Горизонтальные нагрузки от ветрового давления приняты условно для высоты Н=80 м; нормативное значение ветрового давления для I ветрового района w₀= 0,23 кПа; коэффициент "К" для зданий высотой 80м, тип местности "В" по табл. 6 СНиП 2.01.07-85 К = 1,45; аэродинамический коэффициент в средней части фасада здания

С_с=0,8 и около углов здания С_е=-2.

Нормативные ветровые нагрузки в середине здания

q_у,сⁿ=w_cⁿ=0,23•1,45•0.8=0,267кПа=267 Н/м²; в углах

q_у,еⁿ= 0.23 • 1,45 •2=0.667 кПа=667 Н/м².

Расчетные нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке

γ_f = 1,4: в середине здания q_у,с =q_у,cⁿ ∙ γ_f =267∙ 1.4=374 Н/м²;

q_у,е=667•1,4 = 934 H/м².

3.4.5. Расчет вертикального профиля

3.4.5.1 Определение усилий

Геометрические характеристики поперечных сечений:

профиля: δ=0,6 мм; A=34.8 мм²; Jx=595,1 мм⁴; W_x^min =19,6 мм³;

t=2δ=1,2 мм; S_x =91,2 мм³;y₀=6мм;

крючков: в = 1,2 мм; h = 10 мм; Jy = 100 мм⁴; Wy = 20 мм³;

Sy = 60 мм³.

Собственная масса профиля qw = 0,5 кг/м;

нагрузки от него: нормативная q_wⁿ; расчетная q_w =1,05∙ 5 = 5,3 Н/м.

Усилия от вертикальной нагрузки - одного яруса плит и собственного веса профиля:

нормативное P₁ⁿ = (q_zⁿ •l_x+ •q_wⁿ)l_z = (470 • 0,3 + 5) 0,1 = 14,6 H;

расчетное P₁ = (q_z •l_x + q_w) l_z =(564 • 0,3 + 5,3) 0,1 = 17,5 H.

Горизонтальные ветровые нагрузки (расчет производится только для средней части фасада здания, поскольку около углов принят вдвое меньший шаг опор по высоте и обеспечивается больший запас прочности и жесткости, чем в середине здания; индексы нагрузок "c" и "e" в связи с этим далее опускаются) на 1 м профиля:

нормативная q_yⁿ= q_y,cⁿ • 1_x= 267 • 0,3 = 80,1 Н/м;

расчетная q_y= q_y,c ∙l_x= 374• 0,3 =112,2 Н/м.

Изгибающие моменты и плоскости, перпендикулярной стене: от вертикальной нагрузки: относительно центра тяжести профиля: нормативной М_z,0ⁿ=Р₁ⁿ∙e_у,о= 14,6∙0,03/2= 0.22 Нм;

расчетной М_z,0=Р₁∙e_у,о=17,5•0,03/2 =0,26Нм;

относительно основания крючков М_y,k=Р₁∙e_у,k=17,5 • 0,015 = 0,26 Нм; от ветровой нагрузки:

нормативной M_yⁿ = К_табл •q_yⁿ • 1_z² = 0,105 • 80,1 •0.6² =3 Нм;

pacчeтнoй My=0,105•112.2•0,6²=4,24Hм.

Продольное усилие Nz=P1•ly\lпл = 17,5 • 0,6/0,1 = 105 H.

Поперечные силы:

в профиле Qy = qy • 1у/2 + Му\lу = 112,2 • 0,6/2 + 4,24/0,6 = 40,7 H;

в крючках Qz = P1 = 17,5 H.

3.4.5.2 Проверка прочности профиля на изгиб с растяжением

Нормальные напряжения изгиба от вертикальной расчетной нагрузки σ_z=M_z,0/W_x^min=0,26∙10³\19.6=13,3 МПа;

то же от горизонтальной ветровой нагрузки

σ_y=M_y/W_x^min =4.24∙10³/19.6 = 216,3 МПа;

то, же от силы Nz =105/34,8=3 МПа.

По формуле (50) СНиП II-23-81* (σ_N+σ_z+σ_y)∙γ_n ≤R_yγ_c;

(3 +13,3 + 216,3) • 0,95 = 221 МПа < 230 • 1 = 230 МПа;

прочность профиля на изгиб с растяжением обеспечивается.

3.4.5.3 Проверка прочности крючков на изгиб

My,k = 0,26 Нм; Wy = (0.6 • 10²/6) 2 = 20 мм³. По формуле

(28) СНиП II-23-81* (My.k/Wy)γ_n≤ R_yγ_c;

(0,26∙10³/20) 0,95 = 12,4 МПа < 230 МПа;

прочность крючков на изгиб обеспечивается.

3.4.5.4 Проверка профиля и крючков на сдвиг (срез)

По формуле (29) СНиП II-23-81*

для профиля:

прочность профиля на сдвиг (срез) обеспечивается.

для крючков:

прочность крючков на сдвиг (срез) обеспечивается.

3.4.5.5 Проверка прочности крепления вертикального профиля к горизонтальному:

Крепление производят одним самосверлящим стальным винтом

Ø 4,8 мм типа EJOT JT3 - 4,8xL с допускаемыми усилиями по данным фирмы:

на растяжение N_ul = 650 Н, на срез Q_ul= 950 Н.

Изгибающий момент от расчетной вертикальной нагрузки, прикладываемой к крючкам, М_у,в = 0,26 Нм. Плечо z = 20 мм, усилие в винте от изгибающего момента N_y,м=0,26•10³/20=13 Н. Растягивающее усилие в винте от ветровой нагрузки N_y,N = q_у•l_у = 112,2 • 0,6 = 67,3 Н. Суммарное растягивающее усилие в винте Ny= 13 + 67,3 = 80,3 Н.

Усилие среза Nz = 105 Н.

По формуле (127) СНиП II-23-81*

N_z∙γ_n≤Q_ul; на срез 105 • 0,95 = 99,8Н < 950 Н;

прочность винта на срез обеспечивается.

По формуле (129) СНиП II-23-81*

N_z∙γ_n≤N_ul на растяжение 80,3 • 0,95 = 76.3 Н < 650 Н;

прочность винта на растяжение обеспечивается.

3.4.6. Расчет горизонтального профиля

при толщине утеплителя 100 мм

3.4.6.1 Геометрические характеристики:

1) поперечного сечения (с учетом сквозного отверстия в средней части в расчет включают лишь вертикальные стенки): δ=1 мм;

А=(66+41) 1=107 мм²: W_x^min = 1 • 107²/6=1908 мм³;

2) ребер: в×h = 1×54 мм; Wy = 1 • 54²/6 = 486 мм³; стенок на 1 м длины профиля: в×h = 1000 • 1 мм; Wz = 1000∙1² /6= 167 мм³.

Вертикальные расчетные нагрузки на 1 м длины профиля:

от собственного веса q_w= 1,05∙7,85∙1,07∙100∙10^-3 = 0,9 кгс/м = 9 Н/м; отвеса утеплителя q_ут = 1,3∙100∙0,1∙0,6 = 7,8 кгс/м = 78 Н/м;

от вертикальных профилей qz = qz∙lz = 564∙0.6=338 Н/м.

3.4.6.2 Проверка прочности ребер жесткости на изгиб и сдвиг (срез) из плоскости стены.

Эксцентриcитеты (плечи) нагрузок относительно основания ребер:

собственного веса и утеплителя e_w = 50 мм;

вертикальных профилей e_в = 100 мм.

Изгибающий момент на 1 м длины профиля:

M_y = (q_w + q_ут ) e_w + q_z ∙ e_в = (9 + 78)∙50+338= 38190 H∙мм.

Поперечная сила:

Qz=qw+qyт +qz = 9+78+ 338 = 425 Н.

Количество ребер n=10.

По формуле (28) СНиП II-23-81*

прочность ребер на изгиб:

прочность ребер жесткости на изгиб обеспечивается.

По формуле (29) СНиП II-23-81*

прочность ребер на срез:

прочность ребер на срез обеспечивается.

3.4.6.3 Проверка прочности крепления горизонтального профиля к стене.

Крепление производят стальными болтами Ø10 мм с d₀ = 8,8 мм с дюбелями, расчетной площадью сечения 1 болта А = 60,8 мм². Расчетные сопротивления болтов см. п. 8.2. Болты с дюбелями располагают в 1 ряд по высоте здания, с шагом 1,2 м, при этом количество болтов на 1 м профиля n=1/1,2=0,83.

Изгибающий момент на 1 м профиля из плоскости стены My=38,19 Нм; плечо внутренней пары от оси болта до условной нижней оси опор z = 54 мм. Поперечная сила Qz = 425 Н.

Растягивающее усилие в болтах на 1 м профиля:

от изгибающего момента N_y,N=Му/z=38,19∙10³/54=707 Н;

от ветровой расчетной нагрузки N_y,N = q_у,с∙l_z = 374•0,6 = 224 Н; суммарное Ny = N_у,M + N _y,N = 707 + 224 = 931 Н.

Усилие среза Nz = Qz = 425 Н.

По формуле (127) СНиП II-23-81*

N_z∙γ_n / (n∙A)≤R_bs∙γ_b;

на срез 425 • 0,95/(0.83∙60.8) = 7.9 МПа < 150∙0,8=120 МПа;

прочность болтов па срез обеспечивается.

По формуле (129) СНиП II-23-81*

N_y∙γ_n / (n∙A)≤R_bt∙γ_b;

на растяжение: 931∙0,95/(0,83•60,8) = 17,5 МПа < 170 • 0,8 = 136 МПа; прочность болтов на растяжение обеспечивается.

Анкеровка болтов с дюбелями в стене должна обеспечиваться подбором по каталогам фирм типа, конструкции и допускаемых усилий на болт с дюбелем с учетом материала а состояния стены.

3.4.6.4 Проверка прочности на разгиб нижней стенки

Горизонтальное усилие, действующее на 1 м стенки, передается от вертикальных профилей с шагом 300 мм через винты, количество которых n = 1000/300 = 3,33. Растягивающее усилие в 1 винте от расчетной ветровой нагрузки (см. п. 8.3.3) N_y,N = 67,3 Н; на 1 м стенки N_y,N = 67,3 • 3,33 = 224 Н. Плечо разгиба z = 20 мм. Изгибающий момент My = N_y,N • z = 224 • 0,02 = 4,5 Нм; Wz = 167 мм³ (см. п. 8.4.3).

По формуле (28) СНиП II-23-81* аналогично предыдущему

4,5 • 10³ • 0,95/167 = 25,6 МПа < 230 МПа;

прочность нижней стенки при разгибе обеспечивается.

3.4.7 Расчет кронштейна.

3.4.7.1 Геометрические характеристики:

вертикального сечения: ty = δ = 1 мм;

h_z=87 мм; A =δ∙h_z =1∙87 = 87мм²; Jy = 1∙87³/12 = 4875 мм⁴;

Wy=1• 87²/6 = 1262 мм³; Sy = 1∙87²/8 = 946 мм³.

Вертикальные расчетные нагрузки при шаге кронштейнов lx = 1,2:

от собственного веса горизонтального профиля

Q_w = q_w • l_x = 9 • 1,2 = 10,8 Н (собственным весом кронштейнов пренебрегаем);

от утеплителя Q_yт =q_ут • lх = 156 • 1,2 = 187 Н;