Расчетная схема фермы


К расчету треугольной арки с затяжкой как фермы

Расстояние в свету между стенами - пролет фермы - l = 6 м, кровля - волнистые асбестоцементные листы, уклон кровли α = 30о, при таком уклоне длина стропильных ног будет составлять lст = 3.464 м (возможное наличие кобылок для упрощения расчетов не учитывается, высота фермы f = 1.732 м (проблемы определения сторон треугольника - длины стропильной ноги и высоты фермы, относятся больше к геометрии, чем к строительной механике, а потому здесь и далее не рассматриваются).

Основные принципы расчета ферм изложены отдельно, здесь мы на этом останавливаться не будем. Здесь же отметим, что расчет и простейших трехстержневых ферм и трехшарнирных арок на действие равномерно распределенной нагрузки по общепринятой упрощенной методике приводит к тому, что:

1. Значение опорных реакций может оказаться заниженным.

2. Не учитывается наличие дополнительных нормальных напряжений в наклонных стержнях фермы или арки, а также возможное появление дополнительных нормальных напряжений в горизонтальном стержне фермы

Ну а теперь начнем расчет. При общепринятой методике расчетная схема фермы будет выглядеть так:

Рисунок 446.1. Расчетная схема трехстержневой треугольной симметричной фермы.

Как определить нагрузки на стропила, изложено отдельно, здесь же мы просто отметим, что снег - материя очень не постоянная, он может лежать равномерно на крыше, а может переноситься ветром с одного ската на другой. Потому для дальнейших расчетов более правильно будет принять наиболее неблагоприятное сочетание нагрузок, когда на одном скате снега больше и тогда расчетная распределенная нагрузка будет составлять qлев = 326.1 кг/м, а на втором скате снега меньше и расчетная нагрузка на вторую часть фермы будет составлять:

qпр = q + qo + qш +qs = 3.75 + (6.25 + 16.77 + 180х0.75х1.2)1.1 = 207.3 кг/м

Так как при уклоне кровли 30о над кровлей при воздействии ветровых нагрузок будет создаваться разрежение (при h/l ≤ 1), то влияние горизонтальной и вертикальной составляющей ветровой нагрузки для упрощения расчетов учитывать не будем, небольшой запас по прочности не помешает, а расчеты при этом упростятся.

Упрощенный расчет

Чтобы еще более упростить расчеты, то можно допустить, что нагрузка на оба ската кровли будет одинаковой, т.е. и нагрузка и ферма - симметричные. Это даст дополнительный (и опять не очень большой) запас прочности, но зато позволит достаточно просто и легко определить опорные реакции, продольные и поперечные силы, а также моменты, действующие на стержни фермы.

Таким образом, принимая максимальную нагрузку q = 326.1 кг/м действующей на оба наклонных стержня фермы получим следующие результаты:

Вертикальные опорные реакции

VА = VС = ql/2 = 326.1·6/2 = 978.3 кг (446.1.1)

Для определения значения горизонтальной составляющей НА мы можем составить дополнительное уравнение моментов относительно точки В:

∑МВ = VАl/2 - VCl/2 + ql2/8 - ql2/8 - HAf = 0 (466.1.2)

HA = (ql2/4 - ql2/4 + ql2/8 - ql2/8)/f = 0/1.732 = 0 (466.3.1)

Определим значения поперечных сил "Q", которые возникают в поперечных сечениях наклонных стержней фермы при действии равномерно распределенной нагрузки. В данном случае наклонные стержни рассматриваются как наклонные балки. А чтобы еще более упростить расчет, исключив из него изгибающие моменты, мы будем рассматривать сечения, максимально близкие к узлам фермы, тогда при симметричной нагрузке "Q" = ql/4.

Теперь, воспользовавшись методом сечений (который в данном случае тождественен методу вырезания узлов, так как ферма - простейшая), определим продольные силы в стержнях фермы.

Сначала рассмотрим расчетную схему 466.1.в). Предположим, что распределенная нагрузка вообще не передается на стержень А-В, т.е. сечение проходит практически по узлу А. Составим уравнение изгибающих моментов относительно точки В:

∑МВ = VАl/2 - "Q"l/2 - NA-Cf = 0 (466.2.1)

NA-C = (VАl/2 - "Q"l/2)/f = (ql2/4 - ql2/8)/f =(326.1·62/8)/1.732 = 847.258 кг (466.3.1)

Тогда согласно уравнению моментов относительно точки С:

∑МС = VАl - "Q"l - NA-Blsin30° = 0 (466.2.2)

NA-B = (VАl - "Q"l)/lsin30° = (ql/2 -ql/4)/0.5 = ql/2 = 978.3 кг (466.3.2)

Так как и ферма и нагрузки - симметричные, то и усилие в стержне В-С будет равно усилию в стержне А-В.

Вроде бы все нормально, но если мы рассмотрим те же стержни, но на этот раз используя расчетную схему 466.1.г), предполагая, что на этот раз сечение проходит практически по узлу В, т.е. распределенная нагрузка на стержень А-В передается полностью, то уравнения моментов будут иметь уже другой вид

∑МВ = VАl/2 - ql2/8 - NA-Cf = 0 (466.4.1)

NA-C = (VАl/2 - ql2/8)/f = (978.3·6/2 - 326.1·62/8)/1.732 = 847.258 кг (466.5.1)

Согласно расчетной схеме 466.1.г).

∑МС = VАl + "Q"l/2 - 3ql2/8 - NA-Blsin30° = 0 (466.4.2)

NA-B = (ql/2 + ql/8 - 3ql/8)/0.5 = ql/2 = 978.3 кг (466.5.2)

Пока все сходится, для большей уверенности в точности расчетов проверим соблюдение уравнений статического равновесия, в частности уравнения проекций сил на основные оси. При проверке по первой расчетной схеме:

∑Qу = VA - "Q" - NA-Bsin30° = ql/2 -ql/4 -ql/4 = 0 (466.6.1)

∑Qх = NА-C + HA - NA-Bcos30° = 847.26 - 978.3·0.866 = 0.05 кг ≈ 0 (466.7.1)

при проверке по второй расчетной схеме

∑Qу = VA + "Q" - ql/2 - NA-Bsin30° = ql/2 + ql/4 - ql/2 - ql/4 = 0 (466.6.2)

∑Qх = NА-C + HA - NA-B/cos30° = 847.258 - 978.3·0.866 = 0.05 кг ≈ 0 (466.7.2)

Все сходится. Посмотрим, что получается при действии несимметричной распределенной нагрузки на нашу ферму.

Более точный расчет

Так как нагрузка действующая на ферму - не симметричная, то и опорные реакции будут разными. Для определения опорных реакций составим уравнение моментов относительно точки, расположенной на опоре А:

∑МА = qлевl2/8 + qпр(l/2 + l/4)l/2 - VСl = 0 (446.8)

VС = qлевl/8 + 3qпрl/8 = (326.1 + 3·207.3)6/8 = 711 кг (446.9.1)

тогда значение вертикальной реакции на левой опоре, на основании одного из уравнений статического равновесия составит:

VА = (qлев + qпр)b/2 - VС = (326.1 + 207.3)3 - 711 = 889.2 кг (446.9.2)

Для определения НА опять составим уравнения моментов относительно точки В:

∑МВ = VАl/2 - VCl/2 + qпрl2/8 - qлевl2/8 - HAf = 0 (466.10.1)

HA = (889.2·3 - 711·3 + 207.3·36/8 - 326.1·36/8)/f = (534.6 - 534.6)/1.732 = 0 (466.10.2)

Как видим, даже при несимметричной нагрузке горизонтальная составляющая опорной реакции также равно нулю. Проверим значение продольной силы, действующей на горизонтальный стержень. При первой основной расчетной схеме:

∑МВ = VАl/2 - "Q"l/2 - NA-Cf = 0 (466.2.1)

NA-C = (VАl/2)/f = (889.2·6/2 - 326.1·36/8)/1.732 = 692.93 (466.11.1)

При первой зеркальной расчетной схеме:

∑МВ = VСl/2 - "Q"l/2 - NA-Cf = 0 (466.2.2)

NA-C = (711·6/2 - 207.3·36/8)/1.732 = 692.93 кг (466.11.2)

Напомню, именно такой результат мы получили при расчете трехшарнирной арки с затяжкой. Подобным образом можно определить напряжения и в остальных стержнях фермы, но в данном случае такой необходимости нет.

И тут хотелось бы обратить внимание на одну маленькую, но очень важную с моей точки зрения деталь.

Дело в том что у трехшарнирной арки два стержня - горизонтальные связи, соответственно в одном горизонтальном стержне - затяжке арки или горизонтальном стержне фермы значение продольной силы вроде бы должно увеличиться в 2 раза и составлять:

NA-C = 692.93 + 692.93 = 1385.85 кг

Такой же вывод можно сделать, исходя из того, что продольные силы в стержне NA-C при рассмотрении по основной и зеркальной расчетной схемам направлены в разные стороны, т.е. горизонтальный стержень растягивается как при воздействии нагрузок с левой стороны фермы, так и с правой стороны.

Тем не менее, исходя из условий статического равновесия продольная сила, действующая на горизонтальный стержень, все-таки составляет 692.93 кг.

Попробуем проверить, так ли это, еще одним способом.

Например, если мы будем условно рассматривать нашу ферму как некую балку переменного сечения, то момент, возникающий посредине такой балки составит:

М = VAl/2 - qлевl2/8 = 889.2·3 - 326.1·36/8 = 2667.6 - 1467.45 = 1200.15 кгм (466.12.1)

А так как балка у нас достаточно условная, т.е. есть как бы только верхняя часть сечения - наклонный стержень и нижняя часть сечения - горизонтальный стержень, этот момент мы можем разложить на пару сил, возникающих в стержнях. Соответственно при высоте сечения балки f = 1.732 м продольная сила действующая на горизонтальный стержень, составит:

NA-C = M/f = 1200.15/1.732 = 692.93 кг (466.13.1)

Эта сила будет вызывать растяжение в горизонтальном стержне. Кроме того, мы можем также определить и сжимающее усилие в наклонных стержнях в рассматриваемом сечении:

NA-B = NB-C = M/fcosa = 692.93/0.866 = 800.14 кг (466.13.2)

Как видим, вне зависимости от принимаемой расчетной схемы результат у нас одинаковый.

Конструкция и расчет стропильных ферм

Пролет фермы устанавливается техническим заданием и увязывается с компоновкой конструктивной схемы каркаса. Высотой фермы задаются из учёта минимального расхода стали, требований жесткости, транспортабельности. При этом необходимо учитывать эксплуатационные затраты на отопление здания, антикоррозионную обработку, а также изготовление и монтаж.

Минимальную высоту ферм с параллельными поясами и трапециевидных подбирают из условия жесткости по формуле:

 — предельно допустимый относительный прогиб фермы;

— Максимальное напряжение в поясе ферм;

 — Высота и пролет ферм;

 — постоянная и временная нагрузки;

 — Коэфифиенты надежности по нагрузке;

Что бы убрать большой прогиб ферм, его компенсируют строительным подъемом, т.е. фермы изготавливают с обратным выгибом.

Рис. Типы сечений стержней ферм: а — пояса, б — решетка

Решетку ферм проектируют треугольную, треугольную с дополнительными стойками, подкосную, шпренгельную, реже – крестовую и ромбическую.

Оптимальный угол наклона для треугольной решетки – 45°, для подкосной – 35°. Широкое применение в производственных зданиях находят унифицированные конструкции ферм. Это повышает индустриальность и качество изготовления, снижает сроки проектирования, изготовления и строительства.

Фермы из парных уголков и тавров

В каркасах производственных зданий фермы из парных уголков чаще проектируют с параллельными поясами и трапецеидального очертания. По ним укладывается легкое покрытие по прогонам или железобетонным плитам. Треугольные фермы применяются в одно пролетных неотапливаемых складских помещениях с кровлей из асбоцементных листов. Схемы унифицированных стропильных и подстропильных ферм с уклоном кровли 2,5 % показаны на рис.

Типовые схемы стропильных ( а ) и подстропильных ( б ) ферм для покрытий с уклоном кровли 2,5 %

Основными нагрузками на стропильную ферму являются постоянная и снеговая. Дополнительными могут быть нагрузки от подвесного кранового оборудования и иные технологические нагрузки. В бесфонарных зданиях снег равномерно распределен по покрытию.

При наличии фонарей следует рассматривать варианты снегового загружения по СП 20.13330:2016 «Нагрузки и воздействия». Если ферма жестко крепится к колонне, то дополнительной нагрузкой будет изгибающий момент и поперечная сила от эффекта защемления. Нагрузки следует прикладывать в узлы стропильных ферм или вводить для их восприятия дополнительные элементы (подвески, шпренгели и т. п.)

Подбор сечений стержней ферм

Конструкция и расчет стропильных ферм из уголков рассчитывают как простую шарнирно-стержневую систему. При расчете рамы с помощью программных комплексов (ПК Лира-САПР, SCad и др.) она может быть включена в состав расчетной схемы, и усилия в элементах фермы можно получить в процессе расчета рамы.

