3.2.1 Подбор сечения колонны на вертикальную нагрузку
Определяем вертикальную нагрузку, действующую на колонны:
Средняя колонна:
2-ой уровень:
Нагрузка | Нормативная нагрузка, кН | Коэф. надежности | Расчетная нагрузка, кН | Грузовая площадь,м2 | Усилие, кН |
Постоянная от кровли | 7,578 | - | 7,578 | 9∙9 | 613,818 |
Временная(снеговая) | 1,4 | 2,8 | 9∙9 | 226,8 | |
Постоянная от перекрытия | 6,697 | - | 6,697 | 9∙9∙2 | 1084,914 |
Временная | 6,5 | 1,2 | 7,8 | 9∙9∙2 | 1263,6 |
Ригель покрытия | 1,04 | 1,05 | 1,092 | 9∙1 | 9,828 |
Ригель перекрытия | 1,415 | 1,05 | 1,486 | 9∙2 | 26,748 |
Итого | 3225,758 |
Определяем площадь поперечного сечения колонны:
,
где A – площадь поперечного сечения колонны; P – вертикальная нагрузка; R – расчетное сопротивление стали, R=240Мпа; - коэффициент условия работы (0,95);φ–коэффициент приведения гибкости, предварительно принимаемый 0,9
По сортаменту принимаем двутавр колонного типа 40К1;
Характеристики сечения
Параметр | Значение | Единица изменения | |
А | Площадь поперечного сечения | 175,8 | см2 |
IX | Момент инерции относительно оси Х | см4 | |
P | Масса погонного метра | кг/м |
1-ый уровень:
Нагрузка | Нормативная нагрузка, кН | Коэффициент надежности | Расчетная нагрузка, кН | Грузовая площадь,м2 | Усилие, кН |
Постоянная от перекрытия | 6,697 | - | 6,697 | 9∙9∙3 | 1627,37 |
Временная | 6,5 | 1,2 | 7,8 | 9∙9∙3 | 1895,4 |
Ригель перекрытия | 1,415 | 1,05 | 1,486 | 9∙3 | 40,122 |
Колонна | 1,354 | 1,05 | 1,422 | 4,8∙3 | 20,477 |
Нагрузка от 2-го уровня | 3225,758 | ||||
Итого | 6809,127 |
Определяем площадь поперечного сечения колонны:
,
где A – площадь поперечного сечения колонны; P – вертикальная нагрузка; R – расчетное сопротивление стали; - коэффициент условия работы (0,95);φ–коэффициент приведения гибкости, предварительно принимаемый 0,9.
По сортаменту принимаем двутавр колонного типа 40К5;
Характеристики сечения
Параметр | Значение | Единица изменения | |
А | Площадь поперечного сечения | см2 | |
IX | Момент инерции относительно оси Х | см4 | |
P | Масса погонного метра | 291,2 | кг/м |
Крайняя колонна:
2-ой уровень:
Нагрузка | Нормативная нагрузка, кН | Коэф. надежности | Расчетная нагрузка, кН | Грузовая площадь,м2 | Усилие, кН |
Постоянная от кровли | 7,578 | - | 7,578 | 9∙4,5 | 306,909 |
Временная(снеговая) | 1,4 | 2,8 | 9∙4,5 | 113,4 | |
Постоянная от перекрытия | 6,697 | - | 6,697 | 9∙4,5∙2 | 542,457 |
Временная | 6,5 | 1,2 | 7,8 | 9∙4,5∙2 | 631,8 |
Ригель покрытия | 1,04 | 1,05 | 1,092 | 9∙1 | 9,828 |
Ригель перекрытия | 1,415 | 1,05 | 1,486 | 9∙2 | 26,748 |
Навесная стена | 0,38 | 1,2 | 0,456 | 9∙4,8∙3∙0,7 | 41,368 |
Остекление | 0,24 | 1,2 | 0,288 | 9∙4,8∙3∙0,3 | 11,197 |
Итого | 1683,707 |
Определяем площадь поперечного сечения колонны:
,
где A – площадь поперечного сечения колонны; P – вертикальная нагрузка; R – расчетное сопротивление стали; - коэффициент условия работы (0,95);φ–коэффициент приведения гибкости, предварительно принимаемый 0,9
По сортаменту принимаем двутавр колонного типа 26К2;
Характеристики сечения
Параметр | Значение | Единица изменения | |
А | Площадь поперечного сечения | 93,19 | см2 |
IX | Момент инерции относительно оси Х | см4 | |
P | Масса погонного метра | 73,2 | кг/м |
1-ый уровень:
Нагрузка | Нормативная нагрузка, кН | Коэффициент надежности | Расчетная нагрузка, кН | Грузовая площадь,м2 | Усилие, кН |
Постоянная от перекрытия | 6,697 | - | 6,697 | 9∙4,5∙3 | 813,685 |
Временная | 6,5 | 1,2 | 7,8 | 9∙4,5∙3 | 947,7 |
Ригель перекрытия | 1,415 | 1,05 | 1,486 | 9∙3 | 40,122 |
Колонна | 0,718 | 1,05 | 0,7539 | 4,8∙3 | 10,856 |
Остекление | 0,24 | 1,2 | 0,288 | 9∙4,8∙3∙0,3 | 11,197 |
Навесная стена | 0,38 | 1,2 | 0,456 | 9∙4,8∙3∙0,7 | 41,368 |
Нагрузка от 2-го уровня | 1683,707 | ||||
Итого | 3548,635 |
Определяем площадь поперечного сечения колонны:
,
где A – площадь поперечного сечения колонны; P – вертикальная нагрузка; R – расчетное сопротивление стали; - коэффициент условия работы (0,95);φ–коэффициент приведения гибкости, предварительно принимаемый 0,9.
По сортаменту принимаем двутавр колонного типа 40К2;
Характеристики сечения
Параметр | Значение | Единица изменения | |
А | Площадь поперечного сечения | 210,96 | см2 |
IX | Момент инерции относительно оси Х | см4 | |
P | Масса погонного метра | 165,6 | кг/м |
3.2.2 Подбор сечения колонны на горизонтальную нагрузку
В связи с тем, что скорость ветра достаточно резко меняется, эта нагрузка воздействует динамически. Давление ветра на высоте 10 м над поверхностью земли в открытой местности, называемое скоростным напором ветра gо, зависит от района строительства. Ветровая нагрузка меняется по высоте, но в нормах принято, что до высоты 10м от поверхности земли скоростной напор не меняется. Он принят за нормативный, а увеличение его при большей высоте учитывается коэффициентами k, разными при разной высоте.
Кемерово, относится к 3 ветровому району. Нормативный скоростной напор ветра w0 =0,3 кН/м2. Тип местности В.
Определим нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z:
,
где с – аэродинамический коэффициент, зависящий от расположения и конфигурации поверхности. Для вертикальных стен с=0,8 с наветренной стороны и с= –0,6 для откоса;
k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте.
Расчетная нагрузка, приходящаяся на часть здания по ширине:
,
- коэффициент надежности по нагрузке, 1,4;
B – шаг рам, 9м.
z, м | k | B, м | Wm, кН | Wm(p), кН | ||
с=0,8 | с=– 0,6 | с=0,8 | с=– 0,6 | |||
2,2 | 0,5 | 0,12 | 0,09 | 1,512 | 1,134 | |
0,56 | 0,1344 | 0,1008 | 1,69344 | 1,27008 | ||
11,8 | 0,668 | 0,16032 | 0,12024 | 2,020032 | 1,515024 | |
16,6 | 0,716 | 0,17184 | 0,12888 | 2,165184 | 1,623888 | |
21,4 | 0,8675 | 0,2082 | 0,15615 | 2,62332 | 1,96749 | |
26,2 | 0,9275 | 0,2226 | 0,16695 | 2,80476 | 2,10357 |
Определим сосредоточенные силы:
Р1 = (1,512+1,69344+1,134+1,27008) •4,8/2=13,46285кН
Р2 = (1,69344+1,27008+2,020032+1,515024)•4,8/2=15,59658кН
Р3 = (2,020032+1,515024+2,165184+1,623888)•4,8/2=17,57791кН
Р4 = (2,165184+1,623888+2,62332+1,96749)•4,8/2=20,11172кН
Р5 = (2,62332+1,96749+2,80476+2,10357)•4,8/2=22,79794кН
Р6= (2,80476+2,10357)•4,8/2=11,77999 кН
ΣРI=13,46285+15,59658+17,57791+54,68965=101,32726 (кН).
ΣРII=20,11172+22,79794+11,77999=54,68965 (кН).
Определяем горизонтальную нагрузку, действующую на колонны I уровня:
Мж=Рк/3∙hэт/2=101,32726/3∙4,8/2=81,0618 (кНм)
Wтр=Мж/Rγc=81,0618/240000∙0,95=355,53 (см3 )
По сортаменту принимаем двутавр широкополочного типа 23Ш1; А=46,08(см2), Ix=4260(см4).
Определяем горизонтальную нагрузку, действующую на колонны II уровня:
Мж=Рк/3∙hэт/2=54,68965 /3∙4,8/2=43,752 (кНм)
Wтр=Мж/Rγc=43,752/240000∙0,95=191,89 (см3 )
По сортаменту принимаем двутавр широкополочного типа 20Ш1; А=30,6(см2), Ix=2600(см4).
Проверка: 1уровень
значит, сопряжение ригеля с колонной жесткое.
Проверка: 2 уровень
значит, сопряжение ригеля с колонной жесткое.
Вывод: сделав расчёт колонн на вертикальные и горизонтальные нагрузки и подобрав типы и размеры колонн, сравним полученные результаты. Из сравнительного анализа видно, что для проектирования необходимо взять колонны большего сечения, т.е. подобранные из расчёта на вертикальные нагрузки.
Ригель покрытия | Ригель перекрытия | ||
60Б1 | А=135,26 (см2) J=78760 (см4) | 70Б2 | А=183,60 (см2) J=145912 (см4) |
№ уровня | Крайняя колонна | Средняя колонна | ||
№ сечения | Характеристики сечений | № сечения | Характеристики сечений | |
II | 26К2 | А=93,12 (см2) J=11700 (см4) | 40К1 | А=175,8 (см2) J=52400 (см4) |
I | 40К2 | А= 210,96 (см2) J=64140 (см4) | 40К5 | А= 371 (см2) J=121570 (см4) |