Расчет несущих конструкций и фундаментов здания

Команда МИФИ

Раздел АС РР

1 НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

1.1 Нагрузки от собственного веса несущих конструкций

Задаем автоматически с использование ПК SCAD Office

1.2 Нагрузки от собственного веса конструкции пола и стен

Задаем автоматически с использование ПК SCAD Office

1.3 Нагрузки от веса технологического оборудования

Основным технологическим оборудованием, оказывающим давление на конструкции являются драйкулеры, расположенные на кровле здания. Нагрузка от них передается через площадку на прогоны, опирающиеся на узлы фермы.

Принято техническое решение об изменении положения драйкулеров по отношению к их размещению на плане кровли (Приложение 2). Таким образом, они размещаются на кровле так, чтобы ось симметрии первого совпадала с осью 9, а второго с осью 11 (рис. 1).

Вес драйкулера P = 48,854 кН (4980 кг * 9,81) (Приложение 6) распределяется между четырьмя узлами фермы (Рис. 2).

Рис. 1. Расположение драйкулеров на кровле

Рис. 2. Схема к подсчету нагрузки от веса драйкулеров

1.4 Снеговая нагрузка

г. Большой Камень: II снеговой район

Согласно СП 20.13330.2016 нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле:

S = μ * c_e * c_t * S_g

где:

• c_e – коэффициент, учитывающий снос снега с покрытия зданий под действием ветра или иных факторов, принимаемый в соответствии с 10.5–10.9;

Для пологих (с уклоном до 12% или f/l ≤ 0,05) покрытий однопролетных и многопролетных зданий, проектируемых на местности типа В и имеющих характерный размер в плане c_l не более 100 м, следует установить коэффициент сноса снега, принимаемый по формуле, но не менее 0,5:

c_e = 1,2 — 0,4 * (k — 0,8) * (1 — 0,002 * c_l) = 1,2 — 0,4 * (1 — 0,8) * (1 — 0,002 * 20,976) = 0,674

где:

• k = 1,0 – коэффициент, принятый по таблице 11.2 для местности типа А;
• c_l = 2 * b — l^2 / 12 = 20,976 м – характерный размер покрытия, принимаемый не более 100 м;
• b = 12 м – наименьший размер покрытия в плане;
• l = 47,62 м – наибольший размер покрытия в плане.

c_t – термический коэффициент, принимаемый в соответствии с 10.10 (уклон кровли превышает 3%); c_t = 0,8;

μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с 10.4, уклон стропильных конструкций не превышает 15° – μ = 1.

S_g – нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии с 10.2 СП (табл. 10.1), для II снегового района (г. Большой Камень) – S_g = 1,0 кПа.

Определим нормативное значение веса снегового покрова:

S_0 = 0,674 * 0,8 * 1 * 1 = 0,539 кПа.

Определяем расчетную снеговую нагрузку по формуле:

S_f = S_0 * γ_f * γ_n * B = 0,539 * 1,4 * 0,95 * 5 = 3,584 кН/м

γ_f – коэффициент надежности по снеговой нагрузке, согласно рекомендации СП принимаем равным 1,4.

где В – шаг поперечных рам.

Снеговую нагрузку, действующую на стропильную ферму, распределим на её верхние узлы:

На средние узлы: S_ср.уз = S * L / 2 = 3,584 * 12 / 6 = 7,168 кН

На крайние узлы: S_кр.уз = S_ср.уз / 2 = 3,584 кН.

1.5 Ветровая нагрузка

г. Большой Камень: IV ветровой район

Согласно СП 20.13330.2016 нормативное значение средней составляющей основной ветровой нагрузки w_m в зависимости от эквивалентной высоты e_z над поверхностью земли следует определять по формуле:

w_m = w_0 * k(e_z) * c

где:

• w_0 – нормативное значение ветрового давления, принимается в зависимости от ветрового района по таблице 11.1, для IV ветрового района – w_0 = 0,48 кПа;
• k(e_z) – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты e_z, определяемый по табл. 11.2. Для типа местности А принимаем значения коэффициентов следующие: до высоты 10 м он постоянный k = 1,0.
• c – аэродинамический коэффициент, принимаемый по табл. В.2: для вертикальных поверхностей стен, расположенных с наветренной стороны c = +0,8; для подветренной стороны c = -0,5 (ветровой отсос).

Знак минус для коэффициента с учитывается направлением ветровой нагрузки с заветренной стороны здания.

Интенсивность расчетной ветровой нагрузки, приложенной к стойке рамы, определяется по формуле:

w_f = w_m * γ_f * γ_n * B

где γ_f – коэффициент надежности по ветровой нагрузке, принимаемый равным 1,4; γ_n – коэффициент надежности по назначению, принимаемый равным 0,95.

С учетом вышеизложенного интенсивность расчетной ветровой нагрузки определяется по формуле:

w_f = w_0 * k(e_z) * c * B * γ_f * γ_n

Расчетное положительное давление ветра (ветровой напор) на крайнюю колонну поперечной рамы составит:

w+ = 0,48 * 1 * 0,8 * 5 * 1,4 * 0,95 = 2,554 кН/м.

Расчетное отрицательное давление ветра (ветровой отсос) на крайнюю колонну поперечной рамы составит:

w- = 0,48 * 1 * (-0,5) * 5 * 1,4 * 0,95 = -1,596 кН/м.

2 РАСЧЕТНАЯ СХЕМА

2.1 Общий вид расчетной схемы

2.2 Схема приложенных на расчетную схему нагрузок

Все значения нагрузок указаны в кН (кН/м)

2.2.1 Нагрузки от собственного веса конструкций

2.2.2. Снеговая нагрузка

2.2.3. Нагрузки от оборудования

2.2.4. Нагрузки от кровельных сендвич-панелей

2.2.5. Нагрузка от ограждающих конструкций

2.2.6. Ветровая нагрузка

2.2.7 Нагрузка от плиты перекрытия (плотность плиты 300 мм условно принята 750 кг/м3)

2.2.8 Полезная нагрузка на перекрытие

2.3 Схема назначенных на расчетную схему жесткостных характеристик

Жесткость	Тип	Значение
1	Жесткость стержневых элементов (сортамент)	вычисл. жесткостн. хаpакт. : EF=2877959.869, EIY=65119.7642, EIZ=22084.274, GKR=83.1843068, GFY=571021.954, GFZ=251597.854. СОРТАМЕНТ: Двутавp колонный (К) по ГОСТ 26020-83, профиль 35К1
2	Жесткость стержневых элементов (сортамент)	вычисл. жесткостн. хаpакт. : EF=3792644.59, EIY=88522.5064, EIZ=29459.4317, GKR=186.23927, GFY=768498.566, GFZ=328910.107. СОРТАМЕНТ: Двутавp колонный (К) по ГОСТ 26020-83, профиль 35К3
3	Жесткость стержневых элементов (сортамент)	вычисл. жесткостн. хаpакт. : EF=482063.4147, EIY=3151.95326, EIZ=276.053429, GKR=3.66934419, GFY=75595.8724, GFZ=72581.6677. СОРТАМЕНТ: Швеллеp с паpаллельными гpанями полок по ГОСТ 8240-89, профиль 20П
4	Жесткость стержневых элементов (сортамент)	вычисл. жесткостн. хаpакт. : EF=217752.5901, EIY=107.743234, EIZ=107.743234, GKR=65.9132929, GFY=36430.511, GFZ=36430.511. СОРТАМЕНТ: Трубы стальные квадратные по ГОСТ 8639-82, профиль 60×5
5	Жесткость стержневых элементов (сортамент)	вычисл. жесткостн. хаpакт. : EF=320139.5563, EIY=139.489379, EIZ=139.489379, GKR=89.128166, GFY=52494.876, GFZ=52494.876. СОРТАМЕНТ: Трубы стальные квадратные по ГОСТ 8639-82, профиль 60×8

3 РЕЗУЛЬТАТЫ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО РАСЧЕТА

3.1 Нагрузки на фундамент, по оси Ж, оси 17, принимаются по усилия н подошве колонны

№	Сечение	N (кН)	My (кН*м)	Qz (кН)
		-448,07	-384,47	-406,65

3.2 Усилия в несущих элементах каркаса: колонны, вертикальные связи по колоннам, балки

№	Сечение	N (кН)	My (кН*м)	Qz (кН)	rz (кН/м)
1	1	-421,08	-109,53	364,62	0
1	2	-419,62	146,29	366,32	0
1	3	-418,17	403,31	368,02	0
2	1	-110,74	-157,68	60,21	0
2	2	-107,21	-51,81	64,33	0
2	3	-103,68	61,06	68,46	0
3	1	-24,48	61,09	-39,93	0
3	2	-22,93	31,82	-38,11	0
3	3	-21,37	3,92	-36,29	0
4	1	-3,01	3,17	-4,08	0
4	2	-1,56	0,91	-2,38	0
4	3	-0,11	-0,16	-0,68	0
5	1	-450,98	186,33	-408,77	0
5	2	-449,52	-99,44	-407,71	0
5	3	-448,07	-384,47	-406,65	0
6	1	-133,18	220,03	-95,06	0
6	2	-129,65	60,62	-92,48	0
6	3	-126,12	-94,41	-89,9	0
7	1	-125,14	-93,63	31,6	0
7	2	-122,23	-47,91	33,72	0
7	3	-119,32	0,79	35,85	0
8	1	-3,01	1,98	-2,55	0
8	2	-1,56	0,57	-1,49	0
8	3	-0,11	-0,1	-0,42	0

Усилия в балке

№	Сечение	N (кН)	My (кН*м)	Qz (кН)	rz (кН/м)
9	1	-310,14	-420,04	236,97	0
9	2	-310,14	279,69	-3,73	0
9	3	-310,14	-464,82	-244,44	0

3.3 Усилия в несущих элементах покрытия: фермы, прогоны, связи по покрытию

Усилия в элементах фермы

№	Сечение	N (кН)	My (кН*м)	Qz (кН)	rz (кН/м)
1	1	-10,891	-0,393	0,509	0
1	2	-10,824	-0,012	0,509	0
1	3	-10,757	0,37	0,509	0
2	1	-69,301	0,333	-0,237	0
2	2	-69,177	0,002	-0,237	0
2	3	-69,052	-0,329	-0,237	0
3	1	58,111	-0,326	0,411	0
3	2	58,111	0,04	0,322	0
3	3	58,111	0,317	0,232	0
4	1	91,669	-0,071	0,233	0
4	2	91,669	0,117	0,143	0
4	3	91,669	0,216	0,054	0
5	1	99,844	0,076	0,103	0
5	2	99,844	0,135	0,014	0
5	3	99,844	0,104	-0,075	0
6	1	82,374	0,222	-0,051	0
6	2	82,374	0,127	-0,14	0
6	3	82,374	-0,058	-0,229	0
7	1	45,641	0,303	-0,162	0
7	2	45,641	0,097	-0,251	0
7	3	45,641	-0,198	-0,34	0
8	1	0,237	0,329	-0,242	0
8	2	0,237	0,042	-0,331	0
8	3	0,237	-0,333	-0,42	0
9	1	-0,548	-0,259	0,333	0
9	2	-0,538	0,031	0,244	0
9	3	-0,529	0,231	0,155	0
10	1	-58,877	-0,084	0,235	0
10	2	-58,867	0,107	0,146	0
10	3	-58,858	0,209	0,057	0
11	1	-92,347	0,076	0,102	0
11	2	-92,338	0,134	0,013	0
11	3	-92,328	0,102	-0,076	0
12	1	-100,353	0,208	-0,033	0
12	2	-100,344	0,13	-0,122	0
12	3	-100,334	-0,037	-0,211	0
13	1	-82,633	0,28	-0,132	0
13	2	-82,624	0,102	-0,221	0
13	3	-82,614	-0,165	-0,31	0
14	1	-45,606	0,305	-0,219	0
14	2	-45,597	0,04	-0,308	0
14	3	-45,587	-0,315	-0,397	0
15	1	32,156	-0,341	0,398	0
15	2	32,232	0,001	0,398	0
15	3	32,309	0,342	0,398	0
16	1	8,835	-0,116	0,13	0
16	2	8,922	0,01	0,13	0
16	3	9,008	0,135	0,13	0
17	1	-20,372	0,086	-0,071	0
17	2	-20,277	0,009	-0,071	0
17	3	-20,181	-0,067	-0,071	0
18	1	-46,854	0,25	-0,207	0
18	2	-46,748	0,005	-0,207	0
18	3	-46,643	-0,24	-0,207	0
19	1	-62,795	0,358	-0,276	0
19	2	-62,68	0,001	-0,276	0
19	3	-62,565	-0,356	-0,276	0
20	1	-76,019	-0,068	0,125	0
20	2	-75,942	0,038	0,036	0
20	3	-75,866	0,027	-0,053	0
21	1	-46,191	0,048	0,072	0
21	2	-46,105	0,087	-0,017	0
21	3	-46,019	0,002	-0,106	0
22	1	-11,913	0,024	0,094	0
22	2	-11,817	0,097	0,005	0
22	3	-11,721	0,038	-0,084	0
23	1	26,809	-0,032	0,124	0
23	2	26,914	0,091	0,035	0
23	3	27,02	0,077	-0,054	0
24	1	59,462	-0,111	0,158	0
24	2	59,577	0,074	0,069	0
24	3	59,692	0,114	-0,02	0
25	1	77,408	-0,17	0,166	0
25	2	77,533	0,04	0,077	0
25	3	77,658	0,096	-0,012	0

4 РЕЗУЛЬТАТЫ КОНСТРУКТИВНОГО РАСЧЕТА

4.1 Расчет несущих элементов каркаса

4.1.1 Колонна Сталь – С245

Расчет по 1 предельному состоянию

Элемент	Принятые нагрузки	Основное условие по прочности (устойчивости)	Численное решение	Вывод
Колонна в осях А-9	N= 421,08 кН, M=403,31 кНм, Q=368,02 кН	(N / (A * R_y * γ_c)) + (M / (c * W * R_y)) ≤ 1, п.9.1.1. СП 16.13330.2017	(421,08 / (139,7 * 24 * 1)) + (40331 / (1,504 * 1843 * 24 * 1)) = 0,91 < 1	Условие выполняется. Подобранное сечение 35К1 удовлетворяет требованиям

Вывод коэффициентов и составляющих основной формулы: λ_x = 630 / 41,88 = 15,04; λ_y = 630 / 71,92 = 8,76; λ_x_bar = 41,88 / 240 * sqrt(24 / 2*10^5) = 1,450; λ_y_bar = 71,92 / 240 * sqrt(24 / 2*10^5) = 2,491; m_x = (M * A) / (N * W) = 40331 * 139,7 / 421,08 * 1843 = 7,26; η = (1,9 — 0,1 * m_x) = 1,21; m_ef = m_x * η = 8,78; n=1,5, c=1,054.

Расчет по 2 предельному состоянию: Условие выполняется.

4.1.2 Балка

Расчет по 1 предельному состоянию: Условия выполняются. Выбранное сечение двутавра 35К3 удовлетворяет проверкам прочности.