В рамках данной серии статей выполним построение модели и расчёт каркаса одноэтажного здания склада пролётом 18 м длиной 30 м, высотой от пола до низа несущей конструкции покрытия 8 м. Исходные данные для проектирования:
- район строительства – г. Тюмень;
- здание отапливаемое
- материал стен и кровли – сэндвич-панели;
План выполнения расчёта здания в ПК ЛИРА САПР
Рекомендуется выполнять расчёт здания в следующей последовательности:
1 Получить исходные данные;
2 Определить конструктивную схему здания, состав ограждающих конструкций, выявить основные несущие элементы;
3 Выполнить сбор нагрузок на основные несущие конструкции (ветровая, снеговая, постоянная, полезная);
4 Построение расчётной модели в программе (с назначением типов жёсткости элементам и приложением нагрузок);
5 Составление расчётных сочетаний нагрузок РСУ и РСН;
6 Расчёт, определение невыгодных сочетаний нагрузок;
7 Проверка и подбор сечений элементов;
8 Расчёт узлов соединений несущих конструкций;
9 Составление тома расчётов;
10 Передача данных исполнителям, на разработку чертежей;
Следует помнить, что назначенных сечений элементов могут не пройти проверки по первому и второму предельному состояниям, а также по местной устойчивости, из-за чего потребуется повторно выполнить действия в пунктах 3-7.
Рекомендация: следует проанализировать конструктивную схему здания и определить, есть ли возможность предварительно выполнить расчёт одной поперечной рамы – это позволит существенно сэкономить время, в случае если возникнет необходимость поменять сечения элементов. Расчёт всего здания, следует выполнять в пространственной постановке.
Сбор исходных данных
Для расчёта и проектирования здания следует получить следующие исходные данные:
- дата и номер договора на разработку проектной документации;
- состав проектной документации;
- техническое задание на проектирование;
- инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания на участке строительства;
- предпроектные испытания свай;
- топосъёмка с экспликацией колодцев;
- схема планировочной организации земельного участка с нанесёнными архитектурно-строительными осями здания или сооружения, положением инженерно-геологических выработок (скважин, шурфов, точек зондирования и др.), линий инженерно-геологических разрезов, красных линий;
- архитектурные и объёмно-планировочные решения (планы, разрезы, фасады) с указанием конструкции ненесущих стен, перегородок, полов, подвесных потолков, кровли и т.п.;
- степень огнестойкости здания, предел огнестойкости несущих конструкций;
- указать несущие конструкции, являющиеся противопожарными преградами, тип противопожарной преграды;
- сводное задание на отверстия в несущих конструкциях со стороной более 300 мм для прохода инженерных систем;
- задания на размещения тяжёлого инженерного оборудования;
- технологические решения с указанием веса технологического оборудования, зон складирования, зон перемещения транспорта и т.п.;
- строительное задание на лифты;
- другие, необходимые для проектирования, данные;
В рамках проектирования одноэтажного склада ограничимся получением задания в виде архитектурно-планировочных решений;
Номенклатура типовых стальных конструкций
Серия 1.424-4 Стальные колонны одноэтажных производственных зданий;
Серия 1.423-4 Стальные колонны одноэтажных промышленных зданий без мостовых кранов;
Серия 1.427-2 Стальные стойки продольного и торцевого фахверка для одноэтажных промышленных зданий;
Серия 1.460-2 Стальные конструкции покрытий производственных зданий с применением железобетонных плит;
Серия 1.460-4 Стальные конструкции покрытий производственных зданий с применением профилированного настила;
Серия 1.460-5 Стальные конструкции покрытий производственных зданий с применением круглых труб;
Серия 1.460.3-23.98 Стальные конструкции покрытий производственных зданий из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения пролётом 18, 24 и 30 м с уклоном кровли 10%.
Определение конструктивной схемы здания
Конструктивная схема здания составлена из одноэтажных однопролётных рам, где стойками служат колонны здания, ригелями – конструкции покрытия.
Состав ограждающих конструкций
Материал стен и кровли – сэндвич-панели.
