Ледовая арена на 3500 мест в г. Красноярске (КМ, КМД)

ферма.dwg

Шарнирное сопряжение
Вариантное проектирование
ФГАОУ ВО "Сибирский Федеральный Университет
Железняка в городе Красноярске
Ледовая арена на 3500 мест по ул. Партизана
несущих конструкций покрытия арены
Вариантное проектирование основной несущей конструкции покрытия по оси Д и в осях 1-4
Вариант 1. Несущая конструкция покрытия - сплошностенчатый ригель в осях 3-311
Вариант 2. Несущая конструкция покрытия - ферма стропильная в осях 3-311
Вариант 3. Несущая конструкция покрытия - бистальная балка в осях 3-311
Недостатки: q*;- больший вес.
Достоинства: - простота конструкции и изготовления; - повышение эксплуатационной надежности и снижение металлоем-кости; - возможность использования сравнительно малой высоты сечения при требуемом по нормам прогибе.
Достоинства: - минимальный вес конструкции; - долгий срок службы; - высокие показатели к механическим нагрузкам; - можно сооружать конструкции
имеющие сложную геометрию; - приемлемая стоимость материала и услуг монтажа.
Недостатки: - высокая теплопроводность; - проблематичность транспортировки и монтажа; - сложность монтажа; - деформация под действием высокой температуры.
Достоинства: q*;- меньшая материалоемкость; - экономичность; -повышенная прочность.
Недостатки: - сложность изготовления.
К разработке принимаем вариант 1 -несущую конструкцию покрытия в виде сплошностенчатаго ригеля.
Ледовая арена на 3500 мест по
улице Партизана Железняка в
городе Красноярск (Блок Б)
Материал элементов фермы - сталь С345-3. 2. Все швы kf=8 мм
кроме оговоренных. 3. Все высокопрочные болты М24
класс прочности 10.9. 4. Соединение поясов фермы - фрикционное
на высокопрочных болтах (ВПБ) М24 (тип IIа). Расчетное усилие натяжения болтов ВПБ М24 260 кН. 5. В нижнем
верхнем поясах и стенке ферм предусмотреть отверстия для стока воды 20 мм шаг 2000 мм.
Таблица сечений элементов фермы ФС1
Заполнить прокладками на монтаже
1 читать совместно с листом 2 2. Материал элементов фермы - сталь С345-3. 3. Все швы kf=8 мм
кроме оговоренных. 4. Все высокопрочные болты М24
класс прочности 10.2. 5. Соединение поясов фермы - фрикционное
на высокопрочных болтах (ВПБ) М24 (тип IIа). Расчетное усилие натяжения болтов ВПБ М 6. В нижнем
L70х70х5 по всей длине фермы
Нижний пояс ФС1 С345-3
Верхний пояс ФС1 С345-3

разрез 3 чертежа.dwg

Облицовка тротуарной плиткой на регулируемых пластиковых опорах Гидроизоляция "Техноэласт" 2 слоя Выравнивающая цементно-песчаная стяжка Монолитный железобетон Вентилируемый зазор Облицовка вентфасада "Краспан
Металлический фахверк
Монолитный железобетон - 300мм Грунтовка праймером Техноэласт ЭПП-4 Техноэласт Альфа ТЕХНОНИКОЛЬ XPS CARBON - 150мм Мембрана PLANTER standart с крепежом Технониколь-01
Канал прокладки инженерных коммуникаций
Мостики для обслуживания технического оборудования
Тротуарная плитка - 40мм Засыпка песком - 100мм Техноэласт ЭКП-4 Техноэласт ЭПП-4 Грунтовка праймером Цементно-песчаная стяжка из пескобетона М350
армированная сеткой d5 Вр-1 100х100 - 80мм Полиэтиленовая пленка Утеплитель ТЕХНОНИКОЛЬ XPS CARBON Керамзитовый гравий для создания уклона Техноэласт ЭПП-4 Грунтовка праймером Железобетонная плита из бетона класса В25 Профилированный настил
Слой льда (30-50мм) Монолитная армированная плита с трубками охлаждения (120 мм) Слой скольжения - полиэтиленовая пленка (200 мкм в два слоя с проклейкой швов скотчем) Слой теплоизоляции из экструдированного пенополистирола (два слоя по 50мм) Выравнивающая цементная стяжка с трубками системы обогрева грунта (50мм) Опорная бетонная плита
Кровельный ковер - Полимерная мембрана Logicroof V-RP Arctic -1
мм Верхний слой теплоизоляции - Техноруф В 60 Нижний слой теплоизоляции - Техноруф Н 30 Клин Нижний слой теплоизоляции - Техноруф Н 30 Пароизоляция - Парбарьер СФ 1000 Кровельное покрытие - стальной профилированный настил
Монолитный железобетон - 300мм Грунтовка праймером Техноэласт ЭПП-4 Техноэласт Альфа ТЕХОНИКОЛЬ XPS CARBON - 150мм Кирпичная кладка - 120мм Облицовка гранитом
ФГАОУ ВО "Сибирский Федеральный Университет
Ледовая арена на 3500 мест по
Схема ледовой арены.Разрезы 1-1
улице Партизана Железняка в
городе Красноярск (Блок Б)
Схема расположения прогонов покрытия в осях 1-23Д-Л
Спецификация стали на отправочный элемент ПП1
Ведомость заводских сварных
Ведомость отправочных
Спецификация стали на отправочный элемент БР1
Прогоны покрытия на разрезе 2-2 не замаркированы.
Все катеты швов kf = 4 мм.
Поясные швы БР1 выполнять автоматической сваркой под флюсом (флюс АН-348-А по
ГОСТ 9087-81*; сварочная проволока Св-08А по ГОСТ 2246-70*)
положение швов в лодочку; все остальные
швы выполнять механизированной дуговой сваркой (МДСПП)
порошковая проволока ПП-АН-3.
ФГАОУ ВО Сибирский Федеральный Университет
Отправочные элементы БР1
Схема расположения прогонов
покрытия в осях 1-23Д-Л
Ледовая арена на 3500 мест
Проектная и рабочая документация по объекту "Ледовая арена по ул. Партизана Железняка на 3500 мест" г. Красноярск
ул. Партизана Железняка
Примечание: 1 За отметку +0.000 принята отметка чистого пола первого этажа
соотвествующая абсолютной отметке 187
2 Данный лист смотреть совместно с разделами КР
ОВ. 3 Конструкцию деформационного шва смотри раздел КР. 4 См. совместно с чертежами данного раздела. 5 Информацию о дверях и воротах см. отделный чертеж данного раздела - лист 3
6 Информацию о полах см. отдельный чертеж данного раздела - лист 11
- 60. 7 Лестницы см. совместно с листами 19 - 34.
