Определение снеговой поверхностной нагрузки

Нормативная снеговая нагрузка на 1м² покрытия зависит от района строительства и профиля кровли. Для принятой в проекте плоской кровли она равна весу снегового покрова , указанному в СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», который относится ко II снеговому району. Для данного снегового района расчетное значение снегового покрова составляет .

Расчетная линейная снеговая нагрузка:

где - шаг стропильных ферм; ;

- коэффициент перехода от снеговой нагрузки на уровне земли к снеговой нагрузке на уровне покрытия, равный 1,0;

- нормативная снеговая нагрузка на 1м²покрытия;

Сосредоточенная снеговая нагрузка:

Рис.3.2 – Расчетная схема с приложенной снеговой нагрузкой

Определение ветровой нагрузки

Для расчета рамы определим ветровую нагрузку на 1м² стены здания как с наветренной (активное давление), так и с заветренной стороны (пассивное давление) (рис. 3.3).

Рис. 3.3 – Расчетная схема с приложенной ветровой нагрузкой

Эквивалентное давление ветра для стоек рамы определяется:

где - коэффициент надежности

- нормативное значение ветровой нагрузки для ветрового района III, на отметке 10 м от земли

- коэффициент надежности ветровой нагрузки ;

- аэродинамический коэффициент на ветреной стороне здания ;

- аэродинамический коэффициент подветренной стороны здания ;

- шаг рамы ( =6м);

- коэффициент, учитывающий тип местности для заданного ветрового района (тип местности В, );

- поправочный коэффициент, учитывающий увеличение интенсивности ветровой нагрузки от высоты (при ).

зависит от высоты от уровня земли: на высоте 10 м К₁₀=1,0, а на высоте 20 м К₂₀=1,25.

Найдем коэффициенты Z_eи K₍_ze:

Z_e=H₀+h_ф+0,6=15,15м

K_(ze)=0.753

Статический расчет рамы

Определение внутренних усилий возникающих в каждом элементе рамы от действующих на нее нагрузок M, N, Q в расчетном сечении рамы (место защемления стойки в фундаменте) определяется раздельно от каждого вида нагрузки.

Определение усилий в колоннах от собственного веса

Первое загружение:

Рис.4.1 Расчетная схема по первому загружению

В виду симметрии рамы и нагрузок, изгибающий момент и поперечная сила в стойках рамы равны нулю.

Определение усилий в колоннах от снеговой нагрузки

Второе загружение:

Рис. 4.2 – Расчетная схема по второму загружению

Определение усилий в колоннах от ветра

Третье загружение:

Рис. 4.3 – Расчетная схема по третьему загружению

Согласно нормам проектирования, в общем случае составляют 4 сочетания для определения расчетных усилий расчета колонн и 2 для расчета анкерных болтов.

Таблица расчетных сочетаний внутренних усилий для левой стойки рамы

Таблица 2

№ п/п	Наименование нагрузки или РСУ	Усилия в сечении а
М кН∙м	N кН	Q кН
Усилия по результатам статического расчета
	Постоянная нагрузка	М_св.а	N_св.а	Q_св.а
	533,1
	Снеговая нагрузка	М_сн.а	N_сн.а	Q_сн.а
	158,76
	Ветровая нагрузка	М_в.а	N_в.а	Q_в.а
206,24		31,07
Расчетные сочетания усилий (все варианты)
А	1+2		691,8
Б	1+3	206,24	533,1	31,07
В	1+2∙ψ_t1+3∙ψ_t2	185,6	691,8	27,9
Г	1+2∙ψ_t2+3∙ψ_t1	206,24	675,9	31,07
Выборка расчетных сочетаний усилий для расчета колонны по критериям М_max и N_max
I	М_max, (N, Q)_{соответствующее}(Г)	206,24	675,9	31,07
II	N_max, (M, Q)_{соответствующее}(В)	185,61	691,8	27,9
Выборка расчетных сочетаний усилий для расчета анкерных болтов
III	N_min, М_max: 0,82∙1+3	206,24	437,1	31,07
Примечание: знак (-), обозначающий сжатие у продольной силы условно не поставлен

Расчет колонны

Колонна проектируемой рамы каркаса проектируется сплошной сварного типа в виде двутавра. Такое сечение компануется из 3-х листов: две полки и одна стенка(см рис 5.1)

Рис. 5.1 Параметры сечения колонны

Класс стали для колонны проектируется по требованиям приложения в СП16,13330-2011 «Стальные конструкции», В зависимости от климатического района расположения здания и группы стали конструкций.

Для расчета в проекте принят класс стали С225 ГОСТ 27772-88

Сталь по ГОСТ 27772	Толщина проката мм	Нормативное сопротивление проката Н/мм²	Расчетное сопротивление проката Н/мм²
R_yn	R_un	R_y	R_u
С225	От 2до 20
От 20 до 40

Расчетная длина колонны определяется по формуле (140) СП 13.16660-11

L_ef=µ*L

L=L_k=11,4 м

µ-коэффициент расчетной длиныпо формулам СП13.16660-11

Для определения и определяются коэффициенты к_m и к_n

к_m_{= 0}

к_n₌

EJ=221048.73 кН*м² изгибаемая жесткость колонны, принята из опыта проектирования предварительно.

₁=9,6 длина колонны.

Как видно из формул коэффициент расчета длины зависти от длины и жёсткости сечения колонны.

Так как на начальном этапе мы не можем точно задаться жёсткостью сечения, поэтому примем коэффициент µ максимальному значению, µ=2. В дальнейшем этот коэффициент будет использоваться для расчета колонны в плоскости поперечной рамы.

Принимаем расчетные длины колоны:

L_ef=µ*L=2*11,4=22,8м

-Из плоскости рам:

L_ef₌l_y=11,4м

Усилие для расчета принимаем из расчета РСУ (таб. 2) из строк Iи II:

I-М=206,24 кН*м; N=675,9 кН; Q=31,07 кН

II-М=185,6 кН*м; N=691,8 кН; Q=27,96 кН

Предварительно требуемую площадь колонны можно определить по формуле:

где е=М/N-эксцетренситет действующей продольной силы

h=b_к=480 мм

РСУ I:

=71,78 см²

РСУ II:

=69,5 см²

Для расчета будем использовать РСУ I, как наиболее невышодное.

Колонна рассчитывается как внецентренно сжаты й элемент по формуле (109) СП16.13330-2011.

Определим по этой формуле требуемую площадь сечения, предварительно определив приближенное значение характеристик.

Для симметричного двутавра:

-радиус инерции: i_x=0,42*h=0,42*48=20,16см

-относительный момент сопротивления:

S_x=,35*h=0,45*48=16,8см

Условная гибкость в плоскости рамы:

E=2,06*10⁴-Модуль упругости стали

Относительный эксцетренситет:

Коэффициент влияния формы сечения для двутавра определяется из таблицы Д2 СП16.13330.2011 и изменяется в пределах 1,2…1,7 принимаем в первом приближении =1,4.

Тогда приведенный относительный эксцетренситет будет равным:

Коэффициент Устойчивости при сжатии с изгибом определяется по таблице Д3 СП16.13330.2011, при =3,25 и =1,6, =0,333

Требуемая площадь сечения колонны:

Предварительно принимаем толщину стенки колонны:

Толщину полки принимают в пределах двух толщин стойки:

Определим высоту стенки колонны:

Окончательно принимаем h_w=460 мм

Площадь стенки: А_w=46*0,6=27,6 см²

Требуемая площадь сечения поясов: A=90,29-27,6=63,69 см²

Требуемая ширина пояса b_f=(62,69/2)/1,2=26,12

По ГОСТ 82-70* окончательно принимаем 340мм

Проверяем местную устойчивость полки по п.9.4.7 Д2 СП16.13330.2011.

Условная гибкость свеса пояса(полки):

b_ef=(34-0,6)/2=16,7см

-условие проверки выполняется.

Проверяем местную устойчивость стенки по п.9.4.2 Д2 СП16.13330.2011. условие гибкости стенки:

не должно превышать значения предельной условной гибкости.

Устойчивость стенки не обеспечена. Это допускается при условии крепления стенки поперечными ребрами жёсткости, в соответствии п.7.3.7 СП16.13330.2011. Кроме того, проперки устойчивости колонны необходимо выполнять с учетом уменьшенной площади стенки колонны в соответствии с п.7.3.6 СП16.13330.2011.

В итоге в первом приближении получены размеры сечения колонны:

h_w=460 мм; t_w=6 мм; b_f=340 мм; t_f=12мм; h=484 мм.

Определим геометрические характеристики сечения колонны:

Площадь поперечного сечения:

А=46*0,6+2*34*1,2=104,4 см²

Момент инерции относительно оси «х-х»:

J_x=