4 Расчет прогонов кровли с учетом косого изгиба. Подбор связей

и фахверковых колонн по предельной гибкости

Сечение прогонов – труба прямоугольная □100х220 по ГОСТ 30245-2003, t=4,5-6 мм, m=21,56-28,29 кг/м. Шаг прогонов d=3 м.

k= W_x/ W_y=1,54- 1,55.

q_расч=(q_снег+q_кров) d + 1,1∙m^□ = (180+38,4)кг/м² 3 м +1,1∙28,3кг/м =686 кг/м.

q_норм= (q_снег/1,4+q_кров/1,2) d+m^□ =(180/1,4+38,4/1,2) кг/м² 3 м +28,3 кг/м =160,5∙3+28,2= 511 кг/м.

M₀= q_расч l₁²/8= 686 6²/8= 3087кг м.

σ_max= (cosα+ksinα) ∙M₀/ W_x ≤ R_y.

M₀/R_y =3087∙10²кг см/ 2450кг/см²=128,6 см³.

W_x^тр= (cosα+ksinα) ∙M₀/R_y;

Таблица 6 - Подбор моментов сопротивлений и толщин сечений прямоугольной трубы

□100х220 с учетом косого изгиба при различных углах уклона скатов кровли

α, 0	sinα	cosα	cosα+ksinα	Wxтр, см3	Сечение bxhxt, мм	Wx, см3	n= Wx/ Wxтр	m, кг/м
3,92	0,0684	0,9977	1,104	142	□100х220х4,5	153	1,07	21,56
6,65	0,1158	0,9933	1,173	151	□100х220х4,5	153	1,01	21,56
11,62	0,2014	0,9795	1,287	165	□100х220х5	168,3	1,02	23,83
18,9	0,3239	0,946	1,448	186	□100х220х6	197	1,06	28,29
24	0,4067	0,9135	1,543	199	□100х220х6	197	0,99	28,29

Запас прочности n= W_x/ Wx^тр = R_y/σ_max=1,01-1,07>1.

Как видно из таблицы 6, профиль из трубы прямоугольной □100х220 для всех уклонов имеет одинаковую высоту за счет различных толщин стенки и очень экономичен по сравнению со швеллером.

Связи в виде распорок длиной 6м соединяют нижние пояса ферм в сжатых панелях через 3м, а в растянутых панелях – через 12 м, а также соединяют колонны поперечных рам в продольном направлении (длина также 6 м).

Предельная гибкость ответственных элементов связевых ферм [4] составляет [λ]=160. Принимаем сечение распорок из труб квадратных 100х100х3 по ГОСТ 30245-2003. Их можно применять для связей-длиной до l ≤ 6,3 м. Для труб 140х140х4 l ≤ 8,83 м. Сечение фахверковых колонн I35Б1 подобрано одного типа, гибкость в плоскости λ=122-167 в зависимости от их высоты h=18,7÷24,3м.

5 Технико-экономические показатели конструктивной системы

Таблица 6 - Сводная ведомость затрат металла на конструкции здания футбольно-легкоатлетического манежа пролетом 108 метров с ферменным ригелем (проект А202#)

№	Принадлежность конструкции	Тип конструкции	Масса, кг	% доля	Общий расход, т	Приведен­ный расход, кг/м2
1	Покрытие 114х174=19836м2 qэкв=300кг/м2	Прогоны кровли □100х220х4,5	165068кг×1,1=173321	9,7%	1361.011т 75,7%	68,6
		Связи шатра □100х100х3	103275кг×1,1=113602	6,3%
		Стропильные фермы 34648кг×31	1074088	59,7%
2	Каркас	Колонны и ригели 11864 кг×31	367784	20,5%	367,784т	18,6
3	Фахверк	Колонны I35Б1, □180х180х5, связи □ 100х100х3	62142 кг×1,1=68356	3,8%	68,356т	3,4
Итого			1797151 кг	100%	1797,151т	90,6 кг/м2

Рисунок 4 – Расчетная схема поперечной рамы с ферменным ригелем (проект А202) – левая половина

Рисунок 5 – Сечения стержней поперечной рамы с ферменным ригелем (проект А202)

Рисунок 6 – Коэффициенты надежности n [ед] в стержнях поперечной рамы с ферменным ригелем с учетом невыгоднейшего загружения снегом (проект А202)

а)
б)
в)
Рисунок 7 –Монтажные узлы поперечной рамы каркаса центрального пролета спорткорпуса с ферменным ригелем (проект А202):а) болтовой стык на накладках верхнего пояса фермы над колонной (узлы 12 и 15 на расчетной схеме); б) фланцевый болтовой стык нижнего пояса фермы с колонной (узлы 11 и 14); в) жесткий заводской узел крепления затяжки к нижнему поясу фермы (узел 22)

Заключение

1. Собраны необходимые для проектирования архитектурно-конструк-тивной системы исходные данные. Составлена расчетная и конструктивная схема поперечной рамы с ферменным ригелем, с проведением необходимой унификации профилей и сокращением типоразмеров сечений.

2. На основе структурной схемы спортивного корпуса с многофункциональным залом и планировочных схем футбольного манежа и зала легкой атлетики разработана архитектурно-конструктивная система трехпролетного многофункционального физкультурно-спортивного корпуса с футбольно-легко-атлетическим манежем 108х174х15,5 м и числом мест на трибунах 3868, примененная в реальном дипломном проекте.

3. Разработаны детальные архитектурно-строительные планы двух этажей физкультурно-спортивного корпуса с экспликациями помещений, фасады и разрезы. Главная арена имеет размеры футбольного поля для международных соревнований 68х105 м, 6 круговых беговых дорожек по 400 метров и сектора для легкой атлетики.

4. Разработана сложная расчетная схема поперечной рамы каркаса центрального пролета 108 метров с ферменным ригелем и затяжкой длиной 84 метра, содержащая 100 узлов и 167 стержней. Максимально точно собраны постоянные нагрузки и одновременно рассчитан расход металла на все несущие и ограждающие конструкции, разработаны схемы связей и конструкции основных узлов.

5. Выполнены статические расчеты перемещений узлов и усилий в стержнях поперечной рамы, учтено невыгоднейшее загружение покрытия снеговой нагрузкой для всех стержней с помощью линий влияния.

6. Проанализированы результаты статических расчетов поперечной рамы и проверочных расчетов стержней на прочность и устойчивость. Установлены стержни с минимальными коэффициентами надежности.

7. Отличительными особенностями предложенной системы являются универсальность назначения, эффективность использования площадей, надежность примененных конструктивных решений, низкая металлоемкость, высокая скорость монтажа и соответственно повышенная экономическая эффективность капитальных вложений.

8. Материалы исследований, рекомендации и предложения переданы в комитет по физической культуре и спорту Брянской области и на завод-изготовитель ОАО БЗМТО, а также внедрены в учебном процессе на кафедрах механики и строительных конструкций БГИТА.

9. Применение для спортивных большепролетных сооружений предложенной архитектурно-конструктивной системы физкультурно-спортивного корпуса с футбольно-легкоатлетическим манежем позволяет рекомендовать ее как типовую для условий строительства в Брянске и в заинтересованных регионах центра России.

10. Конкретная эффективность представленных разработок состоит в значительном сокращении сроков проектирования реальных объектов за счет использования готовых архитектурно-конструктивных элементов и решений, возможности экспресс-расчета сметной стоимости как проектных работ, так и ожидаемых объемов затрат материалов и инвестиций. Очередной стадией проектирования является разработка рабочих чертежей стальных конструкций стадии КМ с участием завода-изготовителя и других разделов рабочего проекта.

Литература

1 Сенющенков М.А., Цыганков А.П., Марченков П.А. Разработка архитектурно-конструктивной системы многофункционального физкультурно-спор­тивного корпуса с футбольным манежем 60х126м на основе поперечной рамы с ферменным трехпролетным неразрезным ригелем/ Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах: материалы 1-й междунар. науч.-практ. конф. (8-9 окт. 2009г., г.Брянск) в 2-х томах. Т.1/ Брян. гос. инже­нер.-технол. акад. и др.; под ред. М.В.Будановой, А.В.Городкова, И.А.Кузовлевой, Н.П. Лукутцовой, З.А.Мевлидинова, М.А. Сенющенкова. – Брянск, 2009. – с. 267-277.

2 Сенющенков М.А., Цыганков А.П., Марченков П.А. Разработка архитектурно-конструктивной системы многофункционального физкультурно-спортивного корпуса с крытым футбольным стадионом пролетом 108 метров на основе трехпролетной рамной схемы/Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах: материалы 2-й междунар. науч.-практ. конф. (30 ноября 2010г., г.Брянск) в 3-х томах. Т.2/ Брян. гос. инженер.-технол. акад. и др.; под ред. А.В.Городкова, З.А.Мевлидинова, В.В.Плотникова, М.А.Сенющенкова – Брянск, 2010, c. 103-116.

3 СП 31-112-2004(2). Свод правил по проектированию и строительству. Физкультурно-спортивные залы (physical training and sport halls). Часть 2. Москва, 2005.

4 СП 16.13330.2011. Стальные конструкции (актуализированная редакция СНиП II-23-81*). – М.: Минрегион России, 2011. – 177 с.

5 СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия (актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*). – М.: Минрегион России, 2011. – 96 с.

6 Металлические конструкции /Под ред. Н.П.Мельникова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:Стройиздат, 1980. -776 с. – (Справочник проектировщика).

7 Проектирование металлических конструкций: Спецкурс. Учебное пособие для вузов/ Под ред. В.В.Бирюлева. Л., Стройиздат, 1990 – 432с.

8 Сенющенков М.А., Цыганков А.П. Отчет по проведению расчетной экспертизы несущих стальных конструкций покрытия здания спортивного легкоатлетического манежа ФСО Локомотив ст. Брянск-2 и разработка рекомендаций по их усилению. Брянск, БГИТА, 2007. – 137с.