За отметку +0.000 принята отметка пола первого этажа
соответствующая абсо-
Данный лист читать совместно с листами 3
Полимерная мембрана ТехноНИКОЛЬ Минераловатный утеплитель ТЕХНОРУФ В 60 Уклонообразующий слой - ТЕХНОРУФ Н 30 Клин Минераловатный утеплитель - ТЕХНОРУФ Н 30 Пароизоляционный слой Профилированный лист
Стойка фахверка Стеновая сэндвич-панель Уголок из оцинкованной стали толщиной 0
мм довести до второй волны профлиста Двухсторонняя самоклеющаяся лента Полимерная мембрана шириной 130мм Заполнить монтажной пеной Минераловатный утеплитель обернуть пароизоляционным материалом
Телескопический крепежный элемент ТехноНИКОЛЬ Сварной шов 30мм Прижимная рейка ТехноНИКОЛЬ Отлив из оцинкованной стали крепить саморезами с шагом 200-250мм Крепежный элемент Полимерная мембрана ТехноНИКОЛЬ
Монолитный железобетон - 300мм Грунтовка праймером Техноэласт ЭПП-4 Техноэласт Альфа ТЕХОНИКОЛЬ XPS CARBON - 150мм Кирпичная кладка 120мм - кирпич полнотелый на цементно- песчаном растворе М150 армирован сеткой d4 Вр 5050 Облицовка гранитом

rsssrrrr-rrsrrs-3.docx

1 Технико-экономические показатели объекта .
2 Конструктивные решения ледовой арены ..
Компоновка конструктивной схемы здания ..
1 Объемно-планировочные решения
2 Конструктивное решение каркаса Ледовой арены
Статический расчет рамы по оси Д Е
1 Выбор расчетной схемы
2 Сбор нагрузок на раму по оси Д и Е .
3 Определение расчетных сочетаний усилий
4 Результаты статического расчета
Расчет конструкций покрытия блока Б Ледовой арены
1 Расчет прогона покрытия в осях 21-22 ..
2 Расчет балки-распорки в осях Д-Е
3 Расчет и конструирование сопряжений элементов покрытия ..
Расчет стропильной фермы ФС1 ..
2 Расчет и конструирование узлов стропильной фермы ФС1
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Архитектурная форма объекта принята в виде эллипса в плане для гармоничного объединения двух ледовых арен и накрыта панцирем текстура которого продиктована конструктивной особенностью оболочки. В качестве кровельного покрытия используется цветная мембрана по металлической утепленной кровле. В качестве светопрозрачных конструкций в составе витража используются вертикально установленные окна. Первый этаж выполняется в витражных конструкциях и накрыт навесом который выполняет не только сбор воды с оболочки но несет и важную формообразующую форму козырька над принятыми входами расположенными по всему периметру здания. Цветовая гамма оболочки принята из 3-х цветов – розовый голубой и зеленовато-желтый что придает зданию яркий неповторимый запоминающийся облик.
1 Технико-экономические показатели объекта
Ледовая арена запроектирована исходя из требования к зданиям:
Класс сооружения по ГОСТ Р 54257-2010 КС-2 (коэффициент надежности по ответственности К=10).
Класса конструкций по пожарной опасности – С0.
Степень огнестойкости II.
Технико-эконмические показатели объекта представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Технико-экономические показатели:
Площадь застройки м2
Строительный объем здания м3 в т.ч.
Общая площадь здания м2 в т.ч.
Верхняя отметка здания м
2 Конструктивные решения ледовой арены
Конструктивная схема основного здания - каркасная из монолитного железобетона с опиранием большепролетных металлических конструкций на железобетонные конструкции.
Здание поперёк разделено температурным швом до фундамента на две части:
- первая часть между осями 100-138200-290;
- вторая часть между осями 138-190200-290.
Конструктивная жёсткость каждой части обеспечивается за счёт совместной работы ядер жёсткости дисков перекрытия трибун фундаментов колонн и стен (пилонов).
По периметру здания предусмотрен козырёк который отделён от основного здания температурным и осадочным швом. Конструкция козырька поделена на температурные швы с наибольшей протяжённостью 40м.
Игровые поля устраиваются на свайном основании и отделены от конструкций здания деформационным и температурном швом.
Несущие стены из монолитного железобетона класса В25 марки по водонепроницаемости W4 марки по морозостойкости не менее F150 толщиной 220; 260; 300; 400 мм с защитным слоем 55 мм от края стены до центра вертикального стержня арматуры арматура класса А500С.
Колонны из монолитного железобетона класса В25 марки по водонепроницаемости W4 марки по морозостойкости не менее F150 сечением не менее 500х500 мм с защитным слоем 55 мм от края колонны до центра вертикального стержня арматуры.
Перекрытия из монолитного класса В25 марки по водонепроницаемости W4 марки по морозостойкости не менее F150. Отметка верха перекрытий +5750; +9.350; +14000; Толщины перекрытий 250 мм. Расстояние от плоскости плиты до оси ближайшей нижней арматуры не менее 35 мм и не менее 30 мм для верхней арматуры арматура класса А500С.
Ненесущие внутренние стены из мелкоштучных материалов – кирпич керамзитобетонные блоки с монолитными или сборными перемычками над проёмами.
Балки из монолитного железобетона класса В25 марки по водонепроницаемости W4 марки по морозостойкости не менее F150. Расстояние от плоскости балки до оси ближайшей арматуры не менее 35 мм арматура класса А500С.
Трибунные конструкции выполняются по балкам из монолитного железобетона класса В25 марки по водонепроницаемости W4 марки по морозостойкости не менее F150. Расстояние от плоскости балки до оси ближайшей арматуры не менее 30 мм арматура класса А500С.
Конструкции покрытия - металлические большепролетные конструкции.
Ненесущие внутренние стены - гипсокартон по стальному каркасу локально кирпичные противопожарные преграды REI 150 из пенобетона толщиной 300мм.
Лестничные площадки и марши монолитные из бетона класса В25 марки по водонепроницаемости W4 марки по морозостойкости не менее F150 толщиной 220-160мм.
Лифтовые шахты монолитные из бетона класса В25 марки по водонепроницаемости W4 марки по морозостойкости не менее F150 толщиной стен 260; 300 мм.
Ограждающие наружные стены трёхслойные:
- несущий слой из монолитного железобетона бетон класса В25 марки по водонепроницаемости W4 марки по морозостойкости не менее F150 арматура класса А500С;
- утеплитель Rockwoo
- система вентилируемого фасада на кронштейнах и направляющих.
Лестничные площадки и марши монолитные из бетона класса В25 марки по водонепроницаемости W4 марки по морозостойкости не менее F150 толщиной 220-160 мм.
Лифтовые шахты монолитные из бетона класса В25 марки по водонепроницаемости W4 марки по морозостойкости не менее F150 толщиной стенок 260; 300 мм.
Водосток с кровли внутренний с закрытым водовыпуском.
Для защиты строительных конструкций от промерзания предусматривается утепление конструкций по всему наружному контуру здания:
- наружные стены подземной части здания – утеплитель ТЕХНОНИКОЛЬ XPS CARBON -150мм.
Компоновка конструктивной схемы здания
1 Объемно-планировочные решения
Здание с генеральными размерами 10240х15750 м высотой 20 м эллиптической формы разделено деформационным швом на два блока по оси 23.
Блок А имеет размеры 10240х8722 м и включает в себя главное ледовое поле для хоккея с шайбой; трибуны для 3500 зрителей и VIP-ложу с сопутствующими помещениями; вестибюльную группу технические помещения надземную и подземную части запроектированные из железобетонных монолитных конструкций. Блок А имеет многоэтажные пристройки с размерами 180х126 м расположенные по диагоналям к главному фасаду и навес с размерами 190х3162 м над центральным входом.