Требования по подбору сечения стержней фермы:

  • напряжения в стержнях, не должны превышать расчетные сопротивления материала;
  • гибкость не должна превышать предельных значений для соответствующих элементов;
  • степень запаса прочности не более 10%

При подборе следует стремиться к повышению устойчивости растянутого нижнего пояса из плоскости фермы, необходимой в процессе монтажа, а также к равноустойчивости сжатых стержней в плоскости и из плоскости фермы. С учетом этих замечаний рекомендуются следующие типы сечений элементов фермы из спаренных уголков:

Толщину фасонок ферм необходимо принимать по величине расчетного усилия в опорном раскосе Np в соответствии с рекомендациями данными в таблице:

Предварительно необходимо определить для каждого элемента фермы расчётные длины и усилия. Расчётные длины в плоскости фермы lx принимаются:

lx = l — для поясов, опорных раскосов и опорных стоек;

lx = 0.8l — для прочих элементов решётки;

l — расстояние между центрами узлов.

Расчётные длины из плоскости фермы (в направлении, перпендикулярном плоскости фермы) ly – расстояние между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы связями, плитами покрытия, распорками и другими жёсткими элементами.

Растянутые элементы

Сечения растянутых стержней определяют из условия прочности:

Aтр — требуемая площадь сечения;

Ry — расчетное сопротивление стали по пределу текучести;

γc = 1 — за исключением случаев, оговоренных в табл. П.4.10

По найденному значению Aтр принимаем сечение по сортаменту, у которого общая площадь сечения A больше требуемой, но без лишнего запаса.

Сжатые элементы

Сечения сжатых стержней определяют из условий устойчивости, предварительно задавшись гибкостью λзад = 70–100 и соответствующим ей коэффициентом продольного изгиба ϕ зад = 0,8–0,6. При этих предположениях находятся требуемые значения:

По сортаменту подбирается сечение, у которого A ≈Aтр, и  ix,y ≈iтр, x y,

где , ix y – радиусы инерции сечения относительно осей х — x или у — y .

Определяется гибкость принятого сечения стержня в плоскости и из плоскости фермы:

По наибольшей из них находится φ (табл. П.4.2) и проверяется устойчивость:

Если запас велик, необходимо уменьшить сечение; если устойчивость не обеспечена, сечение необходимо увеличить и снова произвести проверку.

Сечения слабосжатых стержней (усилие менее ± 50 кН) подбираем по гибкости. Для этого по таблице устанавливаем предельную гибкость стержня [λ] и определяем требуемый радиус инерции:

По сортаменту принимаем сечение, у которого:

Предельные гибкости [λ] стержней фермы

Примечание. Здесь α = N/(φAR y γ c ), но не менее 0,5.

Результаты подбора сечений приводятся в табличной форме. Пример составления ее приведен в таблице ниже. В соответствии с расчетной схемой фиксируются стержни каждого элемента и расчетные усилия, полученные в процессе статического расчета. Ввиду симметрии фермы достаточно представить подбор сечений для половины фермы, т. к. вторая половина будет такая же.

Подбор сечений стержней фермы

Пример расчета фермы 24м из парных уголков, можно посмотреть на этой странице http://spacecad.ru/ferma-24m/

 

Поделиться ссылкой:

Похожее

Пример расчета стальной фермы в ПК SCAD Office

Одной из самых распространённых конструкций в строительной отрасли является ферма. Ферма, как правило, выступает элементом каркаса покрытия, бывает стальной, железобетонной, деревянной и др. Существует большое количество готовых конструктивных решений конструкции фермы, представленных в виде серий. Например, серия 1.460.3-14 на фермы типа "молодечно" или 1.460.2-10_88 «фермы из парных уголков». Расчет ферм хоть и не самая сложная задача, однако, очень ответственный, нельзя упускать ни каких мелочей, ведь ферма – основной несущий элемент покрытия. В статье мы рассмотрим расчет стальной фермы из гнуто сварных профилей в ПК SCAD.

Ферма – элемент каркаса, несущая способность которого мало зависит от деформации остальной части конструкции. Однако наиболее точным будет расчет в составе рамы, или всего здания, например, ветровая нагрузка оказывает некоторое влияние на усилия элементов фермы.

Создание модели для расчета стальной фермы может идти разными путями: с помощью стержневых конечных элементов (в ПК SCAD), с помощью встроенного шаблона, с помощью возможности импорта dxf чертежа. Все способы расчета по-своему хороши, главное, соблюдать сходимость элементов.

Итак, предположим, что собрали мы модель для расчета стальной фермы с помощью шаблона. Для расчета стальной фермы выбраны следующие характеристики:

Если вы пользуетесь шаблоном для расчета в ПК SCAD, то проверяйте тип конечных элементов, по умолчанию он устанавливается под номером 4 – ферменный элемент. Соединение таких элементов автоматически устанавливается шарнирным. Я не сторонник таких элементов, поэтому сразу перевожу их в 5-ый тип конечных элементов – универсальный стержневой конечный элемент (команда по смене типа конечного элемента в ПК SCAD находится во вкладке «назначение»). Шарнирные примыкания в таком случае устанавливаются вручную.

После установки фермы на место в схеме, в ПК SCAD необходимо присвоить жесткотные характеристики всем элементам, например, пояса – 140х7, опорный раскос – 120х5, остальная решетка – 100х4 (это можно сделать с помощью соответствующей кнопки во вкладке назначение).

Далее задаем нагрузки в ПК SCAD. Нагрузки задают или сосредоточенные (покрытие ребристыми плитами, прогонами), или равномерно распределенные (покрытие профлистом, сэндвичпанелями). Здесь также важно разделять нагрузки, а не собирать их в одном значении: нагрузки должны складываться согласно правилу сочетаний по СП «Нагрузки и воздействия». В нашем примере расчета стальной фермы в ПК SCAD, я задам нагрузку собственного веса (автоматически), кровельного материала покрытия (50кг/м2), снеговая нагрузка (180 кг/м2). Нагрузку приложим равномерно распределено, не забудем о ширине приложения нагрузки (например, 4м). Загружения необходимо упаковать в РСУ с соответствующими коэффициентами.

Теперь перейдем к закреплениям в ПК SCAD. Фермы крепятся на колоннах шарнирно, задаче с рамой или со всей схемой надо будет добавить шарниры, в задаче с отдельной фермой – правильно установить связь. Обязательно ставим неподвижный шарнир в плоскости в одном конце фермы и подвижный в другом, иначе получим сжатие в нижнем поясе:

Также при назначении связей в задаче с изолированной фермой необходимо поставить связи, например, в верхних узлах фермы над колоннами из плоскости и поворота из плоскости (в пространственной задаче эту роль выполняют связевые элементы или прогоны).

Проанализировав полученные усилия и деформации в схеме, по алгоритму расчета стальной фермы переходим к конструированию элементов. Здесь ПК SCAD предлагает на выбор два способа назначения конструктивных особенностей (присвоение расчетных длин, параметров гибкости): назначение конструктивных элементов и назначение групп конструктивных элементов. Первый способ рассматривает цепочку конечных элементов, как цельный неделимый элемент, второй способ будет рассматривать при присвоении коэффициента расчетной длины непосредственно каждый конечный элемент. Сразу скажу, что оба способы по своему хороши, но чаще всего я использую второй способ (первый не использую ввиду его трудоемкости), им и будем пользоваться. В п 10 СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» расписаны значения расчетных коэффициентов для всех элементов фермы. Согласно таблице 24 СП «Стальные конструкции» для расчета стальной фермы присвоим коэффициент расчётной длины каждой панели верхнего пояса в плоскости – 1, опорный раскос – 1, решетка – 0,9. Значения из плоскости будут завесить от расстановки связевых элементов и прогонов, для верхнего пояса при установке, например, прогонов в каждом узле фермы коэффициент будет также 1, опорного раскоса – 2 (в случае, когда шпренгельный элемент делит раскос на 2 равные части), остальной решетки – 0,9 (согласно СП «Стальные конструкции»). Коэффициент расчетной длины нижнего пояса в нашем случае устанавливать не требуется, т.к. он при всех комбинациях усилий будет растянут. Однако я рекомендую все-таки коэффициенты назначать также как и для сжатых поясов, потому что разные очертания поясов ферм, разные комбинации усилий в редких случаях способны вызвать сжатие, и тогда инженер рискует не выполнить очень важную проверку устойчивости. Если же при всех комбинация пояс растянут, то и расчета верхнего пояса стальной фермы на устойчивость не последует, сечение будет подобрано исключительно по продольному растягивающему усилию.

При назначении конструктивных параметров ориентируемся на локальные оси. Результатом расчета стальных конструкций в ПК SCAD является коэффициент использования сечения. В нашей ферме он получился таким:

Более точные коэффициенты можно посмотреть с помощью меню информации об элементе, раздел «стальные факторы». Например, для опорного раскоса я получил такие коэффициенты:

Если нет конструктивных особенностей, то, скорее всего, инженер решит оптимизировать сечения, установив сечение, коэффициент использования которого будет ближе к 1.

В завершении, хочу рассказать о моментах в элементах фермы при расчете в ПК SCAD: если Вы выполняете расчет стальной фермы, не установив шарниры, то они, конечно же, появляются. Однако, я уверен – это не ошибка. Так, для ферм из гнутосварных профилей должна выполняться проверка устойчивости пояса в месте примыкания решетки к поясу. В приложении Л.2 СП «Стальные конструкции» описаны формулы для расчета, в каждой из них (формула зависит от вида узла: один раскос, два раскоса и тд.) имеется значение момента:

Это означает, что момент в узле присутствует, и не учитывать его – ошибочно.

Вывод: в нашей стать мы рассмотрели наиболее важные особенности при расчете стальной фермы из гнутосварных профилей в ПК SCAD. На первый взгляд, казалось бы, очень легкий расчет стальной фермы в ПК SCAD обладает рядом сложностей, поэтому относится к такому расчету нужно предельно внимательно.

Скачать расчет стальной фермы

Расчет фермы с параллельными поясами длиной 12 м в SCAD

Продолжение статьи «Расчет фермы с параллельными поясами длиной 12 м в SCAD».

Итак мы получили расчетную схему фермы и предварительно задали сечение, далее мы переходим к нагружению фермы.

Ввод нагрузок.

1. Собственный вес

Первую нагрузку, которую мы вводим в расчет — это собственный вес. Добавить ее очень просто во вкладке «Загружения» жмем на самую первую кнопку «Собственный вес», коэффициент включения собственного веса задаем 1.05 (см. СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» таблицу 1 или СП 20.13330.200 таблицу 7.1) и жмем ОК. Выбирать элементы не нужно — для всех элементов схемы масса будет учтена.

Если у вас выдало ошибку «Некорректная операция», то в списке покажут элемент, для которого не задана сечение, т.е. для этого элемента необходимо задать сечение (возможно забыли нажать Enter когда назначали жесткости). Тогда необходимо вернуться в назначению сечения и задать сечения для этих элементов (см. часть 1).

Чтобы проконтролировать нагружение на панели «Фильтры отображения» нажимаем на кнопку «Распределенные нагрузки», а чтобы увидеть нагрузки в числах, нажимаем на этой же панели кнопку «Значения нагрузок». Получиться такая картина:

Возможно вас смутит то, что значение нагрузки равно нулю, но просто значение слишком маленькое и оно не отображается. Чтобы отобразить значение нагрузки заходим в «Опции»->«Единицы измерения», напротив строки «Силы» жмем кнопку вправо чтобы значение стало 1,123 (т.е. с точностью до 1 кг). Теперь на схеме мы увидим нагрузку в 5 кг/м.п.

Сохраняем нагрузку, для этого жмем кнопку «Сохранить/добавить загружение» на панели «Загружения». В появившемся меню вводим название, например «Собственный вес». Нас спросят «Перейти к следующему загружению?» — жмем Да. Название нагрузки должно отражать ее назначение, ставить впереди номер не обязательно т.к. программа сама назначит номер по порядку загружения.

 2. Вес перекрытия

Мы уже заранее подсчитали вес перекрытия (см. часть 1) и теперь задаем ее. на панели «Загружения» нажимаем на кнопку «Узловые нагрузки». Нагрузка на один узел 726 кг. Не забываем, что нагрузка указывается в тоннах, поэтому в ячейке пишем значение 0.726 (с точкой, а не запятой). Пишем это значение в ячейку Z со знаком + (ну или без знака), если поставить знак минус, то нагрузка будет направлена вверх, остальные поля не трогаем. Нажимаем ОК, выбираем узлы с 8 по 12 и жмем Enter.

Чтобы проконтролировать нагружение на панели «Фильтры отображения» нажимаем кнопку «Узловые нагрузки» и увидим значение и направление нагрузки.

Теперь добавим нагрузку в 426 кг в опорных узлах (хотя на расчет фермы она никак не повлияет, но при расчете рамы о ней забывать нельзя). Опять жмем на кнопку «Узловые нагрузки», в поле Z вводим 0.426, ОК, выбираем узел 7 и 13 и жмем Enter. Получается такая картинка:

Сохраняем нагрузку(кнопка «Сохранить/добавить загружение» на панели «Загружения»), название пусть будет «Вес перекрытия».

