Учебное пособие. Павлодар удк 624. 94. 014 001. 24 (07 8) ббк 38. 54 022 Я73 icon

Учебное пособие. Павлодар удк 624. 94. 014 001. 24 (07 8) ббк 38. 54 022 Я73



Смотрите также:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Кудерин М.К.


Расчет одноэтажного производственного здания

со стальным каркасом


Павлодар

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова.


Расчет одноэтажного производственного здания

со стальным каркасом


Учебное пособие.


Павлодар

УДК 624.94.014.2. 001.24 (07.5.8)

ББК 38.54 – 022 Я73

К 88


Рекомендовано ученным советом ПГУ им. С.Торайгырова


Рецензенты:

д.т.н., профессор Нурбатуров К.А. – генеральный директор “НИИСТРОМПРОЕКТ ”

к.т.н., профессор ПГУ Ельмуратов С.К.


В учебном пособие содержится краткий теоретический материал и примеры компоновки конструктивной схемы каркаса, статического расчета поперечной рамы, подкрановой балки, колонны, стропильной фермы.


© Кудерин М.К. 2005г.


© Павлодарский Государственный Университет им. С.Торайгырова 2005г.

Содержание


Предисловие …………………………………………………… 3


Часть 1. Компоновка поперечной рамы одноэтажного производственного здания.

1.1 Разбивка сетки колонн ………………………. 4

1.2 Установка габаритных размеров

поперечной рамы здания ………………………. 5

1.3 Компоновка торцового фахверка ………………... 6

1.4 Система связей ……………………………………. 7

Пример 1. Компоновка конструктивной схемы

каркаса здания ……………………………………. 9


Часть 2. Расчет подкрановой балки.

2.1 Определение усилий ……………………………… 11

2.2 Подбор сечения подкрановой балки …………. 13

2.3 Проверка прочности подкрановой балки …………. 15

Пример 2. Расчет подкрановой балки ………………... 17


Часть 3. Расчет поперечной рамы каркаса производственного здания.

3.1 Расчетная схема рамы ……………………………... 26

3.2 Нагрузки, действующие на раму ………………… 27

3.2.1 Постоянная нагрузка ……………………………… 27

3.2.2 Снеговая нагрузка ……………………………… 28

3.2.3 Крановая нагрузка ……………………………… 29

3.2.4 Ветровая нагрузка ……………………………… 31

3.3 Статический расчет рамы ………………………. 33

3.3.1 Усилия в стойках рамы

от постоянной нагрузки ………………………. 34

3.3.2 Усилия в стойках рамы от снеговой нагрузки …... 37

3.3.3 Усилия в стойках рамы от крановых моментов …… 37

3.3.4 Усилия в стойках рамы от силы

поперечного торможения ………………………. 39

3.3.5 Усилия в стойках рамы от ветровой нагрузки …... 40

3.3.6 Определение расчетных усилий

в стойках рамы ……………………………………. 42

Пример 3. Статический расчет рамы ……………….. 42


Часть 4. Расчет и конструирование ступенчатой внецентренно - сжатой колонны.

4.1 Определение расчетных длин ………………… 58

4.2 Подбор сечения верхней части колонны …………. 58

4.3 Подбор сечения нижней части колонны …………. 63

4.4 Расчет и конструирование узлов колонны ....... 65

Пример 4. Расчет и конструирование колонны …………. 70


Часть 5. Расчет строительной фермы .

5.1 Определение расчетных нагрузок ………………… 98

5.2 Определение расчетных усилий

в стержнях фермы ……………………………… 99

5.3 Подбор сечения элементов фермы ………………… 99

5.4 Расчет узлов фермы ……………………………… 101

Пример 5. Расчет стропильной фермы ………………… 103


Часть 6. Приложения …………………………………………… 118

Литература ………………………………………………….. 146

ПРЕДИСЛОВИЕ


Методическое пособие является руководством к выполнению курсового проекта по металлическим конструкциям для строительных специальностей на тему «Металлические конструкции одноэтажных промышленных зданий». В нем содержится: краткий теоретический материал и примеры компоновки, определения нагрузок, статического расчета поперечной рамы, подбора и проверки сечений подкрановой балки, колонны, стропильной фермы. В приложении пособия приведён дополнительный справочный материал, необходимый для практического расчета.

