Нагрузка от веса покрытия. Значение аэродинамического коэффициента для наружных стен. Расчет поперечной рамы

2.  РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Сбор нагрузок.

1. Постоянные нагрузки.

Нагрузка от веса покрытия.

№ п/п	Нагрузка	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, Н/м2
1.	1 слой рубероида по мастике	50	1,3	65
2	1слой «Поликрова АР 110 на цем.песч.растворе δ=25мм γ=1800	450	1.3	585
3	Молние защитн сетка Ø8 100/100	71	1.3	92.3
4	Разуклонка керамзит γ=700 Δср=65	455	1.3	591.5
5.	Утеплитель (минераловатные плиты,δ=200 γ=125 мм)	350	1,3	455
6.	1слой рубероида (пароизоляция)	50	1,3	65
4.	Ж/б плита покрытия 3*6 Вес=2.9т	1611	1,2	1933.2

                               ИТОГО:                                          3787

Нагрузка на 1м ширины 3787н/м2 *1м =3787 н/м =3.787кн

Нагрузка на колонну G₁:

-  от покрытия:3,787 * 0,95 * 6 * 18/2 = 194,27 [кН];

-  от балки: G = 12,1 т = 121 [кН];

121 * 1,1 * 0,95 /2 = 63,22 [кН];

где:

g_f = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке;

g_n – 0,95 – коэффициент надежности по назначению здания.

G₁ = 194,27 + 63,22 = 257,49 [кН];

2. Расчетная нагрузка от веса покрытия с учетом g_n: на крайнюю колонну: F₁ = G₁ = 257,49 [кН];

G₃ = (48,3 * 3)* 1,1 * 0,95 = 151,42 [кН];

3.Нагрузка, от кирпичной стены:

G₄ = (1* 0,77 * 1800*8,4) * 1,1 * 0,95 = 121,66 [кН];

4. Расчетная нагрузка от веса колонн:

-  крайние колонны G₂ = 7,5 * 1,1 * 0,95 * 0,4 * 0,4 * 25 = 31,35 кН;

                                                                  8.400

G₁ = 257,49 кН                                                                                                                                

G₂ = 31,35 кН          G1                                                     

G₄ = 42,57 кН                                                          

 

                                      G₂                            

                                                                      

                                                                        0.000 

                                                

2.2. Временные нагрузки:

1.  Снеговая нагрузка.

Проектируемое здание находится в IV снеговом районе, где расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии с п..5.2. СНиП 2.01.07-85 Изменение N2   Постановление N45 от 29.05.2003“Нагрузки и воздействия”: S_o = 3,2 (320) кПа (кгс/м²); т.е. уклон кровли 3%<12%; средняя скорость ветра за 3 наиболее холодных месяца V = 4 м/с; принимаем коэффициент перехода μ = 1.

Расчетная снеговая нагрузка при μ = 1;

; g_n = 0,95 на колонну:

F₁= S_o * * a *(l/2) g_f * g_n = 3,2 * 1 * 6 (18/2)  * 0,95 = 164,16[кН];

2.  Ветровая нагрузка:

Проектируемое здание находится в I–м ветровом районе, где нормативное значение ветрового давления по данным таблицы 5 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» составляет:

W_о = 0,23 кПа (230 Н/м²)

При условии Н/2l = 8,4/2 * 48 = 0,08 < 0,5;

Значение аэродинамического коэффициента для наружных стен принято:

-  с наветренной стороны С_е = 0,8;

-  с подветренной стороны С_е = - 0,5.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки W_m на высоте Z от поверхности земли:

W_m = W_o * К * C;

где:

К – коэффициент изменения ветрового давления по высоте;

Тип местности: А;

С – аэродинамический коэффициент;

£ 5 м               К = 0,75     С_е = 0,8

8,4 м (10 м)    К = 1,0       С_е = - 0,5

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки W_m с подветренной стороны равно:

а) для части здания с высотой до 5м от поверхности земли при коэффициенте, учитывающем изменение ветрового давления по высоте:

W_m1 = W_o * К * С = 230 * 0,75 * 0,8 = 138 [Н/м²];

б) на отметке 8,4м:

W_m2 = 230 * 1 * 0,8 = 184 [Н/м²];

