Metallkonstruktsiooid I - projekt (1)

Kursuse projekt aines
Metallkonstruktsiooid I - projekt
Üliõpilane:
Matrikli nr:
Juhendaja : Priit Luhakooder
Töö esitatud: 11.01.2013
Töö kaitstud:
Tallinn 2013
1Lähteandmed 6
2Hoonele mõjuvad koormused 7
2.1Lumekoormus 7
2.2Tuulekoormus 7
2.2.1Tuulekoormus seintele 8
2.2.2Tuulekoormus katusele 8
3KATUSEKONSTRUKTSIOONI OMAKAAL 9
3.1Roovtala ja katusepleki arvutus 9
3.1.1Profiilplekk 9
3.1.2Katuseroovi valik 9
3.2Roovtala paindekandevõime 10
3.3Roovtala põikjõukandevõime 10
3.4Roovtala kasutuspiirseisundi kontroll 10
3.5Roovtala lõplik valik 10
3.6Katusekonstruktsiooni ligikaudne omakaal 10
4Raamiarvutus 11
4.1Normatiivsed koormused 11
4.2Arvutuslikud koormused raamile 11
4.2.1Raami sisejõud omakaalu koormusest 12
4.2.2Raami sisejõud lumekoormusest 14
4.2.3Raami sisejõud tuulekoormusest seintele 16
5Raami katusetala arvutus 18
5.1Katusetalale mõjutavad koormused 18
5.2Katusetala ristlõike valik ja tugevusarvutus 19
5.3Ristlõikeklassi määramine 20
5.4Ristlõike geomeetrilise parameetrite leidmine 20
5.5Painutatud varda ristlõike kandevõime 20
5.6Ristlõike plastne põikjõukandevõime 20
5.7Katusetala seina stabiilsus 21
5.8Tala seina kontroll nihkestabiilsusele 21
5.9Seina kontroll kohalikule muljumisele katuseroovi toetamisel katusetalale 21
5.10Toeribi arvutus 23
5.11Postipea kontroll 24
5.11.1Posti seina tugevusarvutus nihkele 24
5.11.2Posti peas oleva toeribi ja posti seina vaheline keevisühendus 24
5.11.3Toeribi ja tala seina vaheline keevisühendus 25
5.12Katusekandja paindestabiilsuse kontroll 25
5.12.1Katusetala kiivekandevõime 25
5.12.2Tala stabiilsuskontroll koormuskombinatsioonile KK1 26
5.12.3Talastabiilsus kontroll koormuskombinatsioonile KK2 27
6Raamipostide kontroll 28
6.1.1Posti kontroll koormuskombinatsioonil KK2 28
6.1.2Posti kontroll koormuskombinatsioonil KK1 31
6.1.3Leiame raami maksimaalse horisontaalsiirde KK3 (0.2 Tuulekoormus ) 34
7Survejõu ja paindemomendiga koormatud postijalg 36
7.1Posti jala alusplaadi arvutus 36
7.1.1Alusplaadi kontroll paindele vundamendi survetsooni reaktsioonist 36
7.1.2Ankrupoltide ja alusplaadi kontroll tõmbejõule 37
7.1.3Ankrupoltide mutri läbistamise kontroll 38
7.1.4Alusplaadi kontroll ankrupoltide jõust tingitud paindemomendi suhtes 38
7.1.5Posti a alusplaadi vahelise keevisõmbluse arvutus 39

Lähteandmed

Hoone teljemõõdud mõõdud: Laius L=17 m; Pikkus B= 60 m; Hoone vaba kõrgus H=9 m.
Hoone asukohaks on Tartu, linnalähipiirkond.
Hoone välisgabariit on tavaliselt u. 0,5m suurem teljegabariidist ning Koormuse määramisel on tarvis teada hoone välisgabariite, seega hoone plaanimõõdud on järgmised: Laius L=17,5 m; Pikkus B=60,5 m.
Hoone raamide arv on 8 ja sammuks on 7,5 m ().
Hoone kõrguse määramisel tuleb ruumi vabale kõrgusele liita katusekandja-, roovide-, kattepleki- ja vajadusel soojustused kõrgused/paksused. Samuti tuleb arvestada ka soklikõrgusega, kuna projektis võib eeldada, et maapind on pisut madalamal kui laopõrand.
Katusekandja kõrguseks võtan umbes
m. Roovide konstruktsiooniks esialgselt võtame katuseroovtalad IPE 240+ plekk =0,3m. Hoone kõrgus on 10,2 m.
Joonis 1. Arvutusskeem raami tasandil