Целью курсового проекта и методического пособия к нему является закрепление теоретических знаний, приобретение навыков реального проектирования металлических конструкций.

В пособии применена международная система единиц (СИ).



  1. ^ КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ И КАРКАСА ОДНОЭТАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ.


Компоновка конструктивной схемы каркаса включает в себя:

- разбивку сетки колонн;

- установку схемы поперечной рамы и размеров основных несущих элементов (колонн, ригелей);

- решение системы связей по шатру и по колоннам;

- установление типа ограждающих конструкций и схемы фахверка стен.


    1. ^ Разбивка сетки колонн.


Согласно СН 223-62 «Основные положения по унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий размеры пролета и шага колонн назначаются кратными 60 М – 6м. Торцовые колонны смещаются от разбивочной оси на 500мм. Расстояния между температурными швами должны приниматься в соответствии с характеристикой здания или сооружения и климатическим районом по СНиП II–23-81 (приложение 1)





Рис.1.1




Рис. 1.2 Покрытие – холодное

Нагрузки: силовая – 200 кгс/см2 (2кН/м2),

ветровая 45 кгс/см2 (0,45кН/м2)


    1. Установление габаритных размеров

поперечной рамы здания.

Габаритные размеры поперечной рамы по вертикали привязывают к отметке уровня пола (↓000). Размеры по горизонтали привязывают к продольным осям здания (рис.1.1). В здании указываются следующие основные параметры: величина пролета здания L и отметка головки подкранового рельса (↓ ур.г.р.) (рис. 1.2). Габариты мостовых электрических кранов принимаются по ГОСТ 6711-81.

Размеры пролета здания L и пролета крана L к находятся в следующей зависимости:

L = L к + 2, (1.1)

где  - расстояние между осью колонны и осью подкрановой

балки.

Высота здания от уровня пола до низа стропильных ферм:

Н = h1 + h2 , (1.2)

где h1 – отметка головки кранового рельса, задается по условиям технологического процесса;

h2 – расстояние от головки кранового рельса до низа стропильных ферм.

Далее устанавливаются основные размеры ступенчатых колонн поперечной рамы:

h в = hб + hр + h2 , (1.3)

где hв – высота верхней части колонны;

hб – высота подкрановой балки;

hр -высота кранового рельса, предварительно принимается равной 200 мм.

h н = Н – hв + (600…1000), (1.4)

где (600…1000) мм – заглубление опорной плиты башмака ниже нулевой отметки пола, тогда h = hв + hн ,

Ширина верхней части колонны Вв из условия обеспечения жесткости должна быть Вв ≥(1/12)hв . Обычно Вв назначается равной 500 или 1000 мм.

Ширина нижней части колонны Вн из условия обеспечения жесткости должна быть Вн ≥ (1/20)h в обычных промышленных зданиях и Вн ≥ (1/15)h в зданиях с кранами «особого» режима работы. Ось подкрановой ветви колонны совмещают с осью подкрановой балки, тогда Вн =+Во

где Во - привязка наружной грани колонны к оси колонны;

Чтобы кран при движении не задевал колонну  должно быть не менее

 ≥ В1 + (ВвВо ) + (60…75) мм, (1.5)

где В1 – часть кранового моста, выступающая за ось рельса, принимаемая по ГОСТ на краны. (60…75)мм, т.е зазор между краном и колонной

При определении основных параметров поперечной рамы должны быть обеспечены требования унификации.


    1. ^ Компоновка торцового фахверка.

Торцовый фахверк образует несущий каркас для ограждающих конструкций стен и состоит из вертикальных стоек, устанавливаемых через 6 м. или 12м. и распоров сокращающих их свободную длину. (рис. 1.3) Верхние концы стоек в горизонтальном направлении опирают на поперечную связевую ферму в уровне нижних поясов.


    1. ^ Системы связей.

При проектировании стальных каркасов промышленного здания должны предусматриваться связи по покрытию и вертикальные связи между колоннами. Связи по покрытию и между колоннами проектируют обычно с крестовой решеткой (рис.1.4) однако, возможны и др. конструктивные решения  I .

