Сбор нагрузок на покрытие здания

Содержание

 

1. Исходные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

 

2. Сбор нагрузок на покрытие здания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

 

3. Сбор нагрузок на балочную клетку рабочей площадки . . . . . . . .6

 

            4. Расчет конструкций рабочей площадки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..7

 

           4.1. Расчет второстепенной балки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ….8

 

           4.2. Расчет главной балки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …10

 

        4.3. Расчет колонны рабочей площадки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ….15

 

          5. Расчет фермы покрытия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

 

         6. Расчет связей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

 

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные

 

Район строительства: 7

Пролёт главных балок   L=17 м

Высота от пола до верха площадки   Н=9,5 м

Временная (технологическая) нагрузка   P=15кН/м²

Временная (снеговая) нагрузка   p=4,8кН/м²

Длина здания   65,1 м

Пролёт ферм   36 м

Шаг рам   9,3 м

Высота от пола до низа фермы   15,000 м

Тип шатра: беспрогонный

Сечение поясов ферм: уголок парный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Компоновочное решение

Проектирование  здания или сооружения начинается с  разработки компоновочной схемы, в  которой за основу, как правило, принимают  балочную клетку нормального типа, опирающуюся на центрально-сжатые колонны. Неизменяемость клетки в плоскости  главных балок обеспечивается либо прикреплением этих балок к зданию или сооружению (для рабочих площадок – это каркас здания цеха, для  мостовых переходов – береговые  сооружения), либо устройством жесткого примыкания колонны к фундаменту в этой плоскости. В плоскости, перпендикулярной главным балкам, неизменяемость клетки обеспечивается постановкой связей по колоннам, т.е. созданием диска.

После разработки компоновочной схемы должны быть определены пролеты главных и  второстепенных балок. Эти размеры, как правило, задаются  в исходных данных на проектирование.

Шаг вспомогательных (второстепенных) балок «а» зависит  от типа настила балочной клетки и  нагрузок.

При железобетонном настиле толщиной 10-20 см можно принимать, а=1.5-2.5 м. При стальном настиле толщиной 6-12мм – а=0.8-1.5м. 

Пролет  вспомогательных балок «В» зависит  от назначения проектируемого сооружения и определяется технико-экономическими соображениями. В задании он задается и равен шагу главных балок, при  этом статическая схема вспомогательных  балок принимается в виде однопролетных  шарнирно-опертых балок. Сопряжение вспомогательных балок с главными может быть в одном уровне или этажное.

Статические схемы главных балок могут  быть однопролетными шарнирно-опертыми или двухконсольными с шарнирным опиранием, что оговаривается в задании на проектирование.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Сбор нагрузок на  покрытие производственного здания

 

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м²	γf	Расчетная нагрузка, кН/м²
	Постоянная
	Ограждающие элементы
1	Защитный слой из гравия, втопленного  в битумную мастику t=10 мм	0,21	1,3	0,273
2	Гидроизоляционный ковер из 4 слоев рубероида	0,2	1,3	0,26
3	Утеплитель - жесткие минераловатные плиты, γ=3 кН/м, t=100 мм	0,3	1,2	0,36
4	Пароизоляция из одного слоя рубероида	0,05	1,3	0,07
	Несущие элементы
5	Стальной профилированный настил t=0,9 мм	0,135	1,05	0,142
7
8	Ферма пролетом 36 м	0,4	1,05	0,42
9	Связи по покрытию	0,05	1,05	0,06
	Итого постоянная, q	1,345		1,585
	Временная (снеговая) нагрузка на покрытие, p	3,36	0,7	4,8
	Всего: p+q	4,705		6,385

 

 

 

 

3. Сбор нагрузок на  балочную клетку рабочей площадки

№ п/п	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м²	γf	Расчетная нагрузка, кН/м²
	Постоянная
1	Пол асфальтобетонный, γ=18 кН/м³, t=40 мм	0,72	1,3	0,94
2	Монолитная железобетонная плита, γ=25 кН/м³, t=250 мм	4,925	1,2	5,91
3	Вес второстепенных балок (балок настила)	0,2	1,05	0,21
	Итого постоянная, q	5,845		7,06
	Временная (технологическая) нагрузка, p	15	1,2	18
	Всего: p+q	20,845		25,06

4. Расчет конструкции рабочей площадки

Проектирование  здания или сооружения начинается с  разработки компоновочной схемы, в  которой за основу, как правило, принимают  балочную клетку нормального типа, опирающуюся на центрально-сжатые колонны. Неизменяемость клетки в плоскости  главных балок обеспечивается либо прикреплением этих балок к зданию или сооружению (для рабочих площадок – это каркас здания цеха, для  мостовых переходов – береговые  сооружения), либо устройством жесткого примыкания колонны к фундаменту в этой плоскости. В плоскости, перпендикулярной главным балкам, неизменяемость клетки обеспечивается постановкой связей по колоннам, т.е. созданием диска.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1. Расчет второстепенной  балки

 

 

 

 

       (q+p), кН/м            

 

 

 

 

 

                  V_A                                                                V_B 

9,3м

 

 

329,773     Q, кН                

 

                                                                    

          M, кН*м 329,773

                                                                 

                                                                           

                                                                                  

                     766,732                                  

    

Второстепенные  балки шарнирно опираются на главные в одном уровне. Нагрузка от монолитного железобетонного настила и технологического оборудования передаётся на второстепенные балки в виде равномерно распределенной. Шаг второстепенных балок «а» зависит от прочности настила и экономических требований. При железобетонном настиле толщиной 25 см принимаем а=2,83 м.

М_max = q_вб*l²/8

Q_max = q_вб*l/2      

Нагрузка на второстепенную балку:

Расчетная:

(q+p)_в.б. = ( q+p)*а=25,06*2,83=70,919 кН/м

М_max=70,919 *9,3²/8=766,732 кН*м

Q_max=70,919 *9,3/2=329,773 кН

Нормативная:

q+p=( q+p)*а=20,845*2,83=58,991 кН/м

Сечение принимаем в виде стального  горячекатаного двутавра с параллельными  гранями полок по СТО АСЧМ 20-93 (3).

По (1) принимаем материал балки: Сталь С245 (табл. 50*) с расчетным сопротивлением (по пределу текучести) R_y=240 МПа (табл. 51*) и коэффициентом условия работы γ_c=1 (табл. 6*).

Сечение балок назначаем из условия  прочности:

                               

где  М_max – максимальный расчетный изгибающий момент в балке М_расч = М_max;

W_n,min – момент сопротивления сечения балки, т.е. требуемый W_тр;

 С₁ – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по (1, табл. 66)   Принимаем равный С₁ = 1,12.

Из условия прочности находим  требуемый момент сопротивления:

76,6732*10⁵ /1,12*2400*1,1=2593,114 см³.                                      

Зная W_тр = 2593,114 см³, выбираем номер двутавра, ближайший номер профиля с избытком, W_x ≥ W_тр и выписываем из сортамента для него характеристики:

Двутавр 70БС:

h=693 мм

b=230 мм

s=11,8 мм

t=15,2 мм

Площадь сечения А=153,05 см²

I_x=114187см⁴

W_x=3295,5 см³

S_x=1913,1см³

i_x=27,31 см

I_y=3097,7 см⁴

W_y=269,4 см³

i_y=4,5 см

По толщине полки выбранного двутавра уточняем значение R_y и коэффициента С₁:

R_y=240 МПа;

С₁ = 1,0616 -  находим с помощью интерполяции в зависимости от отношения A_f/A_w.

Проверка на прочность  балки:

; σ = 76,6732*10⁵ /1,0616*3295,5=2191,6 кг/см²<2400 кг/см²

Проверка выполняется.

Общая устойчивость балок обеспечена за счет монолитной железобетонной плиты.

 

 

Проверку  деформативности (жесткости) балок  производим от действия нормативных нагрузок: при равномерно распределенной нагрузке для однопролетных схем можно воспользоваться формулой:

f/l = 5*q_н*l³/(384*E*I_x) ≤ [f/l].

f/l=5*58,991 *6³/(384*2,06*10⁸*114187*10^-8)=0,00071<0,005.

Где f/l –  относительный прогиб балки,

[f/l]=1/200 –  предельно допустимый прогиб, определяется  по (2).

 

4.2. Расчет главной балки

 

Главная балка  шарнирно опирается на колонны. Нагрузкой  являются опорные реакции второстепенных балок, так сил в пролете больше 4, то можно принять нагрузку как равномерно распределенную:

(q+p)_г.б. = ( q+p)*а*1,05=25,06*1,05*9,3=244,711кН/м,

где а – шаг главных балок, 1,05 – коэффициент учета собственного веса.

М_max = q_г.б*L²/8

Q_max = q_г.б*L/2      

М_max=244,711*17²/8=8840,181 кН*м

Q_max=244,711*17/2=2080,04 кН

Также вычислим усилия М₁  и Q₁ в трети пролета балки:

М₁=V_a*L/3 -q_г.б.*L/3*L/7 = 3367,689 кН*м

Q₁= V_a -q_г.б.*L/3 = 693,344 кН

Поперечное  сечение назначается в виде сварного симметричного двутавра из трех листов. По (1) принимается сталь С255 с R_y=240 МПа и коэффициент условий работы γ_c=1.

Компоновка  сечения связана с определением габаритных размеров и толщины поясов и стенки.

Высота сечения определяется из условия прочности и минимального расхода стали:

h_опт = 1,15* √W_тр/t_w

где W_тр=M_max/(R_y*γ_c)

W_тр=884,0181*10⁵ /(2400*1)=36834,088 см³

Толщина стенки t_w вычисляется по приближенной эмпирической формуле:   

t_w=[7+3*h(м)] мм.

h=0.1*L

h=0.1*17=1,7 м

h>1,3

h_опт=³√W_тр* λ_w

λ_w= hef/t_w=0,97*1,7/0,0121=136,281

h_опт = ³ √36834,088 *136,281= 171,222 см =180см

Из условия требуемой жесткости:

h_min=(5/24)*(R_y*L/Е)*[L/f]*(M ^н _max/M_max),

M ^н _max – максимальный момент в балке от действия нормативных нагрузок:

 M ^н _max = 203,551*17²/8 = 7353,295 кН*м,

[L/f] – величина, обратная предельно допустимому  прогибу [f/L]=1/300 (2),

h_min=(5/24)*(240*17/2,06*10⁸)*300*(7353,295 /8840,181)=103 см=105см

h_min=105см

h=180 см.

Толщина стенки из условия прочности  на срез:

t_w > 1.5*Q_max/(h_ef*R_s*γ_c)

h_ef=0,97*1,8=1,746м