Реконструкція будівлі виробничої майстерні з прибудовою приміщень в м. Хмельницький

2 Конструктивні рішення

 

2.1 Металева ферма покриття

 

2.1.1 Вихідні дані для  розрахунку

По  завданню слід виконати розрахунок металевої ферми покриття.

Ферма в осях Г і Е з паралельними поясами  і трикутною решіткою, перекриває проліт 9,0 м (рис. 2.1) і розташована в прибудові у напрямку ширини будівлі вздовж осі 7'.

Довжина ферми в осях 8,66 м, висота 0,48 м. Кут нахилу елементів  решітки до поясів 33^о та 40^о.

Крайні панелі у верхньому  поясі менші за розміром ніж решта  панелей. Найбільша відстань між вузлами виявилась в поясах і склала 1,5 м, найменша по лінії опорного розкосу – 0,7 м. Максимальна довжина елемента решітки 0,78 м, мінімальна 0,7 м.

Кріплення ферми  до колон передбачене шарнірне на рівні верхнього поясу.

З’єднання елементів ферми у вузлах здійснюється на зварюванні безпосереднім приєднанням та за допомогою фасонок в опорних вузлах.

Переріз елементів  передбачається з гнутих зварних труб квадратного перерізу.

Матеріал стержнів ферми зі сталі С245. Фасонні елементи – сталь С255.

Для зварювання пропонується використати електроди Е42.

Висота зварного шва не повинна перевищувати товщину  елементів, які зварюються.

 

 

 

Рисунок 2.1 – Схема ферми покриття

 

 

2.1.2 Збір навантажень

 

На ферму покриття діють тимчасове навантаження від  снігу, людини з вантажем, постійне навантаження від двошарового профільованого листа з утеплювачем, гідроізоляцією та пароізоляцією, прогонів з квадратних зварних труб, навантаження від власної ваги ферми покриття.

Врахування снігового навантаження, прикладеного до ферми покриття здійснюється за допомогою норм [1]. Як свідчать статистичні дані нормативне значення ваги снігового навантаження для 4-го снігового району, в якому передбачається будівництво, становить 1,4 кПа.

Розрахункове навантаження від  снігу

S_m = g_fm S₀ C          (2.1)

де g_fm – коефіцієнт надійності за граничним значенням снігового навантаження, визначається за 8.11 [1];

S₀ – характеристичне значення снігового навантаження, визначається у відповідності до 8.5 [1];

C – коефіцієнт, який визначається за вказівкою 8.6 [1],

С = m С_е С_alt.          (2.2)

У формулі (2.2)

m – коефіцієнт переходу від ваги снігового покриву на поверхні землі до снігового навантаження на покриття та визначається за 8.7, 8.8 [1];

С_е – коефіцієнт, який враховує режим експлуатації покрівлі та визначається за 8.9 [1];

С_alt – коефіцієнт географічної висоти, що визначається за 8.10 [1].

Оскільки кут нахилу покриття відсутній, то m = 1.

Згідно [1], якщо відсутні дані про режим експлуатації покрівлі, коефіцієнт С_е слід приймати таким, що дорівнює одиниці.

Будівництво об’єкта  передбачається не в гірничій місцевості, а тому С_alt приймається рівним одиниці [1].

Враховуючи вимоги норм [1] та вихідні дані, визначаємо

S_m = g_fm S₀ C =1,04 ´ 1,34 = 1,40 кН/м².

Зосереджене навантаження від ваги людини з вантажем приймається рівним 1 кН.

Нормативне значення постійного навантаження від двошарового профільованого листа з утеплювачем, гідроізоляцією та пароізоляцією визначається з урахуванням щільності та товщини кожного елемента.

Значення коефіцієнтів надійності по навантаженню враховуємо для визначення розрахункових навантажень на ферму покриття (табл. 2.1).

