, SCAD Office
, SCAD » Примеры расчётов

Экспертиза и проверка фермы по прочности и деформациям в SCAD Office
Конструктивная схема здания

Расчетная проверка рамы ведется в плоской постановке задачи в программном комплексе SCAD Office 11.5.

Проект одноэтажного промышленного здания выполнен в соответствии с заданием на проектирование и действующими СНиП (2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» ,           2.23.01-81* «Стальные конструкции») и ГОСТ.

Здание расположено в IV снеговом и в II ветровом районах.

Здание нежилое, каркасного типа. Габаритные размеры здания 36х72 м.

Основу каркаса составляют последовательно расположенные поперечные рамы с шагом 6 м, образованные двумя колоннами и ригелем.

Колонны здания опираются на столбчатый  железобетонный фундамент. Ригель выполнен в виде плоской фермы с параллельными поясами. Отметка нижнего пояса фермы 21,0  м. Сопряжение ригеля и колонны – жесткое.

Тип покрытия – по прогонам.

Пролет между рамами перекрыт железобетонными панелями.

Конструкция каркаса здания

Пространственная жесткость каркаса обеспечивается путем расстановки связей. Связи ставят в плоскости стропильных ферм и между колоннами. Связи по покрытию располагают в плоскости верхних поясов стропильных ферм, нижних поясов и между фермами. Вертикальные связи между фермами ставят в торцевых пролетах ферм и посередине здания. Стропильные фермы, соединенные между собой горизонтальными и вертикальными связями образуют три пространственных блока, к которым прикрепляют все остальные фермы с помощью прогонов или плит перекрытия.

Связи каркаса обеспечивают:

1.     объединение поперечных рам в пространственную систему путем создания в пределах здания или температурного блока геометрически неизменяемых жестких дисков в различных плоскостях;

2.     перераспределение локальных нагрузок, действующих в плоскости одной рамы, между соседними рамами с вовлечением их в совместную работу;

3.     восприятие и передачу на фундаменты горизонтальных нагрузок от ветра в торец здания, торможения крана и др., действующих вдоль здания;

4.     устойчивость отдельных элементов каркаса за счет снижения их расчетных длин;

5.     взаимное закрепление конструкций в проектном положении с обеспечением их несущей способности и устойчивости в процессе монтажа.

Пространственные связевые блоки формируют из двух смежных ферм, объединенных горизонтальными связями между поясами ферм и вертикальными связями между стойками решетки. Связевые блоки устроены по торцам здания и посередине.

Связи по верхним поясам (1) включают в себя поперечные связевые фермы и продольные распорки по всей длине отсека. Поперечные фермы устанавливаются в местах формирования связевых блоков (торцы, середина). Распорки закрепляют пояса ферм от смещения, обеспечивая их устойчивость. В период эксплуатации функции распорок воспринимает на себя жесткий диск покрытия.

Связи по нижним поясам (2) включают в себя поперечные и продольные связевые фермы, растяжки. Поперечные фермы устанавливаются в торцах здания или температурного блока и посередине. Продольные связевые фермы размещены вдоль крайних рядов колонн вдоль всего здания. Вместе они образуют геометрически неизменяемый диск в уровне нижних поясов ферм. Для снижения гибкости элементов по нижнему поясу устанавливаются растяжки.

Вертикальные связи (3) служат для устранения сдвиговых деформаций в связевом блоке покрытия. Вдоль здания вертикальные связевые фермы установлены в связевых блоках в плоскостях вертикальных стоек (по торцам, по коньку).

Связи между колоннами (4) предназначены для создания продольной жесткости каркаса, для обеспечения устойчивости колонны из плоскости поперечных рам, для восприятия ветровой нагрузки, действующей на торец здания и других горизонтальных нагрузок вдоль здания. Связи между колоннами в совокупности с колоннами, между которыми они установлены, образуют геометрически неизменяемый, жесткий в продольном направлении диск. Вертикальные связи располагаются посередине здания или температурного блока. Для обеспечения свободы температурных перемещений по обе стороны от связевого блока и исключения дополнительных напряжений в продольных элементах каркаса другие вертикальные связи отсутствуют.

Температурные швы в здании настоящим проектом не предусмотрены.

Конструктивные элементы площадки выполнены из стали С235.

По степени ответственности сооружение относится к 1 классу.

Конструктивная схема здания  представлена на Листе «Ферма_36_КМ».

Геометрия фермы

Согласно заданию ферма с параллельными поясами. Высота фермы в пролетной части h составляет 3150 мм. Длина панели фермы принимаем равной 6 м. Количество панелей принимаем равным 5 (см. рис.1).

Рис.1. Конечно-элементная модель фермы

Нагрузки и воздействия

Постоянные:

1.     Собственный вес  каркаса рамы;

2.     Собственный вес кровли;

3.     Нагрузка от веса стеновых панелей.

Кратковременные:

1.     Снеговая нагрузка;

2.     Ветровая нагрузка.

Результаты статического расчета

Деформации

Предельное значение прогиба в фермах l/300 = 36000/300 = 120 мм.

Вывод:Максимальное  перемещение по оси Z  в узле № 19 (81,72  мм ≤ 120 мм) является допустимым в соответствии со СНиП 2.01.07-85*  «Нагрузки и воздействия» с изменениеми от 2003 г.

Расчетные сочетания продольных усилий в элементах фермы

Расчетные сочетания продольных усилий (максимальных значений) представлены на Листе «Ферма_36_КМ».

Подбор и проверка сечений

В стержнях фермы возникают только осевые усилия, поэтому расчет сводиться к подбору сечения центрально-растянутого или центрально-сжатого элемента.

Колонны производственных зданий работают на сжатие с изгибом, они могут потерять несущую способность в результате потери устойчивости раньше, чем будет исчерпана несущая способность по прочности. Поэтому стержень сжато-изогнутый (внецентренно-сжатой) колонны должен быть проверен на общую устойчивость на совместное действие момента Mmax в плоскости действия (и из плоскости) и продольной сжимающей силы в том же сечении.

Определение расчетных длин стержней

Потеря устойчивости может происходить как в плоскости фермы, так и в перпендикулярном направлении (из плоскости). Поэтому для каждого из стержней необходимо будет определить расчетную длину в 2-х плоскостях (lx и ly).

Расчетная длина в плоскости:

lx = μx * lo

Расчетная длина из плоскости:

ly = μy * lo

где lo – расстояние между узлами;

μ – коэффициент, зависящий от способа соединения элементов

Для верхнего пояса μx =0.1,  μy = 0.2 (принят единым конструктивным элементом)

lx = 0,1*lo

ly = 0,2*lo

Для нижнего пояса μx =0.2,  μy = 0.3 (принят единым конструктивным элементом)

lx = 0,2*lo

ly = 0,3*lo

Для опорного раскоса если нет шпренгеля μx = 1, μy = 1, а при наличии шпренгеля μx = 0,5, μy = 1. В данном курсовом проекте шпренгель есть.

lx = 0,5 * lo

ly = lo

Для колонны (принята единым конструктивным элементом),  μx = 0.88,  μy = 0.44

lx = 0,88 * lo

ly =0,44* lo

Для прочих элементов μx = 0,8, μy = 1

lx = 0,8 * lo

ly = lo

Предельные гибкости

Предельные гибкости [λ] зависят от знака усилия, воспринимаемым стержнем:

1.     [λ] = 120 для ответственных сжатых стержней (верхний пояс, опорный раскос, крайняя панель нижнего пояса, колонны);

2.     [λ] = 150 для всех остальных сжатых элементов;

3.     [λ] = 400 для всех растянутых элементов;

4.     [λ] = 220 для ненагруженных стержней решетки (шпренгель).

Коэффициент условия работы

Коэффициент условия работы γс для всех сжатых раскосов и стоек, кроме опорного раскоса равен 0.8. Для всех остальных элементов фермы γс = 1.

Коэффициент условия работы  колонны , γс = 0,95.

Нижний и верхний пояса, опорный раскос составлены из неравнополочных составных уголков, а все остальные элементы фермы -  из равнополочных.

Расстояние между уголками в свету равно толщине фасонки. Толщину  фасонки определяем по [3, стр. 23, табл. 4] в зависимости от усилия в опорном раскосе. Усилие в опорном раскосе равно 28,523 тс, принимаем толщину фасонки равной 10 мм. Эта толщина будет постоянной для всех узлов.

Подбор сечения растянутого элемента:

1.     Определение требуемой площади сечения:

Aтр = N+ / Ryc

где Ry – расчетное сопротивление стали (для стали 255 Ry = 2550 кг/см2).

По сортаменту подбираем ближайшее большее значение площади для 2-х уголков, далее выписываем все характеристики для данного сечения.

2.     Проверка на прочность:

σ = N+ / AсортRy*γc

3.     Поверка на устойчивость:

lx / ix = λx

ly / iy = λy

Выбираем максимальное значение λmax и сравниваем его с допустимым [λ]. Если проверка не проходит, берем следующее по сортаменту сечение 2-х уголков.

Подбор сечения сжатого элемента:

1.     Определение коэффициента продольного изгиба:

Сначала надо задаться значением λ в пределах от 60 до 70. Далее по графику зависимости φ(λ), определяем значение коэффициента продольного изгиба.

2.     Определение требуемой площади сечения:

Aтр = N- / φ*Ry*γc

3.     Поверка на устойчивость:

lx / ix = λx

ly / iy = λy

Выбираем максимальное значение λmax и сравниваем его с допустимым [λ]. Если проверка не проходит, берем следующее по сортаменту сечение 2-х уголков.

4.     Проверка на прочность:

По значению λmax по графику определяем значение φmin и проводим проверку

σ = N- / φmin*AсортRy*γc

Подбор сечения незагруженного элемента:

1.     Определение радиуса инерции:

Положим, что гибкость в плоскости равна предельной гибкости:

λx = lx / ix = [λ]

ixтр = lx / [λ]

Тоже самое проделываем для гибкости из плоскости, то есть определяем iyтр и определяем ближайшее большее значение радиуса инерции по сортаменту.

Сечения унифицированы, то есть их разнообразие не превышает 5 вариаций.

 

Проверка элементов стальных конструкций выполнена согласно  СНиП II-23-81*. Результаты проверки приведены в расчетном файле.

 

Файл расчета (SCAD Office11.5): Ферма_36_КМ

Файл чертежа: Ферма_36_КМ

 

Файлы аналогичных проектов представлены ниже:

 

Файл расчета (SCAD Office 11.5): Ферма_36_КМ_2

Файл чертежа: Ферма_36_КМ_2

 

Файл расчета (SCAD Office 11.5): Ферма_30_КМ

Файл чертежа: Ферма_30_КМ

 

Файл расчета (SCAD Office 11.5): Ферма_24_КМ

Файл чертежа: Ферма_24_КМ

2011 — 2018 © «Goal»