Расчёт колонны

Московский государственный   строительный университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО МЕТАЛЛИЧЕСКИМ  КОНСТРУКЦИЯМ:

«Проектирование одноэтажного здания павильонного типа»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент факультета ПГС экстернат                           группа Э-17Т Аксенов И.Т.

 

 

Руководитель проекта:  доцент Вершинин В.П.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Москва, 2011 

Содержание

 

1. Исходные данные для проектирования

 

2. Компоновка каркаса здания

 

3. Определение нагрузок для расчета рамы
1. Определение собственного веса кровли и конструкций покрытия
2. Определение снеговой нагрузки
3. Определение ветровой нагрузки

 

4. Статический расчет рамы, определение расчетных усилий в колоннах
1. Определение усилий в колоннах от собственного веса
2. Определение усилий в колоннах от снеговой нагрузки
3. Определение усилий в колоннах от ветра
4. Определение расчетных усилий в колонне

 

5. Расчет колонны
1. Подбор и проверка сечения стержня колонны
2. Конструирование и расчет базы колонны
3. Конструирование и расчет оголовка колонны

 

6. Проектирование стропильной фермы
1. Определение узловых нагрузок, действующих на ферму
2. Определение усилий в стержнях фермы
3. Подбор и проверка сечений стержней фермы
4. Расчет и конструирование узлов стропильных ферм

 

7. Список литературы 
   

1.  ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

 

Назначение проектируемого одноэтажного здания – сушильный цех кирпичного завода

 

Длина проектируемого здания В_зд = 156м.

 

Пролет здания  L = 24м.

 

Отметка низа покрытия  H = 7,55м.

 

Заглубление верха фундаментов h_фунд = 0,55м.

 

Снеговой район строительства  – III.

 

Ветровой район строительства – II.

 

Материал конструкций – сталь С245.

 

 

2.  КОМПОНОВКА  КАРКАСА  ЗДАНИЯ

 

Компоновка конструктивной схемы заключается в размещении колонн и стен здания в плане, выборе схемы поперечной рамы, назначении генеральных размеров ферм и колонн, размещении связей между колоннами и по шатру здания.

Размещение колонн здания в плане определяется размерами L и B.

L – пролет, расстояние между разбивочными осями в поперечном направлении; по заданию L = 24м.

В – шаг колонн, расстояние между разбивочными осями в продольном направлении. Принимается в зависимости от длины здания В_зд. Если длина здания кратна 6м, то шаг колонн В принимается равным 6м. Если длина здания кратна 12м, то шаг колонн В принимается равным 6м или 12м. Так как длина здания В_зд задана равной 156м (кратно 6м), то шаг колонн принимаем равным В = 6м.

Оси всех колонн совмещаются  с разбивочными осями, за исключением  крайних колонн, середины которых  смещаются с разбивочной оси  внутрь здания на 500мм. Стены здания примыкают к колоннам.

Для проектируемого здания наиболее целесообразна схема поперечной рамы с жестким креплением колонн к фундаментам и шарнирным  сопряжением их с ригелями.

Ригели рам принимаются  в виде ферм с параллельными поясами. Высота ферм по обушкам поясных уголков принимается в зависимости от пролета. Для пролета   L = 24м высота фермы h_ф принимается равной 3м. Уклон ферм в 1,5% обеспечивает наружный отвод воды. Схема стропильной фермы указана на рис. 2.1.

 

Рис. 2.1. Схема стропильной  фермы.

 

Высота колонны определяется отметкой опирания нижнего пояса ферм (отметкой низа покрытия) и заглублением ее ниже уровня чистого пола (до верха фундамента).

Компоновка конструктивной схемы каркаса здания заканчивается  расстановкой системы связей между  колоннами и по покрытию здания.

 

3.  ОПРЕДЕЛЕНИЕ   НАГРУЗОК  ДЛЯ  РАСЧЕТА  РАМЫ

 

На конструкции каркаса  здания воздействуют нагрузки от собственного веса кровли и самих конструкций, снеговая и ветровая нагрузки. В  соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки  и воздействия» нагрузка от собственного веса относится к  постоянным нагрузкам, а от снега и ветра – к кратковременным. Коэффициент надежности по назначению здания принимается равным 1.

 

3.1. Определение собственного веса кровли и конструкций покрытия

 

Для определения собственного веса кровли и конструкций покрытия сначала найдем нагрузку на 1м² кровли, а затем определим линейную погонную нагрузку на раму. Определение нагрузок произведем в табличной форме (табл. 3.1). Толщина утеплителя принимается в зависимости от снегового района строительства; для III-го снегового района принимаем толщину утеплителя 100мм.

Таблица 3.1

№ п/п	Нагрузка	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Защитный слой с втопленным гравием (h=20мм)	0,40	1,3	0,52
2	Рубероидный ковер	0,16	1,3	0,21
3	Утеплитель пенопласт g=50кг/м3 (h=50мм)	0,025	1,2	0,03
4	Каркас стальной панели	0,20	1,05	0,21
7	Стропильная ферма	0,20	1,05	0,21
8	Связи по фермам	0,05	1,05	0,053
ИТОГО:		gн = 1,035	–	gр = 1,23

 

Расчетная линейная нагрузка от собственного веса кровли и конструкций покрытия определяется по формуле:

,

 

где: В – шаг стропильных ферм; В = 6м;

g – нагрузка от собственного веса кровли и конструкций покрытия на 1м² кровли (смотри табл. 3.1.); g = 1,23кН/м².

 

кН/м.

 

 

3.2.  Определение снеговой  нагрузки

 

Нормативная снеговая нагрузка на 1м² покрытия зависит от района строительства и профиля кровли. Для принятой в проекте плоской кровли без фонарей она равна весу снегового покрова S_o, указанному в СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» для данного района. Для I-го снегового района расчетное значение снегового покрова S_o составляет 0,8кН/м².

Расчетная линейная снеговая нагрузка определяется по формуле:

 

,

где: В – шаг стропильных ферм; В = 6м;

S_o – нормативная снеговая нагрузка на 1м² покрытия; S_o = 0,8кН/м².

 

кН/м.

 

 

3.3.  Определение ветровой нагрузки

 

Для расчета рамы определим  ветровую нагрузку на 1м² стены здания как с наветренной (активное давление), так и с заветренной стороны (пассивное давление) (рис.3.1).

 

Рис. 3.1. Расчетная схема рамы и действующие на нее нагрузки.

 

Для невысоких зданий (высотой до 10м) распределение ветровой нагрузки по высоте принимается постоянным и  равным:

– при активном давлении   ;

– при пассивном давлении   ;

где W_o – нормативная скорость напора ветра, принимаемая в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» в зависимости от района строительства. Для II-го района нормативное значение ветрового давления W_o составляет 0,3кН/м²;

С и С’ – аэродинамические коэффициенты соответственно с наветренной и заветренной стороны, принимаемые по СНиПу 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» равными С = 0,8; С’ = 0,6;

g_f – коэффициент надежности по ветровой нагрузке; g_f = 1,4.

 

кН/м².

кН/м².

 

На колонны по всей высоте стойки действуют равномерно распределенные нагрузки q_в и q’_в, и в уровне нижнего пояса стропильных ферм сосредоточены силы W и W’, эквивалентные действию ветровой нагрузки на шатер здания.

Равномерно распределенные нагрузки q_в и q’_в определяются по формулам:

 

,

,

 

где: W_в – ветровая нагрузка на 1м² с наветренной стороны; W_в = 0,336кН/м²;

W’_в – ветровая нагрузка на 1м² с заветренной стороны; W’_в = 0,252кН/м²;

В – шаг стропильных ферм; В = 6м;

 

кН/м.

кН/м.

 

Сосредоточенные силы W и W’ определяются по формулам:

 

,

,

 

где: q_в – равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну с наветренной стороны; q_в = 2,02кН/м;

q’_в – равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну с заветренной стороны; q’_в = 1,512кН/м;

Н_ф – высота шатра здания, равная h_ф+0,5м; Н_ф = 2,25+0,5 = 2,75м.

 

кН.

кН.

 

 

4.  Статический  расчет  рамы,

определение  расчетных  усилий  в  колоннах

 

Расчет рамы производится отдельно на нагрузки от собственного веса, снега и ветра.

 

4.1.  Определение усилий в колоннах от собственного веса

 

В стойках рассматриваемой  рамы под воздействием нагрузки от собственного веса покрытия момента  не будет, а возникнут только сжимающие  продольные силы N_н (рис.4.1).

 

Рис. 4.1. Эпюра моментов в раме от собственного веса покрытия

 

Продольная сила в  нижних сечениях колонн определяется по формуле:

 

,

 

где: F_ф – опорная реакция стропильной фермы, определяемая по формуле:

 

,

 

где: q – расчетная линейная нагрузка от собственного веса; q = 7,56кН/м;

L – пролет фермы; L = 24м;

кН;

 

Р_к – вес колонны, принимаемый при шаге колонн В = 6м равным 10…20кН; принимаем Р_к = 15кН;

 

кН.

 

4.2.  Определение усилий  в колоннах от снеговой нагрузки

 

В стойках рассматриваемой  рамы под воздействием снеговой нагрузки момента не будет, а возникнут  только сжимающие продольные силы N_сн (рис.4.2).

 

Рис. 4.2. Эпюра моментов в раме от снеговой нагрузки

Продольная сжимающая  сила в стержнях колонн от снеговой нагрузки определяется по формуле:

,

 

где: q_сн – расчетная линейная нагрузка от собственного веса; q_сн = 4,8кН/м;

 L – пролет фермы; L = 24м;

 

кН.

 

4.3.  Определение  усилий в колоннах от ветра

 

В стойках рамы под  воздействием ветровой нагрузки возникают  моменты, продольные и поперечные силы (рис.4.3). Продольными силами ввиду  их малой величины можно пренебречь.

 

Рис. 4.3. Эпюра моментов в раме от ветровой нагрузки

Максимальные значения моментов, возникающих в стойках рамы, определяются по формулам:

 

,

 

где: q_в – равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну с наветренной стороны; q_в = 2,02кН/м;

 q’_в – равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну с заветренной стороны; q’_в = 1,512кН/м;

 H_к – высота колонны (стойки) от верха фундамента до низа покрытия, определяемая по ^{формуле:}    

где: Н – отметка низа покрытия; Н = 6,9м;

h_фунд – заглубление верха фундамента; h_фунд = 0,5м;