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

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

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

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

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).

4.3. Подбор сечений стержней фермы.

Согласно заданию сечения поясов стропильных ферм – сварные двутавры