Расчет несущей способности верхних и нижних поясов ферм покрытия теплиц типа 6D
Основные положения поверочного расчета. Расчетная схема для сбора снеговой нагрузки. Анализ конструктивных особенностей фундамента теплицы. Алгоритм подбора сечений ферм покрытия здания. Методика определения направления сейсмического воздействия.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.05.2017 |
| Размер файла | 266,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
В последнее время в Краснодарском крае наблюдается бурный рост строительства теплиц. Однако в странах Ближнего Востока, например, Турции, Израиле и других строительство теплиц традиционно и развито довольно хорошо. Изготавливаются различного рода конструктивные элементы, из которых осуществляют сбор сооружений, различных по площади и по объемам.
Российские бизнесмены, видя отлаженные конструктивно-технологические схемы, стали закупать эти теплицы. Но недоучет природно-климатических условий привязки теплиц к реальным условиям в ряде случаев привел к разрушению теплиц и значительным финансовым потерям. Данная статья призвана показать реальность в несовместимости простого переноса конструктивов, без учета мест привязки сооружений.
Основные положения поверочного расчета.
Настоящий расчет выполнен с применением многофункционального программного комплекса для расчета, исследования и проектирования конструкций различного назначения «STARK_ES 2014». Расчетная модель подробно описывает конструктивную схему теплиц типа 6D, в том числе с учетом грунтовых условий по аналогии. Целью расчета является получение данных для оценки несущей способности конструктивных элементов теплиц определенной по нормативам РФ и ближневосточных стран поставщиков.
Данный расчет выполняется согласно требованиям следующих нормативных документов: ГОСТ Р 54257-2010 Надежность строительных конструкций и оснований; СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия; СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах; СНиП 23-01-99* Строительная климатология; СНиП II-23-81* Стальные конструкции.
Расчетный вес снегового покрова по СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия - 1,2 кН/м2 для (РФ), для поставщика - 24 кг/м2; Нормативное ветровое давление по СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия - 0,38 кН/м2 для (РФ), для поставщика - 67 кг/м2; Расчетная сейсмичность площадки строительства для (РФ) - 7 баллов; Категория грунта (СНиП II-7-81*), норматив РФ - II; Уровень ответственности сооружения, норматив РФ - III.
Фундамент - свайный, объединенный по периметру монолитным ростверком. Каркас выполнен из металлических стоек, элементов покрытия, состоящих из решетчатых шарнирно-стержневых металлических конструкций, связей и прогонов. Ограждающие конструкции стен выполнены из стекла. Покрытие кровли - полиэтиленовая пленка высокой плотности.
Расчетная схема для сбора снеговой нагрузки по нормативам РФ и поставщика представлена на рисунке 1. Сбор снеговой нагрузки представлен в таблице 1.
фундамент теплица сейсмический сечение
Рисунок 1 - Расчетная схема для сбора снеговой нагрузки
Расчетная схема для сбора ветровой нагрузки представлена на рисунке 2 и 3. Сбор снеговой и ветровой нагрузок выполнен по примеру работ.
Рисунок 2 - Расчетная схема для сбора ветровой нагрузки
Рисунок 3 - Расчетная схема для сбора ветровой нагрузки
Сбор ветровой нагрузки представлен в таблице 1.
Таблица 1 - Сбор нагрузок
|
Наименование нагрузки |
Единица измерения |
Значение величин |
Коэф-т надежности гf (кН) |
Номер нагружения |
||
|
Нормативное РФ |
поставщика |
|||||
|
Постоянные и длительные нагрузки |
||||||
|
Собственный вес несущих конструкций |
кН/м3 |
78,5 |
78,5 |
1.05 |
1 |
|
|
Вес от стационарного оборудования |
кН/м |
1,26 |
1,26 |
1.1 |
5 |
|
|
Временные нагрузки |
||||||
|
Снеговая нагрузка на кровлю (согласно рис. 1): На скаты крайних пролетов с наружной стороны На всю кровлю, за иск. крайних скатов |
кН/м2 |
0,51 |
0,103 |
1.4 |
2 |
|
|
1,2 |
0,24 |
|||||
|
Ветровая нагрузка (согласно рис. 2): На наветренную сторону теплицы. На подветренную сторону |
кН/м2 |
0,23 -0,06 |
0,131 -0,096 -0,238 |
1.4 |
3, 4 |
|
|
-0,14; -0,11 |
-0,119 -0,238 |
Расчетная модель теплицы подготовлена в ПК «Stark ES 2014», в конечно-элементной модели (МКЭ) и представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Расчетная модель теплицы в программе «Stark ES 2014»
Материалы конечно-элементной модели представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Материалы 3D-стержней
|
No |
A [м2] |
As [м2] |
At [м2] |
Ir [м4] |
Is [м4] |
It [м4] |
E [кН/м2] |
G [кН/м2] |
Rho [т/м3] |
|
|
1 |
0.00016 |
0.00008 |
0.00008 |
2.47e-008 |
1.24e-008 |
1.24e-008 |
2.06e+008 |
7.9e+007 |
8.24 |
|
|
2 |
0.00020 |
0.00010 |
0.00010 |
5.02e-008 |
2.51e-008 |
2.51e-008 |
2.06e+008 |
7.9e+007 |
8.24 |
|
|
3 |
0.00037 |
0.00021 |
0.00012 |
2.09e-007 |
9.55e-008 |
1.78e-007 |
2.06e+008 |
7.9e+007 |
8.24 |
|
|
4 |
0.00044 |
0.00036 |
0.00013 |
3.11e-007 |
1.23e-007 |
3.57e-007 |
2.06e+008 |
7.9e+007 |
8.24 |
|
|
5 |
0.00045 |
0.00023 |
0.00023 |
3.74e-007 |
1.87e-007 |
1.87e-007 |
2.06e+008 |
7.9e+007 |
8.24 |
|
|
6 |
0.00045 |
0.00029 |
0.00010 |
3.11e-007 |
1.27e-007 |
3.74e-007 |
2.06e+008 |
7.9e+007 |
8.24 |
|
|
7 |
0.00074 |
0.00039 |
0.00039 |
1.2e-006 |
7.27e-007 |
7.27e-007 |
2.06e+008 |
7.9e+007 |
8.24 |
|
|
8 |
0.00114 |
0.00063 |
0.00035 |
2.57e-006 |
1.23e-006 |
2.3e-006 |
2.06e+008 |
7.9e+007 |
8.24 |
|
|
9 |
0.22000 |
0.18233 |
0.17825 |
0.00815 |
0.00384 |
0.00434 |
2.75e+007 |
1.1e+007 |
2.75 |
A - площадь поперечного сечения; Ir - момент инерции отн. OR; As - сдвиговая площадь в напр.OS; Is - момент инерции отн. OS; At - сдвиговая площадь в напр.OT; It - момент инерции отн. OT; E - модуль упругости; G - модуль сдвига; Rho - плотность материала.
Расчет собственных колебаний проводился для комплекса теплиц 6Д. Для расчета и анализа системы, по нормативам РФ, задано исследование 12 собственных значений, результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Собственные частоты
|
Форма |
W рад/с |
F Гц |
T с |
|
|
1 |
1.73 |
0.27 |
3.64 |
|
|
2 |
1.75 |
0.28 |
3.58 |
|
|
3 |
1.78 |
0.28 |
3.54 |
|
|
4 |
1.86 |
0.30 |
3.37 |
|
|
5 |
3.41 |
0.54 |
1.84 |
|
|
6 |
6.92 |
1.10 |
0.91 |
|
|
7 |
14.03 |
2.23 |
0.45 |
Для расчета и анализа системы, по нормативам поставщика, задано исследование 20 собственных значений, результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Собственные частоты
|
Форма |
W рад/с |
F Гц |
T с |
|
|
1 |
1.72 |
0.27 |
3.65 |
|
|
2 |
1.75 |
0.28 |
3.59 |
|
|
3 |
1.77 |
0.28 |
3.54 |
|
|
4 |
1.85 |
0.30 |
3.39 |
|
|
5 |
3.39 |
0.54 |
1.86 |
|
|
6 |
6.91 |
1.10 |
0.91 |
|
|
7 |
13.91 |
2.21 |
0.45 |
Сейсмическое воздействие.
Расчет производится в соответствии со СНиП II-7-81 с учетом изменений, введенных в действие с 01.01.2000 г. Сейсмичность площадки строительства в баллах S = 7. Из соответствующих списков назначаются значения коэффициентов К1=0,22; Кpsi=1; категория грунта II.
Направление сейсмического воздействия задается направляющими косинусами CX, CY и CZ. Данные по заданию сейсмических нагрузок по первому направлению представлены на рисунке 5.
Рисунок 5 - Данные для определения сейсмической нагрузки
Задание данных по определению сейсмической нагрузки по второму и наихудшему направлению в статье опущены.
Статический анализ.
В статическом расчете участвуют следующие нагружения: НГ1 - постоянная расчетная нагрузка (собственный вес конструкций f=1,05); НГ2 - расчетная снеговая нагрузка (f=1,4); НГ3 - расчетная ветровая нагрузка на конструкцию по направлению Х (f=1,4); НГ4 - расчетная ветровая нагрузка по направлению Y (f=1,4); НГ5 - расчетная нагрузка от оборудования (f=1,1); НГ6-9 - расчетная сейсмическая нагрузка по 1-му направлению; НГ10-13 - расчетная сейсмическая нагрузка по 2-му напрвлению; НГ14-17 - расчетная сейсмическая нагрузка по наихуджему направлению.
Нагружения представлены для расчета по нормативам РФ. Для норм поставщика происходит увеличение нагружений в последних трех группах, начиная с сейсмической нагрузки по 1-му направлению.
Для анализа перемещений заданы серии комбинаций, часть из которых приведена в таблице 5, для нормативов РФ.
Таблица 5 - Комбинации
|
Номер |
НГ-1 |
НГ-2 |
НГ-3 |
НГ-4 |
НГ-5 |
НГ-6 |
НГ-7 |
НГ-8 |
НГ-9 |
|
|
K-1 |
1 |
0 |
0.9 |
0 |
0.95 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
K-2 |
1 |
0 |
0 |
0.9 |
0.95 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
K-3 |
1 |
0.9 |
0.9 |
0 |
0.95 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
K-4 |
1 |
0.9 |
0 |
0.9 |
0.95 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
K-5 |
0.9 |
0 |
0 |
0 |
0.8 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
K-6 |
0.9 |
0 |
0 |
0 |
0.8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
K-7 |
0.9 |
0 |
0 |
0 |
0.8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
K-8 |
0.9 |
0.5 |
0.5 |
0 |
0.8 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
K-9 |
0.9 |
0.5 |
0.5 |
0 |
0.8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Расчет и подбор сечений ферм покрытия теплиц.
Нижний пояс фермы покрытия.
Исходные данные для расчета элемента, по нормативам РФ, на основные сочетания усилий представлены в таблице 6, а для поставщика в таблице 7. Тип сечения: труба. Профиль: TRS 33.7x2 ГОСТ 10704-91. Сталь: Вст3сп, ГОСТ 10705-80*.
Таблица 6 - Сочетания усилий для расчета по нормативам РФ
|
Nк Описание |
Nz |
Mxp |
Mxi |
My |
Qy |
|
|
кН |
кНм |
кНм |
кНм |
кН |
||
|
1 -Nmax, Mx |
-3.48 |
-0.00 |
-0.04 |
-0.00 |
||
|
2 -Nmax, My |
-3.48 |
-0.00 |
-0.04 |
-0.00 |
||
|
4 Mxmax, -N |
-0.20 |
-0.01 |
-0.02 |
0.01 |
||
|
5 Mymax, -N |
-0.31 |
-0.00 |
-0.07 |
-0.00 |
||
|
8 -Gmax (N, My) |
-2.70 |
-0.00 |
-0.06 |
-0.00 |
||
|
9 |G|max (N, Mx, My) |
39.20 |
-0.00 |
0.34 |
-0.00 |
Таблица 7 - Сочетания усилий для расчета по нормативам поставщика
|
Nк Описание |
Nz |
Mxp |
Mxi |
My |
Qy |
|
|
кН |
кНм |
кНм |
кНм |
кН |
||
|
1 -Nmax, Mx |
-2.99 |
-0.00 |
0.00 |
-0.00 |
||
|
2 -Nmax, My |
-2.99 |
-0.00 |
-0.01 |
-0.00 |
||
|
5 Mymax, -N |
-2.63 |
-0.00 |
-0.03 |
-0.00 |
||
|
9 |G|max (N, Mx, My) |
17.03 |
-0.00 |
0.10 |
-0.00 |
Mxp - момент при расчете в плоскости стенки, Mxi - момент в средней трети длины элемента.
Исходные данные для расчета элемента, по нормативам РФ, на особые сочетания усилий представлены в таблице 8. а для поставщика в таблице 9. Тип сечения: труба. Профиль: TRS 33.7x2 ГОСТ 10704-91. Сталь: Вст3сп, ГОСТ 10705-80*.
Таблица 8 - Сочетания усилий для расчета по нормативам РФ
|
Nк Описание |
Nz |
Mxp |
Mxi |
My |
Qy |
|
|
кН |
кНм |
кНм |
кНм |
кН |
||
|
1 -Nmax, Mx |
-1.48 |
-0.00 |
-0.02 |
-0.00 |
||
|
2 -Nmax, My |
-1.48 |
-0.00 |
-0.02 |
-0.00 |
||
|
4 Mxmax, -N |
-0.22 |
0.13 |
0.00 |
0.02 |
||
|
5 Mymax, -N |
-0.01 |
-0.00 |
-0.03 |
-0.01 |
||
|
8 -Gmax (N, My) |
-1.07 |
-0.00 |
-0.03 |
-0.00 |
||
|
9 |G|max (N, Mx, My) |
18.65 |
-0.28 |
0.17 |
-0.09 |
Таблица 9 - Сочетания усилий для расчета по нормативам поставщика
|
Nк Описание |
Nz |
Mxp |
Mxi |
My |
Qy |
|
|
кН |
кНм |
кНм |
кНм |
кН |
||
|
1 -Nmax, Mx |
-1.22 |
-0.00 |
0.00 |
-0.00 |
||
|
2 -Nmax, My |
-1.21 |
-0.00 |
-0.01 |
-0.00 |
||
|
5 Mymax, -N |
-1.01 |
-0.00 |
-0.02 |
-0.00 |
||
|
9 |G|max (N, Mx, My) |
10.74 |
-0.10 |
0.07 |
-0.02 |
Mxp - момент при расчете в плоскости стенки, Mxi - момент в средней трети длины элемента.
Расчеты на основные и особые сочетания усилий, а также подбор сечения группы элементов по основным и особым сочетаниям усилий с выявлением процента их использования осуществлены при использовании источников. Верхний пояс фермы покрытия.
Исходные данные для расчета элемента, по нормативам РФ, на основные сочетания усилий представлены в таблице 10, а для поставщика в таблице 11. Тип сечения: замкнутое. Профиль: ZP 80x40x2 ГОСТ 30245-2003. Сталь: С245, ГОСТ 27772-88.
Таблица 10 - Сочетания усилий для расчета по нормативам РФ
|
Nк Описание |
Nz |
Mxp |
Mxi |
My |
Qy |
|
|
кН |
кНм |
кНм |
кНм |
кН |
||
|
1 -Nmax, Mx |
-50.08 |
0.03 |
0.00 |
0.02 |
||
|
2 -Nmax, My |
-46.48 |
-0.01 |
3.09 |
0.03 |
||
|
4 Mxmax, -N |
-30.12 |
-0.34 |
-0.08 |
-0.25 |
||
|
5 Mymax, -N |
-34.75 |
-0.00 |
-3.85 |
-0.00 |
||
|
7 -Gmax (N, Mx) |
-50.08 |
0.03 |
0.00 |
-0.02 |
||
|
8 -Gmax (N, My) |
-43.12 |
-0.00 |
-3.81 |
-0.00 |
||
|
9 |G|max (N, Mx, My) |
-46.47 |
-0.01 |
3.09 |
-0.03 |
Таблица 11 - Сочетания усилий расчета по нормативам поставщика
|
Nк Описание |
Nz |
Mxp |
Mxi |
My |
Qy |
|
|
кН |
кНм |
кНм |
кНм |
кН |
||
|
1 -Nmax, Mx |
-24.06 |
-0.00 |
0.00 |
-0.00 |
||
|
2 -Nmax, My |
-22.31 |
-0.00 |
1.02 |
-0.00 |
||
|
4 Mxmax, -N |
-15.51 |
-0.17 |
0.11 |
-0.09 |
||
|
5 Mymax, -N |
-19.55 |
-0.00 |
1.10 |
-0.00 |
||
|
7 -Gmax (N, Mx) |
-22.09 |
-0.05 |
1.01 |
0.03 |
||
|
9 |G|max (N, Mx, My) |
-19.28 |
-0.06 |
1.10 |
0.04 |
Mxp - момент при расчете в плоскости стенки, Mxi - момент в средней трети длины элемента.
Исходные данные для расчета элемента на особые сочетания усилий, по нормативам РФ, представлены в таблице 12. а для поставщика в таблице 13.
Таблица 12 - Сочетания усилий для расчета по нормативам РФ
|
Nк Описание |
Nz |
Mxp |
Mxi |
My |
Qy |
|
|
кН |
кНм |
кНм |
кНм |
кН |
||
|
1 -Nmax, Mx |
-27.28 |
0.38 |
-0.63 |
0.49 |
||
|
2 -Nmax, My |
-27.28 |
0.38 |
-0.63 |
0.49 |
||
|
4 Mxmax, -N |
-17.51 |
-1.73 |
0.21 |
-0.74 |
||
|
5 Mymax, -N |
-17.79 |
-0.03 |
-1.95 |
-0.03 |
||
|
8 -Gmax (N, My) |
-21.92 |
-0.02 |
-1.93 |
-0.07 |
||
|
9 |G|max (N, Mx, My) |
-23.44 |
1.00 |
1.56 |
0.73 |
Таблица 13 - Сочетания усилий для расчета по нормативам поставщика
|
Nк Описание |
Nz |
Mxp |
Mxi |
My |
Qy |
|
|
кН |
кНм |
кНм |
кНм |
кН |
||
|
1 -Nmax, Mx |
-17.50 |
-0.01 |
0.00 |
-0.05 |
||
|
2 -Nmax, My |
-16.52 |
-0.08 |
0.72 |
-0.05 |
||
|
4 Mxmax, -N |
-11.57 |
-0.68 |
0.10 |
-0.26 |
||
|
5 Mymax, -N |
-14.19 |
-0.08 |
0.78 |
-0.06 |
||
|
9 |G|max (N, Mx, My) |
-14.08 |
-0.37 |
0.77 |
-0.26 |
Mxp - момент при расчете в плоскости стенки, Mxi - момент в средней трети длины элемента.
Выводы.
В результате произведенных расчетов, с учетом нагрузок, определенных по действующим на территории РФ нормативным документам и по нормам поставщика, выявлены проценты использования таких элементов конструкций теплиц как нижний и верхний пояса ферм покрытия.
Нижний пояс ферм покрытия:
- по нормативам РФ, по первому предельному состоянию процент использования - 395 %; по второму предельному состоянию процент использования - 999 %;
- по нормам РФ с учетом нагрузок поставщика, по первому предельному состоянию процент использования - 339,3 %; по второму предельному состоянию процент использования - 999 %;
Верхний пояс ферм покрытия:
- по нормативам РФ, по первому предельному состоянию процент использования - 495,2%; по второму предельному состоянию процент использования - 361,4 %;
- по нормам РФ с учетом нагрузок поставщика, по первому предельному состоянию процент использования - 150,8 %; по второму предельному состоянию процент использования - 146,2%.
Анализ представленного позволяет констатировать, что при загружении верхних и нижних поясов ферм покрытия теплиц, сочетаниями нагрузок характерными для места расположения теплицы типа 6D, их несущая способность, а значит и сооружения в целом, не обеспечивается.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Сбор нагрузок при строительстве. Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия. Собственный вес и вес профилированного настила. Расчет несущей способности вклеенных стержней, участков балки, выгнутого межопорного участка.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 31.01.2016Конструктивная схема здания. Деревянные фермы. Выбор шага рам. Связи. Конструирование покрытия здания. Конструкция покрытия. Подбор рабочего настила. Подбор сечения стропильных ног. Подбор сечения прогонов. Расчет и конструирование элементов ферм.
курсовая работа [73,0 K], добавлен 28.05.2008Проектирование технологической карты на монтаж стропильных ферм и плит покрытия надземной части одноэтажного производственного здания. Выбор грузозахватных устройств, средств подмащивания, их характеристики. Организация и технология производства работ.
курсовая работа [852,5 K], добавлен 08.09.2014Ограждающие конструкции покрытия для неотапливаемого здания. Определение нагрузки на м2 горизонтальной проекции здания. Расчет спаренного прогона, на который опирается двойной дощатый настил. Определение несущей конструкции покрытия в виде клееной балки.
курсовая работа [5,3 M], добавлен 12.03.2013Конструирование и расчет покрытия здания. Определение усилий в стержнях ферм. Расчет опорного узла на натяжных хомутах и центрального узла нижнего пояса. Подбор сечения рабочего настила, стропильных ног и прогонов. Расчет и конструирование узлов ферм.
курсовая работа [374,9 K], добавлен 08.11.2009Методика определения расчетного изгибающего момента в середине пролета. Анализ конструктивных особенностей опорного ребра главной балки. Характеристика несущей способности высокопрочного болта. Структурная схема сплошной колонны из сварного двутавра.
курсовая работа [879,5 K], добавлен 26.03.2019Компоновочная схема здания. Расчет двускатной балки покрытия по предельным состояниям I и II группы. Определение геометрических размеров фундамента, расчет прочности конструкции, прогиба, образования и раскрытия трещин. Расчет фундамента от отпора грунта.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 15.12.2013Оценка технического состояния здания бетонно-смесительного узла. Методика определения несущей способности существующего фундамента. Расчетная схема плиты перекрытия и эпюры внутренних усилий. Конструкция кровельного настила раздельной холодной крыши.
дипломная работа [862,7 K], добавлен 02.06.2017Определение нагрузки на предварительно напряженную плиту покрытия. Методика расчета полки плиты. Действие постоянной и сосредоточенной нагрузки. Вычисление параметров продольных ребер. Расчет плиты по II группе предельных состояний. Прогиб плиты.
курсовая работа [288,7 K], добавлен 09.11.2010Особенности расчета и принципы конструирования основных несущих конструкции (колонны крайнего ряда, фундамента колонны и фермы покрытия) одноэтажного, двухпролётного промышленного здания. Методика определения геометрических размеров и арматуры фундамента.
курсовая работа [285,7 K], добавлен 06.09.2010