Связи по покрытию располагают:

1) В плоскости верхних поясов стропильных ферм, в торцах здания (при большой длине здания устанавливаются дополнительные связевые фермы на расстоянии не более 60м.) которые состоят из поперечных связевых ферм и продольных элементов между ними (рис.1.4а)

Продольные элементы (распорки) должны обеспечить предельную гибкость верхних поясов ферм из плоскости  пр = 220

2) Поперечные связевые фермы в плоскости нижних поясов ферм, в торцах здания, температурного блока, ( при большой длине здания промежуточные поперечные связи, расположенные в тех же панелях, что и поперечные связи по верхним поясам ферм), продольные связевые фермы по краям здания (рис.1.4,б)

3) Между фермами – продольные вертикальные связи, устанавливаемые по длине здания в местах расположения поперечных связевых ферм, а в поперечном направлении – в коньке, на опорах и при пролетах ферм более 30 м. в четвертях пролета.


ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СВЯЗИ МЕЖДУ КОЛОННАМИ РАСПОЛАГАЮТ: (рис.1.4,в)


1) Ниже подкрановых балок – посредине здания или температурного блока, а при длине здания более 120 м. обычно ставят две системы вертикальных связей. Расстояние между связями и торцом здания не должно превышать допустимого  1 .

2) Выше подкрановых балок – в средней части длины здания и по торцам.





Рис. 1.3


а)


б)





в)


Рис. 1.4

Пример 1.


^ КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА ОДНОЭТАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ.


Пролет здания L = 36м

Длина здания = 108м

Продольный шаг колонн b = 12,0м


Сопряжение ригеля с колонной рамы принимаем - жёсткое.

Здание оборудовано двумя мостовыми кранами в пролёте грузоподъемностью по Q = 800/200 кН.

Отметка головки рельса h1 = 12,4 м.

а) Согласно п. 1,2: определяем вертикальные размеры:

Высота цеха Н = h + h2;

h2 = (hкр + 100) + α = 4000+100+3 00=4400мм.

где hкр - габаритный размер крана (расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана) см. прилож. 100 мм - зазор между верхней точкой тележки крана и низом стропильной конструкции, принимаемый по требованию техники безопасности.

α = 200...400 мм размер, учитывающий возможный прогиб конструкции покрытия. Тогда

Н - h1 + h2 – 12400 + 4400 = 16800 мм.

Этот размер должен быть кратно 600 мм. В обратном случае, производится корректировка размера h1.


^ Высота верхней части колонны


hв = h2 + (hп.б + hр) = 4400 + (hп.б + hр);

(hп.б + hр) = 1/8в = 12м/8 = 1,5м =1500мм- общая высота подкрановой балки и рельса.

Принимаем (hп.б + hр) = 1600мм (кратно 200)

тогда hв = 4400 + 1600 = 6000мм


^ Высота нижней части колонны


hн = Н – hв (600...1000) мм = 16800 – 6000 + 1000 = 11800мм.

где 1000мм - заглубление опорной плиты башмака (базы колонны)

тогда h = hв + hн = 11800 + 6000 = 17800мм.


^ Высота шатра


hш = hо + hф + i L/2 + δп;


где h0 = 3150мм - высота типовых стропильных ферм с параллельными поясами и уклоном ската i = 1,5 %

hф - 4000мм - высота фонаря с двумя лентами остекления по 1750 мм.

δп - толщина слоя покрытия, принимаем из таблицы сбора нагрузок на покрытие.

Тогда

hш = 3150мм + 4000мм + 0,015 36000/2 + 430 = 7850мм.


б) ^ Горизонтальные размеры рамы.

Для здании при грузоподъёмности крана Q = 800кН принимается привязка наружной грани колонны к оси в0 = 500мм.

Требуемая ширина верхней части колонны по условию жёсткости:

bв ≥ 1/2 hb = 6000/12 = 500мм.


принимаем bв = 1000 м м > 500мм.

Расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны:


λ ≥ В1 + (bВ - b0) + 75 мм = 400 + 500 + 75 = 975мм.


Принимаем λ = 1000мм (кратное 250)


^ Ширина нижней части колонны


bн = b0 + λ = 500 + 1000 = 1500мм


по условию жёсткости


bн ≤ 1/20h - 17800/20 = 890мм < 1500мм


условие жёсткости соблюдается.

