Расчётно-конструктивная часть

Для однопролетного одноэтажного производственного здания принимаем расчетную схему с жестким закреплением ригеля с колонной. При небольших уклонах пояса ферм ригель принимается прямолинейным и расположенным в уровне нижнего пояса ферм. При горизонтальных нагрузках и изгибающих моментах можно пренебречь малыми углами поворота верхних узлов рамы, то есть принять ригель абсолютно жестким. Известно, что расстояние между центрами тяжести верхнего и нижнего участков колонн:

e_o = (0,45÷0,55)(h_н - h_в),

где h_н и h_в ширина сечения нижнего и верхнего участков колонны.

Для статического расчета рамы задаются отношением моментов инерции элементов рамы, а не их абсолютными значениями:

I_н/ I_в = 5/1,

I_р/ I_н = 20/5,

где I_н, I_в, I_р – моменты инерции нижнего и верхнего участков колонны и ригеля.

 

I_н=5, I_р=20, I_в=1.

е_о = 0,5 * (1200 - 700) = 250 мм

 

 

Сбор нагрузок на раму

На поперечную раму действуют постоянные нагрузки массы ограждающих и несущих конструкций здания, атмосферные – от воздействия снега и ветра. Иногда учитывают особые нагрузки, например сейсмические.

 

Постоянные нагрузки

Постоянные нагрузки по длине ригеля принимают равномерно-распределенными. Величина расчетной постоянной нагрузки на 1м² покрытия:

Состав покрытия	Нормативная нагрузка, кН/м^2	Коэффициент надёжности по нагрузке	Расчётная нагрузка, кН/м^2
1. Защитный слой – битумная мастика	0,4	1,3	0,52
2. Гидроизоляция – 4 слоя рубероида	0,2	1,3	0,26
3. Утеплитель минеральные плиты пенобетон пенопласт	0,18 0,74 0,03	1,2 1,2 1,2	0,22 0,89 0,04
4. Пароизоляция – 1 слой рубероида	0,05	1,3	0,07
5. Стальная панель из профнастила	0,35	1,05	0,37
6. Собственная масса металлических конструкций	0,3	1,05	0,32

 

g^норм = 0,4 + 0,2 + 0,03 + 0,05 + 0,35 + 0,3 = 1,33 кН/м²

g^рас = 0,52 + 0,26 + 0,04 + 0,07 + 0,37 + 0,32 = 1,58 кН/м²

Расчетную равномерно – распределенную линейную нагрузку вычисляем по формуле:

g^рас = 1,58 кН/м²

В = 12 м

cosα = 1, так как α ~ 0.

q^пост = 1,58 * 12 / 1 = 18,96 кН/м²

Опорная реакция ригеля рамы определяем по формуле:

F_ригеля = 18,96 * 30 / 2 = 284,4 кН

Расчетный вес нижней части колонны определяем по формуле:

где γ_n – коэффициент надежности по назначению, равный 0,95.

γ_­f – коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,05.

q_i - расход стали на колонну, q_i = 0.3 кН/м.

L = 30 м, В = 12 м.

G_кол = 0,95 * 1,05 * 0,3 * (30/2) * 12 = 53,86 кН.

Так как стены приняты самонесущими, нагрузки от стенового ограждения и остекления не учитываем.

Снеговая нагрузка

Снеговая нагрузка зависит от района строительства. Расчетное значение веса снегового покрова принимаем по СНиПу «Нагрузки и воздействия». Вертикальная линейно-распределенная нагрузка на ригель рамы от снега определяется:

q_s = µ S_g B,

где µ – коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1 м² проекции кровли равный 1, при α< 25°.

S_g – нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли.

S_g = 1,8 кН/м² (III район строительства г.Воронеж).

В = 12 м.

q_s = 1 * 1,8 * 12 = 21,6 кН/м².

Опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки:

F_ригеля = 21,6 * 30 / 2 = 324 кН.

 

Ветровая нагрузка

Давление на высоте 10 м над поверхностью земли в открытой местности называется скоростным напором ветра и обозначается q₀(w₀). Увеличение при большей высоте учитывается коэффициентом k. За зданием (по направлению ветра) возникает зона пониженного давления и появляется нагрузка q^’₀, направленная также как q₀. Условие обтекания ветром учитывает аэродинамический коэффициент с.

n – коэффициент перегрузки, n=1,2.

w₀ = 0,3 кН/м² – ветровое давление (II ветровой район строительства, г.Воронеж).

k принимается для городов с окраинами:

Высота k

10м 0.65

20м 0.85

30м 0.98

40м 1.1

с – аэродинамический коэффициент с наветренной стороны с=0.8, с подветренной с=0.6.

В – шаг поперечных рам, В=12 м.

Расчетная нагрузка с наветренной стороны:

q_в = 1,2 * 0,3 * k * 0,8 * 12 = 3,456k

С подветренной стороны:

q_в = 1,2 * 0,3 * k * 0,6 * 12 = 2,592k

Нагрузка с учетом коэффициента k.

С наветренной стороны:

Высота q_в

10 м q_в = 3,456 * 0,65 = 2,246 кН/м

20 м q_в = 3,456 * 0,85 = 2,938 кН/м

30 м q_в = 3,456 * 0,98 = 3,387 кН/м

40 м q_в = 3,456 * 1,1 = 3,802 кН/м

Общая высота здания складывается из высоты колонны, высоты фермы и фонаря:

H_общ = Н_в + Н_н + Н_фон + Н_ф

H_общ = 7,2 + 14,4 + 3,5 + 3,15 = 28,25 м

Нагрузка на этой высоте q₁:

Нагрузка на высоте колонны Н_кол = 21,6 м q₂:

С подветренной стороны:

Высота q_в

10 м q_в = 2,592 * 0,65 = 1,685 кН/м

20 м q_в = 2,592 * 0,85 = 2,203 кН/м

30 м q_в = 2,592 * 0,98 = 2,54 кН/м

40 м q_в = 2,592 * 1,1 = 2,851 кН/м

Нагрузка на высоте 28,25 м:

Нагрузка на высоте 18 м:

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки с наветренной стороны:

h^’ = H_ф + Н_фон = 3,15 + 3,5 = 6,65 м

Сосредоточенная сила с подветренной стороны:

Для удобства расчета фактическую линейную нагрузку (в виде ломаной прямой) заменяем эквивалентной равномерно-распределенной по всей длине:

q_э = q_в10 * a

q^’_э = q^’_в10 * a

q_в10, q^’_в10 – расчетная ветровая нагрузка на высоте 10м.

С наветренной стороны: q_в10 = 2,246 кН/м

С подветренной стороны: q^’_в10 = 1,685 кН/м

а = k_э – коэффициент, который принимается в зависимости от высоты Н_кол, Н_кол = 21,6 м.

Высота а

10 м 1

15 м 1.04

20 м 1.1

25 м 1.17

30 м 1.23

35 м 1.29

При высоте Н = 21,6 м:

q_э = 2,246 * 1,122 = 2,52 кН/м

 

q^’_э = 1,685 * 1,122 = 1,891 кН/м