Блок Б имеет размеры 10240х5561 м и включает в себя тренировочное ледовое поле для хоккея с шайбой; инвентарные трибуны для 200 зрителей административные и технические помещения; надземную и подземную часть из железобетонных монолитных конструкций. Блок Б имеет многоэтажные пристройки с размерами 180х126 м расположенные по диагоналям к заднему фасаду.
Металлические конструкции входящие в данный проект опираются на монолитные железобетонные конструкции на отм. +5850 м по всему зданию и на отм. +10650 в его средней части.
Отметка низа несущих конструкций в центре ледовых полей: блок А: + 17З50м; блок Б: +15530 м.
2 Конструктивное решение каркаса Ледовой арены
Основными несущими конструкциями покрытия блока А являются рамы двутаврового сечения расположенные в осях Б-К с шагом 93 м состоящие из опорных криволинейных рам пролетом от 1265 до 634 м и ригелей пролетом от 6454 до 5545 м опирающихся шарнирно на консоли опорных рам вдоль оси З10 и на колонны вдоль осей 3 и 31.
Между основными несущими конструкциями с шагом 6 м расположены поперечные фермы воспринимающие нагрузки возникающие при пространственной работе каркаса под действием постоянных и временных нагрузок нагрузки от технологических мостиков и медиакуба а также препятствующие лавинообразному обрушению основных несущих конструкций. Между поперечными фермами с шагом 31 м установлены прогоны на которые опирается профлист кровли.
В средней части здания (в осях Б-К) в блоке А с шагом 93 м установлены поперечные рамные конструкции двутаврового сечения с поперечными балками и прогонами на которые опирается профлист кровли.
По наружному периметру блока А установлены криволинейные элементы (балки ригели) двутаврого сечения на которых расположены прогоны для опирания витражных систем.
Общая устойчивость и неизменяемость конструкций блока А обеспечивается жесткостью опорных криволинейных рам в осях Б-К и системой вертикальных арочных и крестовых связей которая содержит:
- горизонтальные крестовые связи по основным несущим конструкциям и поперечным фермам;
- вертикальные арочные связи между опорными рамами и колоннами основных несущих конструкций;
- крестовые связи по криволинейным элементам наружного периметра. Раскрепление отдельных конструкций из плоскости изгиба осуществляется связями распорками и поперечными конструкциями.
Конструкции пристроек (оси 310-340 440-410) к блоку А выполнены из монолитного железобетона на которые опираются стальные конструкции покрытия и криволинейных стен. Сопряжение пристроек и основного каркаса блока А выполнено из стальных конструкций опирающихся на основные несущие конструкции покрытия и криволинейные периметральные конструкции. Общая устойчивость и неизменяемость стальных конструкций пристроек обеспечивается жесткостью самих конструкций и системой вертикальных и горизонтальных связей.
Основные несущие конструкции навеса (оси Г-Ж) выполнены из двух криволинейных опорных элементов коробчатого сечения опирающихся нижней частью на фундамент и верхней частью на основные несущие конструкции блока А.
Между криволинейными опорными элементами установлена поперечная балка коробчатого сечения с жесткими опорными узлами. Продольные балки навеса одним концом опираются на поперечную балку; другим концом - на основные несущие конструкции блока А.
Опорные узлы этих конструкций и элементов выполнены с учетом компенсации деформаций конструкций основного каркаса и температурных деформаций. Между продольными балками установлены второстепенные балки и прогоны на крепления декоративного покрытия навеса. Криволинейная поверхность навеса создается за счет формообразующих элементов прикрепленных к поперечной балке.
Технологические конструкции блока А представляют собой:
- продольные ходовые мостики установленные между поперечными фермами имеющими проходы прямоугольного или трапециевидного очертания и поперечные мостики устанавливаемые между продольными мастиками;
- площадки для видеокамер и другого оборудования над углами ледового поля;
- балки для крепления медиакуба в осях Д -Е 35-36.
Основными несущими конструкциями покрытия блока Б являются фермы с элементами двутаврового сечения расположенные в осях Б-К с шагом 9З м опертые вдоль осей 1-12 на колонны; вдоль оси 2 - на вертикальные консоли рамных конструкций.
Между основными несущими конструкциями с шагом 6 м расположены поперечные балки воспринимающие нагрузки возникающие при пространственной работе каркаса под действием постоянных и временных нагрузок нагрузки от технологических мостиков. Между поперечными балками с шагом 31 м установлены прогоны на которые опирается профлист кровли.
В средней части здания (оси Б-К) в блоке Б с шагом 93 м установлены двухэтажные поперечные рамы двутаврового сечения с поперечными балками и прогонами на которые опирается профлист кровли.
По наружному периметру блока Б установлены криволинейные элементы двутаврового сечения на которых расположены прогоны на опирания витражных систем.
Общая устойчивость и неизменяемость конструкций блока Б обеспечивается жесткостью самих конструкций и системой вертикальных и горизонтальных связей.
Раскрепление отдельных конструкций (колонн рам) из плоскости изгиба осуществляется сваями распорками и поперечными конструкциями.
Конструкции пристроек (оси 510-550 610-650) к блоку Б выполнены аналогично конструкциям пристроек к блоку 1.
Технологические конструкции блока Б представляют собой ходовые мостики установленные между основными фермами в осях Б-К 13-15.
Компоновку продольной рамы начинают с установления основных (генеральных) габаритных размеров элементов рамы. Размеры по вертикали привязывают к отметке уровня пола принимая ее нулевой. Размеры по горизонтали привязывают к поперечным осям здания. Все размеры принимают в соответствии с основными положениями по унификации.
Продольная рама включает один продольный ряд колонн плиты перекрытия стропильные конструкции. Продольные рамы обеспечивают жесткость здания в продольном направлении и воспринимают нагрузки от ветра действующего на торец здания.
Взадачу компоновки конструктивной схемы входят: выбор сетки колонн разбивка здания на температурные блоки; выбор системы связей обеспечивающих пространственную жесткость.
Разбивка здания на температурные блоки.При большой протяженности в поперечном и продольном направлениях здание делят температурными швами на отдельные блоки. Температурные швы обычно совмещают с усадочными и называют температурно-усадочными. Основное их назначение - уменьшить дополнительные усилия в колоннах от вынужденных перемещений продольных и поперечных элементов здания вследствие изменения температуры наружного воздуха и усадки бетона.
Статический расчет рамы по оси Д Е
Расчет выполняем с помощью проектно-вычислительного комплекса SCAD. Комплекс реализует конечно-элементное моделирование статических и динамических расчетных схем проверку устойчивости выбор невыгодных сочетаний усилий проверку несущей способности стальных конструкций.
1 Выбор расчетной схемы рамы
При выборе расчетной схемы рамы полагаемся на ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения»:
«11 Общие требования к расчетным моделям
1 Расчетные модели (расчетные схемы) строительных объектов должны отражать действительные условия их работы и соответствовать рассматриваемой расчетной ситуации. При этом должны быть учтены конструктивные особенности строительных объектов особенности их поведения вплоть до достижения рассматриваемого предельного состояния а также действующие нагрузки и воздействия в том числе влияние на строительный объект внешней среды а также возможные геометрические и физические несовершенства.
