СБОР НАГРУЗОК
Сбор нагрузок выполнен в соответствии с СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» [1].
В расчете учтена нагрузка от веса элементов ферм, нагрузка от веса кровли, снеговая нагрузка.
1) Нагрузка от веса элементов ферм
Нагрузка от веса элементов ферм вычислена и учитывалась в комплексе SCAD автоматически.
Плотность стали принята равной 7850 кг/м3. Коэффициент надежности по нагрузке для стальных конструкций принят равным 1,05 по Таблице 7.1 [1].
2) Нагрузка от веса кровли
Значения нагрузки от 1 м2 веса кровли вычислена в соответствии с ее составом и представлена в таблице 1.1.
Плотность древесины принята равной 500 кг/м3.
Коэффициенты надежности по нагрузке для веса материалов, входящих в состав кровли, приняты по Таблице 7.1 [1].
3) Снеговая нагрузка
Согласно п.10.1 [1] нормативное значение снеговой нагрузки S0 на горизонтальную проекцию покрытия определяется по формуле:
В соответствии с п.10.12 [1] коэффициент надежности по снеговой нагрузке принят равным 1,4.
Расчет снеговой нагрузки на 1 м2 покрытия (gн, gр) и на 1 м.п. элементов верхнего пояса (qн, qр) в зависимости от значения коэффициента в соответствии со Схемой Г.2.1 [1] представлены в таблице 1.3; схема распределения нагрузки по верхнему поясу – на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1. Схема распределения снеговой нагрузки по верхнему поясу в соответствии со Схемой Г.2 [1]:
при симметричном (сверху) и несимметричном (снизу) распределении снега
Рисунок 1.2. Схема Г.2 из СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» [1]
Таблица 1.3 – значения снеговой нагрузки на 1 м2 покрытия (gн, gр) и на 1 м.п. элементов верхнего пояса (qн, qр) в зависимости от значения коэффициента в соответствии со Схемой Г.2.1
РАСЧЕТ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ
Расчет элементов фермы выполнен в соответствии с СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» [2] с помощью вычислительного комплекса SCAD (v.11.7).
В расчете приняты следующие прочностные и деформационные характеристики стали: Ry=210 МПа (в соответствии с п.18.2.4 [2]);
Сечения элементов фермы задавались в соответствии с сечениями, зафиксированными при обследовании.
Коэффициенты расчетной длины элементов фермы приняты в соответствии с Таблицей 24 [2]:
- для верхнего пояса: 1,0 – в плоскости фермы, 1,0 – из плоскости фермы (принят с учетом раскрепления в каждом узле);
- для нижнего пояса: 1,0 – в плоскости фермы, 2,0 – из плоскости фермы (принят с учетом фактического раскрепления);
- для стоек: 0,8 – в плоскости фермы, 1,0 – из плоскости фермы;
- для раскосов: 0,8 – в плоскости фермы, 2,0 – из плоскости фермы (раскрепляющими узлами являются узлы верхнего и нижнего поясов).
Предельные гибкости элементов фермы приняты в соответствии с Таблицами 32, 33 [2]:
- для сжатых элементов: 120 – верхний пояс, 150 – сжатые элементы решетки (приняты наибольшие значения);
- для растянутых элементов: 400 – нижний пояс, растянутые элементы решетки.
Расчетная схема фермы представлена на рисунке 2.1; результаты статического расчета – на рисунках 2.2-2.5; результаты расчета элементов фермы в виде коэффициентов использования металлопроката – на рисунке 2.6-2.15.
Результаты представлены для двух комбинаций загружений:
- комбинация загружений №1 – при симметричном распределении снеговой нагрузки в соответствии со Схемой Г.2 [1] (см. рисунок 1.2);
- комбинация загружений №2 – при несимметричном распределении снеговой нагрузки в соответствии со Схемой Г.2 [1] (см. рисунок 1.2).
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ
Несущая способность большинства элементов фермы является недостаточной по следующим критериям:
- при симметричном распределении снеговой нагрузки (см. рисунок 1.2):
- устойчивость из плоскости: элементы верхнего пояса;
- устойчивость при сжатии с изгибом в двух плоскостях: элементы верхнего пояса.
- при несимметричном распределении снеговой нагрузки (см. рисунок 1.2):
- прочность при совместном действии продольной силы и изгибающего момента: элементы верхнего пояса, элементы нижнего пояса крайних панелей;
- устойчивость из плоскости: элементы верхнего пояса, элементы решетки центральных и соседних с ними панелей;
- устойчивость в плоскости: элементы верхнего пояса крайних панелей, элементы решетки центральных панелей;
- устойчивость при сжатии с изгибом в двух плоскостях: элементы верхнего пояса, элементы решетки центральных и соседних с ними панелей.
Гибкость элементов превышает предельные значения:
- из плоскости ферм: элементы верхнего пояса, элементы решетки центральных и соседних с ними панелей;
- в плоскости ферм: элементы решетки центральных панели.
Стоит отметить следующие обстоятельства:
- для некоторых элементов верхнего пояса и решетки коэффициенты использования доходят до значений 2 и 3;
- главные оси сечений большинства элементов решетки не совпадает с геометрическими осями фермы, что создает предпосылки для выхода их из плоскости, эффекты закручивания и пр. Особенно это относится к профилям из одиночных уголков;
- в расчетной модели элементы ферм задавались прямолинейными стержнями. Фактически же, значительное количество элементов фермы искривлено (потеря устойчивости, выход из плоскости, выпучивание); причем некоторые элементы можно считать вышедшими из работы. Учет в расчетной схеме фактической кривизны элементов отразится на несущей способности фермы неблагоприятным образом;
- при расчете верхнего пояса принято его раскрепление из плоскости в каждом узле. Учет фактического раскрепления существенно уменьшит его несущую способность в отношении устойчивости, а также гибкость.
Учитывая данные обстоятельства, а также фактическое состояние ферм, можно сделать вывод о необходимости усиления элементов ферм или их замене.