Быстровозводимые здания
высокого качества

E-mail: info@insi-dom.ru

Телефоны:

8 (951) 444-31-39

8 (904) 937-47-27

Наш выставочный дом находится по адресу

г. Южноуральск ул. Мира 60

Заполните форму

чтобы заказать бесплатный расчет стоимости строительства дома


Расчеты на прочность и деформации

Общие положения.

Целью этих расчетов является проверка прочности и деформаций металлических конструкций (профилей) и проверка прочности соединений:

  • анкерных болтов;
  • элементов стыковых соединений профилей.

Нагрузками являются:

  1. Собственный вес несущих профилей;
  2. Собственный вес фасадных панелей;
  3. Собственный вес утеплителя;
  4. Давление ветра;
  5. Гололедная нагрузка.

Нагрузки от собственной массы (п.п. 1-3) принимаются по паспортным данным предприятий-изготовителей.

Коэффициенты надежности по нагрузкам γf принимаются равными:

для собственного веса несущих профилей γf =1.1
для собственного веса фасадных панелей γf =1.1
для собственного веса утеплителя γf =1.3
для давления ветра γf =1.4
для гололеда γf =1.3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ВЕТРА

1.1. Нормативное значение давления ветра Wo следует принимать по п.6.4, табл. 5 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

Для определения расчетного давления ветра воспользуемся рекомендациями ЦНИИСК для облицовочной системы «ДИАТ». На наш взгляд эти рекомендации обеспечивают определенный запас прочности и жесткости за счет увеличенного значения коэффициента аэродинамики С и коэффициента повышения среднего ветрового давления γm, что будет показано ниже.

Следует отметить, что такой подход носит рекомендательный характер и должен согласовываться с заказчиком.

Расчетное значение ветрового давления определяется как

Wm = Wo×K×C×γp×γm×γf.

В этой формуле коэффициенты определяются

K – коэффициент высоты для типов местности А, В, С по п.6.5 табл. 6

СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»;

С – аэродинамический коэффициент в соответствии с регламентированным письмом ЦНИИСКа № 1-945 от 14.11.2001 принимается максимальным как для угловых зон здания С=2. При этом для несущих профилей подконструкций средних зон фасада будет обеспечен определенный запас прочности и жесткости;

γp – коэффициент, учитывающий пульсационную составляющую ветровой нагрузки, и принимаемый по рекомендациям ЦНИИСКа равным γp=1.3;

γm – коэффициент повышения средней составляющей ветровой нагрузки, и принимаемый по рекомендациям ЦНИИСКа равным γm=1.2;

γf.– коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый по п.6.11 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» равным 1.4.

Все нагрузки следует умножать на коэффициент надежности по ответственности γn , принимаемый по Приложению 7 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

1.2. Уточненный способ определения ветровых нагрузок предложен в научно- техническом отчете ГУП ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко «Анализ работы систем «ДИАТ» наружной облицовки вентилируемых фасадов при действии расчетных нагрузок». Рекомендации по определению расчетной ветровой нагрузки. 2003г.

1.2.3. (нумерация из Отчета) Положительное давление ветра W+, действующее на высоте z наветренных фасадов здания, определяется по формуле:

W+ = Wo,p×K(z) ×Cp, (1.1.)

где

  • Wo,p – расчетные значения давления ветра приведены в табл. 1.1. Отчета (приводятся значения Wo по п.6.4, табл. 5 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», умноженные на коэффициент γf.=1.4);
Таблица 1.1 (нумерация отчета) Расчетные значения давления ветра Wo,p(Па)
Ветровой районIaIIIIIIIVVVIVII
Wo,p, Па 238 322 420 532 672 840 1022 1190
  • z – расстояние от поверхности земли;
  • Ср = +1.0 – аэродинамический коэффициент давления;
  • K(z) – коэффициент, учитывающий динамические свойства несущих конструкций фасадов, а так же изменения суммарной (средней и пульсационной) ветровой нагрузки по высоте z с наветренной поверхности здания. Значения K(z) для местностей типа А и В (п.6.5 табл. 6 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия») приведены в табл. 1.2 Отчета.
Таблица 1.2 (нумерация отчета) Значение коэффициентов K(z)
Z или hТип местности
АВ
5 1,50 1,09
10 1,76 1,34
15 1,94 1,51
20 2,07 1,65
25 2,19 1,77
30 2,29 1,87
35 2,37 1,96
40 2,45 2,04
45 2,52 2,12
50 2,59 2,19
55 2,65 2,25
60 2,71 2,32
65 2,76 2,38
70 2,81 2,43
75 2,86 2,49
80 2,90 2,54
85 2,95 2,59
90 2,99 2,63
95 3,03 2,68
100 3,07 2,72
105 3,11 2,77
110 3,14 2,81
115 3,18 2,85
120 3,21 2,89
125 3,24 2,93
130 3,28 2,96
135 3,31 3,00
140 3,34 3,04
145 3,37 3,07
150 3,39 310

1.2.4. (нумерация из Отчета) Отрицательное давление ветра W-, распределенное равномерно по высоте боковых фасадов здания (т.е. не изменяется по высоте), определяется по формуле:

W- = Wo,p×K(h) ×Cp, (1.2)

где:

  • Wo,p – расчетные значения давления ветра, определенное в п.1.2.3;
  • - h – высота здания;
  • K(z) – коэффициент, зависящие от высоты здания h приведены в табл. 1.2 Отчета.
  • Ср – аэродинамический коэффициент давления, зависящий от геометрической формы поперечного сечения здания. Для угловых участков (участок А рис. 1.3 Отчета шириной е=0.1*min(L,B), но не менее 1.5м) Ср=-1.8.
    Для остальной поверхности Ср = 1.1.


Рис. 1.3 Положение участков А. (нумерация отчета)

Таблица 1.3 Расчетные значения ветровых нагрузок W-; W+.
Z, мЗдание высотой 150м 1-ый ветровой районЗдание высотой 150м 5-ый ветровой район
W+, кПаW-, кПаW+, кПаW-, кПа
Участки А и ВОстальная поверхн. стеныУчастки А и ВОстальная поверхн. стены
5 0,35 -1,80 -1,1 0,92 -4,15 -2,52
10 0,43 -1,80 -1,1 1,12 -4,15 -2,52
15 0,49 -1,80 -1,1 1,27 -4,15 -2,52
20 0,53 -1,80 -1,1 1,39 -4,15 -2,52
25 0,57 -1,80 -1,1 1,48 -4,15 -2,52
30 0,60 -1,80 -1,1 1,57 -4,15 -2,52
35 0,63 -1,80 -1,1 1,64 -4,15 -2,52
40 0,66 -1,80 -1,1 1,71 -4,15 -2,52
45 0,68 -1,80 -1,1 1,78 -4,15 -2,52
50 0,70 -1,80 -1,1 1,84 -4,15 -2,52
55 0,73 -1,80 -1,1 1,89 -4,15 -2,52
60 0,75 -1,80 -1,1 1,95 -4,15 -2,52
65 0,77 -1,80 -1,1 2,00 -4,15 -2,52
70 0,78 -1,80 -1,1 2,04 -4,15 -2,52
75 0,80 -1,80 -1,1 2,09 -4,15 -2,52
80 0,82 -1,80 -1,1 2,13 -4,15 -2,52
85 0,83 -1,80 -1,1 2,17 -4,15 -2,52
90 0,85 -1,80 -1,1 2,21 -4,15 -2,52
95 0,86 -1,80 -1,1 2,25 -4,15 -2,52
100 0,88 -1,80 -1,1 2,29 -4,15 -2,52
105 0,89 -1,80 -1,1      
110 0,90 -1,80 -1,1      
115 0,92 -1,80 -1,1      
120 0,93 -1,80 -1,1      
125 0,94 -1,80 -1,1      
130 0,95 -1,80 -1,1      
135 0,97 -1,80 -1,1      
140 0,98 -1,80 -1,1      
145 0,99 -1,80 -1,1      
150 1,00 -1,80 -1,1      

Расчет профилей и узлов их крепления производится для угловых участков здания. Для средних зон фасада при этом обеспечивается определенный запас. При необходимости в целях снижения расхода материала шаг кронштейнов средних зон может быть увеличен и конструкции крепления пересчитаны при пониженных коэффициентах аэродинамики.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОЛОЛЕДНЫХ НАГРУ

Гололедная нагрузка на элементы облицовки зависит от типа и расположения местности, температурно-влажностных параметров, воздушной среды, наличия ветра. Поэтому нагрузку от обледенения следует принимать по фактическим данным. При отсутствии таковых гололедную нагрузку следует принимать по формулам (13)-(14) СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»:

i = γ*b*k*μ2*ρ*g, Па, (1.3)

где

  • b – толщина стенки наледи в мм, принимаемая по табл. 11 и 12 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»
  • k – коэффициент изменения стенки гололеда по высоте, принимаемый по табл. 13 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»
  • μ2 – коэффициент формы обледенения; для двустороннего равномерного обледенения μ2=0.6;
  • ρ - плотность льда; ρ = 0.9г/см2;
  • g – ускорение свободного падения, g=9.81м/с2;
  • γ - коэффициент надежности по гололедной нагрузке γf =1.3 При расчете облицовочной системы с учетом гололедной нагрузки ветровое нагружение учитывается с понижающим коэффициентом 0.25 – п.7.4. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

При расчете облицовочной системы с учетом гололедной нагрузки ветровое нагружение учитывается с понижающим коэффициентом 0.25 – п.7.4. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

Расчетная схема.

Общепринято считать, что расчетная схема вертикальной направляющей представляет собой неразрезную многопролетную балку.

В ряде рекомендаций по расчету таких конструкций из тонкостенных профилей предлагается рассматривать двух пролетную балка с консолями или без их. При этом пики изгибающих моментов над опорами определяются при помощи таблиц (источник таблиц при этом не указывается).

Поэтому такая расчетная схема, ориентированная, как правило, на ручной счет, может не вполне адекватно отражать реальную.

Так, длина профилей направляющей ИНСИ равна 3м. Поэтому, при шаге кронштейнов крепления направляющей к стене в 1 метр следует рассматривать как минимум трех пролетную неразрезную балку. При этом жесткость направляющей (балки) зависит от жесткости конкретного профиля.

Кронштейны - опоры крепления направляющей к стене – так же имеют конкретную жесткость и определенную длину.

В этом смысле расчетную схему правильнее рассматривать как многопролетную раму.

Очевидно, что результаты расчетов рам с разным количеством пролетов будут отличаться друг от друга. В этом смысле более реальной представляется 3-х и более пролетная неразрезная схема.

Тем более что использование для статических расчетов, сертифицированных программных комплексов позволяет сравнительно легко рассчитать любую многопролетную рамную конструкцию. Количество пролетов зависит от конкретной расчетной схемы.

Для иллюстрации вышесказанного приводятся сопоставление результатов расчетов двух пролетной и трех пролетной рам. Поперечная нагрузка q=100kg/m, направляющая – П – образный профиль 60х27х1, опоры П-образные кронштейны сечением hxb = 50x1мм, длина кронштейна 200мм, шаг кронштейнов L=1000мм.

К сопоставлению эпюр моментов в двух и трех пролетных рамах
Рис 2.1. К сопоставлению эпюр моментов в двух и трех пролетных рамах.
Max M=7.50499 кгм (Elem N 5), Min M=-12.4688 кгм (Elem N 1)
Комбинация = 1

Консоли могут быть как разгружающими элементами ля крайних пролетов, если их вылеты малы, так увеличивающими опорный момент при значительных размерах консоли. Поскольку вылеты консолей в предварительных расчетах трудно регламентируемы, есть смысл в дальнейшем рассматривать безконсольные многопролетные рамы.

Следует остановиться и на способе крепления направляющей к кронштейну. Обычно оно осуществляется на двух заклепках. Такое крепление, по всей видимости, нельзя считать жестким.

аким образом, расчетная схема направляющей есть вертикальная трех - и более пролетная рама на опорах. Длина опор равна длине кронштейнов, а длины пролетов – расстоянию между опорами. Жесткость балки определяется жесткостью профиля направляющей; жесткость опор - жесткостью кронштейнов. Крепление балки к опорам – шарнирное. Заделка опор в стену – жесткая.

Продольная нагрузка на балку – собственные веса профиля направляющей, облицовки, утеплителя.

Поперечная нагрузка на балку – погонная ветровая нагрузка.

Использование сертифицированных программных комплексов позволяет уточнить способ определения перемещений направляющей под действием ветровой нагрузки. Для этого достаточно осуществить разбивку пролетных элементов рам на два. В результате статического расчета будут определены узловые перемещения в середине пролета. При этом значения нагрузок должны быть нормативными.

Ниже приводится пример расчета направляющей и узлов крепления с использованием программного комплекса MicroFe-2005. В приведенном расчете высота здания и шаги элементов крепления приняты для иллюстрации расчета. Геометрия профилей – реальная.

Следует отметить, что подобная расчетная схема может быть сравнительно легко реализована при помощи других широко распространенных программных омплексов (ЛИРА, SCAD). Это существенно снизит трудоемкость и повысит точность расчета по сравнению с ручным вариантом, особенно при расчете двухуровневых систем.

Наверх