Принимаем верхнюю часть колонны сплошного сечения, нижнюю - сквозного.


Определяем пролёт мостового крана

Lкр = L - 2λ = 36000 – 2 * 1000 = 34000мм

Lкр - 34м.

^ 2. РАСЧЕТ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ.


2.1. Определение усилий в подкрановой балке.


Расчет подкрановой балки производят на совместное действие двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности. Расчетные значения вертикальных и горизонтальных нагрузок определяют по формулам:

F = Fn ·Į · · Кd ·nс 2.1)


Т = Тn ·Į · · Кd ·nс (2.2)

где Fn – нормативная сила вертикального давления колеса крана на рельс, принимаемая по ГОСТ. (прилож.2)

Į - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый по СНиП 2.01.07-85 (см. прилож. 3)

- коэффициент надежности по назначению, принимаемый по прилож.4.

Кd - коэффициент динамичности при вертикальных крановых нагрузках равный:

при шаге колонн В 12м – 1,2 для мостовых кранов весьма тяжелого режима работы и 1.1 при тяжелом режиме, а также для подвесных кранов:

При В 12м – 1,1 – для мостовых кранов весьма тяжелого режима работы

Горизонтальные крановые нагрузки должны учитываться с коэффициентом :

Кd = 1,1 только для мостовых кранов весьма тяжелого режима работы. В остальных случаях принимают Кd = 1;

nс - коэффициент сочетания, равный 0,85 при двух кранах лёгкого и среднего режимов работы 0,95 при двух кранах тяжелого и весьма тяжелого режимов работы;

Тn - нормативная горизонтальная сила торможения грузовой тележки, приходящаяся на одно колесо крана.

Полная сила поперечного торможения:

То = f (P+G)  nв / n (2.3)

Отсюда Тп = То / nо (2.4)

где f - коэффициент трения при торможении тележки, принимаемый 0,05 для кранов с гибким подвесом груза и 0,1 – с жестким;

Р – грузоподъемность крана;

G – вес тележки, принимаемый по ГОСТ (при отсутствии данных допускается принимать G = 0,3 Р);

nв – число тормозных колес тележки;

n - общее число колес тележки;

nо – число колес на одной стороне моста крана.

При расчете балок под краны тяжелого и весьма тяжелого режимов работы горизонтальные силы бытового давления определяются по формуле:

Тt = 0,1· Fn · Į · n · Кd ·nс (2.5)

Расчетные усилия в подкрановой балке находят с помощью линий влияния.

Расчетный изгибающий момент от временной нагрузки

Mx = Mf =  Fi Yi (2.6)

где - коэффициент, учитывающий собственный вес подкрановых конструкций и временную нагрузку на тормозных площадках:

для балок пролетом ℓ = 6м, = 1,05

при ℓ ≥ 12м. , = 1,07

 Fi Yi - сумма произведений расчетных сил давления крановых колес, определенных по формуле (2.1), на соответствующие ординаты линий влияния

Наиболее невыгодным нагружением подкрановой балки является расположение колес, когда критический груз находится над вершиной треугольной линии влияния.(рис.2.1)




Рисунок 2.1


Необходимый и достаточный признак критического груза определяется системой двух неравенств.


(2.7)

(2.8)


где Ra - равнодействующая грузов, расположенных слева от критического;

Rв - то же, справа;

α и в – расстояния от критического груза до опор.

Расчетный изгибающий момент от поперечной тормозной нагрузки


Му = Мт = Т ∑ Уi (2.9)





Рисунок 2.2


Расчетные значения поперечной силы от обеих нагрузок находят располагая краны таким образом, чтобы один из грузов находился непосредственно над опорой, а остальные – как можно ближе к ней. (рис.2.2)

Qx = Qf = α ∑ Fi Уi (2.10)


Qу = Qт = Т ∑ Уi (2.11)


2.2. Подбор сечения подкрановой балки.

Требуемый момент сопротивления подкрановой балки.


(2.12)


где Mmax - максимальный расчетный изгибающий момент;

Ry - расчетное сопротивление металла поясов изгибу, установленное по пределу текучести, принимаемой по прилож.5.

c - коэффициент условий работы, принимаемой по прилож.6.

