Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісуУ приватному будівництві широко поширене застосування сталевих навісів. Під ними паркують автомобілі, влаштовують зону відпочинку і т. д. Найбільшу популярність з точки зору несе конструктиву отримали сталеві конструкції. У статті розглянемо приклад розрахунку сталевого навісу для автомобіля 6х6м і визначимо основні принципи підбору перерізів для зведення такої конструкції.

Поняття 1-ої і 2-0й груп граничних станів. Загальні рекомендації.

Норми проектування несучих конструкція розрізняють два види розрахунку – по 1-ою і 2-ою групами граничних станів. До 1-ї відносять міцність і загальну стабільність, до 2-ої – прогини? Місцеву стійкість і гнучкість.

У ряді випадків підбір потрібного перерізу більш показовий по 2-ій групі граничних станів. У першу чергу це стосується досить довгих, але при цьому мало навантажених елементів. Цей нюанс має суттєве значення – підбір перерізів по 2-ій групі досить простий в відміну від розрахунку на міцність. Останній вимагає не тільки використання громіздких формул, але і збору навантажень з подальшим обчисленням зусиль безпосередньо у всіх елементах – від стійок до опорних розкосів ферм, від прогонів до зв’язків.

Висоту ферм рекомендується приймати рівною 1/15 від її прольоту. Товщини елементів, згідно з нормами, не слід приймати не менше 2,5 мм при напівавтоматичного зварюванні, і менше 4мм для ручного дугового за умовами зварюваності. При відсутності вертикальних зв’язків між стійками вузол сполучення стійок з фундаментом повинен бути жорстким.

Методика розрахунку по 2-ій групі граничних станів.

Насамперед необхідно розділити елементи конструкції на основні типи: колони (стояки), стрижні фермового типу (сюди ж відносять зв’язку) і балки/прогони. Для перших двох розрахунок за 2-ій групі ПС полягає в підборі перерізу з гнучкістю, не менше необхідної. Для балок/прогонів обчислюється прогин – він не повинен перевищувати допустимий.

Необхідні значення гнучкість наведені в СП 16.13330.2011:

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Таблиця необхідних значень гнучкість для стиснутих елементів

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Таблиця необхідних значень гнучкість для розтягнутих елементів

Для нашого випадку у колон, верхнього поясу і стислих опорних розкосів ферм гнучкість не повинна перевищувати значення 120 (чим вище число, тим більш гнучкий елемент). Для нижнього поясу ферм (він розтягнутий) – не більше 400.

Фактична гнучкість елемента визначається діленням його розрахункової довжини на радіус інерції. Розрахункова довжина визначається геометрично залежно від умов сполучень.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Розрахункові довжини стрижнів ферм.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Розрахункові довжини стрижнів зв’язків у стрижневих конструкціях.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Розрахункові довжини стійок (колон).

Розрахункові довжини розкосів ферм рівні їх геометричній довжині. Довжини поясів ферм з площини (це важливо) – відстаням між горизонтальними междуферменными зв’язками. Довжина стійок в даному випадку повинна визначатися за формулами, так як вгорі хоч і є розкріплення між стійками через конструкції навісу, але немає зв’язку з жорстким вертикальним елементом. В запас можна прийняти коефіцієнт розрахункової довжини 2 (в реальності він буде приблизно 1,5). Тобто висоту стійок множимо на 1,5 і отримуємо їх розрахункову довжину.

Після цього не складно визначити необхідний радіус інерції – розрахункову довжину ділимо на гнучкість. Так як в сортаменті металопрокату радіуси инерций дані в сантиметрах, розрахункову довжину треба прийняти в цих же одиницях.

Отже, при висоті стійок, скажімо, 4м отримаємо розрахункову довжину 600см при граничній гнучкості 120. Ділимо 600/120=5см. Припустимо, наша стійка буде з квадратної сталевої труби по ГОСТ 8639-92. Відкриваємо сортамент:

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Сортамент по ГОСТ 8639-92

На жаль, радіуси інерції вказані не у всіх ГОСТах. Але їх легко обчислити, розділивши момент інерції на площу і взявши корінь квадратний з отриманого результату. Так, наприклад, для труби 100х6 радіус інерції становить 3,81 див. А необхідним нам профіль – це труба 140х6 з радіусом інерції 5,45 див.

Аналогічним образом неважко підібрати перерізу для ферм. Єдина складність тут – це визначення розрахункової довжини поясів ферм з їх площині. Розглянемо наступну конструкцію навісу розмірами в плані 6х6м і висотою до низу ферм 4м:

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Загальний вигляд конструкції навісу для автомобіля.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Розрахункова схема.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Фронтальний вигляд розрахункової схеми навісу.