2 Расчетная схема включает в себя:
- расчетные модели нагрузок и воздействий;
- расчетные модели описывающие напряженно-деформированное состояние элементов конструкций и оснований;
- расчетные модели сопротивления.
3 Расчетные модели нагрузок должны включать в себя их интенсивность (величину) место приложения направление и продолжительность действия.
В некоторых случаях необходимо учитывать зависимость воздействий от реакции сооружения (например аэроупругие эффекты при взаимодействии потока ветра с гибкими сооружениями).
В случае если невозможно точно описать параметры нагрузок целесообразно проведение нескольких расчетов с различными допущениями.
4 Расчетные модели напряженно-деформированного состояния должны включать в себя определяющие соотношения описывающие:
- реакцию сооружений и их конструктивных элементов при динамических и статических нагрузках;
- условия взаимодействия конструктивных элементов между собой и с основанием.
5 Расчетные модели сопротивления строительных конструкций должны включать в себя:
- расчетные модели местной прочности и устойчивости модели прочности и устойчивости элемента модели общей устойчивости строительного объекта;
- расчетные модели мгновенной прочности и модели учитывающие накопление повреждений во времени;
- расчетные модели прочности и деформирования основания.
6 В некоторых случаях устанавливаемых в задании на проектирование расчет необходимо выполнять с использованием данных экспериментальных исследований реальных строительных конструкций или моделей строительных объектов. Подготовку и проведение подобных испытаний а также оценку полученных результатов следует осуществлять так чтобы условия эксперимента были подобны условиям работы проектируемой конструкции (во время ее эксплуатации и возведения). Условия которые не моделируются в процессе проведения эксперимента (например долговременные характеристики) необходимо учитывать при проектировании на основе анализа полученных результатов и при необходимости за счет использования коэффициентов надежности».
Для расчета поперечной рамы ее конструктивную схему приводят расчетной с учетом изгибных и продольных жесткостей колонн ригеля и фермы (приняты по проекту аналогу):
EJк=12107·104 кН·м2;
EJр=25585·104 кН·м2;
EJф=20866·104 кН·м2;
Выбираем плоскую расчетную схему рамы в осях Д и Е пролетом 14262 м. Рама состоит из стропильной фермы 389 м; стального сполошностенчатого ригеля 77196 м; железобетонных колонн до отметки 585 м; металлических колонн с отметки 585 м до отметки 19764 м.
2 Сбор нагрузок на раму по оси Д и Е
Продольную раму рассчитывают на постоянные нагрузки (от веса несущих и ограждающих конструкций здания) и временные (от снега ветра) (таблица 3.1).
Собственный вес конструкций;
Значения коэффициентов надежности по нагрузке определяем согласно [СП 20.13330.2011 п. 7 табл. 71];
Таблица 3. 1. Нагрузки от веса кровли и несущих конструкций покрытия
Состав кровли и конструкции покрытия
Нормативная нагрузка qn кНм2
Расчетная нагрузка q0 кНм2
Полимерная мембрана Logicroof V-PR Arctic
(t=00012 м ρ=244 кгм3)
Верхний слой теплоизоляции – Техноруф В60
(t=005 м; ρ=180 кгм3)
Нижний слой теплоизоляции – Техноруф Н30
(t=005 м; ρ=115 кгм3)
Нижний слой теплоизоляции – Техноруф Н30
Пароизоляция – Парбарьер СФ1000
(t=0001 м ρ=333 кгм3)
Стальной профилированный настил Н75-750-07
(t=00007 м ρ=21428 кгм3)
Несущие конструкции:
Стропильная ферма ФС1 по оси Д
(Двутавры сварные ТУ У 01412851.001-95)
Стальной сплошностенчатый ригель РР1 по оси Д
Балки распорки БР1 у оси Д
(Двутавр сварной (полки - 200х12 стенка - 700х8))
Фермы распорки ФР1 у оси Д
(Двутавр нормальный (Б) по ГОСТ 26020-83
Балки покрытия БП1 по оси Д
(Двутавр сварной (полки - 360х16 стенка - 735х8))
Расчетная постоянная нагрузка на 1 погонный метр
где q0 = 555 кНм2– расчетная нагрузка;
В =93 м шаг колонн.
Нагрузку от веса колонны принимаем в соответствии с линейной плотностью двутавров приведенных в сортаменте. Прикладываем нагрузку на колонну находящуюся по оси Д и 1. Двутавр принят I 30 К2 по [ГОСТ 26020-83 табл. 1];
где mk =963 кгм – линейная плотность;
= 105 - коэффициент надежности по нагрузке для металлических конструкций;
Нк =139м – высота колонны.
Таблица 3.2 – Конструкция стенового ограждения
Состав стенового ограждения
Нормативная нагрузка qn Кнм2
Расчетная нагрузка q0 Кнм2
Грунтовка праймером
(t=000002 м ρ=880 кгм3)
(t=0004 м ρ=124 кгм3)
(t=0004 м ρ=124 кгм3))
ТехноНИКОЛЬ XPS CARBON
(t=012 м ρ=1800 кгм3)
(t=0012 м ρ=2600 кгм3)
Нагрузка от веса стены на отметке +5850 м
где q0 =291 кНм2 – значение расчетной нагрузки;
h = 585 м – высота стены.
Расчетное значение снеговой нагрузки на ригель рамы
где S0 - нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия [СП 20.13330.2011 п.10.1] ;
γf - коэффициент надежности для снеговой нагрузки;
Нормативное значение снеговой нагрузки
S0 = 07 сe ct Sq (3.5)
где Sq – вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли [СП 20.13330.2011 таблица 10.1] в зависимости от снегового района Российской Федерации;
се – коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра [5 п.10.5]; для пологих покрытий (с уклоном до 12%) однопролетных и многопролетных зданий без фонарей проектируемых в районах со средней скоростью ветра за три наиболее холодных месяца V ≥ 2 мс;
сt – термический коэффициент [СП 20.13330.2011 п. 10.10];
– коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие [СП 20.13330.2011 п. 10.4].
Определяем коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра
се = (12 01V )(08 + 0002 b) (3.6)
где k =055 – коэффициент принимаемый в зависимости от типа местности [СП 20.13330.2011 таблица 10.2];
b=14283 м– ширина покрытия;
V = 3 мс - средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца.
се = (12 – 013(08+00214283)=077
Определяем коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Здание ледовой арены по форме близкое по очертанию к сводчатому покрытию поэтому следует принимать по [СП 20.13330.2011 приложение Г.2].
где- уклон покрытия град.
Рисунок 3.1 – Схема загружения снеговой нагрузкой
а) на всё здание; б) с учетом снеговых отложений.
Принимаем . Подставляем значения в формулы 3.7 3.8:
Определяем нормативное значение снеговой нагрузки по формуле (3.5) для двух случаев.
Принимаем Sq=18кПа; се=077; сt=1; 1 =05; 2 = 052. Подставляем значения в формулу 5
S01=07077 10518 = 049 кНм2
S02=070771 05218 =050 кНм2.
Расчетное значение снеговой нагрузки для двух случаев определяем по формуле 3.4. Принимаем S01=049 кНм2; S02 =050 кНм2; γf =14; B=93 м. Подставляем значения в формулу 3.4.
p1= 0491493=637 (кН м2)
P2= 0501493=657 (кН м2).
Согласно нормам [СП 20.13330.2011] ветровую нагрузку следует определять как сумму средней (статической соответствующей установившемуся скоростному напору ветра) и пульсационной (динамической) составляющих
В низких широких зданиях не появляются колебания от ветра и для них рассматривается только статическая составляющая связанная с разницей давлений внутри помещения и снаружи у стеновых или кровельных ограждений.
Далее мы будем рассматривать лишь влияние средней составляющей.
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm в зависимости от эквивалентной высоты ze над поверхностью земли следует определять по формуле
Wm = Wо · k(ze) · с (3.10)
где Wо – нормативное значение ветрового давления [СП 20.13330.2011 11.1.4];
k(ze) – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze [СП 20.13330.2011 11.1.4 и 11.1.6];
с – аэродинамический коэффициент [СП 20.13330.2011 11.1.7].
В практических расчетах неравномерную по высоте здания ветровую нагрузку на участке от уровня земли до отметки расчетной оси ригеля рамы заменяют эквивалентной равномерно распределенной интенсивностью
Weq = Wо keq В (3.11)
где Wо – то же что и в формуле (10);
keq – коэффициент эквивалентности [СП 20.13330.2011 11].
Ветровую нагрузку с участка от оси ригеля до верхней отметки здания передают в виде горизонтальной сосредоточенной силы.
Аэродинамический коэффициент с принимается по [СП 20.13330.2011 приложение Д.1]. Согласно [СП 20.13330.2011 приложение Д.1.2] для прямоугольных в плане зданий со сводчатыми и близкими к ним по очертанию покрытиями с наветренной стороны се = 02 с подветренной се = - 04. Знак «плюс» соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление) знак «минус» – от поверхности (отсос).
Интенсивность ветровой нагрузки на колонну с наветренной стороны определяем по формуле
qeq = Weq γf · се = Wо keq γf се B (3.12)
где Wо =038 кПа то же что и в формуле 10;
keq =0708 кНм2 то же что и в формуле 10;
γf =14 коэффициент надежности для ветровой нагрузки;
се = 02 аэродинамический коэффициент для здания с наветренной стороны.
qeq = 038 0708 14 02· 93 = 07 кНм.
Интенсивность ветровой нагрузки на колонну с заветренной стороны
q = Wо keq γf се B (3.13)
где се= –04 аэродинамический коэффициент для здания с заветренной стороны.
q = 038 070814 (-04) · 93 = -14 кНм.
Сосредоточенные нагрузки передаваемые с участков стенового ограждения
- с наветренной стороны
где Н =585 м высота стенового ограждения.
- с заветренной стороны
Сосредоточенные нагрузки передаваемые с грузовой площади находящейся выше отметки ригеля
где k3 =048; k4 =04; - коэффициенты эквивалентности зависящие от высоты здания;
hш =1415 м высота от отметки ригеля до отметки покрытия.
Суммарная нагрузка вдоль ригеля с наветренной стороны
где W1 =1904 кН сосредоточенная нагрузка передаваемая с участков стенового ограждения с наветренной стороны;
W2 = 616 кН сосредоточенная нагрузка передаваемая с грузовой площади находящейся выше отметки ригеля с наветренной стороны.
W =1904 +616=252 кН.
Суммарная нагрузка вдоль ригеля с заветренной стороны
где = 1904 кН сосредоточенная нагрузка передаваемая с участков стенового ограждения с заветренной стороны кН;
-308 кН сосредоточенная нагрузка передаваемая с грузовой площади находящейся выше отметки ригеля с заветренной стороны кН.
Ветровая нагрузка действующая на конструкцию покрытия с наветренной стороны
где γf - то же что и в формуле 12;
γn – коэффициент надежности;
Wо – то же что и в формуле 10;
k – то же что и в формуле 16;
се - то же что и в формуле 12;
B – то же что и в формуле 11.
Принимаем γf=14; γn=1; W0=038 кПа; k=048; се=02; B=93. Подставляем значения в формулу 3.20.
Ветровая нагрузка действующая на конструкцию покрытия с подветренной стороны
се - то же что и в формуле 13;
Принимаем γf=14; γn=1; W0=038 кПа; k=048; се=-04; B=93. Подставляем значения в формулу 3.20.
Комбинации загружений:
)собственный вес конструкций + вес ограждающих конструкций + временные нагрузки: снеговая нагрузка на весь пролет + снеговой мешок + ветровая нагрузка на стены;
)собственный вес конструкций + вес ограждающих конструкций + временные нагрузки: снеговая нагрузка на весь пролет + снеговой мешок + ветровая нагрузка на покрытие;
)собственный вес конструкций + вес ограждающих конструкций + временные нагрузки: снеговая нагрузка на пролета + снеговой мешок + ветровая нагрузка на стены;
)собственный вес конструкций + вес ограждающих конструкций + временные нагрузки: снеговая нагрузка на пролета + снеговой мешок + ветровая нагрузка на покрытие.
3 Определение расчетных сочетаний усилий
Расчеты элементов каркаса здания должны выполняться с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок и им соответствующих усилий. Эти сочетания устанавливают на основе анализа возможных вариантов одновременного действия различных нагрузок. Для этого статический расчет здания производят отдельно на каждую нагрузку (снеговую ветровую и др.) или на группу нагрузок которые не могут действовать изолированно одна от другой (собственный вес конструкций покрытия стен и др.). Пользуясь данными такого расчета находят для каждого расчетного сечения элементов схемы свою комбинацию нагрузок которая создаёт наиболее неблагоприятные условия работы этого сечения.
4 Результаты статического расчета
По расчетам в ПК SСAD самой неблагоприятной комбинацией загружений является первая комбинация.
Рисунок 3.2 -Эпюра изгибающих моментов при самой неблагоприятной комбинации загружений (1)
Наибольшее значение изгибающего момента в сплошностенчатой балке Му = 20987 кНм.
Рисунок 3.3 - Эпюра продольных сил при самой неблагоприятной комбинации загружений (1)
Наибольшее продольное усилие в железобетонной колонне по оси 311 N = 4637 кН.
Рисунок 3.4 - Значения перемещений при самой неблагоприятной комбинации загружений (1)
Наибольшее перемещение в металлической ферме z = 30 56 мм; в железобетонной балке покрытия z = 7075 мм.
Анализ полученных результатов: из эпюр изгибающих моментов видно что наибольшие значения усилий от снеговой и ветровой нагрузок наблюдаются в блоке А здания где в качестве несущей конструкции запроектирована сплошностенчатая балка. Согласно расчетов ПК SCAD наибольшее значение изгибающего момента в балке 20987 кНм данная балка предусмотрена сечением из сварных двутавров (см. расчет).
Как видно из расчетов ПК SCAD все сечения зеленого цвета коэффициент максимальный коэффициент использования равен 0945 значит все рассматриваемые сечения подобраны верно. Повторная проверка и изменения сечений не требуется.
Анализ результатов расчета показал что запроектированные металлические и железобетонные конструкции обладают необходимой прочностью и жесткостью для обеспечения устойчивости здания. Таким образом за счет совместной работы пространственной системы конструкции обеспечивающее эффективное перераспределение усилий несущая способность конструкции здания в целом сохраняется на достаточном уровне.
Расчет конструкций покрытия блока Б Ледовой арены
1 Расчет прогона покрытия в осях 21-22
Прогоны покрытия - прокатные из двутавров по ГОСТ 26020-83 тип Б 1-го класса;
– статическая схема – однопролетная шарнирно-опертая;
– коэффициент условий работы γс = 1 [СП 16.13330.2011 таблица 1];
– коэффициент надежности по ответственности γn = 1;
– материал балки – сталь С245 по ГОСТ 27772-88* группа конструкций - 2;
– расчетные характеристики стали: Ry = 240 Нмм2 при толщине проката от 2 до 20 мм включительно; Run = 370 Нмм2; Rs = 0.58240 = 1392 Нмм2; Rp = 361 Нмм2.
Вертикальный предельный прогиб балки fu(568)=lпп195 (подсчитан по линейной интерполяции между значениями fu(3)=lпп150 и fu(6)=lпп200)[СП 20.13330.2011 приложение Е2].
Нормативная нагрузка на 1 пог.м балки
qnпп = (qn+p) a + = (036 + 656) 31 + 329 981 10-3 = 2177 кНм
где qno = 036 кНм2 – постоянная нагрузка (вес конструкций покрытия);
pn= 656 кНм2 – снеговая нагрузка с учетом снеговых отложений;
а = 31 м – шаг прогонов покрытия;
9 кгм – масса 1 пог.м балки настила (ориентировочно для прогона покрытия принят I 30Б1).
Расчетная погонная нагрузка на балку
qпп = (qno γf1 +рnl γf2) a + γf3 =
= (036 11 + 656 12) 31+ 329 981 10-3 105 = 2497 кНм
где γf1 = 11 γf2 = 12 γf2 = 105 – коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для постоянной и временной нагрузки по заданию и для нагрузки от собственного веса металлических конструкций.
Статический расчет балки
Рисунок 4.1 – Расчетная схема прогона покрытия
Конструктивный расчет балки
Прогон покрытия относится к 1му классу и должен быть запроектирован с напряженно-деформируемым состоянием (НДС) при котором напряжения по всей площади расчетного сечения не должны превышать расчетного сопротивления стали ≤ Ry (упругое состояние сечения).
При действии момента в одной из главных плоскостей условие прочности по нормальным напряжениям:
Из этого условия определяют требуемый момент сопротивления сечения балки:
По сортаменту принимаем I 30Б1 и выписываем его геометрические характеристики:
b = 140 мм; t = 85 мм; s = 58 мм; mпп = 329 кгм.
Проверка несущей способности балки подобранного профиля:
Эта проверка соответствует первой группе предельных состояний выполняется на расчетные нагрузки и включает проверки на прочность общую устойчивость балки и местную устойчивость элементов балки.
Проверки на прочность балки 1го класса изгибаемой в одной из главных плоскостей:
в сечениях с М = Mmax и Q = 0 (по нормальным напряжениям):
в сечениях с Q = Qmax и M = 0 (по касательным напряжениям):
Прочность обеспечена.
Общую устойчивость балок 1-го класса сплошного сечения следует считать обеспеченной при выполнении условия: при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и с ним связанный с помощью сварки болтов самонарезающих винтов и др.; при этом силы трения учитывать не следует.
В данном расчете общая устойчивость балки обеспечивается плоским стальным настилом передающим нагрузку на балку опирающимся на ее сжатый пояс и приваренным к нему непрерывным сварным швом.
Местная устойчивость элементов прокатных балок не проверяется так как она обеспечена соотношением их размеров назначенных с учетом устойчивости работы при различных напряженных состояниях.
Проверка деформативности (жесткости) балки:
Для прогона покрытия:
Жёсткость балки обеспечена.
2 Расчет балки-распорки в осях Д-Е
Балка-распорка - составного двутаврового сечения из листового проката; 1-го класса;
– статическая схема – однопролетная шарнирно-опертая балка;
– материал балки – сталь С245 по ГОСТ 27772-88* группа конструкций – 2;
– расчетные характеристики стали С245:
Ry = 240 Нмм2 при толщине проката от 2-х до 20 мм включительно;
Run = 370 Нмм2; Rs = 0.58240 = 1392 Нмм2; Rp = 361 Нмм2;
Вертикальный предельный прогиб балки fu(87)=lбр222 (подсчитан по линейной интерполяции между значениями fu(6)=l200 и fu(12)=l250)[СП 20.13330.2011 приложение Е2].
Поясные швы выполняются автоматической сваркой под флюсом (флюс
АН-348-А по ГОСТ 9087-81*; сварочная проволока Св-08А по ГОСТ 2246-70*) положение швов – в лодочку; все остальные швы выполняются механизированной дуговой сваркой (МДСПП) порошковая проволока – ПП-АН-3 [3 прил. Г табл. Г.1].
Нормативная нагрузка на 1 пог. м балки распорки
где – нагрузка от прогонов покрытия.
- расход стали от прогонов покрытия на 1 м2 на участке в осях 21-22 Д-Е.
- ориентировочный вес балки-распорки.
где γf1 = 11 γf2 = 12 γf3 = 105 – коэффициенты надежности по нагрузке соответственно для постоянной и временной нагрузки по заданию и для нагрузки от собственного веса металлических конструкций [2].
Рисунок 4.2 – Расчетная схема балки-распорки
Требуемый момент сопротивления сечения ригеля
Компоновка и подбор сечения
Определим высоту балки и размеры ее элементов.
а) минимальная по жесткости
б) оптимальная по расходу стали при гибкости стенке
Так как hоpt=6647 см больше hm при этом принимает высоту стенки hw=700 мм увязывая этот размер со стандартной шириной универсальной широкополосной стали по ГОСТ 82-70* пояса балки принимаем толщиной 12 мм. Высота балки h = 724 мм.
Толщина стенки должна удовлетворять условию и увязана с типовыми размерами листового металлопроката. Минимальная толщина стенки ригеля определяется из условия ее работы на срез:
Здесь k1 = 15 при работе на срез только одной стенки.
Толщина стенки мм округляя этот размер до стандартной толщины по ГОСТ 82-70* принимаем 8 мм что удовлетворяет условию
Принимаем стенку 700х8мм.
Пояс сечения поясов балки подсчитывается по формулам:
Пояса проектируем также из универсальной широкополосной стали при =12 мм Принимаем пояс из листа 200х12 мм что удовлетворяет конструктивным требованиям: 8 мм 12 мм 258 мм = 20 мм; 180 мм 200 мм; 200 мм в пределах (13 15) h то есть 13724=2413 мм 15724 = 1448 мм 2413 200 1448.
Рисунок 4.1 – Сечения балки-распорки
Геометрические характеристики подобранного сечения ригеля
Момент инерции сечения относительно оси х-х
момент сопротивления сечения относительно оси х-х
статический момент полусечения относительно оси х-х
Проверки прочности балки
Эти проверки сводятся к проверкам нормальных касательных местных и приведенных напряжений.
Нормальные напряжения необходимо проверить в сечении с М = Мmax и Q = 0:
Недонапряжение – 007 % 5 %.
Касательные напряжения проверяем на опорах ригеля (М = 0 Q = Qmax)
При сопряжении балок в одном уровне проверка местных напряжений в стенке балки-распорки не требуется так как loc = 0.
Проверка общей устойчивости балки
Потеря общей устойчивости ригеля заключается в нарушении плоской формы изгиба и возникновении крутильных деформаций.
Расчет на общую устойчивость балок 1-ого класса к которому относится ригель выполняют по формулам 69 и 70 [СП 16.13330.2011] за исключением 2-х случаев когда их общую устойчивость следует считать обеспеченной [СП 16.13330.2011 п.8. 4.4 а и б].
В рассматриваемом примере конструктивное решение покрытия (в одном уровне) не обеспечивает непрерывности опирания прогонов на сжатый пояс балки а потому не выполняется п. 8. 4.4 а [СП 16.13330.2011] но прогоны покрытия можно рассматривать как связи препятствующие горизонтальному смещению сжатого пояса балки и при выполнении условия общую устойчивость балки можно считать обеспеченной.
Здесь – гибкость сжатого пояса балки ( при отсутствии связей
– предельное значение которое подсчитывается по формулам таблицы 11 [СП 16.13330.2011] в зависимости от места приложения нагрузки.
Значения определены при l ≤ hefl bf ≤ 6 и 15 ≤ bf tf ≤ 35.
hef bf tf = 20012 = 166.
2061 следовательно общая устойчивость балки-распорки обеспечена.
Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов балки
Рассмотрим отдельно устойчивость пояса и стенки балки.
Проверка местной устойчивости сжатого пояса балки
Устойчивость сжатого пояса следует считать обеспеченной если условная гибкость свеса пояса двутаврового сечения при выполнении требований прочности (п. 8.2.1 [СП 16.13330.2011]) не превышает предельного значения определяемого по формуле
где с – напряжение в сжатом поясе определяемое для однородного сечения по формуле
Здесь Wxnc – момент сопротивления сечения нетто для сжатой полки балки.
В данном случае при ширине сжатого пояса основного сечения bf =200 мм и толщине стенки tw =8 мм расчетная ширина свеса
bef = (bf – tw) 2 = (200 – 8) 2 = 96 мм;
условная гибкость свеса пояса
напряжение в сжатом поясе с = 2398 Нмм2; предельное значение для свеса пояса
7 05 следовательно местная устойчивость сжатого пояса балки обеспечена.
Проверка местной устойчивости стенки балки
Устойчивость стенок балок сплошного сечения 1-го класса следует считать обеспеченной если выполнены требования прочности (п. 8.2.1 [СП 16.13330.2011]) общей устойчивости (п. 8.4 [СП 16.13330.2011]) и условная гибкость стенки
(hef = hw) не превышает значений
– при отсутствии местного напряжения
– то же в ригеле с односторонними поясными швами;
– при наличии местного напряжения loc в ригеле с двусторонними поясными швами.
Стенку ригеля следует укреплять поперечными ребрами жесткости:
в ригеле 1-го класса если значение условной гибкости стенки превышает 32 – при отсутствии подвижной нагрузки на поясе ригеля или 22 – при наличии такой нагрузки.
Условная гибкость стенки балки
следовательно проверка устойчивости стенки балки и постановка поперечных ребер жесткости не требуется.
Предусматриваем ребра жесткости в местах крепления прогонов покрытия то есть на расстоянии 3100 мм.
Размеры поперечных ребер жесткости (рисунок 10):
br ≥ hw 30 + 40 мм = 700 30 + 40 мм = 633 мм;
tr ≥ 2 br = 2 63343 мм;
учитывая конструктивные требования примыкания прогонов покрытия к ребрам балки принимаем br = 90 мм tr = 8 мм l = 700 мм. Ребра жесткости привариваем к стенке балки двусторонним угловыми швами катетом . Торцы вертикальных ребер должны иметь срезы 40х60 мм для пропуска поясных швов.
Проверка жесткости балки
Для рассчитываемой балки
Mnmax = 3851 кНм (см. hmin).
Жесткость балки обеспечена прогиб не превышает предельный.
Расчет поясных соединений балки
Соединения поясов со стенкой в сварной балке осуществляется сварными швами. При изгибе балки это соединение предотвращает сдвиг поясов относительно стенки. Сдвигающее пояс усилие на единицу длины ригеля рассчитывается по формуле:
Поясные швы ригеля выполняем автоматической сваркой двусторонними непрерывными с одинаковым катетом по всей длине (см. исходные данные).
Требуемый катет угловых поясных швов:
при расчете по металлу границы сплавления так как
kf = T (2 z Rwz γc) = 264 (2 115 1665 10-1 1) = 0069 см
где Rwf = 180 Нмм2 [ табл. Д.2 прил. Д]; Rwz = 045 Run = 045 370=1665 Нмм2; f = 11; z = 115 [ табл. Д.3 прил. Д].
Принимаем kf = 4 мм [ табл. Д.4 прил. Д].
3 Расчет и конструирование сопряжений элементов покрытия
Узел сопряжения балки-распорки с фермой
Для крепления балки-распорки к ферме принимаем болты нормальной точности М20 (класс точности В) ( 20 мм) класс прочности 56; Rbs = 210 Нмм2 Rbp = 485 Нмм2 при Run = 370 Нмм2 для элементов из стали С245.
Расчетное усилие воспринимаемое одним болтом при работе его на срез
Nbs = Rbs Ab ns γb γс = 210 10-1 314 1 09 1 = 5935 кН.
Здесь γb = 09 – коэффициент условий работы болтового соединения [табл 41];
Аb = 314 см2 – расчетная площадь сечения стержня болта [ табл. Д.9];
ns = 1 – число расчетных срезов одного болта.
Расчетное усилие в одноболтовом соединении при работе его на смятие
Nbp = Rbp db t γb γс = 485 10-1 20 08 09 10 = 6984 кН
где d = 20 см – наружный диаметр стержня болта;
Σt = 08 см – наименьшая суммарная толщина листов сминаемых в одном направлении.
Количество болтов в соединении
где 12 – коэффициент учитывающий неравномерность вовлечения болтов в работу;
– наименьшее из значений расчётного усилия для одного болта.
Принимаем 4 болта и размещаем их в соответствии с [табл 40] и подсчитываем геометрические размеры планки.
Длина планки ширина планки bp толщина tpl = 10 мм.
Проверим прочность планки в ослабленном сечении
Здесь Q =150 кН – поперечная сила в сечении ослабленном отверстиями под болты;
Anpl = (bpl - 4dотв) tpl = (21-42) 1 = 13 см2 – площадь расчетного сечения планки нетто.
Прочность планки обеспечена.