Толщина стеновых сэндвич-панелей 150 мм, определяется на основании теплотехнического расчёта;
Толщина кровельных сэндвич-панелей 200 мм, определяется на основании теплотехнического расчёта, пример есть в статье https://zen.yandex.ru/media/id/5f4e66b077069a5e1ba24f0a/teplotehnicheskii-raschet-krovelnoi-sendvichpaneli-60cc5f5665d6c01b445b3ca6?&
Основные несущие элементы
Колонны каркаса – стальные прокатные двутавры;
Ригели – металлические фермы из замкнутых гнуто-сварных профилей;
Прогоны – стальные прокатные швеллеры;
Вертикальные связи, а также система связей в покрытии – стальные уголки;
Стеновые ригели – замкнутые гнуто-сварные профили;
Поперечные сечения элементов принимаются на основании предварительных расчётов, а также типовой серийной документации;
Сбор нагрузок на основные несущие конструкции
Сбор нагрузок будем выполнять на пространственный каркас, однако для расчёта одной рамы нам потребуются только те нагрузки, которые будут действовать в плоскости рамы.
Сбор нагрузок выполняем для следующих загружений:
Собственный вес несущих конструкций будет приложен в ПК ЛИРА САПР автоматически.
Собственный вес ограждающих конструкций
Нагрузка от веса стеновых панелей:
Вес 1 м2 стеновой панели толщиной 150 мм равен 0.0308 тс/м2;
Стойки фахверка
q1/A= q4/A= q1/Б= q4/Б= (0.5/2+6/2)*0.0308=0.1001 тс/м;
q1/A-Б= q4/A-Б= (6/2+6/2)*0.0308=0.1848тс/м;
Колонны каркаса
q1/A= q4/A= q1/Б= q4/Б=(0.5/2+5.5/2)*0.037=0.111 тс/м;
q2/A= q3/A= q2/Б= q3/Б=(6/2+5.5/2)*0.037=0.213 тс/м;
Расчётная нагрузка от веса стеновых панелей 0.0308*Yf=0.0308*1.2=0.037 тс/м2;
Yf=1.2 – коэффициент надёжности по нагрузке по таблице 7.1 СП 20.13330.2016 для отделочных слоёв, выполненных в заводских условиях;
Стойки фахверка
q1/A= q4/A= q1/Б= q4/Б= (0.5/2+6/2)*0.037=0.12 тс/м;
q1/A-Б= q4/A-Б= (6/2+6/2)*0.037=0.222 тс/м;
Колонны каркаса
q1/A= q4/A= q1/Б= q4/Б=(0.5/2+5.5/2)*0.037=0.111 тс/м;
q2/A= q3/A= q2/Б= q3/Б=(6/2+5.5/2)*0.037=0.213 тс/м;
Нагрузки от собственного веса стеновых панелей прикладываются в виде сосредоточенных сил на отм. 0.000 и +4.000 м, эксцентриситет действия продольной силы на отм. +4.000 равен 0.5*h, где h – высота сечения колонны.
Нагрузка от веса конструкций покрытия
Вес 1м2 кровельной сэндвич-панели толщиной 200 мм составляет 33.9 км/м2.
Yf=1.2 – коэффициент надёжности по нагрузке по таблице 7.1 СП 20.13330.2016 для отделочных слоёв, выполненных в заводских условиях;
Расчётная нагрузка на 1м2 от веса кровельной сэндвич-панели 33.9*1.2=40.7 кг/м2=0.0407 т/м2;
Нормативная нагрузка на прогоны покрытия:
Крайние прогоны:
q =a*b*g=3.04/2*0.0339=0.0515 тс/м;
Рядовой прогон:
q= a*b*g=(3.04/2+2.92/2)*0.0339=0.101 тс/м;
Прогон в коньке фермы:
q1= a*b*g=(2.92/4+2.92/4)*0.0339=0.099 тс/м;
Расчётная нагрузка на прогоны покрытия:
Крайние прогоны в осях:
q =a*b*g=3.04/2*0.0407=0.0619 тс/м;
Рядовой прогон в осях:
q= a*b*g=(3.04/2+2.92/2)*0.0407=0.1213 тс/м;
Прогон в коньке фермы в осях:
q1= a*b*g=(2.92/2+2.92/2)*0.0407=0.1188 тс/м;
Снеговая нагрузка
S0=ce*ct*m*Sg – нормативное значение снеговой нагрузки
ce – коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов, принимаемый в соответствии с 10.5-10.9, СП 20.133330.2016;
п.10.7 с учётом Изм 3 к СП 20.133330.2016: Для пологих (с уклонами до 10 градусов или с f/l<=0.05, где f – стрела подъёма покрытия, м l – пролёт покрытия, м) покрытий однопролётных и многопролётных зданий без фонарей, проектируемых на местности типов А или В (см.11.1.6) и имеющих характерный размер в плане lc не более 100 м (см. схемы Б1, Б.2, Б.5 и Б.6 приложения Б), а также для покрытий высотных зданий допускается учитывать коэффициент сноса снега, принимаемый по формуле (10.2), но не менее 0.5 и не более 1:
где kv – коэффициент, зависящий от средней скорости ветра в зимний период и среднемесячной температуры воздух в январе, принимаемый по таблице 10.2;
k – коэффициент, зависящий от высоты над уровнем планировочной отметки земли, принимаемый по таблице 11.2 для типов местности А или В (см.11.1.6);
lc=2*b-b2/lmax – характерный размер покрытия, принимаемый не более 100 м;
здесь b – наименьший размер покрытия в плане;
lmax – наибольший размер покрытия в плане;
Для г. Тюмени Т=-16.2 С0, v=2,7 м/с. Принимаем kv=1.4 для типа местности В.