в) на высоте 6,0 м в соответствии с линейной интерполяцией с наветренной стороны:

W_m3 = W_m1 + [(W_m2 - W_m1] / 5 * (H_e - 5) =

= 138 + [(184 – 138) / 5] * (6 - 5) = 147,2 [Н/м²];

Переменную по высоте ветровую нагрузку с наветренной стороны заменяем равномерно распределенной, эквивалентной по моменту в заделке балки длиной 6,0 м:

W_m =   /6² = 139,406 [Н/м²];

С подветренной стороны:

W_ms = (C_es/C_e)W_m = (0,5/0,8) * 139,406 = 87,128 Н/м²

Расчетная равномерно распределенная нагрузка на колонну до отм. 6,0 м при коэффициенте надежности на нагрузке g_f= 1,4  и коэффициенте надежности по назначению здания g_n = 0,95:

- с наветренной стороны:

Р = W_m * а  * g_f * g_n = 139,406 * 6 * 1,4 * 0,95 = 1,112 Н/м;

- с подветренной стороны:

Р_s = 87,128 * 6 * 1,4 * 0,95 = 0,695 Н/м;

Расчетная сосредоточенная ветровая нагрузка выше отм. 6,0 м:

W = ;

-  с наветренной стороны:

W =  * (8,4 - 6) * 6 * 1,4 * 0,95 * 0,8 = 2,537 кН

-  с подветренной стороны:

W_s =  * (8,4 - 6) * 6 * 1,4 * 0,95 * 0,5 = 1,586 кН

Характеристика сечений рамы

Колонна EJ₁ = 50,4; ЕА₁ = 3840;

Ригель EJ₁ = 100,8; ЕА₁ = 7680.

2.3. Расчет поперечной рамы.

 W = 2,537 кН     F_сн = 164,16 кН       F_сн = 164,16 кН                   

                           F_пост = 257,49 кН                   W = 1,586 Кн

                            

G2 = 31.35  кН                             

q = 1,112 кН/м                           17,6                      

q = 0,695 кН/м                                                                                                                                                               

1. Усилия от постоянной нагрузки

№ст	Длина	N – нач.	Q – нач.	M – нач.	N – кон.	Q – кон.	M – кон.
1	6150	- 257.5	0.0	- 0.0	- 257.5	0.0	- 0.0
2	6150	-257.5	0.0	0.0	- 257.5	0.0	- 0.0
3	17600	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0

2. Усилия от снеговой нагрузки

№	Длина	N – нач.	Q – нач.	M – нач.	N – кон.	Q – кон.	M – кон.
1	6150	-164.2	0.0	-0.0	-164.2	0.0	- 0.0
2	6150	-164.2	0.0	0.0	-164.2	0.0	- 0.0
3	17600	0.0	0.0	-0.0	0.0	0.0	- 0.0

3. Усилия от ветровой нагрузки

№	Длина	N – нач.	Q – нач.	M – нач.	N – кон.	Q – кон.	M – кон.
1	6150	0.0	2.558	-0.0	0.0	4.28	5.295
2	6150	0.0	1.603	- 0.0	0.0	2.671	3.286
3	17600	5.095	0.0	0.0	5.095	0.0	0.0

4. Эпюры усилий в стойках рамы

5. Таблицы усилий в расчетных сечениях левой стойки рамы.

Нагрузки			Сечения стойки
			2-2		1-1
Nзагр.	наименование		M	N	M	N	Q
1	Постоянная	1	0	- 257.5	- 0	- 257.5	0
2	Снеговая	1	0	- 164,2	-0	- 164,2	0
		0,9	0	- 147,8	-0	- 147.8	0
3	Ветровая (слева)	1	-5,295	0	5.295	0	4.28
		0,9	-4,760	0	4.76	0	3.85

6. Таблица сочетаний усилий в сечениях левой стойки рамы.

