Расчетно-конструктивный раздел

Компоновка конструктивной схемы каркаса здания

Общие вопросы

Каркас здания запроектирован по рамно-связевой схеме и состоит из поперечных рам переменных по высоте; вертикальных жестких связей; профилированного настила покрытия Н14-600-0,9, непосредственно опирающегося на верхний пояс сквозного ригеля из прокатного двутавра (оси Б-Е, И-М), стоек торцевого фахверка.

Поперечная рама состоит из колонн (по оси Б – сплошная, из трубы по ГОСТ 8732-78, бесшовная; по осям Е, И, М – из двутавра с параллельными гранями полок по ГОСТ 26020-83, тип Ш), сквозных ригелей (оси Б-Е и И-М, верхний пояс из прокатного двутавра, остальные элементы составного таврового сечения из уголков) и сплошностенчатого ригеля ( оси Е-И, из двутавра по ГОСТ 26020-83, тип Б).

Поперечная жесткость каркаса обеспечивается поперечной рамой, элементы которой имеют жесткое сопряжение с колонной и шарнирное сопряжение стропильной фермы с колонной.

Продольная жесткость – вертикальными жесткими связями по колоннам и горизонтальными диафрагмами жесткости по покрытию.

Профилированный настил, уложенный непосредственно по верхним поясам стропильных ферм, обеспечивает неизменяемость покрытия в горизонтальной плоскости. Настил, прикрепленный к верхним поясам стропильных ферм, передает вертикальные нагрузки с кровли на стропильные фермы совместно с горизонтальными связями, развязывает верхние пояса стропильных ферм из плоскости, обеспечивая пространственную жесткость здания в целом.

Компоновка поперечной рамы в осях Б-М

Схема поперечной рамы приведена на рисунке 16.

Вертикальные размеры поперечника:

Пролет Б-Е:

· полезная высота Н=9000 мм;

· заглубление колонны ниже нулевой отметки -0.500 мм;

· полная высота колонны по оси Б – 8.130 мм, по осям Б-Ж – 3700мм;

· высота стропильной фермы на опоре по осям Б и Е– 2330 мм.

Пролет Е-И:

· полезная высота: 1-го этажа Н_о,ЕИ1=4300 мм;

2-го этажа Н_о,ЕИ2=3300 мм;

3-го этажа Н_о,ЕИ3=3500 мм.

· заглубление колонны ниже нулевой отметки -0.500 мм;

· полная высота колонны по оси Е – 11830 мм, по оси И – 11600 мм;

· высота балки перекрытия – 750 мм.

Пролет И-М:

· полезная высота Н_о,ИМ=4800 мм;

· заглубление колонны ниже нулевой отметки -0.500 мм;

· полная высота колонны по оси И–11600 мм, по оси М–7500 мм;

· высота стропильной фермы на опоре по оси И–3400 мм, по оси М–2200мм.

Горизонтальные размеры:

· пролет Б-И: L_БИ=24 м;

Привязка колонн по осям Б, В,Д,Ж,И – центральная.

Высота сечения колонн: ось Б; двутавр 40Ш2

ось В – двутавр 40Ш2;

ось Д – двутавр 50Ш2;

ось Ж – двутавр 40Ш2;

ось И – двутавр 40Ш2.

Обеспечение неизменяемости каркаса здания

Компоновка конструктивной схемы каркаса включает постановку связей по покрытию здания и между колоннами. Они объединяют элементы каркаса в единую неизменяемую пространственную систему, создают резерв несущей способности поперечных рам за счет их совместной работы и обеспечивают устойчивость его сжатых элементов. Обеспечивают восприятие ветровых нагрузок, действующих на продольные и торцевые стены здания. Связи в значительной мере влияют на поперечную и продольную жесткость здания, что важно для продолжительности службы конструкций. Связи создают условия для надежного и удобного монтажа элементов каркаса.

Связи по покрытию

Система этих конструктивных элементов образует замкнутую контурную обвязку покрытия, позволяющую:

· создать жесткий диск покрытия;

· перераспределить усилия между смежными рамами;

· обеспечить восприятие горизонтальной нагрузки от ветра, приложенной вдоль здания;

· уменьшить расчетные длины сжатых поясов стропильных конструкций и тем самым обеспечить их устойчивость;

· взаимно закрепить конструкции в процессе монтажа.

Основу этой системы составляют жесткие пространственные связевые блоки, предусмотренные на листе 5.

Связевой пространственный блок состоит из двух стропильных конструкций (ферм и балок), связанных вертикальными и горизонтальными связями в уровне их поясов. Устойчивость промежуточных стропильных конструкций обеспечивается распорками и растяжками.

В местах расположения поперечных связей предусмотрены вертикальные связи между стропильными конструкциями.

Связевые блоки запроектированы с крестовой решеткой.

Связи между колоннами

Назначение связей:

· создание продольной жесткости каркаса, необходимой для нормальной эксплуатации здания, так как продольная конструкция здания сама по себе имеет небольшую жесткость;

· обеспечение устойчивости колонн;

· восприятие ветровой нагрузки, действующей на торцевые стены здания.