Определение коэффициента k по таблице 11.2 для типа местности В
Принимаем ze=8 м
Значение k определяем линейной интерполяцией:
lc=2*b-b^2/lmax=2*18-18^2/18=18 м;
подставляем значения в формулу (10.2)
Коэффициент ct=1.
Определение коэффициента .
S0=ce*ct*u*Sg=0.914*1*1*1.6=1.462 кПа = 0.15 т/м2ия с углом наклона 5 градусов, Вариант 1.
Определение нормативной снеговой нагрузки по формуле (10.1):
S0=ce*ct**Sg=0.914*1*1*1.6=1.462 кПа = 0.15 т/м2
Нормативная снеговая нагрузка на прогоны покрытия:
Крайние прогоны:
q =a*b*S=3.04/2*0.15=0.23 тс/м;
Рядовой прогон:
q= a*b*S=(3.04/2+2.92/2)*0.15=0.45 тс/м;
Прогон в коньке фермы:
q1= a*b*S=(2.92/2+2.92/2)*0.15=0.44 тс/м;
Расчётная снеговая нагрузка на 1 м2:
S=S0*Yf=0.15*1.4=0.21 т/м2;
Расчётная снеговая нагрузка на прогоны покрытия:
Крайние прогоны:
q =a*b*S=3.04/2*0.21=0.32 тс/м;
Рядовой прогон:
q= a*b*S=(3.04/2+2.92/2)*0.21=0.63 тс/м;
Прогон в коньке фермы:
q1= a*b*S=(2.92/2+2.92/2)*0.21=0.61 тс/м;
Ветровая нагрузка вдоль числовых осей
Ветровая нагрузка вдоль числовых осей
Сбор ветровой нагрузки на стены выполняется в соответствии с В.1.2 СП 20.13330.2016.
wm=w0*k(ze)*c;
w0=0.3 кПа = 0.0306 т/м2;
Определение расстояния e.
b=18 м > 2*р=2*8=16 м;
e=2*h=2*8=16 м;
e/5=16/5=3.2 м;
Фасад А-Б делится на 3 участка: А = 3.2 м, В= 12.8 м, С = 2 м;
Определение эквивалентной высоты ze и коэффициента k(ze):
п.11.1.5 СП 20.13330.2016:
2 Для зданий принимаем случай а) при h=8 м < d=30 м, ze=h;
z – высота от поверхности земли;
d – размер здания (без учёта его стилобатной части) в направлении перпендикулярном расчётному направлению ветра;
Определяем коэффициент k для ze=8м, по таблице 11.2:
Определение нормативного значения средней составляющей ветровой нагрузки wm на стены:
WmA=0.0306*0.59*(-1)=-0.0181 тс/м2;
WmB=0.0306*0.59*(-0.8)=-0.0144 тс/м2;
WmC=0.0306*0.59*(-0.5)=-0.009 тс/м2;
WmD=0.0306*0.59*0.8=0.0144 тс/м2;
WmE=0.0306*0.59*0.5=0.009 т/м2;
Сбор ветровых нагрузок на колонны выполним в табличной форме:
Сбор ветровых нагрузок на покрытие:
Уклон B кровли, в рамках задачи, принимается равным 5 градусам, вследствие чего, все аэродинамические коэффициенты будут принимать отрицательное значение и приводить к разгрузке (отрыву) кровли. Для получения наиболее невыгодного сочетания нагрузок, ветровую нагрузку на покрытие учитывать не будем.
Построение расчётной модели
Как построить расчётную модель, разберём в следующей статье
