Расчет и проектирование одноэтажного здания из металлоконструкций

Gotovy.dwg

План несущих конструкции на отметке +8.000
План расположения ферм
План фундаментов (1:100)
План расположения ферм (1:100)
План несущих конструкции на отметке +0
Фильтрующий слой - геотекстиль
Теплоизоляция вспененным стеклом
Битумная гидроизоляция
Керамзитобетонный уклонообразующий слой
Жб перекрытие по профнастилу Н-75
Цементно-песчанная стяжка
Ферма - тип 2. Вид сбоку.
Ферма - тип 2: Узлы 1
Ферма - тип 1: Узел 3; Элементы 2
Ферма - тип 1: Узлы 1
План несущих конструкции на отметке +0.800
Жесткая база колонны
Шарнирная база колонны
Практическая работа по предмету "Компьютерное моделирование и автоматизированные расчеты конструкций" Альбом чертежей
Ферма - тип 1: узлы 1
План расположения ферм
пластина -30х498х668
колонна двутавр 35=Ш1
болт анкерный 1.1. М20х800
пластина -20х380х440
колонна двутавр 35Ш1
болт анкерный 1.1 М20x800

Приложения.docx

Приложение 1.1. Исходная расчетная схема.
Приложение 1.2. Точки закрепления расчетной схемы осевая разбивка.
Приложение 1.3. План остова здания на отм. 0.000.
Приложение 1.4. План остова здания на отм. 6.000.
Приложение 1.5. Структура ферм (типы 1 2).
Прил.1.6. Таблица сбора нагрузок (кратковременных и длительных).
Прил.1.7. Подобранные сечения.
Двутавр широкополочный по СТО АСЧМ2093 сечением
Горизонтальные связи
Труба квадратная по ГОСТ 30245-94 сечением
Вертикальные связевые фермы (НП и раскосы)
Стойки фермы 2 типа (ферма №2)
Вертикальная связевая ферма (ВП)
Стойка фермы 2 типа (ферма №1)
Вертикальные крестовые связи
Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 сечением
Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93сечением
Ферма типа 1 (ВП ферма №1)
Раскосы фермы 1 типа (ферма №23)
Ферма типа 1 (ВП ферма №23)
Ферма типа 1 (НП ферма №23)
Стойки фермы 1 типа (ферма №23)
Раскосы фермы 1 типа (ферма №4)
Стойки 1 типа 1 (ферма №1)
Фермы 1 типа (ВП ферма №1)
Фермы 1 типа (НП ферма №1)
Ферма 1 типа (раскосы ферма №4)
Ферма 2 типа (раскосы ферма №1)
Ферма 1 типа (стойки ферма №4)
Ферма 1 типа (НП ферма №4)
Ферма 2 типа (НП ферма №1)
Ферма 2 типа (ВП ферма №1)
Ферма 2 типа (раскосы ферма №2)
Ферма 2 типа (ВП ферма №2)
Труба квадратная по ГОСТ 30245-94 сечением 300
Ферма 2 типа (НП ферма №2)
Труба квадратная по ГОСТ 30245-94 сечением 250
Прил.1.8. Общий вид 1