Высота симметричной подкрановой балки из условия наименьшего расхода металла




(2.13)


где k - коэффициент, зависящий от конструктивного оформления балки; при постоянном сечении его принимают равным 1,1-1,15;

t - толщина стенки балки.

Высота подкрановой балки из условия требуемой жесткости балки:


(2.14)


где ℓ - длина балки; Е – модуль упругости;

fи – предельный прогиб, принимаемый по табл.

- нормативный изгибающий момент от вертикальной нагрузки;

- расчётный изгибающий момент;

Окончательно принимают высоту, близкую к оптимальной, но не меньше минимальной. В целях унификации высота балки должна быть кратной 100мм.

Для балок высотой до 3м. толщина стенки в мм определяется по эмпирической формуле:


(2.15)


где h – высота подкрановой балки, приближенно можно принять (1/6…1/8) ℓ,

где ℓ - пролет подкрановой балки.


Толщина стенки из условия прочности на срез:


(2.16)

где Qmax – максимальная расчетная поперечная сила;

Rs - расчетное сопротивление металла стенки сдвигу, принимаемое Rs = 0,58 Rу;

Толщина стенки из условия местной устойчивости:

(2.17)

где h - высота стенки;

Ry - расчетное сопротивление металла стенки сжатию;

Е - модуль упругости стали, равный 206103МПа.

В любом случае толщина стенки должна быть не менее 8мм. При этом соотношение h/t условия прочности и устойчивости стенки должны находиться в следующих пределах:


Таблица 2.1

h,

м

1

1,5

2

3

4

5

t,

мм

8…10

10…12

12…14

16…18

20…22

22…24



100…125

125…150

145…165

165...185

185…200

210…230



2.3. Проверка прочности подкрановой балки.

Проверку прочности подкрановых балок производят по нормальным, касательным и местным нормальным напряжениям от сосредоточенной силы давления колеса.

Нормальные напряжения определяют по формуле:


(2.18)


где Mf – расчетный изгибающий момент от вертикальной нагрузки;

Mт – расчетный изгибающий момент от горизонтальных поперечных сил;

Wв,nt – момент сопротивления нетто для верхних волокон подкрановой балки;

Wy,nt - момент сопротивления тормозной балки относительно вертикальной оси у-у;


В расчетное сечение тормозной балки включается верхний пояс подкрановой балки, горизонтальный лист, окаймляющий пояс.

Rу – расчетное сопротивление стали.

с - коэффициент условий работы.


Касательные напряжения по формуле:


(2,19)


где Qmax – максимальная расчетная поперечная сила;

Sx - статический момент площадки половины сечения (при симметричном сечении).

Jx - момент инерции площадки всего сечения относительно нейтральной оси;

t - толщина стенки.

Rs – расчетное сопротивление металла стенки сдвигу;

c - коэффициент условий работы.

Местные вертикальные напряжения в стенке под сосредоточенным грузом, приложенным к поясу балки проверять по формуле:


(2.20)


где f - коэффициент, учитывающий неравномерность давления кранового колеса и повышенную динамичность под стыками рельсов

он равен 1,6 для балок под краны весьма тяжелого режима работы с жестким подвесом груза, 1,4 – при тех же кранах, но с гибким подвесом, 1,3 – при кранах тяжелого режима работы, 1,1 – для прочих подкрановых балок;

- расчетная сила вертикального давления колеса без учета коэффициента динамичности;

- условная длина распределения местного давления, определяемая в сварных балках по формуле:


(2.21)


Jf - сумма моментов инерции площади сечения верхнего пояса балки и подкранового рельса относительно собственных центральных осей Х1 и Х2 (рис.2.3) или общий момент инерции пояса и рельса в случае приварки одного к другому швами, обеспечивающими их совместную работу.





Рис. 2.3


Проверка жесткости подкрановой балки определяется по формуле:

(2.22)


где MFn – изгибающий момент от нормативной нагрузки;

- предельный относительный прогиб.


Пример 2.

^ РАСЧЕТ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ.


Пролёт подкрановой балки = 12м.

Режим работы кранов - средний.

