Расчетная схема для определения ветровых нагрузок

Ветровые нагрузки определим в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85*

где – нормативное значение ветрового давления, в соответствии со СНиП 2.01.07-85* в зависимости от ветрового района (I ветровой район);

– аэродинамический коэффициент (активная составляющая – 0.8, пассивная – 0.6);

– коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте здания, принимается в соответствии со СНиП 2.01.07-85* (тип местности B);

– продольный шаг колонн;

– коэффициент надежности по нагрузке, равный 1.1;

– коэффициент надежности по назначению, равный 0.95

Активная составляющая ветровой нагрузки:

1. на высоте H=10м

2. на высоте H₀=13.8м

3. на уровне фермы H=16.95м

Пассивная составляющая ветровой нагрузки:

1. на высоте H=10м

2. на высоте H₀=13.8м

3. на уровне фермы H=16.95м

Определим ветровую нагрузку на шатер здания

Активная составляющая ветровой нагрузки:

Пассивная составляющая ветровой нагрузки:

Неравномерно распределенный по высоте скоростной напор ветра заменяем эквивалентным равномерно распределенным по моменту заделки в консольной балке по высоте

2.3. Статический расчет рамы

Статический расчет рамы выполняем на ЭВМ см. лист

2.4. Составление сочетаний нагрузок

см. лист

2.5. Выбор невыгодных сочетаний усилий

Сечение Cb

неблагоприятное сочетание

Сечение Ca, A

неблагоприятное сочетание

Расчет колонны

3.1. Расчет верхней части колонны

3.1.1. Подбор сечения из условия устойчивости в плоскости

рамы

Верхняя часть колонны предусматривается в виде сплошного двутавра, нижняя часть двухветвевая, соединенная решеткой из уголков

Проверку выполняем из условия устойчивости при действии сжатия с изгибом согласно формуле 51 СНиП II-23-81*

где – продольная сила в верхней части колонны;

– коэффициент устойчивости, принимаемый в соответствии с таблицей 74 СНиП II-23-81* в зависимости от условной гибкости и относительного приведенного эксцентриситета ;

– поперечная площадь сечения верхней части колонны;

– расчетное сопротивление стали по пределу текучести, равное для стали С245 – ;

– коэффициент условия работы, равный 1

где – гибкость элемента в плоскости фермы;

– модуль упругости стали, равный

где – коэффициент расчетной длины элемента в плоскости фермы, принимаем в соответствии с таблицей 18 СНиП II-23-81*;

– геометрическая длина элемента;

– радиус инерции сечения элемента

где – относительный эксцентриситет;

– коэффициенты влияния формы поперечного сечения, принимаем в соответствии с таблицей 73 СНиП II-23-81* в зависимости от условной гибкости и относительного эксцентриситета

где – поперечная площадь сечения верхней части колонны;

– момент сопротивления сечения элемента

Выполним проверку

Проверка выполняется, сечение двутавра удовлетворяет условию устойчивости

3.1.2. Проверка устойчивости из плоскости рамы

Проверку устойчивости из плоскости рамы выполняем согласно формуле 56 СНиП II-23-81*

где – продольная сила в верхней части колонны;

– коэффициент, определяемый по формуле 57 СНиП II-23-81* в зависимости от относительного эксцентриситета , определенного с учетом изгибающего момента, действующего в средней трети высоты колонны;

– коэффициент продольного изгиба, принимаемый в соответствии с таблицей 72 СНиП II-23-81*;

– поперечная площадь сечения верхней части колонны;

– расчетное сопротивление стали по пределу текучести, равное для стали С245 – ;

– коэффициент условия работы, равный 1

где ;

– поперечная площадь сечения верхней части колонны;

– момент сопротивления сечения элемента

где – коэффициент расчетной длины элемента из плоскости фермы (принимаем );

– геометрическая длина элемента;

– радиус инерции сечения элемента

Т.к.

Выполним проверку

Проверка выполняется, сечение двутавра удовлетворяет условию устойчивости

3.2. Расчет нижней части колонны

3.2.1. Подбор сечения отдельной ветви из условия устойчивости

из плоскости рамы

Нижняя часть колонны предусматривается сквозного поперечного сечения. Ветви колонны выполняют из двутавров балочного типа. Сечение подбираем из условия устойчивости отдельной ветви при центральном сжатии

где – усилие в отдельной ветви колонны;

– коэффициент продольного изгиба, принимаемый в соответствии с таблицей 72 СНиП II-23-81*;

– поперечная площадь сечения нижней части колонны;

– расчетное сопротивление стали по пределу текучести, равное для стали С245 – ;

– коэффициент условия работы, равный 1

Зададимся ориентировочным значением гибкости и для него вычислим значение коэффициента продольного изгиба

Из сортамента выбираем двутавр с площадью поперечного сечения больше, чем . Выбираем двутавр 30Б1 со следующими характеристиками:

- ;

Уточним усилие в отдельной ветви:

где – коэффициент расчетной длины элемента из плоскости фермы (принимаем );

– геометрическая длина элемента;

– радиус инерции сечения элемента

Выполним проверку

Проверка не выполняется, необходимо увеличить площадь поперечного сечения, выбираем двутавр 35Б1 со следующими характеристиками:

- ;

Проверка выполняется, сечение двутавра удовлетворяет условию устойчивости

3.2.2. Проверка устойчивости отдельной ветви из условия

устойчивости в плоскости рамы

где – усилие в отдельной ветви колонны;

– коэффициент продольного изгиба, принимаемый в соответствии с таблицей 72 СНиП II-23-81*;