3. Снеговая нагрузка

Снеговую нагрузку мы также рассчитали в 1-ой части статьи. Загрузка аналогична нагружению от веса перекрытия — нагрузки сосредоточены в узлах и равны 3.84 т. Хочу отметить, что снеговая нагрузка должна быть расчетной, а не нормативной (расчетная снеговая нагрузка равна нормативной нагрузке, умноженной на коэффициент надежности по нагрузке см. СНиП «Нагрузки и воздействия», раздел «Снеговые нагрузки»).

Жмем кнопку «Узловые нагрузки», в поле Z вводим число 3.84 т, выбираем узлы с 2 по 12, жмем Enter. Затем опять нажимаем на кнопку «Узловые нагрузки», в поле Z вводим число 1.92 т, выбираем узлы с 7 и 13, жмем Enter.

Сохраняем нагрузку(кнопка «Сохранить/добавить загружение» на панели «Загружения»), название пусть будет «Снеговая нагрузка».

4. Вес от подвешиваемого оборудования

Также нет ничего сложного в нагружении конструкции от веса подвешиваемого оборудования (здесь я подразумеваю прокладку коммуникаций в пространстве фермы, кран.балки у нас нет и в случае ее наличия ее необходимо учитывать несколько иначе чем в приведенной здесь методике).

Жмем кнопку «Узловые нагрузки», в поле Z вводим число 1.8 т, выбираем узлы с 1 по 6, жмем Enter.

Сохраняем нагрузку(кнопка «Сохранить/добавить загружение» на панели «Загружения»), название пусть будет «Вес оборудования».

Далее нам необходимо проверить схему, для этого во вкладке «Управление» жмем кнопку «Экспресс контроль исходной схемы», отмечаем все и жмем OK. Должно выйти сообщение «Ошибки не обнаружены».

Теперь мы имеем почти готовую модель для расчета. Нам еще необходим создать Расчетные сочетания усилий» или сокращенно РСУ.

Расчетные сочетания усилий (РСУ)

Выходим в дерево проекта (во вкладке «Управление» нажимаем на кнопку «Выйти в экран управления проектом»). Далее открываем вкладку «Специальные исходные данные» — > «Расчетные сочетания усилий (новые)».

В этом окне для заданных нагрузок определяем тип загружения и вид нагрузки. Эти данные можно узнать в СНиП «Нагрузки и воздействия» раздел «Классификация нагрузок».

Собственный вес — это постоянная нагрузка, вид нагрузки — вес металлических конструкций;

Вес перекрытия — тоже постоянная нагрузка, вес металлических конструкций;

Снеговая нагрузка может быть как кратковременной, так и длительной нагрузкой, но если поставить длительную нагрузку, то она будет учитываться с коэффициентом 0,5, а нам необходимо принимать максимальную нагрузку, поэтому для нее ставим тип нагрузки — кратковременный, вид нагрузки — Полные снеговые V и IV снеговые районы;

Вес стационарного оборудования — это длительные нагрузки, но если РСУ будут считаться согласно СНиП 2.01.07-85, то снеговая нагрузка в сочетаниях будет с коэффициентом 0,9, т.е. коэффициент надежности будет равен 1,4*0,9=1,26 для снега и 1,05*0,95=1 для веса оборудования. В СП 20.13330.2011 в этом варианте коэффициенты будут равны единице, т.е. снеговая нагрузка будет с коэффициентом надежности 1,4, длительная 1,05. Таким образом новый СП в данном случае предъявляет более жесткие требования. Я советую при расчете прочности зданий учитывать снеговую нагрузку с коэффициентом 1,4 (т.е. без снижения). Для этого в поле стандарт можно либо поставить галочку напротив СП 20.13330.2011, либо учитывать вес стационарного оборудования как постоянную нагрузку.

Сохраняем РСУ нажав кнопку ОК.

Расчет

Теперь мы можем выполнить расчет фермы. Во вкладке «Расчет» выбираем «Линейный». Параметры расчета не изменяем, жмем ОК.

Нет ошибок — все хорошо! Есть ошибки — значит что-то сделали не так. Единственное вылезет восклицательный знак «ВНИМАНИЕ:Дана сумма всех внешних нагрузок на основную схему» — это не является ошибкой. Нажимаем «Выход».

Графический анализ

Программа подсчитала нагрузки, возникающие в стержнях и теперь нам необходимо подобрать сечения. На вкладке «Результаты» нажимаем на кнопку «Графический анализ».

В появившемся окне мы можем посмотреть деформации схемы, эпюры, но нас сейчас интересуют «Постпроцессоры».

Во вкладке «Постпроцессоры» нажимаем на кнопку «Проверка сечений из металлопроката» и далее в открывшемся списке нажимаем на кнопку «Установка параметров».

Марку стали выбираем С245 (подробнее о подборе марки стали читаем в статье Подбор марки стали для стальных конструкций), предельную гибкость оставляем 150 — все равно для каждого элемента мы назначим свои, норматив оставляем СНиП II-23-81* (пока он является обязательным, но на данном примере разницы с новым СП не будет).

Жмем ОК.

Далее нам необходимо обозначить назначение каждого элемента, для этого используются кнопки «Назначение конструктивных элементов» и «Назначение групп конструктивных элементов».

В чем различие между этими кнопками?

В первом варианте (Назначение конструктивных элементов) мы можем объединить несколько элементов в один, например верхний или нижний пояс представить как один единый элемент. В этом случае между всеми кусками элемента не должно быть отрезков с шарнирами и все они должны быть из одного профиля. Естественно это должен быть неразрывный элемент.

Во втором варианте мы назначаем группу элементов, т.е. все элементы в группе будут иметь одинаковые свойства, но при этом они не обязательно должны быть соединены друг с другом и иметь одинаковый профиль.

В больших проектах легче пользоваться группами, но думаю стоит продемонстрировать оба варианта.

Жмем на кнопку «Назначение конструктивных элементов» и выбираем верхний левый пояс: элементы №18,19,20

Жмем Enter

Назначение конструктивных элементов — Верхний пояс №1

Имя пишем какое захотим, например Верхний пояс №1.

Коэффициент расчетной длины в плоскости:

XOZ — 0.33 (1/3) (см. пояснение ниже)

XOY — 0.33 (1/3) (см. пояснение ниже)

Коэффициент условий работы — 1

Предельная гибкость — 120 (см. пояснение ниже)

Марка стали — С245

Жмем «Добавить новый» — «Выход».

Назначение конструктивных элементов — Верхний пояс №2

Далее выбираем верхний правый пояс (элементы №21,22,23) и нажимаем Enter (если случайно нажали Esc и сбросили команду опять нажимаем на кнопку «Назначение конструктивных элементов» и выбираем элементы №21,22,23).

Параметры для правой части точно такие же как для левой:

Имя — Верхний пояс №2.

Коэффициент расчетной длины в плоскости:

XOZ — 0.33 (1/3)  (см. пояснение ниже)

XOY — 0.33 (1/3)  (см. пояснение ниже)

Коэффициент условий работы — 1

Предельная гибкость — 120  (см. пояснение ниже)

Марка стали — С245

Жмем «Добавить новый» — «Выход».

Назначение конструктивных элементов — Нижний пояс

Далее выбираем весь нижний пояс (элементы 1-5)

Имя — Нижний пояс.

Коэффициент расчетной длины в плоскости:

XOZ — 0.2 (1/5)  (см. пояснение ниже)

XOY — 0.2 (1/5)  (см. пояснение ниже)

Коэффициент условий работы — 1

Предельная гибкость — 400  (см. пояснение ниже)

Марка стали — С245

Жмем «Добавить новый» — «Выход».

Назначение конструктивных элементов — Восходящие раскосы

Чтобы добавить назначение раскосов жмем на кнопку «Назначение групп конструктивных элементов».

Выбираем элементы 7, 9, 11, 12, 14, 16

 

Жмем Enter

Имя группы — Восходящие раскосы

Коэффициент расчетной длины в плоскости:

XOZ — 1  (см. пояснение ниже)

XOY — 1  (см. пояснение ниже)

Коэффициент условий работы — 1

Предельная гибкость — 120  (см. пояснение ниже)

Марка стали — С245

Жмем «Добавить новую» — «Выход».

Назначение конструктивных элементов — Нисходящие раскосы раскосы

Чтобы добавить назначение раскосов жмем на кнопку «Назначение групп конструктивных элементов».

Выбираем элементы 6, 8, 10, 13, 15, 17

Жмем Enter

Имя группы — Нисходящий раскос

Коэффициент расчетной длины в плоскости:

XOZ — 1  (см. пояснение ниже)

XOY — 1  (см. пояснение ниже)

Коэффициент условий работы — 1

Предельная гибкость — 400  (см. пояснение ниже)

Марка стали — С245

Назначение расчетных длин элементам фермы

Расчетные длины назначаются согласно СНиП II-23-81 раздел №6.

Для всех стержней фермы в плоскости изгиба фермы и в перпендикулярной плоскости изгиба фермы расчетную длину назначаем равной единице. Под расчетной длиной подразумевается длина стержня между 2-мя узлами, т.е. расчетная длина для верхнего пояса равна не длине всего стержня, а только длине между узлами соединения с раскосами, например между узлами 7 и 8, 8 и 9 и т.д. Расчетная длина для нижнего пояса принимается аналогично.

Однако когда мы используем функцию «Назначение конструктивных элементов» программа считает полную длину стержня, чтобы в программе корректно учитывалась расчетная длина для верхнего пояса необходимо поставить коэффициент расчетной длины 1/3 (т.к. стержень делится на 3 части, для нижнего пояса 1/5 (т.к. стержень делится на 5 частей).

Если закрепление фермы из плоскости происходит не во всех узлах, то расчетная длина в плоскости XOY назначается исходя из закрепления, например если нижний пояс связями закреплен только по центру и краям (т.е. делит стержень на 2-е равные части), то расчетная длина в плоскости XOY будет равна 1/2.

Назначение предельной гибкости элементам

Выше мы назначали предельную гибкость элементам фермы. Значение предельной гибкости назначается в соответствии со СНиП II-23-81 п. 6.16 или СП 16.13330.2011 п. 10.4. Разницы между этими стандартами по этому вопросу практически нет, единственное в новом СП допускается повышать предельное значение гибкости на 10% для 4 группы конструкций в зданиях I и II уровней ответственности (согласно требованиям СНиП 2.01.07), а также для всех элементов в зданиях III уровня ответственности, но этот СП пока носит рекомендательный характер, а СНиП II-23-81 обязательный, поэтому повышать значение предельной гибкости не стоит.
Итак у нас в ферме сжимаются элементы верхнего пояса и восходящие раскосы (направление раскоса к центру фермы идет вверх), растягиваются нижний пояс и нисходящие раскосы (направление раскоса к центру фермы идет вниз).

Для верхнего пояса и восходящих раскосов, т.к. это сжатые элементы фермы, гибкость вычисляется по формуле λ=180-60α (см. п. 6.16 СНиП II-23-81), где α это коэффициент использования профиля при расчете на устойчивость, но мы же пока не знаем какое это будет значение, поэтому предполагаем что сжатый профиль используется на 100% , тогда предельная гибкость будет равна 120.

Для нижнего пояса и нисходящих раскосов, как для растянутых элементов фермы, гибкость принимается 400 (если к ферме крепится кран или другое оборудование, которое создает динамические нагрузки, то 250).

Назначение групп унификации

Мы можем задать группы унификации в пределах которых будут подбираться одинаковые профиля.

Для этого нажимаем кнопку «Назначение групп унификации», в появившемся окне вводим имя группы, например «Верхний пояс», жмем кнопку «Новая группа» (не нажав ее мы не сможем переносить нужные элементы в группу). Выбираем Верхний пояс №1 и Верхний пояс №2 и стрелочкой вправо переносим их в правое окошко.

Теперь в Имя группы вводим «Нижний пояс» — > кнопка Новая группа и переводим в эту группу нижний пояс.

Для унификации раскосы будем делать из одного сечения, поэтому добавляем новую группу с именем «Раскосы» и переводим в эту группу и восходящие и нисходящие раскосы. Возможно если создать для них разные группы это позволит подобрать сечение более оптимально, но лучше использовать одинаковые сечения — это позволит снизить отходы и избежать возможных ошибок при производстве фермы. особенно важно не назначать уголки одной и той же высоты полки, но с разными толщинами — если в процессе производства перепутают сечения, то ферма не сможет нести проектную нагрузку.

Жмем ОК.

Подбор сечений

И теперь самое главное, подбор сечений. Жмем на кнопку «Подбор сечений». Программа рассчитает необходимое сечение и предложит заменить, исходное сечение может быть заменено как в большую сторону (если прочности не достаточно), так и в меньшую (если запас слишком большой).

Как видим для верхнего пояса программа предложила использовать уголок 70х8, для нижнего пояса уголок 50х7, для раскосов использовать уголок 65х6. Обычно нижний пояс нагружен сильнее чем раскосы и, соответственно, сечение у нижнего пояса должно быть больше чем у раскосов, но видимо критическим фактором у раскосов является гибкость, а у нижнего пояса предельная гибкость выше.

В поле «Применить подобранные сечения для» ставим галочку напротив «Замены жесткостей элементов», жмем ОК и выходим в дерево проектов (вкладка «Управление» -> «Выйти в экран управления проектом»).