		Сочетания		Сечение стойки
				2-2		1-1
				M	N	M	N	Q
	1,0	+ Mmax Nсоотв.	Nнагр			-
			Усилия			-	-	-
0,9			Nнагр			-
			Усилия			-	-	-
	1,0	- Mmax Nсоотв.	Nнагр	-		1,2,3
			Усилия	-	-	- 5.295	- 421.6	4.28
0,9			Nнагр	-		1,2,3
			Усилия	-	-	- 4.76	- 413.5	3.85
	1,0	Nmax Mсоотв.	Nнагр			1,2,3
			Усилия			-5.295	- 421.6	4.28
0,9			Nнагр			1,2,3
			Усилия			- 4.76	- 413.5	3.85

2.4. Конструктивный расчет колонны

Исходные данные:

Бетон тяжелого класса В 15

R_в = 8,5 мПа; R_вt = 0,75 мПа; Е_в = 20,5 * 10³мПа

Арматура класса A III; d > 10 мм;

Rs = R_sc = 365 мПа

Е = 2 * 10⁵ мПа

Рассмотрим сечение на уровне защемления колонны. Сечение колонны  в * h = 40 * 40см;

при а = а` = 4 см;    Полезная высота сечения:

h_o = h – a` = 40 – 4 = 36 см.

В сечении действуют усилия: М = 5,295 кН*м;

N = - 421,66 кН*м;

Усилия от продолжительного действия нагрузки: М_е =  4,76 кН*м;               N_е = -413,45 кН*м;

Расчетное сопротивление R_в следует вводить с коэффициентом j_в2 = 0,9;

Вычисляем случайный эксцентриситет:

е _o = M/N = 529.5/421,66 = 1,25 см;

е _o ³ (1/30)h  = 40/30 = 1,33 см;

е _o ³ (1/6000) = 60/600 = 1,0 см;

следовательно, принимаем l_о = 5 см;

Расчетная длина колонны l_о = 1,5 Н = 1,5 * 6 = 9 м;

i = =  = 11,54 см

l = l_o/i = 900/11,54 = 77,99 > 5; значит необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Условия критическая сила:

N_сч =  =

=  =

= 11,41 * 10⁵ Н = 1140,73 кН;

где:

I = вh³/12 = 40 * 40³/12 = 213333,33 см;

I_е = 1 + b(М_1с/М) = 1 + 1 * (70,69/53,81) = 2,3;

b = 1 – для тяжелого бетона;

М_1с = М_е + N_е * (h – a`)/2 =  4,76 – 413,45 * (0,36 – 0,04)/2 = = 61,39 кН*м;

М_1с = - 5,295 – 421,66 * (0,36 – 0,04)/2 = 77,68 кН*м;

d_е = l_o/h = 0,096/0,4 = 0,24;

d_е1min = 0,5 – 0,01 * (l_o/h) – 0,01 R_в * j_в2 =

=  0,5 + 0,01 * (840/40) – 0,01 * 8,5 * 0,9 = 0,649;

d_е < d_е1min Þ d_{е1 min} = 0,649;

a = = 9,77 при  m = 0,004;

Первое приближение:

I_s = m * в * h_o * (0,5h - a)² = 0,004 * 40 * 36 * (0,5 * 40-4)² = 1474,56 см⁴;        I_sр = 1;

Коэффициент, учитывающий влияние прогиба:

ﻍ =  =  1,87;

расстояние: е = l_o ﻍ+ 0,5 h – a = 1,25 * 1,046 + 0,5 * 40 – 4 = 17,307 см

При условии, что A_s = A`_s, высота сжатой зоны:

Х =  =  = 1,33 см;

Относительная высота сжатой зоны:

ﻍ= =  = 0,04;

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона:ﻍ_R = W * [1 +  * (1 - )] = 0,7752 * [1 + * (1 - )] = 0,611;

где:

W = 0,85 – 0,008 * j_в2 * R_в = 0,85 – 0,008 * 1,1 * 8,5 = 0,7752;

G_s1 = R_s = 365 мПа;

В случае ﻍ = 0,04 < x_R = 0,611;

A_s = A`_s =  =

=  = - 0,01< 0

Площадь арматуры A_s = A`_s назначаем по конструктивным соображениям:

A_s = 0,002 * в * ho = 0,002 * 40 * 36 = 2,88 см²;

Принимаем 2Æ14 с A_s = 3,08 см².

Полученный коэффициент армирования

m =  =  = 0,00385 – близок к предварительному принятому m = 0,004.

Окончательно принимаем 2Æ14 с A_s = 3,08 см².

Расчет данного сечения колонны в плоскости, перпендикулярной