 

Таблиця 2.1 – Навантаження на 1 м² ферми покриття

 

Найменування	Характеристичне значення, кН/м2	γfm	Граничне розрахункове значення, кН/м2
1	2	3	4
Вага снігового  навантаження	1,34	1,04	1,40
Профлист  ТП-45	0,1	1,05	0,105
Гідроізоляція	0,2	1,3	0,26
Утеплювач	0,15	1,3	0,195
Пароізоляція	0,05	1,3	0,065

 

Продовження таблиці 2.1

1	2	3	4
Профлист  ТП-20	0,1	1,05	0,105
Прогони	0,05	1,05	0,053
Власна вага ферми	0,12	1,05	0,126
Разом	2,11		2,309

 

Враховуючи відстань b_ф = 4,5 м між фермами покриття, розраховуємо навантаження на 1 п. м.

q = Sq ´ b_ф          (2.3)

де Sq – сумарне розрахункове навантаження з табл. 2.1.

Використовуючи  формулу 2.3, отримаємо розрахункове лінійне навантаження на 1 п. м ферми покриття

q = Sq ´ b_ф = 2,309 ´ 4,5 = 10,39 кН/м.

 

 

2.1.3 Моделювання і розрахунок  з використанням програми ЛИРА

 

Визначивши  координати вузлів, будується розрахункова схема ферми покриття у програмі ЛИРА.

Використовується для стержневих скінчених елементів тип 1, характерний  для плоскої ферми покриття.

По завданню конструкції  призначається матеріал та жорсткісні характеристики.

Зв’язками враховується шарнірне закріплення  ферми покриття на опорах.

Прикладаються зосереджені навантаження у вузлах, отримані шляхом множення лінійного навантаження на вантажну відстань.

Оскільки  крайні панелі мають довжину 1,33 м, а  середні 1,5 м, то виконується розрахунок трьох лінійних ділянок: l₁ = 1,33 / 2 = 0,665 м, l₂ = (1,33 + 1,5) / 2 = 1,415 м, l₃ = 1,5 м.

Розраховуються зосереджені  навантаження у вузлах

F₁ = 10,39 ´ 0,665 = 6,91 кН, F₂ = 10,39 ´ 1,415 = 14,70 кН, F₃ = 10,39 ´ 1,5 = 15,59 кН.

Враховується  також навантаження від власної  ваги та розраховується ферма покриття.

Здійснюється перегляд розрахункових даних.

У графічному вигляді  по епюрам та мозаїкам зусиль, які виникають  в елементах від навантажень  можна встановити характер роботи ферми  покриття, по отриманій деформованій схемі та мозаїкам переміщень видно зміну положення вузлів ферми покриття.

Проаналізована робота ферми покриття по епюрам та мозаїкам осьових зусиль в елементах та мозаїкам переміщень вузлів.

 

 

2.1.4 Аналіз результатів розрахунку

 

Характер роботи ферми  покриття визначався від сумісної дії власної ваги та розрахованих вище навантажень.

За мозаїками N встановлено, що елементи верхнього пояса стискались, а нижнього розтягувались, висхідні розкоси працювали на стиск, а низхідні на розтяг, два центральних розкоса отримали стиск.

З наближенням до середини прольоту ферми покриття в поясах та розкосах збільшувалась величина зусилля незалежно від знака.

Найбільше значення осьового зусилля N^max = 160.92 кН зафіксовано в центральній частині прольоту в розтягнутому елементі нижнього пояса.

В двох центральних елементах верхнього пояса встановлено найбільше зусилля стиску N^max = – 149.421 кН.

Переміщення встановлені  по Х та Z.

З них найбільше переміщення (–11.3 мм) зафіксовано у вертикальному  напрямку в центральному вузлі верхнього  пояса ферми покриття. Знак мінус для переміщення вказує на прогин у напрямку прикладеного навантаження.

Величина найбільшого  переміщення знаходиться в межах  норм [2].

За будівельними нормами  та правилами [2] найбільший прогин, який можна допустити в таких фермах складає l / 250, де l – проліт ферми.

Підставимо наш проліт, отримаємо

8660 / 250 = 34,6 мм.

Виходить, що найбільший прогин 11,3 мм, виявлений в фермі  покриття від навантажень менше  прогину 34,6 мм, розрахованого за нормами [2].

Графічні зображення отриманих результатів наведені на рис. 2.2 – 2.10.

 

Рисунок 2.2 – Схема  ферми покриття з номерами вузлів і розмірами

 

 

 

 

Рисунок 2.3 – Схема  ферми покриття з номерами елементів

 

 

 

 

Рисунок 2.4 – Схема  ферми покриття з розподіленим навантаженням від власної ваги та зосереджених вузлових сил експлуатаційного навантаження

 

 

 

 

Рисунок 2.5 – Схема  ферми покриття з мозаїкою осьових  зусиль в елементах

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.6 – Схема  ферми покриття з епюрою осьових  зусиль в елементах

 

 

 

 

Рисунок 2.7 – Схема ферми покриття з мозаїкою переміщень в горизонтальному напрямку уздовж х

 

 

 

 

Рисунок 2.8 – Схема ферми покриття з мозаїкою переміщень у вертикальному  напрямку уздовж z

 

 

 

 

Рисунок 2.9 – Схема ферми покриття зі зміненою геометрією від навантажень

 

Единицы измеpения усилий: кН

Единицы измеpения напpяжений: кН/м**2

Единицы измеpения моментов: кН*м 

Единицы измеpения pаспpеделенных моментов: (кН*м)/м 

Единицы измеpения pаспpеделенных пеpеpезывающих  сил: кН/м 

Единицы измеpения пеpемещений повеpхностей в элементах: м

 

 

                                                                                

Thu Jan 10 09:14:49 2013  ФЕРМА  основная  схема                               1 

--------------------------------------------------------------------------------

|       У С И Л  И Я /НАПРЯЖЕНИЯ/ В ЭЛЕМЕНТАХ.                                  |

--------------------------------------------------------------------------------

|  10_      1-1      1-2      2-1      2-2      3-1      3-2      4-1      4-2 |

|           1        1        2        2        3        3        4        4   |

|           2        2        3        3        4        4        5        5   |

--------------------------------------------------------------------------------

|  1-                                                                         |

| N    -11.4139 -11.4139 -99.2604 -99.2604 -149.421 -149.421 -149.421 -149.421 |

| M    -11.7464  3.41152  2.76557  1.16847  1.18743  2.04384  2.04384  1.18743 |

| Q     11.5448  11.2490 -.897922 -1.23154  .737752  .404130 -.404130 -.737752 |

--------------------------------------------------------------------------------

|  10_      5-1      5-2      6-1      6-2      7-1      7-2      8-1      8-2 |

|           5        5        6        6        8        8        9        9   |

|           6        6        7        7        9        9       10       10   |

--------------------------------------------------------------------------------

|   1-                                                                         |

| N    -99.2604 -99.2604 -11.4139 -11.4139  57.7245  57.7245  137.824  137.824 |

| M     1.16847  2.76557  3.41152 -11.7464  1.02745  .442561  .382810  1.10105 |

| Q     1.23154  .897922 -11.2490 -11.5448 -.258645 -.521218  .610118  .347545 |

--------------------------------------------------------------------------------

|  10_      9-1      9-2     10-1     10-2     11-1     11-2     12-1     12-2 |

|          10       10       11       11       12       12        1        1   |

|          11       11       12       12       13       13        8        8   |

--------------------------------------------------------------------------------

|   1-                                                                         |

| N     160.919  160.919  137.824  137.824  57.7245  57.7245  27.0267  26.9427 |

| M     1.04453  1.04453  1.10105  .382810  .442561  1.02745 -9.68822  1.38205 |

| Q     .131287 -.131287 -.347545 -.610118  .521218  .258645  14.7550  14.6535 |

--------------------------------------------------------------------------------

|  10_     13-1     13-2     14-1     14-2     15-1     15-2     16-1     16-2 |

|           2        2        2        2        3        3        3        3   |

|           8        8        9        9        9        9       10       10   |

--------------------------------------------------------------------------------

|   1-                                                                         |

| N    -54.4575 -54.4906  49.0597  49.0266 -45.8808 -45.9139  13.7009  13.6677 |

| M    -.353488  .354594  .292464 -.084547  .129956 -.024796  .110997 -.005111 |

| Q     .821067  .769324 -.397524 -.449266 -.147920 -.199662 -.104522 -.156264 |

--------------------------------------------------------------------------------

|  10_     17-1     17-2     18-1     18-2     19-1     19-2     20-1     20-2 |