Вылезет окно с запросом о использовании новых сечений, ставим галочку напротив строки «Заменить жесткости элементов».

Теперь нам необходимо заново произвести расчет т.к. масса элементов поменялась. Заново задавать нагрузки массы элементов нет необходимости — программа сама пересчитывает массу, нам нужно только заново произвести расчет. Жмем кнопку «Расчет» — > «Линейный».

После расчета опять входим в окно просмотра результатов («результаты» — > «Графический анализ»).

Во вкладке «Постпроцессоры» жмем на кнопку «Расчет».

Вывод результатов

После проведения расчета нам будут доступны новые кнопки — «Формирование отчета», «Визуализация результатов» и «Выборочная визуализация результатов». нажимаем на кнопку «Визуализация результатов».

Схема окрашивается в зеленый и красный цвет — зеленый свет означает, что условия прочности для этого элемента удовлетворяют расчету, красные — необходимо усилить сечение.

В нашем случае все сечения подобраны правильно и мы можем сформировать отчет. Нажимаем кнопку «Формирование отчета», во всплывающем окне можно выбрать определенный элемент или все сразу, и сохраняем в формате rtf. В отчете указывается по какому пункту и СНиП проходил расчет и какой коэффициент запаса по этому пункту. Как видим для верхнего пояса и сжимаемых раскосов самым критическим параметром, по которому происходил подбор сечения, является «устойчивость при сжатии», для нижнего пояса и растянутых раскосов «прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов», причем у нисходящих раскосов хороший запас по прочности, но т.к. мы их включили в одну группу с восходящими раскосами, то и сечение у них подобрано одинаковое.

Случается что после первого автоматического подбора сечения подобраны не корректно, это из-за того, что после подбора сечения изменяется масса конструкции и, соответственно, нагрузки. В этом случае опять запускаем автоматический подбор сечений, опять принимамем измененные сечения и делаем перерасчет.

Подбираем сечение вручную

В конечном счете если программа не может корректно что-то подобрать, то меняйте сечения вручную. К примеру мне не очень нравится подобранный нижний пояс — обычно он имеет сечение не меньше чем раскосы, но у нас слишком длинные раскосы, поэтому сечение раскосов больше, сделаем сечение нижнего пояса тем же сечением что и раскосы.

Выходим в дерево управления проектом (на вкладке «Управление» кнопка «Выйти в экран управления проектом»), заходим в расчетную схему (копка «Расчетная схема» в дереве управления проектом), во вкладке «Назначения» нажимаем на кнопку «Назначение жесткостей стержням», тут у нас есть список уже используемых сечений, а также можно задать свой если зайти во вкладку профили металлопроката, но мы можем просто выбрать 2-а уголка 65х65х6, которые имеются у нас в распоряжении, жмем ОК, и дале выбираем весь нижний пояс и жмем Enter.

Теперь выходим в дерево управления проектом и делаем расчет («Расчет» -> «Линейный»).

Опять заходим в постпроцессор («Результаты» — > «Графический анализ»). Проверяем конструкцию («Проверка сечений металлопроката» — > «Расчет» — > «Визуализация результатов на схеме»). Все зеленой, значит сечения подобраны хорошо.

Далее читайте «Расчет фермы с параллельными поясами длиной 12 м в SCAD. Часть 3-ая»

24 Расчетная схема рамы - СтудИзба

Глава 7

РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ

_____________________________________________________________

Для определения усилий в элементах рамы устанавливают расчетную схему рамы, собирают действующие на нее нагрузки, назначают жесткости элементов рамы, выполняют статический расчет рамы и выявляют комбинации нагрузок, дающие наибольшие расчетные усилия для каждого элемента рамы.

7.1. Расчетная схема рамы

По данным примера 6.1 в расчетной схеме рамы (рис. 7.1) колонны переменного ступенчатого сечения заменяют ломанными стержнями, проходящими через центры тяжести сечений с расстояниями между осями верхнего и нижнего участков

e1 ≈ (0,5 – 0,55)hн – 0,5hв.

Рис. 7.1. Расчетная схема рамы

Рекомендуемые файлы

Предварительно, принимая центр тяжести нижнего участка колонны по середине сечения, находим:

e1 = 0,5 (hнhв) = 0,5 (1250 – 700) = 275 мм.

Расстояние между осями нижних участков колонны

В лекции "1 Предмет и задачи курса" также много полезной информации.

Lo = L – 2e1 = 30000 – 2 · 275 = 29450 мм.

Стропильную ферму при малоуклонном верхнем поясе заменяют эквивалентным по жесткости прямолинейным стержнем. При восходящем опорном раскосе стержень проходит на уровне нижнего пояса фермы, при нисходящем раскосе – по оси верхнего пояса.

Колонны жестко защемлены в фундаменте. Сопряжение колоны с ригелем при грузоподъемности мостовых кранов 100 т независимо от режима их работы принимают жестким.

При шарнирном сопряжении ригеля с колонной учитывают внецентренное опирание фермы на колонну. При примыкании стропильной фермы к колонне сбоку эксцентриситет опирания фермы по отношению к геометрической оси верхней части колонны принимают

eр = hв/2 = 700 / 2 = 350 мм.

Поперечная рама здания – статически неопределимая система. Для ее расчета методами строительной механики необходимо в качестве исходных данных иметь жесткости всех элементов рамы или их соотношения. Вначале размеры сечений стержней неизвестны, поэтому жесткостями предварительно следует задаться по проектным аналогам, либо определить их, используя эмпирические зависимости.

Расчет металлических конструкций

В режиме «Железобетонные и стальные конструкции» реализованы подбор и проверка элементов стальных конструкций и их узлов по первому и второму предельным состояниям.

Подбор состоит в том, что для каждого элемента металлических конструкций, входящих в расчетную схему здания, подбирается стальное поперечное сечение минимальной площади, способное нести нагрузки, заданные в расчетной схеме. Для сокращения количества подобранных поперечных сечений могут применяться объединение элементов расчетной схемы в конструктивные и унификация.

Проверка позволяет убедиться в том, что заданные в расчетной схеме металлические конструкции несут заданную нагрузку.

Расчет стальных конструкций осуществляется на базе нормативных данных, которые содержат сведения о расчетных характеристиках сталей, размерах и геометрических характеристиках выпускаемого листового и фасонного проката. Пользователь имеет возможность дополнить или отредактировать эти данные, используя специализированный редактор РС-САПР.

Расчет элементов металлических конструкций

Расчет элементов металлических конструкций выполняется по нормам СНиП II.23-81*, СП 16.13330.2011, СНиП 2.01.07-85, Eurocode 3.1.1 ENV 1993-1-1:1992, LRFD (AISC) 2nd edition, ДБН В.2.6-198:2014

Возможен расчет элементов металлических конструкций следующих поперечных сечений:

  • двутавры прокатные, двутавры сварные, тавры прокатные,
  • уголки прокатные, сечения из пар прокатных уголков,
  • швеллеры прокатные, швеллеры сварные,
  • С-образные сечения, двойные швеллеры,
  • замкнутые сечения,
  • сквозные сечения,
  • полнотелые сечения и канаты

Все элементы металлических конструкций для расчета подразделяются на типы: колонны, балки, фермы и канаты. Колонны учитывают в расчете осевое усилие, изгибающие моменты и поперечные силы: N, My, Qz, Mz, Qy; балки – изгибающие моменты и поперечные силы: My, Qz, Mz, Qy; фермы – только осевое усилие N; канаты – только растягивающее осевое усилие N+. Это позволяет выполнять следующие расчеты:

  • расчет несущей способности балок как изгибаемых элементов;
  • расчет несущей способности ригелей как сжато-изгибаемых и растянуто-изгибаемых элементов;
  • расчет несущей способности и колонн как внецентренно-сжатых и внецентренно-растянутых элементов, а также как центрально-сжатых и центрально-растянутых элементов
  • расчет несущей способности ферм как центрально-сжатых и центрально-растянутых элементов;

Расчет несущей способности элементов металлических конструкций подразумевает получение следующих результатов:

расчет несущей способности сечения по 1-му предельному состоянию:
  • расчет на прочность, в том числе на разрыв, срез, по нормальным, касательным, приведенным (октаэдрическим) напряжениям
  • расчет на устойчивость изгибаемых, центрально- и внецентренно-сжатых элементов, в том числе при действии момента в двух плоскостях
расчет несущей способности сечения по 2-му предельному состоянию:
  • расчет по прогибу изгибаемых элементов
  • расчет по предельной гибкости сжатых и растянутых элементов
расчет несущей способности сечения по местной устойчивости:
  • расчет на местную устойчивость полок и стенок
Результатами расчета элементов металлических конструкций являются мозаики и таблицы, содержащие проценты исчерпания несущей способности элементов, работающих под воздействием заданных нагрузок. Для еще более подробного исследования элемент расчетной схемы может быть экспортирован в систему СТК-САПР.

Расчет узлов металлических конструкций

Расчет узлов металлических конструкций выполняется по СНиП II.23-81* и СП 16.13330.2011

Всего 45 разновидностей узлов. Узлы металлических конструкций - галерея.
Возможен расчет узлов металлических конструкций:
  • шарнирное примыкание двутавровой балки к колонне
  • жесткое примыкание двутавровой балки к колонне
  • стык двутавровых балок на накладках
  • сопряжение балок
  • стык колонн на высокопрочных болтах
  • шарнирная база двутавровых колонн
  • жесткая база двутавровых колонн
  • шарнирная база колонн коробчатого сечения
  • жесткая база колонн коробчатого сечения
  • примыкание связей
  • стык элементов на фланцевом соединении
  • примыкание балки к колонне на фланцевом соединении
  • опорные и промежуточные узлы ферм из уголков
  • опорные и промежуточные узлы ферм из труб (начиная с версии 2014).

Результатами расчета узлов металлических конструкций являются размеры соединительных элементов узла, краткий отчет о расчете и полная трассировка расчета узла. Трехмерную модель и чертежи рассчитанного узла можно автоматически сгенерировать в системе КМ-САПР.


Имеется режим составления сложных узлов из более простых. Так на основе простых узлов «примыкание ригеля к колонне» и «примыкания связей» можно составить сложный узел примыкания трех ригелей и четырех связей к колонне, чтобы отправить такой узел для документирования в систему КМ-САПР.


Система СТК-САПР

Если режим «Железобетонные и стальные конструкции» системы ВИЗОР-САПР реализует расчет металлических конструкций всей расчетной схемы здания, то система СТК-САПР предназначена для расчета и конструирования отдельных элементов и узлов металлических конструкций. Из ВИЗОР-САПР в СТК-САПР может быть передан один элемент стального поперечного сечения или один узел для более детального рассмотрения результатов расчета.

Для поиска оптимального конструктивного решения в СТК-САПР пользователь может быстро варьировать поперечное сечение элементов и узлов, усилия, действующие на элементы и характеристики материалов. С другой стороны, СТК-САПР позволяет выполнить расчет элемента стальных конструкций или узла стальных конструкций, минуя привлечение функциональности системы ВИЗОР-САПР. В этом случае усилия, поперечные сечения и материалы для расчета элемента или узла необходимо задать непосредственно в СТК-САПР.

Расчет на прочность фермы - Расчет нагрузок усилий на заказ

Отношение модулей упругости арматуры и бетона:

Величину предварительного напряжения арматуры принимаем из условия:

Первые потери:

1) от релаксации напряжений арматуры:

2) от температурного перепада при дельта t=65 «C :

3) потери от деформации стальной фермы нулевые

т.к. всю арматуру натягиваем одновременно:

4) от деформации анкеров натяжных устройств при дельта l=2 мм

где l=1900 мм — длина натягиваемого каната.

Первые потери предварительного напряжения арматуры составляют:

Вторые потери:

1) от усадки бетона класса В30

2) от ползучести бетона

где фи b,cr — 2,3 коэффициент ползучести для бетона В30;

Q bpj- напряжения в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой j-й группы стержней напрягаемой арматуры; для симметрично армированного нижнего пояса фермы

P(1)- усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь равно: P(1)=

Потери от ползучести бетона будут равны:

Полные потери предварительного напряжения арматуры составляют:

Значение предварительного напряжения в арматуре вводится в расчет с коэффициентом точности натяжения арматуры Ysp=0,9

Тогда усилие обжатия с учетом полных потерь составит:

Так как Ncrc =313, 8 < Nn,kp=671, 7  то трещиностойкость сечения  не обеспечена и поэтому выполняем расчет на раскрытие трещин.

Ферма в форме перевернутой пирамиды

Пример расчетной фермы с очень интересной формой статической схемы. На первый взгляд может показаться, что схема статически неопределима, но при расчетах вы заметите, что это не так и ее можно рассчитать с помощью общего аналитического метода. В общем случае ферма крепится к земле шарнирными нескользящими опорами и нагружается одной сосредоточенной силой. Вся ферма состоит из четырнадцати стержней.Из которых брусок №14 крепится к ферме, как отдельный брусок, разрушая нам красивую схему фермы. Ниже вы можете разобрать, как рассчитать такой пример.