– поперечная площадь сечения нижней части колонны;

– расчетное сопротивление стали по пределу текучести, равное для стали С245 – ;

– коэффициент условия работы, равный 1

Определяем расстояние между узлами решетки при условии, что гибкость

где – коэффициент расчетной длины элемента в плоскости фермы (принимаем );

– расстояние между узлами решетки;

– радиус инерции сечения элемента

Выполним проверку

Проверка выполняется, сечение двутавра удовлетворяет условию устойчивости

3.2.3. Проверка устойчивости обеих ветвей как единого стержня

в плоскости рамы

Расчет выполняем исходя из условия устойчивости при сжатии с изгибом согласно формуле 51 СНиП II-23-81*

где – продольная сила в нижней части колонны;

– коэффициент устойчивости, принимаемый в соответствии с таблицей 75 СНиП II-23-81* в зависимости от условной гибкости и относительного эксцентриситета ;

– поперечная площадь сечения нижней части колонны;

– расчетное сопротивление стали по пределу текучести, равное для стали С245 – ;

– коэффициент условия работы, равный 1

где – поперечная площадь сечения нижней части колонны;

– момент сопротивления сечения элемента

Приведенную гибкость составного стержня сквозного сечения определим по таблице 7 согласно формуле 20 СНиП II-23-81*

где – гибкость элемента в плоскости фермы;

– коэффициент, определяемый по формуле

где – геометрические размеры элементов решетки;

– поперечная площадь сечения нижней части колонны;

– поперечная площадь сечения раскоса решетки (принимаем равнополочный уголок 75x8)

– геометрическая длина элемента;

– радиус инерции сечения элемента

где – приведенная гибкость сечения;

– модуль упругости стали, равный

Выполним проверку

Проверка выполняется, сечение двутавров удовлетворяет условию устойчивости

3.3. Расчет соединительной решетки

Решетку рассчитываем исходя из условия устойчивости по формуле:

где – усилие в элементе решетки;

– коэффициент продольного изгиба, принимаемый в соответствии с таблицей 72 СНиП II-23-81*;

– поперечная площадь сечения раскоса решетки (принимаем равнополочный уголок 75x8);

– расчетное сопротивление стали по пределу текучести, равное для стали С245 – ;

– коэффициент условия работы, равный 1

где – коэффициент расчетной длины элемента;

– геометрическая длина элемента решетки;

– минимальный радиус инерции сечения элемента

Выполним проверку

Проверка выполняется, сечение равнополочного уголка удовлетворяет условию устойчивости

3.4. Расчет базы колонны

Расчет траверсы

Высоту траверсы определим из необходимой длины сварных швов, прикрепляющих двутавр к траверсе

Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной силы следует рассчитать на срез по двум сечениям:

- по металлу шва;

где – усилие в отдельной ветви колонны;

– определяется по таблице 34 СНиП II-23-81* в зависимости от катета шва и вида сварки (полуавтоматическая сварка, шов угловой односторонний), принимаем равным 0.9;

– катет шва, определяется по таблице 38 СНиП II-23-81* в зависимости от толщины наиболее толстого из свариваемых элементов, принимаем равным 7мм;

– длина сварного шва;

– расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва, равное

- по границе сплавления

где – усилие в отдельной ветви колонны;

– определяется по таблице 34 СНиП II-23-81* в зависимости от катета шва и вида сварки (полуавтоматическая сварка, шов угловой двухсторонний), принимаем равным 1.05;

– длина сварного шва;

– расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления, равное

Из двух значений выбираем наибольшее, окончательно принимаем

Высота траверсы равна кратно 10мм

Окончательно принимаем высоту траверсы равной 170мм

Расчет опорной плиты

Размеры L и B определяют исходя из условия прочности бетона под опорной плитой

где

Окончательно принимаем ширину траверсы равной 360мм

где – прочность бетона при сжатии

Из двух значений выбираем наибольшее кратно 10мм, окончательно принимаем длину траверсы равной 590мм

Определим в бетоне

Толщину плиты определяем исходя из расчета на прочность при изгибе между ребрами жесткости от действия реактивного давления со стороны фундамента

I участок (закрепление по 4 сторонам)

где – изгибающий момент, возникающий в полосе шириной 1см на первом участке;

– коэффициент, принимаемый по табличным данным в зависимости от отношения

– более длинная сторона

– более короткая сторона

II участок (закрепление по 3 сторонам)

где – изгибающий момент, возникающий в полосе шириной 1см на втором участке;

– коэффициент, принимаемый по табличным данным в зависимости от отношения

III участок (закрепление по 1 стороне)

где – изгибающий момент, возникающий в полосе шириной 1см на третьем участке;

Из полученных значений изгибающих моментов выбираем наибольший и определим толщину опорной плиты по формуле:

Толщину опорной плиты принимаем в соответствии с сортаментом листового проката, окончательно принимаем

3.5. Расчет анкерных болтов

Анкерные болты рассчитываем на растяжение на усилие

неблагоприятное сочетание

где – количество болтов (принимаем 4 блта);

– площадь болта нетто, без учета резьбы принимаем по таблице 62 СНиП II-23-81* в зависимости от диаметра болтов;

– расчетное сопротивление фундаментных болтов растяжению принимаем по таблице 60 СНиП II-23-81*

Выбираем 4 болта диаметром 24мм из стали 09Г2С

Проверка выполняется, но несущая способность болтов используется не рационально

Выбираем 4 болта диаметром 16мм из стали ВСт3кп2

Проверка выполняется, следовательно, сечение болтов подобрано правильно