Разработка системы связей каркасного здания. Проектирование и расчет ограждающих конструкций. Расчет нагрузок на 1 пог. м расчетной полосы настила

Пространственная жесткость покрытия обеспечена конструкцией крыши в виде двойного перекрестного настила, при жестком креплении прогонов к верхнему поясу фермы.

Вертикальные связи обеспечивают вертикальное положение конструкций. Они располагаются в плоскости стоек или раскосов и связывают фермы попарно. Эти связи воспринимают усилия, появляющиеся от вертикальных нагрузок при выходе ферм из проектного положения.

3 Проектирование и расчет ограждающих конструкций.

3.1 Настил.

Расчет настила ведем для полосы шириной 1 м. Угол наклона кровли к горизонту ввиду его незначительности при расчете во внимание не принимаем.

Таблица 1. Расчет нагрузок на 1 пог. м расчетной полосы настила.

Элементы	Нормативная нагрузка, кН/м	Коэффициент перегрузки	Расчетная нагрузка, кН/м
Трехслойная рулонная кровля	0,09	1,1	0,099
Защитный настил	0,125	1,1	0,138
Рабочий настил	0,075	1,1	0,083
Итого:	0,29		0,32
Снеговая нагрузка	1,71	1,4	2,4
Всего:	2,0		2,72

Расчетный пролет настила: l = 1,5 м.

Максимальный изгибающий момент при первом сочетании нагрузок (собственный вес и снег):

.

Действие сосредоточенного груза от веса человека с инструментом

.

Расчетная сосредоточенная нагрузка, приходящаяся на ширину настила 1 м:

.

Максимальный изгибающий момент при втором сочетании нагрузок (собственный вес и сосредоточенный груз):

.

Более невыгодным для проверки прочности настила будет второй случай загружения.

Момент сопротивления настила:

, где  - число досок укладываемых на ширине настила 1 м.

Напряжение изгиба:

, где 1,15 – коэффициент условий работы настилов и обрешетки кровли;

1,2 – коэффициент, учитывающий кратковременность действия сосредоточенной нагрузки.

Жесткость настила проверяем при первом сочетании нагрузок, так как проверка прогиба по второму случаю загружения не требуется.

Момент инерции настила:

.

Относительный прогиб:

.

3.2 Прогон.

Расчетный изгибающий момент:

.

Требуемый момент сопротивления сечения:

.

Принимаем сечение прогона из двух досок 6х18 см.

.

Напряжение изгиба:

.

Относительный прогиб в крайнем пролете:

.

Расстояние от оси опоры до стыка: .

Гвозди, скрепляющие стык, принимаем 4х120 мм.

Расстояние от оси опоры до центра размещения гвоздей при двухрядной их расстановке:

.

Расчетная несущая способность одного односрезного гвоздя:

.

Необходимое число гвоздей с каждой стороны стыка:

.

Принимаем восемь гвоздей. Расставляем их в два ряда по четыре гвоздя в каждом ряду. В остальной части прогона ставим без расчета по два гвоздя размером 4х120 мм через 50 см.

4 Расчет и конструирование несущей конструкции (ферма).

4.1 Общие размеры фермы.

Расчетная высота фермы в коньке: .

Длина верхнего пояса при i=1:10: .

Для придания строительного подъема фермы опорные узлы опускаем на 15 см. Высота фермы на опорах: .

Длина раскосов: .

Длина стойки: .

Углы наклона к горизонту:

¾  Верхнего пояса: ;

¾  Раскоса БД: ;

¾  Раскоса ДГ: .

4.2 Статический расчет фермы.

Таблица 2. Нагрузка от собственного веса кровли.

Элементы	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент перегрузки	Расчетная нагрузка, кН/м2
Трехслойная рулонная кровля	0,09	1,1	0,099
Защитный настил	0,125	1,1	0,138
Рабочий настил	0,075	1,1	0,083
Прогон из 2х досок сечением 60х180мм	0,08	1,1	0,088
Гвозди	0,012	1,1	0,013
Итого:	0,382		0,421

Собственный вес фермы:

¾  нормативный: ;

¾  расчетный: .

Все нагрузки считаем приложенными к верхнему поясу фермы.

Нагрузки в узлах В, Г, В’:

от собственного веса ;

от снега .

Нагрузки в узлах Б и Б’:

от собственного веса ;

от снега .

Таблица 3. Расчетные усилия в стержнях фермы.

Обозначения стержня	Усилия
	растяжение	сжатие
АБ	0	-98,58
АД	0	0
БД	149,5	0
БВ	0	-137,5
ВД	0	-49,28
ДГ	11,24	-33,31
ДД’	154,0	0

4.3 Подбор сечения элементов фермы.

Верхний пояс.

Рассчитываем как сжато-изгибаемый стержень на продольное усилие N=-137,5 кН и местную поперечную нагрузку

.

Для уменьшения расчетного изгибающего момента от местной поперечной нагрузки узлы верхнего пояса конструируются с внецентренной передачей продольных усилий N с отрицательным эксцентриситетом е, благодаря чему достигается разрушающий момент М=Nе. Конструктивно это достигается смещением площадок смятия в узлах на величину е относительно геометрической оси элемента. Расчетный изгибающий момент в панели верхнего пояса .

При подборе сечения пояса принимаем изгибающий момент:

.

Задаемся расчетной шириной сечения b=170 мм (по сортаменту принимаем доски шириной 180 мм) и из формулы расчета стержня на сложное сопротивление находим требуемую высоту сечения

, где ξ = 0,8 – приближенный коэффициент, учитывающий увеличение момента при деформации элемента;

m_б = 1,15 – коэффициент к моменту сопротивления.

.

При опирании дощато-клееного прямоугольного верхнего пояса частью сечения на стальной башмак в опорных узлах и лобовым упором элементов в промежуточных узлах следует учитывать местную концентрацию на опорах скалывающих напряжений. Находим требуемую высоту сечения из условия максимальных скалывающих напряжений в опорных сечениях:

, где Q – поперечная сила на опоре, ,

k_ск = 2,1 – коэффициент концентрации скалывающих напряжений,

0,6 – коэффициент, учитывающий непроклеивание.

.

Принимаем высоту сечения пояса h=30,8 см, компонуя его из 7 досок толщиной 44 мм.

Проверяем принятое сечение. Геометрические характеристики:

¾  площадь поперечного сечения

;

¾  момент сопротивления

;

¾  гибкость сечения

.

При h_см/h = 0,5 высота площадки смятия h_см = 0,5·30,8=15,4 см.

Тогда конструктивно эксцентриситет продольных сил

.

Находим минимальную высоту площадок смятия торцов элемента

.

Оптимальный эксцентриситет:

.

Окончательно принимаем е = 8,5 см и высоту площадок смятия с учетом