Начнем со статической схемы фермы, рассчитаем длины стержней и опорные реакции. Следующими этапами расчета этой фермы являются расчеты поперечных (осевых) усилий в отдельных элементах. Мы будем использовать метод балансировки узлов. Расчет сил поперечного сечения в узле Е путем уравновешивания узлов и поперечного сечения альфа-альфа по методу Риттера.2} = 1 / \ sqrt {} \ б = 1 м \ конец {массив}

Мы видим, что длина вертикальных стержней равна b = 1,00 м, а стержней под углом c = 1,414 м.
Расчет опорных реакций.

 \ начало {массива} {l} \ сумма {М = 0} \\ {H_B} = 0 кН \ конец {массива} 

Затем рассмотрим всю схему фермы для оставшихся опорных реакций.

 \ сумма {Х = 0} \\ \\ {Н_А}-12=0\ {Н_А} = 12кН\ 
 \\ \\ \ сумма {{M_A} = 0} \\ - {В_В}*4+12*1=0\ 4 {В_В} = 12/:4\ {V_B} = 3кН\ 
 \ сумма {у = 0} \\ - {В_А}+3=0\ {V_A} = 3 кН 

Затем вычисляем поперечные силы в отдельных элементах фермы.Большинство членов будут рассчитаны методом балансировки узлов. Будет создано только одно сечение, благодаря которому мы рассчитаем пару стержней по методу Риттера.

Возвращаемся к методу балансировки узлов. Узел А

 \ начало {массива} {l} \ сумма {у = 0} \\ \\ - {P_2} * \ frac {1} {{1,414}} - 3 = 0 \ 0,7072 {P_2} = - 3 /: 0,7072 \ {P_2} = - 4,25кН\ \\ \\ \\ \ сумма {Х = 0} \\ \\ {P_1} + 12 + (- 4,25) * \ frac {1} {{1,414}} = 0 \ {P_1} = - 8,99 кН \ конец {массива} 

Узел С

 \ начало {массива} {l} \ сумма {у = 0} \\ {P_3} = 0кН\ \\ \\ \ сумма {х = 0} \\ {P_4} = - 8,99 кН \ конец {массив} 

Узел Б

 \ начало {массива} {l} \ сумма {у = 0} \\ {P_ {14}} = 3 кН \ конец {массив} 

Узел I

 \ начало {массива} {l} \ сумма {у = 0} \\ \\ 3 - {P_ {13}} * \ frac {1} {{1,414}} = 0 \ 0,707 {Р_{13}} = 3/:0,707\ {P_ {13}} = 4,25кН \\ \\ \\ \ сумма {х = 0} \\ \\ - {P_ {12}} - 4,25 * \ frac {1} {{1,414}} = 0 \ {P_ {12}} = - 3кН \ конец {массив} 

 \ начало {массива} {l} \ сумма {х = 0} \\ {P_8} = - 3кН\ \\ \ сумма {у = 0} \\ {P_ {11}} = 0 кН \ конец {массив} 

Теперь небольшой перерыв в расчете поперечных усилий по методу балансировки узлов и количество элементов P 10 , P 7 и P 5 будем рассчитывать по методу Риттера.Сечение α-α выглядит так.

 \ начало {массива} {l} \ сумма {{M_ {p {R_1}}} = 0} \\ \\ - {P_ {10}} * \ frac {1} {{1,414}} * 2 - 3 * 2 = 0 \ - 1,414 {P_ {10}} = 6 / :( - 1,414) \\ {P_ {10}} = - 4,24кН \\ \\ \\ \ сумма {х = 0} \\ \\ {P_5} * \ frac {1} {{1,414}} + 12 - 4,24 * \ frac {1} {{1,414}} - 8,99 = 0 \ {P_5} = 0кН\ \\ \\ \ сумма {у = 0} \\ \\ {P_7} - 3 - 4,24 * \ frac {1} {{1,414}} = 0 \ {P_7} = 6кН \ конец {массив} 

Мы почти закончили расчет этого проекта фермы.Больше баров по методу Риттера рассчитываться не будем, возвращаемся к методу балансировки узлов.

Узел Н

 - {P_6} * \ frac {1} {{1,414}} - 4,24 * \ frac {1} {{1,414}} = 0 /: \ frac {1} {{1,414}} \\ 

Узел G

 - {P_9} * \ frac {1} {{1,414}} + 4,24 * \ frac {1} {{1,414}} + 4,24 * \ frac {1} {{1,414}} = 0 /: \ frac {1 } {{1414}} \\ 

Этого будет достаточно для данного проекта, чтобы рассчитать поперечные силы в элементах фермы.Я искренне рекомендую вам решить эту проблему самостоятельно в качестве тренировки. В случае, если эта задача становится слишком легкой, я приглашаю вас к следующей.

.

Ферма, соединенная с вертикальной балкой

Еще один пример фермы с интересным статическим рисунком. Ферма опирается на неподвижные шарнирные опоры. Он состоит из двенадцати стержней, к которым прикладывается горизонтальная сила нагрузки.

Весь проект состоит из следующих элементов: статическая схема, расчет длин стержней, расчет опорных реакций, начало расчета осевых усилий с использованием метода узловой балансировки и расчет поперечного сечения альфа-альфа, т.е. видны на схеме фермы по методу Риттера.
Ниже представлена ​​статическая схема фермы, которую мы собираемся решить.

Мы уже ознакомились со схемой фермы, видим все размеры и необходимые данные. Можем начать расчеты, сначала поддержать реакции. Начнем с рассмотрения всей фермы.

 \ начало {массива} {l} \ сумма {{M_A} = 0} \\ - {В_В}*4+10*2=0\ - 4 {V_B} = 20 / :( - 4) \ {V_B} = 5кН\ \\ \ сумма {у = 0} \\ - {В_А}+5=0\ {V_A} = 5 кН \ конец {массива} 

Чтобы рассчитать следующие реакции, нам нужно разрезать вертикальный стержень, опирающийся на точку B, это выглядит так.

 \ начало {массива} {l} \ сумма {х = 0} \\ {H_B} = 0 кН \ конец {массива} 

Пересматриваем всю схему фермы для расчета реакции H A .

 \ начало {массива} {l} \\ \ сумма {х = 0} \\ - {Н_А}+10=0\ {H_A} = 10 кН \ конец {массива} 

Мы уже знаем все реакции. Приступим непосредственно к расчету поперечных усилий в ферме. Начнем с метода балансировки узлов.

Узел А

 \ начало {массива} {l} \ сумма {х = 0} \\ \\ {P_2} * \ frac {1} {{1.42}} - 10 = 0 \ 0,709 {Р_2} = 10/:0,709\ {P_2} = 14,1кН\ \\ \\ \ сумма {у = 0} \\ \\ {P_1} + 14,1 * \ frac {1} {{1,41}} - 5 = 0 \ {P_1} + 10 - 5 = 0 \ {P_1} = - 5кН \ конец {массива} 

Узел Б

 \ начало {массива} {l} \ сумма {у = 0} \\ {P_ {12}} = - 5кН \ конец {массива} 

Узел G

 \ начало {массива} {l} \ сумма {х = 0} \\ \\ - {P_ {11}} + 5,77 * \ frac {1} {2} = 0 \ {P_ {11}} = 2,887 кН \\ \\ \\ \ сумма {у = 0} \\ \\ {P_ {10}} * \ frac {{1,732}} {2} + 5 = 0 \\ 0,866 {Р_ {10}} = - 5 /: 0,866 \ {P_ {10}} = - 5,77 кН \ конец {массива} 

Узел Е

 \ начало {массива} {l} \ сумма {у = 0} \\ \\ - {P_9} * \ frac {{1,732}} {2} + 5,774 * \ frac {{1,732}} {2} = 0 /: \ frac {{1,732}} {2} \\ {P_9} = 5,774кН\ \\ \\ \ сумма {х = 0} \\ \\ - {P_8} - 5,774 * \ frac {1} {2} - 5,774 * \ frac {1} {2} = 0 \ {P_8} = - 5,774 кН \ конец {массива} 

Теперь небольшая пауза в расчете этой фермы методом балансировки узлов.Следующие три бара рассчитаем по методу Риттера, поперечное сечение которого показано ниже.

 \ начало {массива} {l} \ сумма {{M_ {p {R_2}}} = 0} \\ \\ - {P_6} * \ frac {1} {2} * 1,732 - {P_6} * \ frac {{1,732}} {2} * 1 - 5 * 2 = 0 \ - 0,866 {Р_6} - 0,866 {Р_6} = 10\ - 1,732 {Р_6} = 10/:(- 1,732)\ {P_6} = - 5,774кН\ \\ \\ \\ \ сумма {у = 0} \\ \\ 5,774 * \ frac {{1,732}} {2} + 5 - {P_4} * \ frac {2} {{2,828}} = 0 \ 5+5-0,707{Р_4}=0\ 0,707{Р_4}=10/:0,707\ {P_4} = 14,14кН\ \\ \\ \\ \ сумма {х = 0} \\ \\ - {P_5} + 5,774 * \ frac {1} {2} - 14,14 * \ frac {2} {{2,828}} = 0 \ - {Р_5} + 2,887 - 10 = 0\ {P_5} = - 7,113 кН \ конец {массива} 

Возвращаемся к методу балансировки узлов.
Узел Н

 \ начало {массива} {l} \ сумма {у = 0} \\ \\ {P_3} + 14,14 * \ frac {1} {{1,414}} - 14,14 * \ frac {1} {{1,414}} = 0 \ {P_3} = 0 кН \ конец {массива} 

Узел D

 \ сумма {у = 0} \\ \\ - {P_7} * \ frac {{1,732}} {2} + 5,774 * \ frac {{1,732}} {2} = 0 /: \ frac {{1,732}} {2} \\ \\ {P_7} = 5,774 кН 

Мы видим, что этот пример существенно не отличается от своих предшественников, но его интересная схема создает большие возможности для самостоятельного изучения и проверки решения.Напоследок приглашаю вас на следующий материал.

.

Стальные конструкции, фермы - применение и характеристики

Стальная ферма — одна из самых популярных форм структурных систем. Он хорошо работает в холлах и промышленных складах. Распределение его элементов, таких как рейки или ремни, обеспечивает равномерное распределение нагрузки (например, когда лист прикреплен к конструкции) в результате действия внутренней силы. Если вы хотите узнать, является ли это решением, которое вы ищете, мы представляем характеристики ферм.

Проектирование стальных конструкций

Ферма со статической схемой отлично смотрится в 2D, да еще и на листе бумаги. Поэтому с предложенной структурой легко сделать рисунок, который послужит вам представлением реального состояния. Обратитесь за помощью к специалисту, который сделает проект исходя из ваших потребностей и ожиданий. Благодаря этому вы сможете детально рассмотреть план строительства и внести любые коррективы.

Возведение конструкции из стальных ферм

Способ возведения стропильной конструкции зависит от того, для чего конкретно она вам нужна. Лучше всего подходит для строительных кранов в качестве главных и промежуточных балок, а также балок . Он также используется для стропильных ферм, которые представляют собой конструкцию, которая крепится под кровельным покрытием. Также может использоваться в решетчатых каркасах, являющихся частью конструкции палаточных залов.

Стальные фермы — очень удобный и простой в сборке тип конструкции. Они состоят из четырех основных компонентов, таких как:

  • верхний пояс
  • нижний пояс
  • вертикальные столбцы
  • диагональных креста.

Специалист компании Облегченная обшивка рассказывает, что такие конструкции просты в возведении, а значит, конструкцию фермы можно изготовить даже за две недели. Это зависит от размера конструкции и отдельных элементов, которые будут использоваться при строительстве.Стоит найти хорошую компанию, которая как следует позаботится о сборке. Все, что вам нужно сделать, это позвонить и записаться на прием к специалисту, чтобы уточнить детали предпочтительной конструкции.

Стальные пространственные фермы

Если вам нужно складское решение, выбирайте просторную стальную решетку. Он прочнее и, в отличие от других видов ферм, обладает несущей способностью в любом направлении. Исключительно прочная конструкция, которая используется при строительстве опор ЛЭП, а также мачт теле- или радиовышек. Обычно такие элементы также используются в качестве стального каркаса высотных зданий. Очень популярным примером использования космических ферм является Эйфелева башня .

.

Механизмы разрушения узлов ферм РИТ

Сейчас вы находитесь в разделе: Проектирование механизмов отказа узла фермы из RHS
. Он добавил: Стальные конструкции | Теги: механизмы разрушения, узлы, RHS

В соответствии с указанными европейскими стандартами можно выделить несколько основных механизмов разрушения узлов фермы из труб квадратного и круглого сечения - описано обозначение сечения элемента, как указано на английском языке короче RHS и CHS.В рамках этого поста мы представим механизмы разрушения узлов для RHS - т.е. квадратных труб.

Информацию о механизмах разрушения узлов фермы из квадратных труб вместе с обзорными схемами можно найти в европейском стандарте PN-EN 1993-1-8 Проектирование узлов. В главе 7 вышеуказанного стандарта находим сведения о расчете отдельных механизмов, по сведениям, включенным в стандарт, различаем следующие механизмы разрушения:

  • механизм двойного перевода - характеризующийся развалом стенки секции ПВС в месте возникновения сжатой поперечины и утолщения этой секции в узле расположения диагонали растяжения
  • отрыв диагонали натяжения от пояса - в случае данного механизма разрушения срезаются верхние стенки рассматриваемого пояса,
  • асимметричная местная потеря устойчивости распорки сжатия - относится к местной потере устойчивости стенок элементов фермы (диагоналей)
  • разрушение сварного шва - в этом механизме сварной шов или стойка разрушаются при растяжении из-за высокого растягивающего усилия
  • пластическое истирание стенок ремня - истирание происходит в узле ремня на стыке диагоналей сжатия и растяжения
  • местное выпучивание стен пояса - можно выделить 2 схемы разрушения, первое касается местного выпучивания стенок пояса в месте сжатого обрезного стержня, а вторая возможная схема разрушения касается выпучивания пояса на сторона натяжной диагонали


Приглашаем вас поискать другие статьи и информацию на нашем сайте:

.

16 Строительство и расчет стальных зданий

16. Вопросы проектирования и расчета зданий стальных цехов / Каркас

II/11. Расчет стропильных ферм и их связей 9000 4

Фермы играют роль стропильной фермы, т.е. несущего элемента, обычно расположенного поперек продольной оси зала.

  • отдельно стоящий элемент (шарнирный на стойках)

  • каркас ригельный (жесткое соединение с колоннами)


Гибкость сжатого стержня: λ <250

При горизонтальной проекции стержня ≤ 6,0 м учитывать изгиб стержня под действием собственного веса не нужно.

Длина стержней изгиба / l w /

  1. в случае коробления в плоскости

- для поясов, а также опорных стоек и диагоналей l w = l t (l t - теоретическая длина)

- поперечины и промежуточные стойки l w = l t

  1. для выпучивания из плоскости решетки

- ремни, поперечины, стойки l w = l t

Габаритные размеры - это высота фермы и пролета

Оптимальная высота фермы h = (1/6-1/12)l

Хорошо использовать горизонтальный модуль = 3,0 м


Прогиб


где:

N и -характеристическое усилие в стержне

N 1 и - усилие в стержне от нагрузки с единичной силой P = 1


А г - площадь поперечного сечения верхнего пояса

А d - площадь поперечного сечения нижнего пояса

e- расстояние между верхней и нижней полками

Для больших пролетов можно использовать стрелу обратного прогиба

Размеры включают отдельные элементы (растяжение или сжатие) и соединения (болтовые, сварные).

Задача: обеспечить устойчивость плоских, неустойчивых ферм.

  • продольно к горизонтали верхних поясов

  • продольные на уровне нижних поясов

  • решетки, соединяющие верхние пояса двух соседних ферм

  • предохранить стержни верхнего пояса от коробления от плоскости фермы

  • используется между полосами двух соседних краевых ферм (рядом с фронтонами и компенсационными швами) и в каждом восьмом поле на расстоянии <60 м

  • соединяется непосредственно с поясами или с помощью косынок

  • они являются опорой для крепления крыши

  • обеспечить правильное расположение ферм во время сборки

  • используется в плоскости опорных колонн

Продольные раскосы в уровне верхних поясов

  • проектируется при наличии в линии колонн подвязочных решеток

  • обеспечить устойчивость решеток

Продольные связи в уровне нижних поясов

  • обеспечить устойчивость верхних поясов балочных решеток

  • предотвратить коробление нижних ремней


  • расположены по всей длине зала

  • размещены по всей длине зала

Крыша и вертикальные связи обязательны.

II/12. Конструктивные системы одноэтажных производственных цехов и их концентраций, колонны в залах с опорным транспортом.


  1. колонны закреплены и прикреплены к транцу

  • наиболее часто используемый, часто решетчатый болт и сплошная или решетчатая стойка

  • преимущества: высокая поперечная жесткость, легкая адаптация к новым технологическим процессам, относительно небольшой расход стали

  • недостатки: неблагоприятен для слабых грунтов (т.к. поворот колонны вместе с фундаментом оказывает существенное влияние на смещение подкранового пути)

  1. жесткое соединение колонны с фундаментом и ригелем

  • неблагоприятный для суши и неоднородный

  • следует избегать в залах с большим отношением пролета к высоте

  • очень важен выбор подходящей жесткости стоек и ригелей

  • Из-за очень высокой жесткости рекомендуется для тяжелых кранов.

  1. каркасная система, колонны шарнирно соединены с фундаментом

  • рекомендуется для высоких залов, пролет 12-24м

  • стоек и ригелей, чаще сплошных стен

  • трудности при сборке

  • возможно использование дополнительного конькового соединения

чаще всего одинаковой высоты и размаха


  • проход с большими размерами посередине


  • когда соседние нефы имеют разную высоту и краны опираются на разные уровни, обычно две опоры ставят рядом друг с другом (но не обязательно)


  • обычно сочлененный (колонна - фундамент)


Раскосы – создают геометрически неизменную конструкцию.

Раскосы используются во всех плоскостях, замыкающих пространство зала.

  • крыша (подготовлено в вопросе II / 11)

  • в двускатных стенах и длинных стенах

Вертикальные, поперечные и горизонтальные раскосы стен используются редко.

Вертикальные продольные распорки стен

  • решетка или каркасная решетка


  • часто подкрановая балка используется для продольной связи

  • в многопролетных залах вертикальные продольные связи располагаются также в плоскостях межнефных колонн (обеспечивают устойчивость плоских систем вдоль здания, т.к. колонны в этом направлении чаще всего шарнирные)

  • продольная вертикальная связь рассчитана на действие ветра на фронтонную стену зала и горизонтальное действие крана

Общая устойчивость конструкции зала в ряде случаев может быть обеспечена за счет проектирования жесткого железобетона, бетона, кирпичной кладки, волнистых или волнистых плит.

Столбы в залах с поддерживаемым транспортом

В промышленных цехах используются как сплошные, так и решетчатые опоры. Сечение колонны может быть постоянным по всей высоте или переменным ступенчатым образом. Колонны постоянного сечения применяются в залах, оборудованных мостовыми кранами малой грузоподъемности, или в залах с подвешенным к конструкции крыши транспортом.

Для более крупных кранов чаще всего используют колонны переменного сечения. Они могут быть балочно-балочными (полностенными) и решетчатыми конструкциями.Также возможно применение конструкций, в которых верхняя часть колонны сплошная, а нижняя - решетчатая.

В двухчастных колоннах в плоскостях, параллельных плоскостям действия изгибающего момента, отдельные ветви соединяются решеткой, а в других плоскостях, где моменты не возникают, применяют обычные латы.

Статические схемы колонн зависят от расчетных схем основных поперечных и продольных систем зала.В однонефных залах наиболее распространенным решением является закрепленная в фундаменте колонна для плоскостей поперечной системы и неподвижная или шарнирная для плоскости продольной системы. в многопролетных залах также можно встретить маятниковые колонны, сочлененные с фермой и фундаментом.

II/13. Нагрузки и расчеты подкрановых балок

В настоящее время преобладают однопролетные подкрановые балки со сплошной стенкой, свободно опертые, с пролетами, равными шагу колонн холла (6-24м).

Верхняя балка балки расширена или усилена горизонтальной растяжкой (при горизонтальном перпендикулярном воздействии крана), это дополнительно выгодно тем, что верхняя полка сжата (устойчивость)

Подкрановые пути чаще всего представляют собой подкрановые рельсы, которые при правильном соединении с балкой могут быть включены в конструкцию для взаимодействия с балкой.

Подкрановые балки воспринимают следующие нагрузки:

  • концентрированные: давления крановых колес (кратковременные, а для групп У5, У6 - длительные)

  • равномерно распределяется от веса: собственной балки, антиблокировочной штанги, рабочей нагрузки (на платформу и раскосы)

  • от поперечного торможения тележки крана (+ боковой удар колес)

  • от продольного торможения моста

  1. дополнительные типовые нагрузки окружающей среды (при отсутствии зала, т.е.ветер)

На базе имеется 6 групп напряженности работы подкрановых балок (У1-У6).

  • классы нагрузки на балку (Q1-Q4) i

  • классы использования портала (C1-C8)

Группы интенсивности работы балки увеличиваются на один градус, если предполагается постоянное взаимодействие двух мостовых кранов.

Схемы нагрузки (геометрия + значение) после выбора крана определяются на основе текущих каталогов кранов.

В принципе, на определение размеров подкрановых балок распространяются положения ПН-90/В-03200 (основного стандарта на металлоконструкции), за исключением усталостной прочности и теории пластичности.

Должны быть соблюдены условия жесткости (SLS), прочности (ULS) и усталостной прочности.

требует проверки прогибов с учетом длительной части знакопеременной нагрузки.

вертикальное отклонение a гр a гр = l/400 - l/600 (зависит от типа крана)

горизонтальное отклонение a г = l / 1000 a г ≤10 мм

Он спроектирован по методу предельных состояний, таких как типовые катаные балки или пластинчатые фермы.

Проверка нормальных напряжений в отдельных наиболее нагруженных участках

  • горизонтальное действие (H P , H R ) передается без скручивания через верхний фланец или раскос

  • вертикальное действие передается через все сечение

Проверка касательных напряжений (сдвиг)

  • работы для балочных опор с учетом коэффициентовдинамичный

Проверка эквивалентных напряжений


  • на кромке стенки, примыкающей к полке, нагруженной крановыми колесами



  • на кромке стенки, прилегающей к нижней кромке (горизонтальные силы не действуют)

Проверка напряжений в угловых или стыковых швах

  • те, что соединяют паутину аккордами

  • как обычные расчеты сварных соединений

Усталостная прочность

Усталость материала можно не учитывать для балок, нагруженных кранами У1, У2, У3 и если R a ≤355 МПа и без опасных надрезов (согласно инструкции).Обычно усталостную прочность проверяют в местах максимальных растягивающих и сжимающих напряжений. Принимаются характерные значения нагрузок с учетом динамического фактора. Проверяется усталостная прочность стали и сварных швов.

II/14. Конструктивные системы каркасов многоэтажных зданий

В каркасных зданиях все существующие нагрузки, в том числе вес стен и перекрытий, передаются на фундамент и грунт через так называемую несущую конструкцию.каркас, который состоит из колонн, перекрытий, балок и раскосов, при этом стены здания служат главным образом преградами для защиты от непогоды, шума и т. п. и обычно работают на высоте одного этажа.

  1. Шарнирная система с вертикальными связями в виде стен.

В зданиях высотой до 6 этажей функцию вертикальных поперечных раскосов могут выполнять фронтонные стены - каменные, бетонные или фахверковые, заполненные кирпичом или бетоном толщинойНе менее 25 см, при условии, что они не имеют больших отверстий.

Каркасы могут иметь: все узлы жесткие, внутренние колонны каркасов могут быть шарнирными (неразрезные стропила, свободно опирающиеся на внутренние колонны, или наружные колонны могут быть шарнирными, а внутренние узлы жесткими. Изгибающие моменты и поперечные силы Сборка таких узлов достаточно хлопотно, а рама демонстрирует относительно низкую жесткость к горизонтальным нагрузкам.К преимуществам каркасной системы можно отнести отсутствие дополнительных элементов жесткости. Это позволяет свободно обустроить внутреннюю часть здания.

  1. Каркасная система с плоскими вертикальными связями

При использовании плоских каркасов в зданиях выше 10-12 этажей из экономических соображений следует вводить дополнительные вертикальные связи. Каркасные системы позволяют использовать все пространство между колоннами, поэтому их применяют там, где это необходимо, а на остальных этажах используют решетчатые системы.Получается смешанная ферменно-каркасная система. В такой системе большая часть горизонтальных усилий поглощается в верхней части рамой, а в нижней — фермой.

  1. Шарнирная система с плоскими вертикальными раскосами.

Компоновка вертикального каркаса состоит из двух систем:

  • каркасная конструкция, воспринимающая вертикальные нагрузки, состоящая из регулярных сеток балок перекрытий, сочлененных с колоннами

  • конструкция, передающая горизонтальные нагрузки, состоящая из жестких плит перекрытия, передающих эти нагрузки на плоские вертикальные связи в виде решетчатых или сплошных опор.

Преимуществом такой компоновки является простота, особенно шарнирных соединений между балками и колоннами, что обеспечивает быструю сборку. Недостатком, с другой стороны, являются вертикальные связи, которые ограничивают свободу функциональных решений внутри здания. Такая планировка подходит для зданий высотой до 30 этажей.

В целях противопожарной защиты лифты и лестничные клетки ограждены стенами, обычно железобетонными. Это создает вал, который можно использовать в качестве пространственной вертикальной связи.К преимуществам таких решений можно отнести отсутствие отдельных вертикальных раскосов, которые затрудняют сборку каркаса и мешают обустройству интерьера здания. Они могут использовать небольшое количество типизированных элементов в более крупном масштабе. Оба эти фактора удешевляют конструкцию и упрощают монтаж, чему также способствует более раннее возведение железобетонной шахты.

Возможны следующие решения:

  1. Консольные перекрытия закреплены в шахте.При большом пролете перекрытий этот вид крепи вообще неэкономичен и дает относительно большие прогибы на концах опор.

  2. Основной кронштейн, прикрепленный к верхней части шахты, поддерживает систему колонн с опирающимися на нее потолками. Это решение требует дорогостоящей консольной конструкции, нагруженной как минимум половиной веса здания, при сохранении расположения колонн.

  3. Главный кронштейн, прикрепленный к верхней части шахты, поддерживает напольную систему с помощью подвесов.Эта система устраняет компоновку колонн и заменяет их натяжными элементами. Недостатком здесь является неэкономичная, погнутая главная опора с трудным ее креплением в валу.

  4. Стропы свободно опираются одним концом на центральный вал, а дорогим на канаты. Канаты подвешиваются наполовину через подвеску вала и, пройдя через подшипники скольжения на внешних краях софита крыши, свисают вертикально вниз. Это решение позволяет отказаться от основных изгибающихся элементов (кронштейнов) и дорогостоящего крепления подвесок в стержне или на концах основных опор.Такая компоновка особенно выгодна в условиях закладки фундаментов в зонах горных повреждений.

  5. Системы оболочки. Наибольшая пространственная жесткость здания может быть достигнута за счет применения несущих конструкций оболочки. В этой системе система стоек и ригелей соединена жесткими узлами, так что всю систему можно рассматривать как перфорированную трубу, закрепленную в фундаменте.
















Поисковая система

Аналогичные подстраницы:
14 Конструктивно-расчетные вопросы стальных элементов
16 Антииспытательное наследование и расчет резервных значений 16754 п.п.
Расчеты конструкций (1), конструкции пк, сем4, стены
ЭД Проблемы конструкций малой мощности (2)
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА СТАЛЬНОЙ КРОВЛИ ЖЕЛЕЗОБЕТОН, конструкция
Вопросы, конструкции
16.Обсудить ход расчетов и способ представления результатов в МСК.Патран, Исследования, ЗМБ
7. Марки стойкой стали, Исследования, Проектирование - строительные материалы, 4. Расчеты, 1. Методические рекомендации и стандарты
Бетонные строительные вопросы, Технологическая
3. Напорно-расчетно-нормальная, Исследования, Проектирование - строительные материалы, 4. Расчеты, 1. Методические указания и
2 Конструктивно-технологические вопросы д 19754
2 Конструктивно-технические вопросы
Сталежелезобетонные конструкции
ЭД Проблемы конструкций Котлы и турбин (1)
ЭД Проблемы конструкций Реакторы (1)
Стальные и железобетонные конструкции зданий
Проблемы конструкции
ЭД Проблемы конструкции Реакторы
ПН 90 Б 03200 Расчеты и проектирование металлоконструкций

больше похожих подстраниц

.

Мосты пешеходные - формирование и проектирование

Основной задачей пешеходных мостов является проведение пешеходного движения или пешеходного и велосипедного движения через наземные препятствия в виде водотоков, путей автомобильного и железнодорожного сообщения или других препятствий, созданных природой или деятельностью человека.


Основные вопросы и направления проектирования
Строительство пешеходных мостов связано с обеспечением надлежащих условий жизни и развития жителей территории, на которой они сооружаются.Нередко эти сооружения используются и для повышения туристско-рекреационной ценности культурно и природно ценных территорий (пешеходные мосты на туристических маршрутах в настоящее время достигают рекордных пролетов).
Длина самых длинных пешеходных мостов достигает 440 м. Это подвесные и канатные пешеходные мосты: 439 м - SkyBridge, Россия; 430 м - Стеклянный мост Гранд-Каньон Чжанцзяцзе, Китай; 406 м - Пешеходный мост Highline-179, Австрия; 390 м - пешеходный мост Коконоэ "Юмэ" Оцурихаси, Япония; 375 м – пешеходный мост Рюдзин, Япония; 374 м – Raiffeisen Skywalk, Швейцария; 360 м – Хангезайльбрюке Гайерлай, Германия; 340 м - Панорамный мост Зигрисвиль, Швейцария.

Как и каждое мостовое сооружение, пешеходные мосты являются уникальными сооружениями, требующими индивидуального подхода из-за большого количества разнообразных условий, влияющих на выбор конструктивного решения. Однако при проектировании пешеходных мостов есть дополнительные аспекты, которые необходимо учитывать проектировщику. Относительно низкие эксплуатационные нагрузки на пешеходные мосты, малая полезная ширина площадки, менее жесткие требования к радиусам горизонтальных и вертикальных кривых, допустимым уклонам отметок, обзорности или уклону на кривых позволяют возводить эффектные и оригинальные конструкции с минимальными затратами. сложные архитектурные формы.Это привлекает внимание большой группы дизайнеров и архитекторов.
Основные тенденции, наблюдаемые при проектировании пешеходных мостов:
■ приведение масштаба конструкции в соответствие с человеческим масштабом (приведение масштаба объекта в соответствие с физическими и психическими характеристиками человека)
■ большая свобода придания формы объекту в план и продольный разрез
■ малый собственный вес конструкции
■ малая полезная ширина площадки (обычно в пределах от 1,5 до 4,0 м)
■ использование современных строительных материалов
■ большое значение эстетики конструкции, большое внимание детали конструкции
■ увеличение ширины пролета.

Конструктивные формы пешеходных мостов
Мосты проектируются в виде однопролетных или многопролетных ферменных конструкций (с применением плоских и пространственных ферм), пластинчатых и пластинчато-балочных, арочных и подвесных, висячих и ленточных конструкций, а также канатных конструкций с размещенными площадками непосредственно на подъемных канатах, натянутых над препятствием (рис. 1).

Рис. 1. Наиболее распространенные типы конструкций пешеходных мостов


Классические дизайнерские решения, используемые при оформлении пешеходных мостов, часто отличаются большей визуальной динамикой.Эта динамика достигается прежде всего за счет использования криволинейных форм, наклонов, а иногда и взаимопроникновения конструктивных элементов. Как правило, динамизм формы конструкции достигается за счет избегания преобладания прямого угла, а также вертикального и горизонтального направлений.
Общий принцип рентабельного проектирования мостов заключается в том, чтобы стремиться к максимально короткой конструкции с наименее сложной геометрией в плане и профиле. В случае пешеходных мостов это правило строго не соблюдается.Больше свободы в формировании геометрии конструкции. Меньшая материалоемкость и относительно небольшое количество конструктивных элементов способствуют сохранению благоприятных экономических показателей и при более сложной геометрии конструкции. Однако такой метод проектирования должен быть хорошо продуманным и рациональным, чтобы не ухудшались экономические или технико-экономические показатели эффективности проекта (например, производительность, материалоемкость, фондоемкость, показатели фондоемкости).

Сечения пешеходных мостов отражают решения, использованные в мостовых конструкциях, но масштаб этих сечений намного меньше. В проектируемых пешеходных мостах используются плитные, пластинчато-балочные, ферменные и коробчатые сечения. Из-за малой строительной высоты коробчатые секции выполнены без смотровых колодцев, герметичными, защищенными от коррозии, например, металлизацией и/или продувкой и заполнением нейтральным газом, например азотом, для просушки внутренней части коробок и удалить из воздуха кислородную часть, ответственную за развитие коррозии [1, 3].
Часто облегченные настилы изготавливают в виде стальной решетчатой ​​системы, состоящей из продольных основных прогонов и соединяющих их поперечин. Плиты-площадки изготавливаются из железобетонных плит, стальных плит, усиленных продольными ребрами (ортотропные плиты) или в виде ажурных площадок из твердых пород дерева (отечественных или экзотических).

Рис. 2. Примеры сечений пешеходных мостов

Строительные материалы
Проектировщики пешеходных мостов используют как традиционные строительные материалы, так и последние достижения в области материалов.Дерево (натуральный и клееный), бетон (железобетон, предварительно напряженный бетон), сталь (общестроительная, низколегированная, нержавеющая, коррозионностойкая, высокопрочная сталь) и РПК (реактивно-порошковый бетон) из реактивных порошков ( используются сверхвысококачественные бетоны), текстильно-армированный бетон, композиционные материалы (композиты FRP, сталебетонные композиты, бетон-дерево, дерево-сталь), алюминий и многослойное стекло. Очень часто пешеходные мосты являются первыми прототипами конструкций, возводимых из новых строительных материалов.К элементам архитектурной отделки относятся щебень, строительная керамика (клинкерный кирпич), архитектурные бетонные плиты и габионные корзины, заполненные декоративными материалами (щебень, галька, дерево, цветные стеклянные блоки и др.).

Геометрические и функциональные требования
Основные геометрические параметры пешеходных мостов включают полезную ширину, продольный наклон платформы и геометрические параметры пандуса и/или лестницы, образующих доступ к пешеходному мосту.
Рекомендации по формированию ширины тротуаров и самостоятельных пешеходных и велосипедных дорожек представлены в юридических журналах [4 и 5]. Для них требуется ширина тротуара не менее 1,5 м. В случае безаварийного движения пешеходов выше или ниже пути сообщения ширина пешеходного перехода должна быть не менее 3,0 м - если это надземный переход (пешеходный ) и 4, 5 м - если это подземный переход (например, тоннель) (§127 п.12 [4]). В случае проектирования пешеходных и велосипедных пешеходных мостов должны выполняться дополнительные требования по обеспечению соответствующей ширины велосипедных дорожек на причале, представленные в § 47 [4]. Согласно схеме габарита велосипедной дорожки, по ее краям должны быть предусмотрены дополнительные ремни безопасности шириной 0,2 м у препятствия и 3,0 м, когда оно является элементом безаварийного перекрестка, осуществляющего движение транспорта по другому пути сообщения.
Ширина объекта для пешеходов и велосипедистов может составлять:
■ мин. 2,5 м, при совмещении пешеходного движения с односторонним велосипедным движением
■ мин. 3,4 м, при разделении пешеходной полосы и велосипедной дорожки с односторонним движением на пешеходном мосту
■ мин. 3,9 м, при разделении на пешеходном мосту пешеходной полосы и велосипедной дорожки с двусторонним движением.

Рис. 3. Сводная информация о полезной ширине платформы


В случае пешеходных и велосипедных пешеходных мостов, являющихся частью пешеходного перекрестка без столкновений, и двусторонней велосипедной дорожки на отдельных полосах движения, необходимая полезная ширина платформы составляет мин.5,4 м (рис. 3).

Дальнейшие указания, представленные в [4, 5], касаются:
■ высоты вертикальной колеи над тротуаром или велосипедной дорожкой - не менее 2,5 м
■ устройство доступа к пешеходному мосту в виде пандуса, и исключительно в форма лестницы (§59 [5], §45 п. 6 [4], §133 п. 1 [5]). В качестве альтернативы используются лифты. Однако этот вариант может быть дорогостоящим (инвестиционные затраты и затраты на техническое обслуживание: осмотры, ремонт, очистка) и вызывает опасения по поводу универсального доступа, а также надлежащей технической эффективности и склонности к вандализму
■ продольный наклон пешеходной рампы (рис.4)
■ продольный уклон тротуара или самостоятельного пешеходного перехода - не более 6%
■ продольный наклон велосипедной дорожки
- не более 5% (в исключительных случаях
- не более 15%)
■ использование перил для предотвращения падение людей с высоты (§252 [5]).

Рис. 4. Продольный наклон пандуса для движения пешеходов

При устройстве пешеходных мостов над путями сообщения целесообразно (хотя и не требуется по нормативным документам) использовать выступающие над уровнем поверхности платформы береговые бордюры для предотвращения случайного падения упавшего предмета за край платформы.

Нагрузки на пешеходные мосты
Введение стандартов Еврокода немного изменило правила проектирования. Модели объектных нагрузок, а также значения парциальных коэффициентов безопасности и комбинированных коэффициентов сильно изменились. Не изменился основной принцип определения надежных внутренних сил, требующий задания переменных нагрузок в соответствующих областях таким образом, чтобы можно было получить наиболее неблагоприятный эффект. Переменные нагрузки следует прикладывать в продольном и поперечном направлениях к неблагоприятным участкам линии воздействия (поверхности).Расчетное значение нагрузок определяется с использованием частного коэффициента запаса прочности γ sup = 1,35.
Действующий стандарт PN-EN 1991-2 [8] определяет следующие модели и значения переменных нагрузок для пешеходных мостов:
■ Равномерно распределенная нагрузка на толпы и/или велосипеды q fk - значение нагрузки определяется в соответствии со следующим уравнением:


где:
L - длина груза [м].

Рис.5. Графический ход функции нагрузки в зависимости от длины нагруженного участка L


Определение длины L следует увязывать с нормативным положением, требующим приложения нагрузки q fk в продольном и поперечном направлениях на неблагоприятных участках линии воздействия (поверхности).
На рис. 5 представлен график функции нагрузки в зависимости от длины нагрузочного участка L.
пешеходного моста, следует принять Модель нагрузки 4 (LM 4), согласно которой q fk = 5,0 кН/ м 90 130 2 90 131.
■ Сосредоточенная нагрузка Q fwk в 10 кН - эта сила, если применимо, приложена к поверхности размером 10x10 см (аналогично определению площади давления колеса на асфальтовое покрытие). Эту нагрузку рекомендуется использовать только при проверке местных эффектов. Если пешеходный мост рассчитан на наличие служебного автомобиля, нагрузки Q fwk не учитываются.
■ Нагрузка служебного автомобиля Q serv - в проект пешеходного моста должен быть включен один служебный автомобиль, если предполагается, что он может быть размещен на пешеходном мосту и если никакое постоянное препятствие не препятствует въезду автомобиля на пролет.Правила принятия модели сервисной нагрузки представлены в главе 5.3.2.3 стандарта [8]. Служебным транспортным средством может быть транспортное средство, определенное в разделе 5.6.3 [8] как исключительная нагрузка на пешеходный мост (рис. 6).
Нагрузки q fk , Q fwk , Q serv определены в стандарте [8] как взаимоисключающие нагрузки.
■ Нагружение горизонтальной силой Q flk - рекомендуется учитывать горизонтальную силу Qflk, действующую по оси пролета пешеходного моста на уровне тротуара одновременно с соответствующей вертикальной нагрузкой, но ни в коем случае с сосредоточенной нагрузкой Q fwk .Характерное значение горизонтальной силы следует принимать в соответствии с главой 5.4 стандарта [8].
■ Чрезвычайная нагрузка – определяется как интенсивность движения под мостом (транспортные средства ударяются о платформы пешеходного моста) и как исключительное присутствие тяжелого транспортного средства на пешеходном мосту. Силы удара транспортного средства о легкие конструкции, в том числе пешеходные мосты, требуют индивидуального определения в технической документации или в национальном приложении. Однако, прежде всего, рекомендуется, чтобы в проекте был предусмотрен соответствующий вертикальный калибр между поверхностью земли и нижней частью пролета пешеходного моста для защиты от ударов транспортных средств.
Исключительную нагрузку в виде двухосного тяжелого транспортного средства на пролет пешеходного моста (рис. 6) следует учитывать, если никакое постоянное препятствие не препятствует въезду транспортного средства на пролет и если транспортное средство не включено в расчетов в качестве служебного (служебного) автомобиля.

Рис. 6. Исключительная нагрузка в виде двухосного большегрузного автомобиля на пролете пешеходного моста


■ Динамические нагрузки - динамические нагрузки на пешеходные мосты могут исходить от различных источников, напримерпешеходов, ветра, вандализма и т.п. В случае легких конструкций пешеходных мостов с низким уровнем виброгашения динамические воздействия пешеходов (ходьба, бег, прыжки, танцы) могут привести к нарушению комфортности пользования конструкцией и должны учитываться в проверяемых предельных состояниях, связанных с вибрацией. Рекомендации по динамическим нагрузкам при движении пешеходов представлены в главе 5.7 свода правил [8] и в главе A2.4.3.1 свода правил [10]. Динамический анализ конструкции и проверку критериев комфортности следует проводить, если базовая частота колебаний пролета пешеходного моста ниже 5,0 Гц при вертикальных колебаниях и 2,5 Гц при горизонтальных (поперечных) и крутильных колебаниях.


Другие нагрузки на пешеходные мосты, вытекающие из положений стандартов Еврокода: в соответствии с процедурой, установленной в главе 8 настоящего стандарта.
В случае ветрового давления на нагруженный толпой пролет, принимаемого в качестве ведущей нагрузки на пешеходный мост, определяемое воздействие ветра следует учитывать в расчетах как сопутствующую переменную нагрузку Ψ 0 · q w , х (2) .В случае пешеходных мостов коэффициент Ψ 0 для действия ветра равен 0,3. Воздействия ветра не учитываются в исключительных расчетных ситуациях (глава A2.2.5 [10]).
Принципы учета статического и динамического воздействия ветра на пешеходные мосты в широком диапазоне рассмотрены в [12].
■ Снеговая нагрузка – в соответствии со стандартом [10], раздел A2.2.3, не требуется учитывать снеговые нагрузки вместе с нагрузкой от толпы или со служебным транспортным средством, за исключением определенных географических зон и определенных типов пешеходных мостов.Особые типы пешеходных мостов и географические зоны, требующие учета снеговой нагрузки, могут быть перечислены в Национальном приложении к стандарту (в настоящее время такого приложения не существует). Снеговые нагрузки не учитываются в исключительных расчетных ситуациях (глава A2.2.5 [10]). При строительстве пешеходного моста снеговая нагрузка, если она используется, должна учитываться как сопутствующая нагрузка с коэффициентом Ψ 0 = 0,8 (табл. П2.2 [10]).
■ Тепловые нагрузки - правила определения тепловых нагрузок приведены в главе 6 ПН-ЕН 1991-1-5 [13].Учет тепловых эффектов при расчете конструкции требует: определения температуры для заданного расположения объекта, корректировки значения температуры в зависимости от типа конструкции (тип 1 - стальной настил, тип 2 - композитный настил, тип 3 - бетонное покрытие), выбор распределения температуры по высоте поперечного сечения с учетом смягчающих факторов, таких как толщина покрытия, с учетом одновременного воздействия температурных составляющих (равномерная составляющая и составляющая температурного перепада ).
Тепловые воздействия, рассматриваемые как сопутствующие нагрузки, следует применять с коэффициентом Ψ 0 = 0,6. Рекомендуемое значение Ψ 0 для тепловых воздействий в большинстве случаев может быть уменьшено до нуля при предельных состояниях EQU, STR и GEO. Совместное воздействие температуры и ветра не нужно принимать во внимание, если этого не требуют местные климатические условия.
■ Воздействия на перила - положения стандарта [8] относительно нагрузки на перила пешеходных мостов (глава 5.8) требовать их нагружения аналогично ограждениям тротуаров автомобильных мостов (глава 4.8 [8]). Однако в стандарте есть ссылка на несуществующий стандарт EN 1317-6. Поэтому в настоящее время нет полных указаний по определению нагрузки на перила. В главе 4.8 свода правил [8] представлены только предварительные рекомендации по определению нагрузок на перила пешеходного моста.

Резюме
Хотя термин «пешеходный мост» может ассоциироваться с небольшим самодельным сооружением, в настоящее время этот термин охватывает значительные достижения в области строительства.Иногда они являются объектами-прототипами, позволяющими внедрять в инженерную практику новые решения и материалы. Часто это сооружения, принимающие оригинальные архитектурные формы. Независимо от степени новаторства и оригинальности применяемых конструктивных решений пешеходные мосты должны быть в первую очередь функциональными конструкциями, удобными в эксплуатации, эргономичными (удобными для человека), эстетичными и экономичными. Для достижения соответствующей пространственной жесткости конструкции и обеспечения соответствующей комфортности ее использования при проектировании следует учитывать ряд статических и динамических нагрузок.Как функциональные параметры, так и привлекательная и эстетичная форма сооружения должны побуждать пешеходов и велосипедистов к его использованию, способствуя тем самым соблюдению правил дорожного движения в особо опасных местах столкновения пешеходного движения с дорожным движением.

д-р инж. Марек Паньтак
Краковский технологический университет

Литература
1. Билишук Ю., Проектирование стальных пешеходных мостов , Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław, 2004.
2. Бюхнер А., Мостовые трассы в городском ландшафте , PWN, Варшава-Лодзь, 1982.
3. Ковальски Д., Коррозия и повреждение стальных секций с закрытыми секциями , Construction Review, 5/ 2016.
4. Журнал законов No. 43, ст. 430, 1999.
5. Журнал законов No. 63, ст. 735, 1999.
6. Ковальски К., Дизайн без барьеров , Ассоциация друзей интеграции, Варшава, 2010.
7. PN-85 / S-10030 Мостовые конструкции. Грузы, ПКН, Варшава, 1985.
8.PN-EN 1991-2: 2007 Еврокод 1: Воздействия на конструкции. Часть 2: Транспортные нагрузки на мосты, PKN, Варшава, 2007.
9. PN-EN 1991-1-7: 2008 Еврокод 1: Воздействия на конструкции. Часть 1-7: Общие действия - Исключительные действия, ПКН, Варшава, 2008.
10. PN-EN 1990: 2004 / A1: 2008 Еврокод: Основы проектирования конструкций, ПКН, Варшава, 2008.
11. PN-EN 1991- 1-4: 2008 Еврокод 1: Воздействия на конструкции - Часть 1-4: Общие воздействия - Ветровые воздействия, ПКН, Варшава, 2008.
12. Флаг А., Пешеходные мосты , WKŁ, Варшава, 2011.
13. PN-EN 1991-1-5: 2010 Еврокод 1: Воздействия на конструкции - Часть 1-5: Общие воздействия - Тепловые воздействия, ПКН , Варшава, 2010.

.

Ферма - www

Ферма , решетчатая - типа балочной конструкции [1] .

Дизайн

Статическая схема фермы состоит из следующих элементов:

  1. прямые стержни
  2. шарнирно-сочлененные в узлах (примерно)
  3. с нагрузками, приложенными только к узлам.
Кроме того, в случае плоской решетки все нагрузки, действующие на нее, должны лежать в ее плоскости.

Благодаря этим свойствам решетки представляют собой конструкции, на элементы которых действуют только осевые силы. В результате строительный материал используется эффективно, обеспечивая относительно легкую конструкцию с большими пролетами. Плоские решетки обычно используются в качестве несущих конструкций для длинных пролетов мостов и кровельных балок в больших, широких промышленных цехах и масштабных аудиториях.

Для строительной конструкции стержни должны образовывать геометрически неизменную систему, иначе это будет шаткий движущийся механизм (подвергающийся изменению геометрии).Обычно фермы строят как статически определимые конструкции, для которых легче определить опорные реакции и внутренние силы, чем для статически неопределимых конструкций.

Простейшая плоская ферма состоит из трех стержней, соединенных «треугольными» соединениями. Такие треугольные поля являются характерной - легко заметной - особенностью этого типа конструкции. Помимо соответствующего соединения элементов, геометрическая неизменность и статическая определяемость конструкции определяются также соответствующей опорой (на грунт или на другую конструкцию).

В простых фермах [2] можно различать элементы (стержни), составляющие верхний пояс, нижний пояс (красный на рисунке ниже) и соединяющие их вертикальные стойки и диагональные диагонали.

Пример статической схемы плоской фермы. Для простоты шарнир в каждом узле не отмечен.

Строительная механика [3] различает фермы, образующие:

  • плоская система (плоская ферма; например, ферма крыши)
  • пространственная планировка (пространственная ферма; напр.стальной каркас высотных зданий, буровые башни, стальные опоры ЛЭП, а также пространственные, стропильные системы).
Примером пространственной решетчатой ​​конструкции является Эйфелева башня.

Преимущество этого типа модели конструкции заключается в сбросе поперечных сил, а также изгибающих и крутящих моментов в стержнях. Только осевые силы отличны от нуля. В плоских фермах он уменьшает количество неизвестных внутренних усилий на 2/3, а в пространственных фермах на 5/6 по отношению к рамам с жесткими узловыми связями.

Следующие методы используются для определения осевых усилий в фермах:

, тогда как МП является более универсальным, так как может применяться вне зависимости от того, является ли расчетная конструкция статически определимой или неопределимой.

Неточности

Предположение о закрепленных соединениях элементов в узлах в существующих структурах обычно выполняется не совсем точно. Однако результаты статических расчетов для модели с жесткими узлами аналогичны результатам для модели фермы (с шарнирными узлами).В связи с тем, что расчеты намного проще, чаще всего используется решеточная модель.

В реальных фермах оси элементов, сходящихся в одном узле, не всегда пересекаются в одной точке. Нормы определяют значения допустимых эксцентриситетов, которые не нужно учитывать при статических расчетах [4] .

При расчетах учитывается собственный вес, фактически распределенный по всей длине каждого элемента, в виде двух сосредоточенных сил, действующих в концевых узлах.

Компьютерные программы

Чертеж, сгенерированный программой под названием Truss , для расчета статически определимых ферм методом узловой балансировки с использованием алгоритма решения систем линейных уравнений методом исключения Гаусса. Ферма на иллюстрации состоит из 133 элементов.

Имеются программы для расчета статически определимых ферм методом узловой балансировки с использованием алгоритма исключения Гаусса. Пример решения, сгенерированного программой Truss , показан на иллюстрации справа.

Использование в космосе

Фермы являются относительно легкими конструкциями благодаря эффективному использованию в них строительного материала. Именно поэтому они используются в таких структурах, как МКС, создавая ее «костяк». На них устанавливаются солнечные батареи, радиаторы, научные поддоны, антенны и другие компоненты МКС.

См. мультимедиа по теме: Ферма
См. пароль ферма в Викисловаре

Примечания

  1. ↑ стр.Jastrzębski, R. Solecki, J. Szymkiewicz, Фермы: статические расчеты , Варшава, Аркадий, 1970.
  2. ↑ Артур Блюм, Фермы , Вид. Университет науки и технологий AGH, Краков, 2004 г.
  3. ↑ Богдан Ольшовский, Мария Радваньска, Строительная механика , т. 1-2, Краков 2010, Wyd. Краковский технологический университет
  4. ↑ EN 1993 — Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций.

Внешние ссылки

  • Кинематический анализ плоских стержневых систем
  • Использование метода балансировки узлов для расчета усилий в элементах фермы
  • Использование метода Риттера для расчета внутренних сил в элементах фермы
  • Фермы
  • Ферма - описание и примеры задач
.

Смотрите также