Hoonele mõjuvad koormused

Lumekoormus

Olgu valitud hoone asukohale (Tartu) vastav lumekoormuse normsuurus maapinnal:
Vastavalt EPN-ENV 1.2.5 Projekteerimisealused. Koormused, osa 2.5 Lumekoormus tabelile 1 kui katuse kalde nurk on 0≤α≤300, siis kujuteguriks .
Katusekaldele 0° puhul saame normatiivseks lumekoormuseks katusel

Tuulekoormus

Tuulekiiruse baasväärtuste valimine: tuulebaaskiirus on . Õhutihedus sõltub absoluutsest kõrgusest, õhutemperatuurist ja – rõhu piirkonnas tugeva tuule korral. Kui ei ole teisiti määratud, võetakse ρ väärtuseks .
Tuulerõhubaasväärtus:
Tuulekoormuse määramine maapinnast 10,2 m kõrgusel:
Tuulekoormus määramine maapinnast 10,5m kõrgusel. Olgu meil tegemist äärelinnapiirkonnaga (maastikutüüp III).
m;
,0 m;
Ebatasasustegur cr(z) võtab arvesse keskmise tuulekiiruse muutumist ehituskohas sõltuvalt kõrgusest ja maapinna ebatasasusest:
=0,78.
Asukohategur ce võtab arvesse tuulekiiruse ja turbulentsi sõltuvust maastikutüübist, maapinna ebatasasusest ning kõrgusest maapinna kohal, mida arvutatakse valemiga:
Tuulekoormus on dünaamiline koormus, mis mõjub otseselt suletud konstruktsioonide välispindadele ja konstruktsiooni välispinnal olevate avade kaudu kaudselt konstruktsioonide sisepindadele. Tuulekoormus võib otseselt koormata ka avatud konstruktsioonide sisepindu. Kui ei ole määratud teisiti, loetakse tuulerõhu põhjustatud jõud konstruktsiooni pinnaga risti mõjuvaks.
Konstruktsiooni välispindade mõju varaõhubaasi väärtus we määratakse järgmise valemiga
Cpe- välisrõhutegur olenevalt kohast hoonel , kus soovitakse tuulerõhku teada

Tuulekoormus seintele

Tabelis on rõhutegurid välisseintele antud nii Cpe.10, kui ka Cpe.1 väärtused. Tuulele avatud pindadele suurusega üle 10 m2 tuleb kasutada Cpe.10, (Cpe.1 kasutatakse kinnituselementide jms. arvutamiseks).
Tabeli 10.2.1 järgi:
Kuna d/h=17,5/10,2=1,72, siis vastavalt tabelile 10.2.2 tuleb tsooni D puhul interpoleerida suuruste +0,8 ja +0,6 vahel.
D: Cpe,10=+0,78;
E: Cpe,10=-0,3;
Hoone seintele mõjuv välispidine normatiivne tuule koormustsoonis A, B, D ja E:

Tuulekoormus katusele

Hoonekatusele mõjuv välispidine normatiivne tuulekoormus tsoonides G, H, I:
Kaalutud keskmine

KATUSEKONSTRUKTSIOONI OMAKAAL

Roovtala ja katusepleki arvutus

Roovtala sammu valikul tuleb arvestada: kandetalasildega, profiilpleki kandevõimega, sideme süsteemi kujundamisega.
Kandetala sille on 17,0 m, seega üks võimalike roovtalade samme on 4,24 m.

Profiilplekk

Valin profiilpleki ristlõike vastavalt katusepleki tootja projekteerimisjuhendile.
Profiilplekile mõjuvad normatiivsed m2 koormused:
Lumekoormus
(Tuulekoormus)
Valides koormuseks ainult lumekoormuse leiame juhendi tabelist sobivaks profiilplekiks PP 113/0,6 (kaaluga 7,65 kg/m2).

Katuseroovi valik

Katauseroovi sille on 10,2 m, samm on 4,25 m, katuseroovideks võivad olla terasest kergroovid (C, Z või profiil ) või valtsprofiilid.
Katuseroovi arvutusskeemiks sobib antud juhul 1-avaline arvutusskeem.
Normatiivsed joonkoormused katuseroovtalale:
Lumekoormus
Pleki omakaal
Roovtala omakaal
Tuulekoormus
Leides roovtala paindekandevõime, põikjõukandevõime ja läbipaine osutub sobivaks ristlõikeks näiteks IPE 240( S235 ) (kaaluga 30,7 kg/m ehk 6,67 kg/m2).
Katuseplekk ja roov valitakse lähtudes koormuskombinatsioonist: lume- ja omakaalukoormus .
Arvutuslik koormus roovile:
Sisejõud roovis:

Roovtala paindekandevõime

Roovtala põikjõukandevõime

IPE 240; hw=220,4 mm; tw=6,2 mm.
Av – ristlõike nn lõikepindala

Roovtala kasutuspiirseisundi kontroll

IPE 240,

Roovtala lõplik valik

Roovtalaks valin profiili IPE 240 (S235).
Kaal – 30,7 , ehk

Katusekonstruktsiooni ligikaudne omakaal

Profiilplekk + roovtala + katusetala omakaal kokku:

Raamiarvutus

Normatiivsed koormused

Omakaal katusel: ;
Lumekoormus katusel: ;
Tõstetav tuulekoormus katusel: ;
Suruv tuulekoormus seinale tsoonis D:
Suruv tuulekoormus seinale tsoonis E:

Arvutuslikud koormused raamile

Omakaal katusel:
Lumekoormus katusel:
Tõstetav tuulekoormus katusel:
Suruv tuulekoormus seinale tsoonis D:
Koondatud jõud seinale tsoonis D:
Suruv tuulekoormus seinale tsoonis E:
Koondatud jõud seinale tsoonis E:

Raami sisejõud omakaalu koormusest

Raami sisejõud lumekoormusest

Raami sisejõud tuulekoormusest seintele

Raami katusetala arvutus

Valime kandepiirseisundis ohtlikumateks koormuskombinatsioonideks (KK):
- KK1: Omakaal + Lumekoormus (kandepiirseisund)
- KK2: Omakaal + tõstev tuulekoormus (kandepiirseisund)
Valime kasutuspiirseisundis ohtlikumaks koormuskombinatsiooniks:
- KK3: Omakaal + Lumekoormus (kasutuspiirseisund, maksimaalne vertikaalsiire)

Katusetalale mõjutavad koormused

Katusetala ristlõike valikul saab määravaks koormuskombinatsioon KK1, seega arvutuslik koormus talale:
ja koondatud koormus:

Katusetala ristlõike valik ja tugevusarvutus

Valisin esialgseks tala kõrguseks: I-tala kõrgusega .
Suurim paindemoment katusetalas on 701,25 kNm.
Leian tala minimaalse vajaliku vastupanumomendi, kui terase tugevusklass S235:
Leian ligikaudse vajaliku inertsmomendi :
Leiame vajaliku vööde (vöö paksus 1,5 cm) pindala:
Määrame vööde laiuse , lähtudes proportsioonist tala kõrgusesse:
Leiame vöö paksuse, kui vöö laiuseks on 250 mm:
Valitud keevitatud tala ristlõige: Sein on 8x870 mm; vöö on 15x250 mm.

Ristlõikeklassi määramine

Sein:
Vöö:
Ristlõige kuulub tervikuna III. ristlõikeklassi.

Ristlõike geomeetrilise parameetrite leidmine

Painutatud varda ristlõike kandevõime

Ristlõikeklass 3
Kandevõime on tagatud!

Ristlõike plastne põikjõukandevõime

Lõikekandevõime:
,3 kN
Kandevõime on tagatud!

Katusetala seina stabiilsus

Seina stabiilsust nihkele tuleb kontrollida, kui:
Talale tuleb arvestada toeribid.

Tala seina kontroll nihkestabiilsusele

Ainult toerividega tala seina tingsaledus:
Kui tala on painduv toeribi, saame mõlkteguri suuruseks:
Tala põikjõukandevõimeks (arvestades mõlkumist) saame:
Nihkestabiilsusest lähtudes jäikusribisid tarvis ei ole, kuid tuleb kontrollidaveel seina kohaliku mõlkumist.

Seina kontroll kohalikule muljumisele katuseroovi toetamisel katusetalale

Roovtalalt IPE 240 katusetala ülemisele vööle mõjuv koormus, kui roovide samm on 4,25 m:
Profiili IPE 240 arvutuseks vajalikud mõõtmed:
Keevitatud I-tala seina kohaliku mõlkumise kandevõime
Kandevõime leidmine järgmiste etappidena:

Valtsprofiili IPE 240 jäiga toepinna pikkuse leidmine:

Suuruse m1 ja m2 ning koormuse mõjuva efektiivpikkuse ly leidmine:
Kuna vaadeldava tala sein on suhteliselt sale , on tõenäoline et
ning sel juhul:

Teguri kf leidmine

Kriitilise jõu leidmine:

Seina tingsaleduse leidmine kohaliku mõlkumise suhtes

Vähendusteguri leidmine:

Koormuse mõjuala arvutusliku efektiivpikkuse leidmine:

Seina arvutuslik kandevõime leidmine kohaliku mõlkumise suhtes:
Roovtala kohta:

Katusetala toetuspinna pikkuse leidmine:

Suuruse m1 ja m2 ning koormuse mõjuva efektiivpikkuse ly leidmine:
Kuna , siis m2=0

Teguri kf leidmine

Kriitilise jõu leidmine:

Seina tingsaleduse leidmine kohaliku mõlkumise suhtes

Vähendusteguri leidmine:

Koormuse mõjuala arvutusliku efektiivpikkuse leidmine:

Seina arvutuslik kandevõime leidmine kohaliku mõlkumise suhtes:

Toeribi arvutus

Toe- ja jäikusribi mõõtude valik tehakse enamasti järgmiselt:
- toeribi paksus tala vöö paksus,
- toeribi laius tala laius,
- jäikusribi paksus = tala seina paksus,
Valin kaks toeribi mõõtmetega 15×100×870 mm.
Ristlõikeklass:
Ristlõige kuulub 1.klassi.
Seina maksimaalne töötav osa:
Ribi nõtkepikkuseks võetakse reeglina
(nõtkeklass --> c):
Jäikusribi intermoment peab rahuldama tingimust:
Ribi nõtkekandevõime leidmine:
NB!Nõtketegur peab olema !
Kandevõime on tagatud!

Postipea kontroll

Posti seina tugevusarvutus nihkele

Lähtudes posti toeribi proportsioonide suhtest valime ribi kõrguseks 200mm.
Ristlõike lõikepindala:
Lõikekandevõime:

Posti peas oleva toeribi ja posti seina vaheline keevisühendus

Keevise arvutuslik nihketugevus:
Valin a= 4mm
Kandevõime on tagatud!

Toeribi ja tala seina vaheline keevisühendus

Valin a= 4 mm,
Kandevõime on tagatud!

Katusekandja paindestabiilsuse kontroll

Katusetala kiivekandevõime

Tala stabiilsuskontroll koormuskombinatsioonist KK1 (Omakaal + Lumekoormus):
- Talal on ava piirkonnas ülemisel (surutud) vööl kolm külgtuge ja kaks väändejäika tuge.
- Tala kiive pikkus L = 4,25 m
Tala stabiilsuskontroll koormuskombinatsioonist KK2 (Omakaal + tõstev tuulekoormus):
Arvutuslik koormus:
Koondatud koormus:
Talal on ava piirkonnas alumisel (surutud) vööl kaks külg- ja väändejäika tuge (tugedel), seega tala kiivepikkus L = 17,0 m

Tala stabiilsuskontroll koormuskombinatsioonile KK1

=+0,75 - vaadeldava lõigu otstes mõjuvate paindemomentide suhe (Mmin /Mmax )
C1=1,14
C3=1,00
Sektoriaal inertsimoment:
Väände inertsmoment :
Elastne kriitiline paindemoment:
– kiivekõver „d”
=0,5
Kandevõime on tagatud!

Talastabiilsus kontroll koormuskombinatsioonile KK2

C1=1,127
C2=0,454
– kiivekõver „d”
Kandevõime on tagatud!

Raamipostide kontroll

Valime kandepiirseisundis ohtlikumateks koormuskombinatsioonideks (KK):
- KK1: Omakaal + Lumekoormus + 0.6 Tuulekoormus (kandepiirseisund) (lumekoormus on domineeriv, tuulekoormusel ψ0 = 0.6)
- KK2: Omakaal + Tuulekoormus + 0.5 Lumekoormus (kandepiirseisund) (tuulekoormus on domineeriv, lumekoormusel ψ0 = 0.5)
- KK3: 0,2 Tuulekoormus (kasutuspiirseisund, maksimaalne horisontaalsiire)
KK1 koormused
Valin postiprofiiliks HE200A, tugevusklassiga S235
Profiil
G, kg/m
A, cm2
h, mm
b, mm
tw , mm
tf , mm
r, mm
Iy , cm4
Wy , cm3
Wpl,y , cm3
HEA320
97,6
124,4
310
300
9
15,5
27
22928
1480
1680
iy , cm
Iz , cm4
Wz , cm3
Wpl,y , cm3
iz , cm
It , cm4
Iw , cm6
13,6
6985
466
710
7,49
108
1510000
Posti nõtkepikkused:
Posti kiivepikkused:

Posti kontroll koormuskombinatsioonil KK2

Sein:
Vöö:
Postiristlõike kuulub tervikuna 2 ristlõikeklassi
Varda stabiilsustingimused surve ja painde koosmõjul
Varda stabiilsustingimused surve ja painde koosmõjul on järgmised:
Tasapinnaline stabiilsuskontroll:
Ruumiline stabiilsuskontroll
Kuna h/b - y-telje suhtes - „b“, millele vastab hälbetegur tabelist 5.1 = 0,34;
- z-telje suhtes - „c“, millele vastab = 0,49;
Varda tingsaleduste leidmine mõlemas suunas:
Nõtkekõver telg y-y: „b“
Nõtkekõver telg z-z: „c“
Abisuuruse
leidmine mõlemas suunas:
Nõtketeguri leidmine mõlema suuna jaoks:
Leiame ristlõike arvutusliku survekandevõime:
Leiame ristlõike arvutuslik paindekandevõime
Kiiveteguri leidmine
Kriitiline paindemoment
Posti saledus:
Leiame ekvivalentse paindemomendi tegurid
ja .
Kordaja leidmine:
Kuna paindemoment mõjub y-y telje suhtes, ja tugede suund on z-z teljel , siis varras on siirduvate sõlmedega ja .
Leiame kordajad
eeldusel , et on tegemist väändetundliku vardaga (külgsuunaliste tugede vahekaugus on suur):
Kordaja kzy leidmine:
Mh=179,47 kNm
Ms= kNm
Kui
0,99
Stabiilsuskontroll:
Posti kandevõimest on ära kasutatud 57%.

Posti kontroll koormuskombinatsioonil KK1

Sein:
Vöö:
Postiristlõike kuulub tervikuna 2 ristlõikeklassi
Varda stabiilsustingimused surve ja painde koosmõjul
Varda stabiilsustingimused surve ja painde koosmõjul on järgmised:
Tasapinnaline stabiilsuskontroll:
Ruumiline stabiilsuskontroll
Kuna h/b - y-telje suhtes - „b“, millele vastab hälbetegur tabelist 5.1 = 0,34;
- z-telje suhtes - „c“, millele vastab = 0,49;
Varda tingsaleduste leidmine mõlemas suunas:
Nõtkekõver telg y-y: „b“
Nõtkekõver telg z-z: „c“
Abisuuruse
leidmine mõlemas suunas:
Nõtketeguri leidmine mõlema suuna jaoks:
Leiame ristlõike arvutusliku survekandevõime:
Leiame ristlõike arvutuslik paindekandevõime
Kiiveteguri leidmine
Kriitiline paindemoment
Posti saledus:
Leiame ekvivalentse paindemomendi tegurid Cmy ja CmLT.
Kordaja kyy leidmine:
Kuna paindemoment mõjub y-y telje suhtes, ja tugede suund on z-z teljel, siis varras on siirduvate sõlmedega ja Cmy=0,9.
Leiame kordajad kyy eeldusel, et on tegemist väändetundliku vardaga (külgsuunaliste tugede vahekaugus on suur):
2
Kordaja kzy leidmine:
Mh=107,68 kNm
Ms= kNm
Kui
0,99
Stabiilsuskontroll:

Leiame raami maksimaalse horisontaalsiirde KK3 (0.2 Tuulekoormus)

HE320A sobib kasutuseks postina!

Survejõu ja paindemomendiga koormatud postijalg

Posti jala alusplaadi arvutus

Konstrueerida ja arvutada posti HE 320A jala alusplaat ja ankrupoldid ! Ankrupoldid M36 (Ø30 mm, As = 816 mm2- keermestatud osa pindala) Ankrupoldi tugevusklass – 8.8 (tõmbetugevus fub = 800 N/mm2). Vundamendi betooni C30/37 (arvutuslik survetugevus on fcd = 20 N/mm2). Alusplaadi terase tugevusklass on S235, mille normatiivne voolavuspiir on 355 N/mm2.
Betooni seisukohalt on kõige ohtlikum koormuskombinatsioon, mis tekitab alusplaadi alla võimalikult suurema survejõu. (max Ned+min Med).
Ankrupoltide seisukohalt on kõige ohtlikum koormuskombinatsioon, mis tekitab ankrupoltides võimalikult suurema tõmbejõu. (min Ned+max Med).
Valime kandepiirseisundis ohtlikumateks koormuskombinatsioonideks (KK):
Kandepiirseisundis ohtlikum koormuskombinatsiooniks KK2:
Med=179,47 kNm
Ned=68,24 kN
Ved=40,47 kN
Ankrupoldid peavad olema ankurdatud vundamenti!
Vundamendi (betooni) arvutustugevus, eeldusel, et järelvalu normtugevus on vähemalt 20% vundamendi betooni tugevusest ja järelvalu paksus ei ületa 0,2 kordset alusplaadi kitsamat mõõdu:
Alusplaadi töötava riba laius, kui alusplaadi paksus on .

Alusplaadi kontroll paindele vundamendi survetsooni reaktsioonist

Välisjõudude momendi leidmine ankrupoltide suhtes:
Survetsooni laius alusplaadi all ( lugedes parempoolsest otsast)
Betooni reaktsioonist tingitud arvutuslik paindemoment plaadi parempoolse konsoolse osa all (ühiklaiuse kohta), kui survetsoon ei ulatu postiprofiilini:
Kandevõime on tagatud!

Ankrupoltide ja alusplaadi kontroll tõmbejõule

Moment ankrupoltide telje suhtes ankrupoltide jaoks ohtlikeima sisejõudude kombinatsiooni puhul (KK2):
Survetsooni laius alusplaadi all (lugedes parempoolsest otsast)
Ankurpoltide telje kaugus survetsoonist:
Ankrupoltide summaarne (2 ankrupoldi) arvutuslik tõmbejõud:
Ehk ühe ankrupoldi arvutuslik tõmbejõud on seega
Leian ühe M36 poldi tõmbekandevõime:
Leian ühe M36 poldi lõikekandevõime:
Tõmbe- ja lõikejõuga üheaegselt koormatud poldi kandevõime:
Ankrupoltide tõmbekandevõime on tagatud!
Ankrupoltide mujumiskandevõime on tagatud!

Ankrupoltide mutri läbistamise kontroll

Ankrupoltide mutri läbistamine tagatud!

Alusplaadi kontroll ankrupoltide jõust tingitud paindemomendi suhtes

Arvutuslik paindemoment ankrupoltide tõmbejõust:
Alusplaadi arvutusliku paindekandevõime leidmine:
Kandevõime on tagatud!

Posti a alusplaadi vahelise keevisõmbluse arvutus

Oletan, et posti survejõud antakse alusplaadile keevisõmbluse kaudu.
Suurim jõud posti vöös KK2:
Keevisõmblus pikkus on:
Keevisõmbluse vajalik kõrgus:
Keevisõmbluse vajalik kõrgus:
Valides keevise kõrguseks 5 mm on keevise kandevõime tagatud!