Материал балки - сталь марки 18ГПС.

Из приложения 2 или по ГОСТу 6711-81 для крана Q = 800кН выбираем необходимые данные: Lкр = 34000мм - пролёт крана

В = 9100мм - ширина

К - 4350мм-база

= 900мм - расстояние между колёсами

F1п =392кН; F2п = 422кН; - сила давления колеса

Вес крана с тележкой - 1500кН

Вес тележки G = 380кН

Тип кранового рельса КР 100. (приложение 7).


Схема параметров крана




Рисунок 2.4


Определяем: расчётные силы вертикального давления колёс при γп = Кd = 1


F1 =

F2 =


Расчётная сила поперечного торможения:





^ Определяем наибольший изгибающий момент:

Согласно правила Винклера, наибольший изгибающий момент от системы подвижных грузов возникает в том случае, когда равнодействующая всех сил, находящихся на балке, и ближайшая к ней сила равноудалены от середины пролёта балки.

Для этого необходимо расположить два сближенных крана в невыгоднейшее положение.

Тогда




Определяем расстояние между критическим грузом и равнодействующей (С)


С = Z – (е + 2d) = 3,64 – (0,9 + 1,475) = - 0,21м


Знак «минус» означает, что критический груз расположен правее равнодействующей.

Определяем расстояние от критического груза до опор:




b = – a = 12 – 6,105 = 5,895м


проверяем условия


и


т.к. согласно схеме (2.5) Fср = F2, то


т.е




Рис. 2.5


Положение равнодействующей всех сил определяются относительно оси крайнего левого колеса, т.е.




где



т.е.


Условия соблюдаются.

Строим линию влияния изгибающего момента для сечения балки под критическим грузом (2.5)





Остальные ординаты находим из подобия треугольников, тогда наибольший расчетный изгибающий момент от вертикальной нагрузки (формула 2.6):









Наибольший нормативный момент:





Наибольший расчётный изгибающий момент от поперечной тормозной нагрузки, (формула 2.9)




Определяем наибольшую поперечную силу Qmах





Рисунок 2.6





Производим подбор сечения балки


Предельный относительный прогиб подкрановой балки для среднего режима работы крана


Минимальная высота подкрановой балки:





Требуемый момент сопротивления





Определяем толщину стенки:





Необходимо принять больше , учитывая возможные большие местные напряжения в стенке балки под катком крана.

Оптимальная высота





т.е. hopt > hmin


Из условия, что


И в целях унификации высота балки должна быть кратной 100мм тогда можно принять размеры стенки балки 1400x14 мм и проверить на срез.





где


Условие местной устойчивости





Требуемый момент инерции поясов балки:





Площадь сечения одного пояса:





По полученным данным компануем сечение балки (рис. 2.7)


Из условия:











Принимаем bƒ = 40см

tƒ = 2,5см






Рисунок 2.7


Лист тормозной балки можно принять из рифленной стали поддерживающий швеллер № 16


^ Проверка прочности балки


а) Найдём геометрические размеры балки относительно

горизонтальной оси х-х:


Момент инерции:







Момент сопротивления





Статический момент полусечения





б) Геометрические характеристики тормозной балки относительно вертикальной оси у-у:


Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения:







Момент инерции сечения тормозной балки:





Момент сопротивления крайнего волокна на поясе подкрановой

балки:




Проверка нормальных напряжений


Определяем нормальные напряжения в верхнем поясе по формуле

(2.18)






Недонапряжение составляет





Проверка касательных напряжений на опоре по формуле (2.19)







Проверяем прочность стенки на местное давление кранового колеса. Согласно ГОСТ 4121-76* для рельса марки КР 100

А2 = 113,32см2, 2 = 2865см4;


Сумма моментов инерции верхнего пояса и рельса относительно их собственно центральных осей:





Условная длина распределения давления колеса (формула 2.21)





Расчётная сила вертикального давления колеса:





Местные напряжения (формула 2.20)





Проверка жесткости балки.


Относительный прогиб балки определяем по формуле (2.22)





Жесткость балки обеспечена.


^ 3. РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ КАРКАСА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ.


Поперечные рамы промышленных зданий – статически неопределимые системы. Для расчета рамы необходимо определить ее расчетную схему, собрать действующие на раму нагрузки, произвести статический расчет и выявить комбинации наибольших расчетных усилий. По этим комбинациям подбирают сечения элементов рамы.


3.1 ^ Расчетная схема рамы.

В процессе разработки компоновочной части проекта устанавливается конструктивная схема поперечной рамы, в которой показываются основные размеры ее элементов – колонн и ригелей. При расчете конструктивная схема рамы должна быть преобразована в расчетную схему с учетом ряда условностей и упрощений.

Так как центры тяжести сечений колонн неизвестны, устанавливаются геометрические оси колонн, проходящих посередине высоты сечения колонн.

За геометрическую ось решетчатого ригеля принимается ось нижнего пояса. Заделка стержня колонны считается на уровне низа башмака.

На рис.3.1 показана конструктивная схема однопролетной рамы с жестким зацеплением ригеля в ступенчатых колоннах и расчетная схема этой же рамы.

В продольном направлении в расчетную схему рамы включается вырезанная двумя параллельными плоскостями ячейка здания, называемая расчетным блоком.





Рис. 3.1

В продольном направлении в расчетную схему рамы включается вырезанная двумя параллельными плоскостями ячейка здания, называемая расчетным блоком.


3.2 Нагрузки, действующие на раму.

На поперечную раму действуют следующие нагрузки:

а) постоянная нагрузка – вес каркаса, ограждающих конструкций;

б) снеговая нагрузка;

в) крановая нагрузка (вертикальная и горизонтальная от поперечного торможения).

г) ветровая нагрузка (активное давление с наветренной стороны и отсос с заветренной стороны).


3.2.1. Постоянная нагрузка.

Определяется как погонная распределенная нагрузка на ригель рамы.

В промышленных зданиях применяются прогонные и беспрогонные покрытия в зависимости от технологических и экономических факторов. При прогонном покрытии на стропильные фермы устанавливаются прогоны через 1,5…3м., на которые укладываются мелкоразмерные кровельные листы, настилы.

При беспрогонном покрытии на стропильные фермы укладываются крупноразмерные железобетонные плиты размерами 3х6 м или 3х12 м. Вес стропильных ферм, связей, фонарей можно принимать от 0,2 до 0,5 кН/м2; Меньшие значения принимаются при пролетах рам 18…30метров и шаге 6м., большие – при пролетах рам 30…36м. и шаге – 12м.


Вес прогонов принимается: 0,05-0,1 кН/м2 при шаге 6м. и

0,1…0,2 кН/м2 при шаге 12м. Большие значения принимать при теплой кровле.

Постоянную нагрузку рекомендуется и удобно собирать в табличной форме (табл.3.1)


Таблица 3.1

Состав нагрузки

Норматив-

ная кН/м2

Коэф-т перегр.

Расч.

кН/м2

Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием), γ =21кН/м3, h =10 мм.

Гидроизоляционный ковер (4 слоя рубероида на битумной мастике).

Утеплитель (пенопласт ФРП-I), γ=0,5 кН/м2 , h =50мм.

Пароизоляция (один слой пергамина)

Стальной профилированный настил

Прогоны

Собственный вес металлич. констр. шатра

0,21


0,2


0,025

0,04

0,15

0,2


0,5

1,3


1,2


1,3

1,3

1,05

1,05


1,05

0,27


0,24


0,03

0,05

0,16

0,21


0,53

Итого:

1,325




1,49


Расчетная нагрузка на 1м. длины ригеля рамы:


q= q' В = 1,49 12 = 17,88 кН/м (3.1)


Где q' - расчетная нагрузка 1м2 кровли;

В – шаг стропильных ферм.

Опорное давление ригеля от постоянной нагрузки:


(3.2)


3.2.2. Снеговая нагрузка.

Принимается равномерно распределенной по длине ригеля, определяется по формуле:


P = f  Po  C  В (3.3)


где Po – вес снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности, принимаемой в зависимости от района строительства по прил.9.

С – коэффициент, учитывающий неравномерность снежного покрова при сложной кровле;

Для расчета рамы С = 1

В – шаг стропильных ферм;

f – коэффициент перегрузки, устанавливаемый в зависимости от отношения постоянной нормативной нагрузки к нормативной снеговой по табл.3.2.