Модель для импорта в SCAD.dwg

Пояснительная записка.docx

Практическая работа по предмету
Компьютерное моделирование и автоматизированные расчеты конструкций
Пояснительная записка
Работу выполнили студенты:
Работу проверил преподаватель: Куликов А.В.
Краткое описание задания:
Объект (прил.1.1) – здание с высотой от пола первого этажа до низа несущих конструкций составляет 6м. Второй этаж объекта существует но не рассматривается в рамках данного расчета. Здание условно поделено на три объема размерами 12х16м 8х10м 8х6м. Несущими конструкций являются стены металлические (колонны фермы) и железобетонные конструкции (перекрытие балки). Стены приняты абсолютно устойчивыми их расчет не входит в задачу. Стены выделены на схеме синими линиями в плоскости пола. Привязка стен колонн ферм и балок к модульным разбивочным осям - осесимметричная.
Проанализировать существующую конструкцию с точки зрения обеспечения прочности и устойчивости остова. Разместить в схеме связи устойчивости. Привести рисунок (технический эскиз) с указанием связей всех типов а также точек закрепления остова здания в пространстве.
Начертить в AutoCad модульную разбивочную сеть объекта в уровне 0.000 с указанием размеров условно отметить на ней расположение вертикальных несущих конструкций - стен и колонн а также связей устойчивости.
Начертить в AutoCad модульную разбивочную сеть объекта в уровне 6.000+ с указанием размеров условно отметить на ней расположение горизонтальных несущих конструкций - ферм балок а также их горизонтальных связей.
Применив конструктивную логику обозначить внешний вид ферм используемых в конструкции перекрытия остова. Привести рисунок или чертеж полученных конструкций.
Начертить в отдельном файле AutoCad остов здания подготовленный для экспорта в расчетную программу SCAD. Чертеж должен быть выполнен в отрезках представляющих собой оси стержневых элементов остова.
Проанализировать действующие на остов здания нагрузки составить таблицу нагрузок - постоянных временных кратковременных временных длительных. Расчет постоянных нагрузок провести после расчета временных.
Экспортировать в SCAD остов здания установить все необходимые настройки по следующего примерному списку: тип схемы и элементов жесткости закрепления шарниры. Приложить к схеме нагрузки и составить их расчетные сочетания (РСУ).
Провести расчет схемы выявить ее критические факторы. Подобрать сечения (жесткости) применительно к типам несущих конструкций.
Проанализировать перегруженные элементы при помощи постпроцессоров SCAD. Найти пути решения возникающих расчетных проблем. Внести изменения в расчетную схему представить (отдельно) схему остова с изменениями разъяснить их.
Сделать выводы по работе.
Анализ существующей конструкции.
Остов здания представлен частично стенами частично колоннами. Поскольку в расчете стены приняты абсолютно устойчивыми они могут играть роль ядер жесткости. Связав стены с прочими вертикальными несущими конструкциями можно придать им устойчивость. Связь стен с колоннами осуществляется горизонтальными связями (балками небольшого сечения).
Необходимо понимать что тонкие длинные связи могут плохо работать на сжатие (потребуется расчет на устойчивость при сжатии элемента вдоль оси) поэтому горизонтальные связи смогут эффективно обеспечить устойчивость только в случае действия сил приводящих к возникновению в этих связях продольных осевых растягивающих напряжений. В случае же возникновения сжимающих напряжений устойчивость остова проще всего обеспечить внесением диагональных или крестовых связей в участке удаленном от теоретически абсолютно устойчивых стен. Такие связи будут обеспечивать кинематическую неизменяемость участка стены а также воспринимать возможные растягивающие напряжения при приложении горизонтальных знакопеременных нагрузок. Подобные вертикальные крестовые связи связывающие вертикальные колонны и предотвращающие перемещения ферм применяются на участках А-Г вдоль оси 1 и на участке В-Г вдоль оси 3.
Шаг ферм (8м.)Шаг ферм (10м.)
Схема с указанием связей и точек закрепления приведена в прил.1.2.
Чертежи остова здания с указанием осей и межосевых размеров приведены в прил.1.3 1.4. Элементы остова показаны условно.
Пояснения по чертежам:
Прил.1.3 (план на отм. 0.000) - В модульной разбивочной сети условно показаны стены и колонны (черным цветом) а также крестовые вертикальные связи между колоннами (синим цветом).
Прил.1.4 (план на отм. 6.000) - В модульной разбивочной сети условно показаны стены и колонны (черным цветом) горизонтальные связи между колоннами (синим цветом) а также горизонтальные несущие конструкции (фермы) - красным цветом.
Обоснование схемы строения ферм.
В задании показаны два типа ферм:
тип 1 - перекрывают площадь размерами 12х16м в осях 1-2А-Г;
тип 2 - перекрывают площадь размерами 8х10м в осях 2-3В-Г
Фермы первого типа имеют пролет 12 м и несут на себе нагрузку летнего кафе-террасы. Однако фермы типа 2 поддерживают перекрытие с высокой нагрузкой (от автотранспорта). Разработку схемы ферм начнем с фермы типа 1 т. к. это ферма большего пролета.
При проектировании любых конструкций следует стремиться к тому чтобы ее ключевые разбивочные размеры были кратны какой-то целой величине. Поэтому при разбиении пролета фермы на участки треугольной формы образованные поясами фермы и ее раскосами следует подбирать такую степень разбиения при которой точки пересечения осей элементов фермы (или другие важные параметры) были бы кратны допустим модулю 110(М) т.е. 10мм. или более высоким значениям. Также стоит помнить о соотношении высоты и пролета ферм (HL) которое составляет в среднем 110. При этом увеличение высоты фермы приводит к уменьшению ее деформативности однако при этом увеличиваются сечения раскосов работающих на сжатие и увеличивается строительная высота фермы что может быть неприемлемо из архитектурно-планировочных соображений. Помимо перечисленного структура отдельных кинематически неизменяемых блоков раскосной решетки фермы по возможности должна быть близка к равносторонним треугольникам а углы между раскосами иили поясами фермы стремиться к 60°.
Определение схемы фермы типа 1.
При пролете фермы 12м и соотношении HL 110 наиболее возможны следующие степени разбиения 12n вдоль пролета (в порядке повышения высоты фермы):
12- в этом случае a = 10м H = a√32 = 0866м; HL 11385;
10- в этом случае a = 12м H = a√32 = 1039м; HL 11154;
8- в этом случае a = 15м H = a√32 = 1299м; HL 1924;
6- в этом случае a = 20м H = a√32 = 1732м; HL 1693.
Третий вариант разбиения удовлетворяет соотношению HL 110 поэтому схема строения раскосной решетки фермы будет реализована при следующих параметрах: L=12м H=130м а=150м n=8.
Определение схемы фермы типа 2.
При пролете фермы 8 м и соотношении HL 110 наиболее возможны следующие степени разбиения 8n вдоль пролета (в порядке повышения высоты фермы):
- в этом случае a = 10м H = a√32 = 0866м; HL 1925;
- в этом случае a = 114м H = a√32 = 0987м; HL 1813;
- в этом случае a = 1.33м H = a√32 = 1152м; HL 1694;
Первый вариант разбиения удовлетворяет соотношению HL 110 поэтому схема строения раскосной решетки фермы будет реализована при следующих параметрах: L=8м H=086 м а=1 м n=8.
Структура обеих ферм приведена в прил.1.5.
На конструкцию действуют постоянные и временные нагрузки.
Расчет временных нагрузок.
В осях 1-2А-Г на отм. 6.000+ действуют нагрузки равномерно распределенные (п.8.2 СП 20.13330 далее [1]) В соответствии с ТЗ здесь планируется устройство эксплуатируемого летнего кафе террасы в г. Владивосток и эти функции подпадают под следующие пункты табл.8.3 [1]:
Наименование нагрузки
в соответствии с табл.8.3[1]
Допустимое нормативное значение нагрузки
Залы зрительные и концертные
Покрытия на участках с возможным скоплением людей
Покрытия на участках используемых для отдыха
Из соображений обеспечения безопасной эксплуатации объекта примем нормативную кратковременную нагрузку = 5.5 кПа.
В соответствии с п.8.2.2[1] коэффициент надежности по нагрузке γf = 12 поэтому кратковременная расчетная нагрузка = 45кПа · 12 = 66 кПа.
Определим длительную нагрузку. В соответствии с п.5.4.и[1] к таковым нагрузкам следует относить пониженные нагрузки от оборудования людей животных и транспортных средств. В соответствии с п.8.2.3[1] пониженные нормативные значения равномерно распределенных нагрузок получают умножением на коэффициент 035 поэтому нормативная длительная нагрузка = 45кПа · 035 = 1925 кПа 193 кПа.
Поскольку длительные нагрузки используют для расчета конструкций по второй группе предельных состояний (расчет по пригодности к нормальной эксплуатации) в соответствии с п.4.2.б[1] коэффициент надежности по нагрузке γf = 10 поэтому расчетная длительная нагрузка = 193 кПа · 10 = 193 кПа.
В осях 2-3Б-Г на отм. 6000+ действуют нагрузки равномерно распределенные (п.8.4[1]). В соответствии с ТЗ здесь планируется устройство площади разгрузкистоянки автотранспорта и эти функции подпадают под следующие пункты табл.8.4[1]:
в соответствии с табл.8.4[1]
Пандусы и подъездные пути
Из соображений обеспечения безопасной эксплуатации объекта примем нормативную кратковременную нагрузку = 85кПа.
В соответствии с п.8.4.5[1] коэффициент надежности по нагрузке γf = 12 поэтому кратковременная расчетная нагрузка = 85 кПа · 12 = 102 кПа.
Определим длительную нагрузку. В соответствии с п.5.4.и[1] к таковым нагрузкам следует относить пониженные нагрузки от оборудования людей животных и транспортных средств. В соответствии с п.8.4.4[1] пониженные нормативные значения равномерно распределенных нагрузок от транспортных средств получают умножением на коэффициент 035 поэтому нормативная длительная нагрузка = 75кПа · 035 = 2975кПа 298 кПа.
Поскольку длительные нагрузки используют для расчета конструкций по второй группе предельных состояний (расчет по пригодности к нормальной эксплуатации) в соответствии с п.4.2.б[1] коэффициент надежности по нагрузке γf = 10 поэтому расчетная длительная нагрузка = 298кПа · 10 = 298кПа.
В осях 2-3А-Б на отм. 6.000+ действуют нагрузки равномерно распределенные (п.8.2[1]). В соответствии с ТЗ здесь планируется устройство административного блока на открытом воздухе и эти функции подпадают под следующие пункты табл.8.3[1]:
Служебные помещения административного персонала
Из соображений обеспечения безопасной эксплуатации объекта примем нормативную кратковременную нагрузку = 25кПа.
В соответствии с п.8.2.2[1] коэффициент надежности по нагрузке γf = 12 поэтому кратковременная расчетная нагрузка = 25кПа · 12 = 3кПа.
Определим длительную нагрузку. В соответствии с п.5.4.и[1] к таковым нагрузкам следует относить пониженные нагрузки от оборудования людей животных и транспортных средств. В соответствии с п.8.2.3[1] пониженные нормативные значения равномерно распределенных нагрузок получают умножением на коэффициент 035 поэтому нормативная длительная нагрузка = 25кПа · 035 = 0875 кПа.
Поскольку длительные нагрузки используют для расчета конструкций по второй группе предельных состояний (расчет по пригодности к нормальной эксплуатации) в соответствии с п.4.2.б[1] коэффициент надежности по нагрузке γf = 10 поэтому расчетная длительная нагрузка = 0875 кПа · 10 = 0875 кПа.
Расчет снеговой нагрузки.
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяют в соответствии с п.10[1]:
Определим входящие в формулу параметры и найдем S0:
Определение коэффициента ce:
ce - коэффициент учитывающий снос снега с покрытия здания. В соответствии с п.10.5 - 10.7[1] ce определяется по формуле:
k или k(ze) - коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте. В соответствии с п.11.1.6[1] коэффициент k(ze) можно принять по табл. 11.2[1] или рассчитать по формуле 11.4[1]:
Рассчитаем k(ze) по формуле:
h 8м (высота здания);
d = 1620м (размер здания перпендикулярно расчетному направлению ветра).
Поскольку h d в соответствии с п.11.1.5[1] эквивалентная высота ze = h =8м.
Тип местности В (городские территории равномерно покрытые препятствиями).
В соответствии с табл.11.3[1] k10 = 065 α = 020 поэтому k(ze) = 0594.
lc - характерный размер покрытия принимаемый не более 100м.
Здесь b - наименьший а l - наибольший размер покрытия в плане. Для данного здания b = 16м l = 20м поэтому lc = 192м.
Учитывая что k(ze) = 0594 lc = 192м коэффициент ce = 0748.
Определение коэффициента ct:
ct: кровля здания достаточно утеплена поэтому в соответствии с п.10.10[1] ct = 10.
Определение коэффициента :
В соответствии с п.10.4[1] схему распределения снеговой нагрузки и значения коэффициента следует принимать по прил.Б[1]. Здание с односкатным покрытием (схема Б.1 - профиль а вариант 1). Уклон эксплуатируемой кровли здания принят в соответствии с п.1.2 табл.1[2] и составляет 3%(17°) - менее 30° поэтому = 1 в любой точке покрытия.
Нормативное значение веса снегового покрова Sg на 1м2 горизонтальной поверхности принимается в соответствии с табл.10.1[1] и для II снегового района составляет 10кПа.
Учитывая вышеперечисленное нормативное значение снеговой нагрузки S0 составляет 0748кПа т.е. 075кПа.
В соответствии с 10.12[1] коэффициент надежности по нагрузке γf = 14 поэтому расчетное значение снеговой нагрузки = 075кПа · 14 = 105кПа.
Вычислим значения длительных снеговых нагрузок. В соответствии с п.5.4.и[1] длительными могут быть пониженные значения снеговых нагрузок. Также в соответствии с п.10.11[1] учет пониженного значения происходит в зависимости от среднемесячной температуры января. В соответствии с табл.5.1[3] значение среднемесячной температуры января для г.Владивосток составляет -126°С (-5°С) поэтому пониженное значение вычисляется. Принимая коэффициенты ce = ct = 10 а также значение понижающего коэффициента 05 имеем = 05кПа. Учитывая что для расчета по второй группе предельных состояний γf = 10 (см. п.4.2.б[1]) имеем = 05кПа · 10 = 05кПа.
Таблица нагрузок приведена в прил.1.6.
Подбор сечений элементов конструкции.
После задания нагрузок в СКАДе объединяем все элементы схемы в конструктивные элементы и группы конструктивных элементов.
Затем создаем группы унификаций в которые должны входить элементы одного сечения. Получили следующие группы унификаций:
Верхний пояс фермы 1 типа
Верхний пояс фермы 2 типа
Нижний пояс фермы 1 типа
Нижний пояс фермы 2 типа
Раскосы фермы 1 типа
Раскосы фермы 2 типа
Горизонтальные связи
Вертикальные крестовые связи
Делаем линейный расчет по 1ГПС (отключая длительные загружения) переходим в графический анализ и выполняем расчет конструктивных групп. Получаем схему с указанием коэффициентов использования материала Kmax для каждого элемента которые должны быть не больше 1.
Исходя из того что коэффициент Kmax не должен быть больше 1 и зная всвязи с чем связан столь высокий показатель (недостаточная прочность или устойчивость) мы прибегаем к автоподбору сечения в случае превышения фактора по прочности и уменьшения коэффициента расчетной длины в случае недостаточной устойчивости (раскрепление фермы к плите перекрытия) мы добиваемся уменьшения коэффициента расчетной длины а как следствия – увеличения устойчивости и уменьшения значения Kmax.
Кmax для верхних поясов принял очень большие значения – до 83. В «Сталь. Факторы» видно что на это повлияла недостаточная устойчивость элемента. Следовательно верхний пояс фермы нужно раскрепить для уменьшения расчетной длины стержня.
Мы изменили коэфициент расчетной длины с 1 до коэфициента 005 раскрепив верхний пояс ферм с перекрытием.
Снова выполняем расчет конструктивных групп и видим что максимальный коэффициент использования материала снизился почти до 1.84 и в «Сталь. Факторы» определяющее значение теперь имеет прочность элементов. Выполняем автоматизированный подбор сечений и принимая предложения программы проводим перерасчет. Приходим к тому что Кmax1 для всех элементов.
Аналогично подбираем сечение у других групп конструктивных элементов с условием того что оно должно быть оптимальным. Т. е. каждый элемент конструкции должен стремиться к коэфициенту прочности равным 1.
Теперь делим файл на две части – в одной оставляем нагрузки по 1ГПС а во второй – по 2ГПС. Выполняем линейный расчет по 2ГПС и заходим в раздел «Перемещения». Оцениваем вертикальные перемещения точек несущих конструкций перекрытия (прогибов) Δmax от комбинации всех нагрузок в соответствии с табл. Д.1 СП 20.13330. Нагрузки и воздействия.
Фермы типа 1: Δmax= 16 мм 12000250 = 48 мм
Фермы типа 2: Δmax= 95 мм 8000250 = 32 мм
Балка: Δmax= 05 мм 8000250 = 32 мм.
Данная расчетно-графическая работа по дисциплине компьютерное моделирование и автоматизированные расчеты конструкции выполнена с использованием программного обеспечения AutoCAD и SCAD.
Проанализировав заданную конструкцию с точки зрения обеспечения прочности и устойчивости несущего остова мы разместили необходимые вертикальные и горизонтальные связи между колоннами и фермами придав схеме дополнительную устойчивость.
Используя конструктивную логику и правила экономичного подбора ферм мы подобрали высоту и шаг ферм исходя из условия отношения высоты формы к ее пролету - 110. Форма фермы – треугольная решетка с углом в 60°.
Начертив в AutoCad модульную разбивочную сеть объекта в уровне 0.000 и 6.000+ с указанием размеров условно отметили на ней расположение вертикальных несущих конструкций - стен и колонн а также связей устойчивости (вертикальных и горизонтальных).
Для расчета перекрытия по профлисту представили в виде набора неразрезных балок таврового сечения соответствующего форме гофры профлиста H-75. Расчет выполнен в программе «Арбат» по 1ГПС с приложением постоянных нагрузок от веса монолитной железобетонной плиты веса пирога кровли кратковременных полезной и снеговой нагрузки. Результатом расчета является подбор толщины перекрытия и его армирования. Расчет по 2ГПС с учетом длительных составляющих нагрузок позволил оценить прогибы перекрытия как допустимые согласно СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия».
Импортируем несущий остов здания выполненный в отрезках в AutoCAD последовательно устанавливаем настройки схемы: тип схемы – пространственный стержень жесткость – квадратная труда сечением 100x5 мм жесткие закрепление шарниры где это необходимо. Прикладываем нормативные нагрузки и составляем расчетные усилия.
В соответствии с СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия» учитывая назначения помещения проводим сбор нагрузок постоянных длительных и снеговых в соответствии с климатическим районом г. Владивосток. Разделив все сооружение на грузовые площади несущих конструкции прикладываем перечитанные нагрузки как распределительную.
Разбив все элементы на конструктивные элементы и их группы мы объединили их в группы унификаций для подбора сечений.
Разбив нагрузки на 2 группы по предельным состояниям (1 ГПС – расчет на прочность 2 ГПС – расчет по деформациям). Мы последовательно произвели расчет сначала по кратковременным нагрузкам в 1ГПС убедившись что наше подобраное сечение удовлетворяет условиям прочности и устойчивости мы нагружаем нашу обновленную схему длительными нагрузками по 2 ГПС где проверили соответствие вертикальных прогибов от общей комбинации загружений требованиям СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия».
Таким образом спроектированная конструкция удовлетворяет требованиям прочности устойчивости и деформативности.
СП 20.13330. Нагрузки и воздействия. М.: ФГУП ЦПП 2016.
ГОСТ 24045-94 профили стальные листовые гнутые с трапецивидными гофрами для строительства. М.: МНТКС 1994

Жесткая колонна.dwg

Сварные соединения выполнять с помощью ручной сварки электродом марки Е-42
Болт 20. Сталь Ст3пс4
пластина -30х498х668
колонна двутавр 35=Ш1
болт анкерный 1.1. М20х800
пластина -20х380х440
колонна двутавр 35Ш1

Планы.dwg

Шарнирная колонна.dwg

План на отметке 0.000 и 6.000.dwg

План остова здания на отм. 0.000
План остова здания на отм. 6.000+
вертикальная связевая ферма