Червоним кольором виділено связевой блок в центрі конструкцій покриття.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Схема связевого блоку.

Цей блок раскрепляет між собою пояси ферм (як верхні, так і нижні) в центрі покриття. Збоку цю ж функцію виконують підкроквяні ферми, розміщені в рівні основних:

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Підкроквяні ферми.

Відстань між связевым блоком і підкосами і буде розрахунковою довжиною нижнього розтягнутого поясу ферми.

Так як верхній пояс стиснутий, доцільно його розрахункову довжину сформувати меншою, ніж у нижнього (гнучкості 120 і 400).

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Розкоси по верхнім поясам.

Для балок поняття гнучкості не існує. 2-я група граничних станів для них характеризується прогином. Його визначають за формулою:

f/l=0.013*q*L^4/(E*I)

Де q – лінійно розподілена на балку навантаження, L – її проліт (у формулі ця величина 4-го ступеня), Е – модуль деформації сталі (2 039 000 кг/см2), I – момент інерції перерізу з сортаменту. Дуже важливо підставляти у формулу всі в однакових одиницях вимірювань, уникаючи значень навантаження до т/м при модулі деформації в кг/см2 (наприклад).

Задаємося тим або іншим профілем балки, знаходимо в сортаменті момент інерції (визначення навантаження наведено нижче) і обчислюємо прогин. Далі співвідносимо його до прольоту.

Норми встановлюють граничні значення відносних прогинів для головних балок 1/400 і другорядних 1/250. Прогони належать до останніх. Якщо прогин не задовольняє вимогам – збільшуємо перетин і перевіряємо знову.

Збір навантажень.

На навіс діють такі навантаження: власна вага конструкцій (1,05), вага снігового покриву (1,4), власну вагу покриття (1,1). В дужках вказано значення коефіцієнта надійності по навантаженню, фактичні навантаження необхідно помножити на цей коефіцієнт. Вітрової навантаженням на увазі малої парусності і формування відсмоктування, разгружающего (а не навпаки) стійки і ферми знехтуємо.

Для прикладу розглянемо розрахунок навісу з нормативним значенням ваги снігового покриву 200 кг/м2 і масою покрівельного шару 64 кг.
Розрахункова снігова навантаження складе 200*1,4=280кг/м2.

Розрахункова навантаження від ваги покрівельного шару 64х1,1=70кг/м2.

Сума складе 350кг/м2. Крок прогонів становить 1м, це означає, що на них буде діяти лінійно розподілене навантаження q=350*1=350кг/м. Саме її ми і підставляємо в формулу прогину. Для крайніх прогонів ширина вантажної площі буде вдвічі меншою, в результаті чого навантаження складе 175кг/м. Дані значення наведені без урахування власного ваги конструкцій.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Схема прикладення навантажень.

Аналіз прийнятої конструктивної схеми.

Після виконання розрахунку об’ємного у програмному комплексі “Ліра” можна провести аналіз прийнятих конструктивних рішень. У розрахунковому фалі стійки задано перетином 80х4, пояси і решітка всіх ферм 40х3, прогони з труби 60х40х3.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Величини прогинів.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Перевірка по 1-ій групі граничних станів.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Перевірка по 2-ій групі граничних станів.

Перевірка саме по 2-ій групі ПС виявила недостатність перерізів у ряду елементів. “Не пройшли” стійки, прогони і пояси підкроквяних ферм, розкоси.

Виконуємо підбір перерізів.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Верхній пояс подстропильной ферми потрібен перерізом 80х3.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Нижній пояс подстропильной ферми потрібен перерізом 60х3.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Раскос потрібен перерізом 50х2, заданий спочатку значення 40х3 явно не пройшло саме по гнучкості.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Стійки програма підбирає 140х4. Ручний підбір дав нам 140х5 з-за відсутності в старому сортаменті труби 140мм з більш тонкою стінкою.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Для прогонів при таких навантаженнях потрібна труба 100(h)х60х3.

Виходячи з проведеного аналізу, доцільно збільшити висоту підкроквяних ферм з метою уніфікації типорозмірів перетину з основними фермами. Виконаний розрахунок наочно продемонстрував більш високі вимоги до розмірів перерізів відповідно саме 2-ій групі граничних станів. Простим підбором по гнучкості/прогину можна легко і швидко «розрахувати» малонагруженные сталеві конструкції.

Навіс для автомобіля у дворі приватного будинку: приклад розрахунку сталевого навісу

Поділитися з друзями
Ремонт та вироби своїми руками