Таблица 3.2

qн / Po

1

0,8

0,6

0,4

f

1,4

1,5

1,55

1,6

Расчетная нагрузка на 1м длины ригеля рамы по формуле (3.3)

P = f  Po  C  В = 1,4  0,7  1  12 = 11,76 кН/м


где Po =0,7 кН/м2 – нормативный вес снегового покрова для г. Павлодар

Опорное давление ригеля от снеговой нагрузки:




3.2.3 Крановая нагрузка.

Вертикальные и горизонтальные давления колес кранов передаются на раму подкрановыми и тормозными балками в виде вертикальных опорных давлений Dmax и Dmin приложенных с эксцентриситетом eк и горизонтальной силой Т max .

Вертикальные опорные давления подкрановых балок определяются по формулам:

Dmax = nc  Fmax ∑ y (3.4)

Dmin = nc  Fmin ∑ y (3.5)

где nc – коэффициент сочетаний при совместной работе нескольких кранов.

При совместной работе двух кранов среднего режима работы nc = 0,85

Fmax = f  F2n - максимальное расчетное давление колеса крана, принимаемое по соответствующему ГОСТу;

f =1,1 - коэффициент надежности по нагрузке;

- минимальное расчетное давление колеса крана, здесь:

Р - грузоподъемность крана

G – вес крана (по ГОСТ на краны)

no - число колес на одной стороне крана,

∑ y - сумма ординат линии влияния по рис. 3.2.

Сосредоточенные моменты от вертикального давления кранов.





рис. 3.2


Мmax = D max к ,

(3.6)

Mmin = Dmin к

где ℓк – расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения подкрановой части колонны;

к ≈ (0,5 …. 0,8) в м.

Расчетное горизонтальное давление на колонну Тmax от силы поперечного торможения определяется по формуле:


(3.7)


где - нормативная горизонтальная сила торможения грузовой тележки , приходящаяся на одно колесо по формулам (2.3 и 2.4.)

f - коэффициент надежности по нагрузке,

nc - коэффициент сочетания,

у – сумма ординат влияния давления на колонну по рис.3.2.


Вертикальные опорные давления подкрановых балок:


Dmax = 0,85  1,1  422  4,96 = 1957 кН

Fmin = 1.1 - 1,1  422 = 168,3 кН

Dmin = 0,85  1,1  168,3  4,96 = 780,5 кН


Сосредоточенные моменты от вертикального давления кранов:


Мmax = 1957 кН  0,75м. = 1467,8 кН  м

Mmin = 780,5 кН  0,75м. = 585,4 кН  м


Расчетное горизонтальное давление на колонну:


Тmax = 13,8  4,96 = 68,5 кН


3.2.4 Ветровая нагрузка.

Определяется как с наветренной (активное давление), так и с заветренной (отсос) стороны. (рис.3.3)

Ветровая нагрузка до нижнего пояса стропильной фермы принимается эквивалентной равномерно распределенной по длине колонны.




Рис. 3.3


Расчетная нагрузка на 1м. длины колонны с наветренной стороны (активное давление)


q =f qo,экв С В (3.8)


С заветренной стороны (отсос)


q =f qo,экв С В (3.9)


где f =1,2 – коэффициент надежности по нагрузке;

С и С' – аэродинамические коэффициенты, принимаемые по СНиП 2.01-07-85, равные с наветренной стороны С = 0,8 и с заветренной стороны С' = 0,6

qо.экв = - эквивалентная равномерно-распределенная нагрузка по длине колонны с учетом – коэффициента, учитывающего изменение скоростного напора в зависимости от высоты и типа местности, принимаемого по табл.3.3

h – высота колонны;

M – изгибающий момент в консольной стойке высотой h от фактической эпюры ветрового давления, приходящегося на колонну;

B – шаг колонны.


Таблица 3.3

Тип местности

Высота над поверхностью земли, м

 10

20

40

60

А – открытое

1

1,25

1,50

1,70

Б – с препят- ствиями

0,65

0,85

1,1

1,3




страница1/9
Дата конвертации23.10.2013
Размер2,22 Mb.
ТипУчебное пособие
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы