Подбор сечения прогона и горизонтальной связи покрытия

Это пример выполнения расчётно-пояснительной записки по подбору сечения прогона и горизонтальной связи системы покрытия. Данная статья подготовлена при помощи инструмента "Книга отчётов" ПК ЛИРА САПР

1 Исходные данные

Расчёт выполняется в рамках проектирования объекта "Учебный проект".
Расчёт строительных выполнен в соответствии с:
- СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия";
- СП 16.13330.2017 "Стальные конструкции";
Климатические условия:
расчетная температура наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 минус 44,00.
Нормативное значение веса снегового покрова для III снегового района - 1.5 кПа.

2 Конструктивные решения

Ограждающая конструкция кровли выполняется из кровельной Сэндвич-панели с минераловатным наполнителем плотностью 100 кг/м3, обшитого стальным листом t=0.7 мм. Теплотехнический расчёт сэндвич-панели выполнен в предыдущей статье.
Крепление сэндвич-панели к прогону кровли выполняется посредством самонарезающих винтов диаметром 5.5 мм с шагом 400 мм.
Угол наклона кровли составляет 2 градуса. Прогон выполняется из прокатного швеллера с параллельными гранями полок по ГОСТ 8240-97.
Прогон опирается на металлическую ферму. Шаг прогонов 3 м, шаг ферм 6 м. В покрытии предусмотрена система горизонтальных связей и распорок.

Рис. 2.1 Схема расположения прогонов

Рис. 2.2 Схема расположения связей покрытия

3 Расчёт конструкции в ПК ЛИРА САПР

3.1 Описание расчётной модели

В расчётах используется версия ЛИРА САПР 2021. Общий вид расчётной модели прогона см. рисунок

Рис. 3.1 Общий вид расчётной модели

Построение расчётной модели выполняется путём моделирования стержня прогона. Тип конечного элемента КЭ10. Для учёта уклона кровли, выполняется поворот местных осей стержня на 2 градуса. Нагрузки прикладываются по направлению глобальных осей.

3.1.1 Жесткости

Рис. 3.2 Жесткость 1 «1. Швеллер 22П»

3.2 Основные результаты расчёта

Статическим расчётом определены внутренние усилия в конструкциях.
Конструктивным расчётом подобраны поперечные сечения прогона и горизонтальных связей в покрытии.

3.3 Подбор сечения прогона

3.3.1 Граничные условия

Условия опирания прогона:
- Шарнирно-неподвижная опора в первом узле элемента;
- Шарнирно-подвижная опора во втором узле элемента;

3.3.2 Нагрузки и воздействия

Определение веса сэндвич-панели
Нормативный вес материалов сэндвич-панели
Наполнитель: 100 кг/м3*0.214 м2 = 21.4 кг/м;
Верхняя обшивка профист: 1.273*0.0007*7850=7 кг/м;
Нижняя обшивка профлист: 1*0.0007*7850=5.5 кг/м;
Нормативный вес квадратного метра сэндвич панели:
7+21.4+5.5=33.9 кг/м2;
Расчётный вес квадратного метра сэндвич панели:
1.05*7+21.4*1.3+1.05*5.5=40.95 кг/м2;
Коэффициент надёжности по нагрузке для веса кровли:
40.95/33.9=1.208;
Расчётная нагрузка на 1 м.п. грузовой площади шириной 3 м: 40.95*3=122.85 кг/м;
Расчётная снеговая нагрузка на прогон: 1.4*150*3=675 кг/м;

Рис. 3.3 Собственный вес

Рис. 3.4 Вес кровли

Рис. 3.5 Снег

3.3.3 Результаты расчёта

Для расчёта конструкции на сочетания нагрузок составим таблицу РСУ:

Для определения прогиба прогона, при косом изгибе, составим таблицу РСН

Таблица 3.4 РСН нормативные длительнодействующие [СП 20.13330.2011/2016_1](03)

3.3.3.1 Результаты статического расчета

Статическим расчётом определены внутренние усилия в конструкции

Собственный вес.

Рис. 3.6 Эпюра My

Рис. 3.7 Эпюра Qz

Вес кровли.

Рис. 3.8 Эпюра My

Рис. 3.9 Эпюра Qz

Снег.

Рис. 3.10 Эпюра My

Рис. 3.11 Эпюра Qz

3.3.3.2 Расчёт прогона по СП 16.13330.2017

Рис. 3.12 Мозаика результатов проверки назначенных сечений по 1 предельному состоянию

Рис. 3.13 Мозаика результатов проверки назначенных сечений по местной устойчивости

Таблица 3.7 Стальные элементы. Проверка. [Вариант 1](02)

3.3.3.3 Проверка по второму предельному состоянию

Ввиду того, что прогон находится в состоянии косого изгиба, проверку по прогибу выполняем вручную, для этого создадим в таблице РСН сочетание постоянных и временных длительных нагрузок.
Прогиб прогона от РСН2:
f=(fz^2+fy^2)^0.5=(13.8^2+5.73^2)^0.5=14.94 мм
Не превышает максимально допустимого значения по приложению Д СП 20.13330.2016 6000/120=20 мм

Рис. 3.14 Эпюра перемещений Z1

Рис. 3.15 Эпюра перемещений Y1

3.4 Подбор сечения горизонтальных связей и распорок

Сечения горизонтальных связей и распорок выполняется по предельной гибкости и проверяется на действие сжимающего усилия 3 т.
Геометрическая длина горизонтальной связи - 6.7 м;
Геометрическая длина распорки - 6 м (равна шагу ферм);
Ввиду того, что граничные условия для каждого элемента горизонтальных связей, это шарнирное сопряжение с другими элементами покрытия, расчётную длину принимаем равной геометрической длине.
Расчёт элементов горизонтальных связей будем выполнять в системе СТК-САПР, без моделирования элементов в среде Визор-САПР.
Коэффициент условий работы по устойчивости принимаем равным Yc=1, как для случая, не оговорённого в таблице 1 СП 16.13330.2017;
Предельную гибкость на сжатие принимаем равной 200 - п.6 Табл.32 СП 16.13330.2017 (элемент связи, служащий для уменьшения расчётной длины сжатых стержней);
Предельную гибкость на растяжение принимаем равной 400 - п.5 Табл.33 СП 16.13330.2017 (прочие элементы связей);

Подобранное сечение горизонтальной связи уголок 75х75х5 принимаем для всех элементов связей в покрытии (горизонтальные связи и распорки)