Рисунок 4.2 – Узел сопряжения балки-распорки с фермой
Узел сопряжения прогона покрытия с балкой распоркой
Для крепления прогона покрытия к приемному ребру колонны принимаем высокопрочные болты М16 ( 20 мм) класс прочности 10.9; Rbs = 415 Нмм2 Rbp = 485 Нмм2 при Run = 370 Нмм2 для элементов из стали С245.
Nbs = Rbs Ab ns γb γс = 415 10-1 201 1 09 1 = 751 кН.
Аb = 201 см2 – расчетная площадь сечения стержня болта [ табл. Д.9];
Nbp = Rbp db t γb γс = 485 10-1 16 08 09 10 = 5587 кН
где d = 16 см – наружный диаметр стержня болта;
Принимаем 2 болта и размещаем их в соответствии с [табл 40] и подсчитываем геометрические размеры планки.
Здесь Q = 50 кН – поперечная сила в сечении ослабленном отверстиями под болты;
Anpl = (bpl - 2dотв) tpl = (20-22) 1 = 158 см2 – площадь расчетного сечения планки нетто.
Рисунок 4.3 – Сопряжение прогона покрытия с балкой-распоркой
Расчет стропильной фермы ФС1
Расчетная постоянная нагрузка на 1погонный метр стропильной фермы:
q=516 кНм; снеговая нагрузка: p=657 кНм (см. пункт Сбор нагрузок).
Материал – сталь С345-3(ГОСТ 27772-88*) Ry = 450 МПа.
Сварка элементов – полуавтоматическая в среде углекислого газа; сварочная проволока Св-08Г2С положение швов нижнее.
Рисунок 5.1– Геометрическая схема фермы ФС1
Нагрузки на стропильную ферму:
- постоянная (вес кровли ограждающих конструкций балки-распорки связи прогоны);
Расчетная узловая нагрузка на i-й узел стропильной фермы:
Ферму рассматриваем как статически-определимую балочную ферму находящуюся под действием внешних нагрузок.
Рисунок 5.2 – Нумерация элементов фермы
Расчет фермы ФС1 выполнен в ПК SCAD. Усилия в стержнях фермы определяют от каждого отдельного загружения.
Усилия от всех видов загружения сведены в таблицу 4.1 и найдены суммарные расчетные усилия.
Подбор сечений начинаем со сжатых поясов для стержней с наибольшими усилиями. После этого подбираем элементы нижнего пояса и решетки.
Таблица 4.1– Расчетные усилия в стержнях фермы ФС1
Усилия от постоянной нагрузки
Усилия от снеговой нагрузки
Подбирать сечения стержней фермы удобно в табличной форме без промежуточных вычислений. Такая таблица позволяет выполнить расчет в наиболее компактной форме и в то же время служит контролем учета всех факторов расчете.
Определив необходимые сечения всех стержней фермы нужно проследить чтобы стержней различных размеров было не слишком много.
Проверочные расчеты элементов:
Для сжатых стержней фермы:
Проверка устойчивости стержня
Здесь коэффициент соответствующий максимальной гибкости стержня принятого сечения площадью А.
Проверка гибкости стержня в плоскости и из плоскости фермы
Для растянутых стержней фермы:
Проверка прочности стержня
Здесь Аn – действительное значение площади сечения нетто.
2 Расчет и конструирование узлов стропильной фермы ФС1
Для соединения стержней нижнего пояса фермы принимаем высокопрочные болты из стали 40Х «Селект» исполнение «ХЛ» М24 ( мм); класс прочности 10.9 [ГОСТ Р 52643-2006 табл. А1]; [СП 16.13330.2017 табл. Г5] при для элементов из стали С245 [8 табл. Г6].
Расчетное усилие воспринимаемое одним болтом при работе его на срез:
где коэффициент условий работы болтового соединения [1 табл.41]; расчетная площадь сечения стержня болта; число расчетных срезов одного болта.
Расчетное усилие при многоболтовом соединении при работе соединения на смятие:
где наружный диаметр стержня болта; наименьшая суммарная толщина листов сминаемых в одном направлении.
Количество болтов в соединении:
усилие в нижнем поясе фермы;
наименьшее из значений расчетного усилия для одного болта.
Принимаем 20 болтов и размещаем их в соответствии с [СП 16.13330.2017 табл. 40].
Подсчитываем геометрические размеры планок.
Здесь Q = 260 кН – поперечная сила в сечении ослабленном отверстиями под болты;
Anpl = (bpl - 4dотв) tpl = (27-424) 1 = 174 см2 – площадь расчетного сечения планки нетто.
Рисунок 5.3 – узел 2
Для крепления раскоса фермы принимаем высокопрочные болты из стали 40Х «Селект» исполнение «ХЛ» М24 ( мм); класс прочности 8.8 [ГОСТ Р 52643-2006 табл. А1]; [СП 16.13330.2017 табл. Г5] при для элементов из стали С245 [1 табл. Г6].
Принимаем 4 болта и размещаем их в соответствии с [СП 16.13330.2017 табл. 40].
Определим длину швов крепления опорного раскоса. Катет швов крепления раскоса Необходимая длина швов крепления раскоса при - при расчете по металлу шва т.к.
Для соединения стержней верхнего пояса фермы принимаем высокопрочные болты из стали 40Х «Селект» исполнение «ХЛ» М24 ( мм); класс прочности 10.9 [ГОСТ Р 52643-2006 табл. А1]; [СП 16.13330.2017 табл. Г5] при для элементов из стали С245 [8 табл. Г6].
усилие в верхнем поясе фермы;
Принимаем 30 болтов и размещаем их в соответствии с [СП 16.13330.2017 табл. 40].
Здесь Q = 200 кН – поперечная сила в сечении ослабленном отверстиями под болты;
Anpl = (bpl - 4dотв) tpl = (26-424) 1 = 164 см2 – площадь расчетного сечения планки нетто.
Рисунок 5.4 – узел 3
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Металлические конструкции включая сварку: учебно-методическое пособие для курс. работы Л. В. Енджиевский И. Я. Петухова А. В. Терешкова; под ред. Л. В. Енджиевский. – Красноярск: «СФУ» 2012. –89 с.
Металлические конструкции включая сварку: учебно-методическое пособие для курс. проекта И. Я. Петухова. – Красноярск: «СФУ» 2014.–95с.
СП 50.13330-2012 «Тепловая защита зданий»
Металлические конструкции: в 3 т. Т. 3. Специальные конструкции и сооружения: учеб.пособие для строит. вузов [Текст] В. В. Аржанов В. И. Бабкин В. В. Горев Л. В. Енджиевский и др.; под ред. В. В. Горева. – 2-е изда. перераб. к доп. – М. Высшая школа 2002. – 544 с.
ГОСТ Р 21.1101-2009. Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации. Введ. с 01.03.2010. – М.: Стандартинформ 2010. – 30с.
ГОСТ 21.502-2007. Система проектной документации для строительства. Правила выполнения проектной рабочей документации металлических конструкций. – Введ. с 01.01.2009. – М. Стандартинформ 2010. – 20 с.
СТО 4.2–07–2012. Стандарт организации. Система менеджмента качества. Общие требования к построению изложению и оформлению документов учебной деятельности. Взамен СТО 4.2–07–2010 дата введ.: 27.02.2012. Красноярск: ИПК СФУ 2012. 57 с.