375 0,25 0,074 g =56,6434	1,35 1,15 1,3 1,15 1,2 1,3 1,3 1,05	20,25 6,325 39,39 6,325 0,0216 0,0017 0,325 0,0777 g d=72,7161

Линейная распределенная нагрузка на раму составит:

g_c= g _d·B=72,7161·6=436,2965кН/м

Таблица 3.1.3 Нагрузка от покрытия арки на 1м²

Наименование	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности, γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Постоянные:G 1.Внутренний профнастил (∆=1,5мм, ρ=4933кг/м3). 2. .Утеплитель минвата (∆=60мм, ρ=30кг/м3) 3.Ветрозащитные плиты (∆=30мм, ρ=90кг/м3). 5.Доска настила (Δ=25мм, ρ=500 кг/м3). 8.Наружный профнастил (∆=1,5мм, ρ=4933кг/м3). 9.Собственный вес арки  Временная длительная нагрузка:Q 1.Нагрузка от светильников и воздуховодов Итого:	0,074 0,036 0,027 0,125 0,074 0,2 0,08 g=0,616	1,05 1,2 1,2 1,2 1,05 1,05 1,2	0,0777 0,0432 0,0324 0,375 0,0777 0,21 0,096 gd=0,6745

Узловая нагрузка:

¾  прогон деревянный (60х100х6000, ρ=500 кг/м³) – 0,18кН,

¾  контробрешетка (25х100х18826, ρ=500 кг/м³) с шагом 1м – 0,01384кН,

¾  обрешетка (50х50х6000, ρ=500 кг/м³ ) с шагом 0,28м – 0,0375кН.  

Узловые силы:

F=g_d·B·d=0,6745·6·1,107=4,48кН

F₁-F₁₈=F+0,18+0,01384+0,375=5,0488кН

Рисунок 2 Расчетная схема рамы с приложением постоянной нагрузки

Снеговая нагрузка. По СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия” для II района РБ вес снегового покрова S₀= 1,2кН/м², коэффициент надежности по нагрузке .

Линейная распределенная нагрузка от снега на раму определяется по формуле:

S=S₀·μ··B

где S₀ - нормативное значение веса снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли, принимается в соответствии с п. 5.2 СНиП 2.01.07-85;

μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемые в соответствии с пп. 5.3 - 5.6 СНиП 2.01.07-85;

 - коэффициент надежности по нагрузке, п. 5.7 СНиП 2.01.07-85;

B – шаг рам.

Линейная распределенная нагрузка от снега на ригель рамы:

S=1,2·1·1,5·6=10,8 кН/м

Линейная распределенная нагрузка от снега на арку рамы.

1-й вариант снеговой нагрузки:

S₁=1,2·0,4·1,5·6=4,32 кН/м

2-й вариант снеговой нагрузки:

S₂=1,2·2,2·1,5·6=23,76 кН/м

S₃=1,2·1,1·1,5·6=11,88 кН/м

Рисунок 3 Расчетная схема рамы с приложением снеговой нагрузки

Ветровая нагрузка. По СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия” для I района РБ нормативное значение ветрового давления w₀= 0,23кН/м², коэффициент надежности по нагрузке .

Линейная распределенная нагрузка от снега на раму определяется по формуле:

w_m= w₀·k·c··B где w₀ – нормативное значение ветрового давления (п.6.4 СНиП 2.01.07-85);

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (п.6.5 СНиП 2.01.07-85);

c – аэродинамический коэффициент (п.6.6 СНиП 2.01.07-85);

 - коэффициент надежности по нагрузке (п. 6.11 СНиП 2.01.07-85);

B – шаг рам.

Линейная распределенная нагрузка от ветрового давления на раму:

w₁ =0,23·0,75·0,8·1,4·6=1,1592кН/м

w₂ =0,23·0,75·(-0,654)·1,4·6=-0,94746кН/м

w₃ =0,23·0,75·(-0,454)·1,4·6=-0,65784кН/м

Линейная распределенная нагрузка от ветрового давления на арку рамы:

w₄ =0,23·1·0,5638·1,4·6=1,08924кН/м

w₅ =0,23·1.0305·(-1,14)·1,4·6=-2,3298кН/м

w₆ =0,23·1·(-0,4)·1,4·6=-0,7728кН/м

Рисунок 4 Расчетная схема рамы с приложением ветрового давления

Статический расчет рамы выполнен на ЭВМ в программе “Скад”.

3.2 Подбор сечения стержней арки

Прочностные характеристики стали С245 расчетное сопротивление R_y=24,5кН/см² согласно таблице 51 /5/, модуль упругости E=2,1·10⁴кН/см². Коэффициент условия работы γ_с=0,9.

Требуется подобрать сечение верхнего пояса арки по расчетному усилию N=225,8кН.

Расчетные длины стержня l_0x=1,112 м;  l_0y=1,112м.

Принимаем гнутый профиль прямоугольного сечения. Задаемся гибкостью λ=60 и, следовательно, φ=0,805 согласно таблица 72 /5/.

Определяем требуемую площадь сечения:

A_n= N/φ∙R_y∙ γ_с

где N - продольная сила;

φ – коэффициент продольного изгиба (СНиП II-23-81* табл. 72);

R_y – расчетное сопротивление стали (СНиП II-23-81* табл. 51).

A_n=225,8/0,805∙24,5∙0,9=11,433 см²

Требуемые радиусы инерции i_x= l_0x/ λ=1,112/60=1,85 см; i_y= l_0y/ λ=1,112/60=1,85 см.

По требуемой площади и радиусу инерции ближе всего подходит сечение Гн 71х50х6: А=12,96 см,  i_x=1,892 см.

Определяем наибольшую гибкость стержня относительно оси х-х: λx= λ_max= 111,2/1,89260 и по наибольшей гибкости находим φ=0,805.

Напряжение σ=N/ φ∙A=225,8/0,805∙12,96=21,5 кН/см²< R_y∙ γ_с=24,5∙0,9=22,09 кН/см².

Оставляем принятое сечение Гн 70х50х6.

Общая устойчивость арок из плоскости обеспечивается поперечными связями и системой прогонов, определяющих расчетную длину элементов арки. 

Для сварки узлов арки применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08А, d=1,4…2мм, k_ω= 4мм. Раскосы привариваются по периметру к поясам арки.

Таблица 3.2.1 Подбор и проверка сечений стержней арки

Элемент	№ стержня	Расчетное усилие, кН		Сечение	Площадь А, см2	, см	, см		[ λ]	φmin	γс	Проверка сечения
		растяжение	сжатие									прочность N/A< < Ry∙ γс кН/см2	устойчивость N/ φ∙A< < Ry∙ γс кН/см2
Верхний пояс	24		97,1	Гн 70х50х6	12,96	110,7/110,7	1,892/2,5	59/44,3	127	0,8097	0,9	-	9,25<22,1
	25		78,3										7,5<22,1
	26		63										6<22,1
	27		48,8										4,6<22,1
	28		35,8										3,4<22,1
	29		25,4										2,4<22,1
	30		20,83										2<22,1
	31		28,1										2,7<22,1
	32		50,47										4,8<22,1
	33		113,4										1<2,21
	34		225,8							0,805		-	21,5< <22,1
Нижний пояс	35	26,3		Гн 70х50х5	11	103,6/207,2	1,928/2,54	-	400	0,6712	0,95	2,4<23
	36		101,5					54/82	127		0,9	-	13,7<22,1
	37		154,8									-	20,9<22,1
	38		154,1									-	20,8<22,1
	39		107,6									-	14,6<22,1
	40		60,1									-	8,1<22,1
	41		21,5									-	3<22,1
	42	13,7						-	400		0,95	1,2<23	-
	43	17,34										1,6<23	-
	44	17,4										1,6<23	-
	45	10,5										1<23	-
Раскосы	78		1,7	Гн 50х30х4	5,76		1,143/1,75		127	0,8191	0,9		0,3<22,1
	79	12,2						-	400		0,95	2,1<23	-
	80		14,7						127		0,9	-	3,1<22,1
	81	9,9						-	400		0,95	1,7<23	-
	82		16,34						127		0,9	-	3,5<22,1
	83	8,1						-	400		0,95	1,4<23	-
	84		19,3						127		0,9	-	4,1<22,1
	85	7,2						-	400		0,95	1,25<23	-
	86		22,2						127		0,9	-	4,7<22,1
	87	5,9						-	400		0,95	1<23	-
	88		23,6						127		0,9		5<22,1
	89	3,3						-	400		0,95	6<23	-
	90		21,7						127		0,9	-	4,6<22,1
	91		3,3									-	0,7<22,1
	92		14									-	3<22,1
	93		10									-	2,1<22,1
	94	15,6						-	400		0,95	2,7<23	-
	95		32,6						127		0,9		6,9<22,1
	96	49,3						-	400		0,95	10,4<23	-
	97		55						127		0,9	-	11,6<22,1
	98	94						-	400		0,95	16,3<23	-
	99		90						127		0,9		19,1<22,1

Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение или сжатие раскосов арки:

где N – продольная сила;

t– наименьшая толщина соединяемых элементов;

l_ω – расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2t, или полной его длине в случае выхода конца шва за пределы стыка;

 - расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию, растяжению и изгибу по пределу текучести.

= 0,85·R_y

где  R_y – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести.

R_y= 0,85·240=204МПа

, следовательно, принятая длина шва удовлетворяет условию.

Расчет анкерных болтов. Под плитой в бетоне фундамента возникают нормальные напряжения σ_ф, определяемые по формуле:

Рисунок 5 К расчету анкерных болтов

Исходя из уравнения равновесия сил относительно центра тяжести сжатой зоны бетона

–N·a-F_a ·y=0, усилие в анкерных болтах (с одной стороны базы)

F_a = -N·a/y=-225,8·12,67/24,67=115,96кН

Определим требуемую площадь сечения одного анкерного болта: