Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование металлических конструкций многоэтажных каркасных зданий. Учебное пособие
.pdf
11
– в крайних шагах рам
Нагрузка на покрытие, согласно п. 9.в табл. 8.3 [7], составляет
кПа и кПа. В таком случае, расчетная погонная
нагрузка на поперечные ригели покрытия:
– в средних шагах рам
– в крайних шагах рам
2.2.2. Снеговая нагрузка
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную
проекцию покрытия следует определять по формуле (10.1) [7]:
где се – коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под
действием ветра или иных факторов, принимаемый в соответствии с
п.10.5 [7]; ct – термический коэффициент, согласно п.10.10 [7]; – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой
нагрузке на покрытие, назначаемый по п.10.4 [7]; Sg – нормативное
значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, определяемое в соответствии с п.10.2 [7]. Для покрытий
зданий с парапетами, согласно п. 10.9 [7], .
Термический коэффициент сt следует применять для учета понижения снеговых нагрузок на покрытия с высоким коэффициентом теплопередачи (более 1 Вт/(м2°С)) вследствие таяния, вызванного потерей тепла. В рассматриваемом случае при наличии утеплителя в кровле таяния снега не ожидается, поэтому сt = 1,0.
Коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие по схеме Б.16 прил. Б [7], на основной
площади
12
Ростов-на-Дону находится во втором снеговом районе по карте
1 прил. Е [7], поэтому по табл. 10.1 [7] получаем Sg = 1кПа, тогда
Увеличение значения коэффициента у парапетов на участке
м, согласно рис. Б.16 [7], требуется, так как
по п. Б.13б [7] выполняется условие
Нормативное значение снеговой нагрузки в этом случае
Согласно п.10.12 [7], коэффициент надежности по снеговой
нагрузке
f
=1,4 (рис. 1).
Рис. 1. Схема распределения снеговой нагрузки
Расчетную погонную нагрузку на поперечные ригели необходимо вычислить с учетом распределения площадей увеличенного
снегового давления по периметру здания у парапетов:
– участок 1 – ригели в средних шагах рам
– участок 1 – ригели в крайних шагах рам
13
– участок 2
– участок 3
2.2.3. Ветровая нагрузка
В соответствии с требованиями (гл. 11 [7]) для зданий и сооружений необходимо учитывать следующие воздействия ветра:
а) основной тип ветровой нагрузки (в дальнейшем – «ветровая
нагрузка»);
б) пиковые значения ветровой нагрузки, действующие на конструктивные элементы ограждения и элементы их крепления;
в) резонансное вихревое возбуждение;
г) аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования, дивергенции и флаттера.
Резонансное вихревое возбуждение и аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования необходимо учитывать
для зданий и сплошностенчатых сооружений, у которых h/d > 10,
где h – высота, d – характерный поперечный размер. В курсовом
проекте не выполняется проектирование элементов ограждения и
их крепления, поэтому далее рассматривается только основной тип
ветровой нагрузки.
Согласно п.11.1.2 [7], нормативное значение ветровой нагрузки
следует определять как сумму средней и пульсационной
составляющих:
Нормативное значение средней составляющей ветровой
нагрузки в зависимости от эквивалентной высоты
над по-
верхностью земли следует определять по формуле (11.2) [7]:
14
где w0 – нормативное значение ветрового давления; k(ze) – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze и
определяемый по табл. 11.2 или формуле (11.4) [7] в зависимости от
типа местности; с – аэродинамический коэффициент, определяемый
по прил. Д.1 [7].
Нормативное значение ветрового давления w0 принимается в
зависимости от ветрового района по табл. 11.1 [7]. Ростов-на-Дону
находится в третьем ветровом районе по картам 3 прил. Е [7], по-
этому из табл. 11.1 [7] имеем кПа. Эквивалентная высота
ze определяется по п.11.1.5 [7]. В рассматриваемом случае высота
здания от уровня земли до верха покрытия h = 21м, а длина здания
по заданию d = 18м, поэтому ze = h и по табл. 11.2 [7] для типа
местности «B» находим значения коэффициента k (ze) для отметок
каждого перекрытия и заносим в табл. 3. Выполняем расчет нормативного значения средней составляющей ветровой нагрузки
(табл. 3) по формуле (11.2) [7] для участков вертикальных стен, согласно рис. В.3 прил. Д [7].
Таблица 3
Эквивалентная
высота ze, м
k(ze)
Нормативное значение средней
составляющей
для участков вертикальных стен
здания по рис. Д.3 [7], кПа
D E A
B
3,5
0,50
0,152
-0,095
-0,190
-0,152
7,0
0,56
0,170
-0,106
-0,213
-0,170
10,5
0,66
0,201
-0,125
-0,251
-0,201
14,0
0,73
0,222
-0,139
-0,277
-0,222
17,5
0,80
0,243
-0,152
-0,304
-0,243
21,0
0,863
0,262
-0,164
-0,328
-0,262
Согласно примечанию к п.11.1.8 [7] при расчете многоэтажных
зданий высотой до 40 м при отношении высоты к пролету менее 1,5
(в нашем случае 21 / 15 = 1,4 < 1,5), размещаемых в местностях типа «А» и «В», пульсационную составляющую ветровой нагрузки
допускается определять по формуле (11.5) [7]:
z
15
где wm определено выше; z (ze) – коэффициент пульсации давления
ветра, принимаемый по табл. 11.1.4 или формуле (11.6) [7] для эквивалентной высоты ze; v – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. п.11.1.11 [7]).
По табл. 11.7 [7] находим значения коэффициентов ρ и χ для
расчетной поверхности, соответствующей зонам D, E рис. В.3 [7],
параллельной основной координатной плоскости zoy (рис. 11.2 [7]):
ρ = В = 6м – шаг колонн, поскольку расчетная поверхность включает в себя те части наветренных и подветренных поверхностей, боковых стен, кровли и подобных конструкций, с которых давление
ветра передается на рассчитываемый элемент сооружения;
м. Аналогично находим значения коэффициентов для
расчетной поверхности по табл. 11.6, интерполируя, определяем
значения коэффициента v [7].
В табл. 4 представлен результат расчета коэффициентов
z
(z
e
), v и пульсационной составляющей ветровой нагрузки
Таблица 4
z
Нормативное значение пульсационной составляющей
для участков вертикальных стен здания
по рис. Д.3 [7], кПа
D E A
B
1,22
0,882
0,164
-0,102
-0,204
-0,164
1,156
0,875
0,172
-0,107
-0,215
-0,172
1,053
0,863
0,183
-0,114
-0,228
-0,183
1,004
0,852
0,190
-0,119
-0,237
-0,190
0,955
0,842
0,195
-0,122
-0,244
-0,195
0,914
0,832
0,199
-0,125
-0,249
-0,199
Нормативное и расчетное
значения
ветровой нагрузки для участков вертикальных стен (рис. 2) представлены в табл. 5. Причем, согласно п.11.1.12 [7], коэффициент
надежности по нагрузке для ветровой нагрузки
f
= 1,4.
16
Таблица 5
Эквивалентная
высота ze,
м
Нормативное значение
ветровой нагрузки w, кПа
Расчетное значение
ветровой нагрузки
, кПа
D E A B D E A
B
3,5
0,316
-0,197
-0,394
-0,316
0,442
-0,276
-0,552
-0,442
7,0
0,342
-0,213
-0,428
-0,342
0,479
-0,298
-0,599
-0,479
10,5
0,384
-0,239
-0,479
-0,384
0,538
-0,335
-0,671
-0,538
14,0
0,412
-0,258
-0,514
-0,412
0,577
-0,361
-0,72
-0,577
17,5
0,438
-0,274
-0,548
-0,438
0,613
-0,384
-0,767
-0,613
21,0
0,461
-0,289
-0,577
-0,461
0,645
-0,405
-0,808
-0,645
Рис. 2. Схема распределения ветровой нагрузки
2.3. Особые нагрузки
Под особыми подразумеваются нагрузки, возникающие при
локальных разрушениях несущих конструкций в результате природных и антропогенных чрезвычайных ситуаций. В данном проекте следовало бы рассмотреть сейсмические воздействия, нагрузки
от падения лифта. Однако в рамках курсового проекта такие воздействия не рассматриваются.
17
3. РАСЧЕТ КАРКАСА
3.1. Расчетная схема
Определение усилий в элементах каркаса является задачей
строительной механики, поэтому подробный расчет в примере не
производится. Тем не менее, следует отметить, что он может быть
выполнен при помощи персонального компьютера. Известно большое количество всевозможных программ статического расчета рам.
В рамках настоящего учебного пособия остановимся подробнее на
программе ЛИРА-САПР 2013 (некоммерческая). Указанная программа дает возможность не только выполнить расчет рамы на отдельные загружения, но и получить сочетания усилий, возникающих в колонне поперечной рамы от различных нагрузок. Результаты работы программы выдаются в виде таблиц, из которых впоследствии самостоятельно производится выбор расчетных сочетаний усилий.
В основу расчёта положен метод конечных элементов в перемещениях. В качестве основных неизвестных приняты следующие
перемещения узлов:
X – линейное по оси X;
Y – линейное по оси Y;
Z – линейное по оси Z.
UX – угловое вокруг оси X;
UY – угловое вокруг оси Y;
UZ – угловое вокруг оси Z.
В ЛИРА-САПР 2013 (некоммерческая) реализованы положения
следующих нормативных документов:
СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»;
СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции»;
СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах»;
СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции».
18
Расчёт здания производился по следующей расчётной схеме,
которая классифицируется по:
– характеру учёта пространственной работы – трёхмерная расчётная схема, при которой здание воспринимается как пространственная система, способная воспринять приложенную к ней пространственную систему сил. Трёхмерная расчётная схема наиболее
точно учитывает особенности взаимодействия несущих конструкций, но расчёт на её основе наиболее сложен;
– виду неизвестных – дискретная расчётная схема. В ней неизвестные усилия или перемещения определяют для конечного количества узлов системы решением системы алгебраических уравнений. Дискретные расчётные системы наиболее приспособлены
к условиям расчёта на компьютерах;
– виду конструкции, положенной в основу расчётной схемы
(стержневая или расчётная).
Для получения полей напряженно-деформированного состояния в несущих конструкциях здания принята пространственная постановка задачи.
Элементам присвоены свойства соответствующих материалов,
профили элементов, а также плотность и распределённая по длине
нагрузка.
В данном расчёте не учитывается совместная работа сооружения, плитного фундамента и основания.
Средний размер конечного элемента принят длиной 0,5 м, что
позволило получить достаточно высокую точность результатов при
разумных затратах машинного времени.
Расчет конструкций здания произведен на действие нагрузок от
собственного веса несущих и ограждающих конструкций, временных нагрузок, возникающих при эксплуатации здания, кратковременных от действия ветрового давления и веса снегового покрова.
19
Предельные допущения по СП:
– предельные горизонтальные перемещения многоэтажных
зданий – h/500 = 21,9/500 = 0,0438м ([7]);
– предельные вертикальные ригели от постоянных и времен-
ных длительных нагрузок при пролете:
l ≤ 6 м; fU =1/200;
l ≤ 12 м; fU =1/250.
3.2. Жесткости элементов
Типы жесткости и параметры элементов приведены в табл. 6.
Таблица 6
Тип
жесткости
Имя
Параметры
(сечения (см), жесткости-(кН.м))
расп.вес-(кН,м))
1
Двутавр 40К1
(колонны)
q = 1,3528, EF = 3,62148e+006,
EIy = 1,08e+005, EIz = 3,63e+004,
GIk = 124, Y1 = 5,01,Y2 = 5,01, Z1 = 15.2,
Z2 = 15,2, RU_Y=0, RU_Z = 0
2
Двутавр 60Ш1
(ригели с
жесткими
узлами)
q = 1,39358, EF = 3,73066e+006,
EIy = 2,21e+005, EIz = 1,92e+004,
GIk = 144, Y1 = 3,21, Y2 = 3,21, Z1 = 20.4,
Z2 = 20,4, RU_Y=0, RU_Z=0
3
Двутавр 40Б1
(ригели с
шарнирными
узлами)
q=0.471324, EF=1.26175e+006,
EIy=3.24e+004, EIz=1.47e+003, GIk=19,
Y1=1.41,Y2=1.41,Z1=13.1,Z2=13.1,
RU_Y=0,RU_Z=0
4
Два швеллера
20 (связи)
q = 0,36013, EF = 964080, EIy = 6,26e+003,
EIz = 1,1e+003, GIk = 7,34, Y1 = 1,41,
Y2 = 1,41, Z1 = 6,5, Z2 = 6,5,
RU_Y=0,RU_Z=0
20
3.3. Определение усилий в элементах каркаса
Необходимо отметить, что расчет каркаса здания происходит
в несколько этапов.
На первом – в заданной расчетной схеме (рис. 3) с предварительно принятыми сечениями (рис. 4) определяются расчетные сочетания внутренних усилий (прил. 1) и перемещения характерных
точек. Затем выполняется подбор сечений несущих конструкций.
Рис. 3. Конечно-элементная модель здания
Рис. 4. Распределение жесткостей по модели
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]