Связи между колоннами установлены по всем продольным рядам колонн. Расположение этих связей в середине температурного блока не препятствуют температурным деформациям продольных элементов. Так как колонны постоянного по высоте сечения, связи располагают в плоскости оси колонн. Принятая конструктивная схема связей применяется при шаге колонн 6 м и заданной высоте здания. Схема связей крестовая, так как она обеспечивает наиболее простую и жесткую завязку колонн здания. Элементы связей скомпонованы из круглых труб и уголков. Крепят связи на болтах нормальной точности М20.

Сбор нагрузок на раму

Поперечную раму рассчитываем на постоянные нагрузки – от веса несущих и ограждающих конструкций здания, временные – от снега и ветра.

Таблица -8- Нагрузки на ригель от веса конструкций покрытия

Состав кровли и конструкции покрытия	Изме- ритель	Нормативная нагрузка	γfi	Расчетная нагрузка
Кровля	кН/м
Покрытие «Кровелелон-Е»	-	1,3	-
Утеплитель δ=130мм, из пеноплекса ρ=100кг/м3	0,39	1,3	0,51
Пароизоляция (полиэтиленовая пленка 200мкм)	-	1,3	-
Ограждающие конструкции
Стальной профлист Н114-600-0,9	0,42	1,05	0,45
Итого:	кН/м	0,81		0,96

Нагрузка от собственного веса колонн:

ось Б тр.Ǿ325х8:

(83)

ось Е двутавр 40Ш2:

(84)

ось И двутавр 50Ш2:

(85)

ось М двутавр 40Ш2:

(86)

Нагрузка от собственного веса перекрытия в пролете Е-И:

главная балка:

второстепенная балка:

пол:

итого:

Стены здания выполнены из навесных трехслойных металлических панелей с обшивками из профилированного листа НС, толщиной 0,7мм.

Утеплитель - пенополистирол δ=150мм.

Таблица – 9 Нагрузки от веса стенового ограждения

Состав стенового ограждения	Изме- ритель	Нормативная нагрузка	γfi	Расчетная нагрузка
Трехслойные стеновые панели	кН/м
два профилированных листа НС-600-0,7	0,66	1,05	0,69
Пенополистирол δ=150мм, ρ=100кг/м3	0,9	1,05	0,95
Итого:	кН/м	1,56		1,64
Окна с двойным остеклением	кН/м	0,86	1,05	0,9
Итого:	кН/м	1,8		1,89
Комуникации	кН/м	0,5	1,4	0,7

Здесь (см. таблицу 8), (см. таблицу 9).

Нагрузка от стеновых панелей:

по оси М:

Рисунок 17 - Нагрузка от стеновых панелей

по оси Б:

Рисунок 18 - Нагрузка от стеновых панелей

Рисунок 19 - Расчетная схема рамы на постоянную нагрузку

Временные нагрузки:

Снеговая нагрузка:

Снеговая нагрузка передается равномерно распределенной с расчетной интенсивностью

p=s₀ μ B, (87)

где s₀ - вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемый по нормам [1] в зависимости от снегового района;

μ – коэффициент, учитывающий профиль покрытия [1, прил.3];

μ =1 в осях Б-И (верхнее покрытие);

Коэффициент μ следует определять по формуле (5):

где h – высота перепада, м.

h=11,1-8,2=2,9м.

m₁; m₂ – доли снега, переносимого ветром к перепаду высот, их значение принимают в зависимости от профиля:

0,4 – для плоского покрытия с α ≤ 20⁰

μ должно быть не более , принимаю μ=3,2.

Определим зону повышенного снегоотложения b:

при μ=3,2 ≤ ;

(88)

Определим коэффициент μ₁ по формуле (6):

Принимаем μ₁=1.

Рисунок 20 - Схема снеговой нагрузки

По формуле (7) и (8) снеговая нагрузка на покрытие в осях Б-И составит:

p=1,8х1х6=10,8кН/м.

p^н=1,8х0,7х1х6=7,56кН/м.

Наибольшая снеговая нагрузка в осях И-М составит:

p=1,8х3,2х6=34,56кН/м.

p^н=1,8х0,7х3,2х6=24,19кН/м.

Ветровая нагрузка:

Согласно нормам [1, п.6] ветровую нагрузку следует определять как сумму средней и пульсационной составляющих.

Так как, отношение высоты к пролету здания менее 1,5, объект находится в местности типа В, то пульсационную составляющую ветровой нагрузки допускается не учитывать.

Расчетное значение ветровых нагрузок на 1м² поверхности подсчитывается по формуле:

(89)

где w₀ – нормативное значение ветрового давления [1, табл.5]; w₀=0,38 кН/м².

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности, [1, табл.6];

с – аэродинамический коэффициент, зависящий от конфигурации здания,

[1, прил.4];

γ_f=1,4 – коэффициент надежности по нагрузке для ветровой нагрузки.

Определим значение нагрузок, в случаи, когда ветер слева:

Определим значение нагрузок, в случаи, когда ветер справа: