Поверочные расчеты выполнены с учетом фактических и предполагаемых нагрузок, определенных на основании данных, предоставленных Заказчиком – весовые характеристики каркаса и остекления, а также экспертной оценки и с учетом положений СП 20.13330.2016.
Местонахождение Перголы: открытая терраса на 9 этаже многоэтажного жилого дома в г. Москве.
Ветровая нагрузка на конструкции перголы определена с учетом пульсационной составляющей.
5. Нормативная документация
Расчеты конструкций ограждения выполнены в соответствии с СП 128.13330.2016 «Алюминиевые конструкции».
6. Методика расчета
Расчет усилий в конструкциях ограждения выполнен в общей пространственной модели в программном комплексе SCAD Office методом конечных элементов.
- Расчёт ветровой нагрузки
Общая схема перголы
Исходные данные
Местонахождение Перголы: открытая терраса на 9 этаже многоэтажного жилого дома в г. Москве.
Пергола состоит из алюминиевых профилей прямоугольного сечения, секционного раздвижного остекления с трёх сторон и ламелей в уровне покрытия. Материал профилей каркаса – алюминиевый сплав. Расчётное сопротивление Ry = 254.9 кгс/см2.
Весовые характеристики: Био 4х5 б700 — 613 кг, вес всех стекол — 750 кг.
Исходя из весовых данных, геометрических размеров и плотности алюминиевого сплава определены эквивалентные прямоугольные сечения элементов каркаса.
| Тип | Элемент, расчётные характеристики | Сечение |
|---|---|---|
| 1 | Колонны
Площадь сечения A = 198,4 см2 Момент инерции сечения Jzy1 = 5613,397 см4 Момент сопротивления сечения Wzy1 = 684,56 см3 Радиус инерции сечения izy1 = 5,319 см |
 |
| 2 | Ригель
Площадь сечения A = 275,2 см2 Момент инерции сечения Jу1 = 19658,54 см4, Jz1 = 8667,98 см4 Момент сопротивления сечения Wy1 = 1533,70 см3, Wz1 = 1057,07 см3 Радиус инерции сечения iy1 = 8,512 см, iz1 = 5,612 см |
 |
Определение нагрузок
Нормативное значение основной ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней wm и пульсационной wg составляющих:
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке следует принимать равным 1,4.
Нормативное значение средней составляющей основной ветровой нагрузки wm следует принимать по формуле:
где w0 – нормативное значение ветрового давления;
k(ze) – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze;
с – аэродинамический коэффициент.
Для I ветрового районе по табл. 11.1:
w0 = 0,23 кПа=23 кгс/м2.
При высоте ze=40 м для типа местности В коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по таблице 11.2, составит:
k(ze) = 1,1.
Аэродинамический коэффициент сx (см. рис. 1) определяется по таблице В.2 Приложения В СП 20.13330.2016:
Рис.1. Схема определения аэродинамических коэффициентов
Для участка D аэродинамический коэффициент принимается: СХ = 0.8.
Значение средней составляющей ветровой нагрузки:
wm = 23.45×1,1×0,8 = 20,63 кгс/м2.
Предельное значение собственной частоты колебаний flim = 0.95, согласно таб.11.5.
Первая собственная частота колебаний строения составляет f1 = 30,16 Гц (согласно расчёту в SCAD Office), что больше flim = 0.95, поэтому wg вычисляется по формуле: wg = wmζ(ze)v
ζ(ze) = 0,8 по таблице 11.4
v = 0.89 по таб. 11.6
Значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки:
wg = 20,63×0,8×0,89 = 14,68 кгс/м2.
Таким образом нормативное значение ветровой нагрузки составит:
w = 20,63 + 14,68 = 35,31 кгс/м2.
Рис.2 Схема распределения усилий в элементах при поперечном направлении ветра
Рис.3 Схема распределения усилий в элементах при продольном направлении ветра
| Таблица 1
|
Максимальное усилие на сжатие в колонне составляет – 0,6 т, в продольном ригеле – 0,04 т. |
Расчёт выполнен в программном комплексе SCAD Office. При расчёте конструкций в качестве масс принят собственный вес конструкций. Результаты расчёта приведены в таблице 1.
Проверяем сечение колонны на максимальное сжатое усилие:
N = 600 кг <= Ry*φ*A*γс = 254,9*0,305*198,4*0,9 = 13882,05 кг
Проверяем сечение ригеля на максимальное сжатое усилие:
N = 40 кг <= Ry*φ*A*γс = 254,9*0,305*275,2*0,9 = 19255,75 кг
При расчёте принят наименьший коэффициент φ для алюминиевого сплава, согласно таб. Г.2 СП 128.13330.2016.
Условия выполняются. Существующие сечения достаточны.
Расчёт конструкций на нагрузки при ураганном ветре, скоростью до 140 км/ч
При расчёте конструкций на воздействие ветровых нагрузок при ураганном ветре со скоростью 140 км/ч (39 м/с) расчётное значение нагрузки составит примерно 98 кг/м2.
Расчёт выполнен в программном комплексе SCAD Office. При расчёте конструкций в качестве масс принят собственный вес конструкций. Результаты расчёта приведены в таблице 1.
Рис.4 Схема распределения усилий в элементах при продольном направлении ветра
Рис.5 Схема распределения усилий в элементах при поперечном направлении ветра
| Таблица 2
|
Максимальное усилие на сжатие в колонне составляет – 1,62 т, в продольном ригеле – 0,07 т. |
Проверяем сечение колонны на максимальное сжатое усилие:
N = 1620 кг <= Ry*φ*A*γс = 254,9*0,305*198,4*0,9 = 13882,05 кг
Проверяем сечение ригеля на максимальное сжатое усилие:
N = 70 кг <= Ry*φ*A*γс = 254,9*0,305*275,2*0,9 = 19255,75 кг
При расчёте принят наименьший коэффициент φ для алюминиевого сплава, согласно таб. Г.2 СП 128.13330.2016.
Условия выполняются. Существующие сечения достаточны.
Проверяем условие по гибкости для сжатой колонны:
Предельная гибкость для стойки — λlim = 120 (таб. 33 СП 128.13330.2016)
Фактическая гибкость λ = Lef/ixy = 276/5,319 = 51,89, где Lef – расчётная высота стойки, равная Lef = L*µ = 276*1 = 276 см
λlim = 120 > λ = 51,89 – условие выполняется.
Проверяем условие по гибкости для сжатого ригеля:
Предельная гибкость для ригеля — λlim = 120 (таб. 33 СП 128.13330.2016)
Фактическая гибкость λ = Lef/ixy = 467/5,612= 83,21, где Lef – расчётная длина элемента, равная Lef = L = 467 см
λlim = 120 > λ = 83,21 – условие выполняется.
Проверка устойчивости основания перголы
Согласно сведениям, предоставленным Заказчиком, основанием для закрепления стоек перголы является площадка из швеллеров общим весом более 2 тонн, не закреплённая к основной террасе.
Максимальная площадь грани перголы при закрытых витражах – 2,76х5,0 = 13,8 м2.
При нагрузке от ураганного ветра 98 кг/м2, максимальная нагрузка на грань перголы составит 98*13,8 = 1352,4 кг, что меньше веса основания перголы, равного 2000 кг (без учёта веса самой перголы).
Таким образом, вес основания из швеллеров, к которому закреплены конструкции перголы, достаточен для восприятия нагрузки от ураганного ветра, без закрепления к террасе.
Расчёт на разрушение конструкций перголы при ураганном ветре, скоростью до 140 км/ч с учётом закрепления к стене здания (без утяжеления основания).
При расчёте конструкций на воздействие ветровых нагрузок при ураганном ветре со скоростью 140 км/ч (39 м/с) расчётное значение нагрузки составит примерно 98 кг/м2.
Закрепление конструкций перголы осуществляется к стене здания при помощи анкерных болтов. Основание перголы – без закрепления.
Расчёт выполнен в программном комплексе SCAD Office. При расчёте конструкций в качестве масс принят собственный вес конструкций. Результаты расчёта приведены в таблице 2.
Поскольку пергола закрепляется продольной плоскостью к стене здания, наибольшее усилие от давления ветра возникает при воздействии на боковые грани, в направлении оси Х (см. рис.6).
Рис.6Схема распределения усилий в элементах при продольном направлении ветра
| Таблица 3
|
Максимальное усилие на сжатие в колонне составляет – 0,61 т, максимальное растянутое усилие в поперечном ригеле – 1,29 т. |
Проверяем сечение колонны на максимальное сжатое усилие:
N = 610 кг <= Ry*φ*A*γс = 254,9*0,305*198,4*0,9 = 13882,05 кг
Проверяем сечение ригеля на максимальное растянутое усилие:
N = 1290 кг <= Ry *A*γс = 254,9*275,2*0,9 = 63133,63 кг
При расчёте принят наименьший коэффициент φ для алюминиевого сплава, согласно таб. Г.2 СП 128.13330.2016.
Условия выполняются. Существующие сечения по прочности достаточны.
Проверяем условие по гибкости для сжатой колонны:
Предельная гибкость для колонны — λlim = 120 (таб. 33 СП 128.13330.2016)
Фактическая гибкость λ = Lef/ixy = 276/5,319 = 51,89, где Lef – расчётная высота стойки, равная Lef = L*µ = 276*1 = 276 см
λlim = 120 > λ = 51,89 – условие выполняется.
Проверяем условие по гибкости для сжатого ригеля:
Предельная гибкость для ригеля — λlim = 120 (таб. 33 СП 128.13330.2016)
Фактическая гибкость λ = Lef/ixy = 467/5,612= 83,21, где Lef – расчётная длина элемента, равная Lef = L = 467 см
λlim = 120 > λ = 83,21 – условие выполняется.
Выводы.
- Несущая способность конструкций перголы из алюминиевых профилей достаточна на восприятие ветровых нагрузок Московского региона.
- Несущая способность конструкций перголы из алюминиевых профилей достаточна на восприятие ветровых нагрузок от ураганного ветра, со скоростью до 140 км/ч.
Устойчивость конструкций перголы на покрытии достаточна для восприятия нагрузок от ураганного ветра, со скоростью до 140 км/ч.
- Конструкция вместе с перголой защищены от отрыва при ураганном ветре.
- Прочность конструкций перголы достаточна для восприятия статических нагрузок при нормальных условиях эксплуатации и ветровых нагрузок при ураганном ветре, со скоростью до 140 км/ч.