- •1.3.2 Горизонтальные размеры
- •3) Ветровые нагрузки
- •2.3.2 Расчёт на нагрузку от снега
- •2.3.3 Расчёт на ветровую нагрузку
- •2.3.4 Расчёт на вертикальную нагрузку от мостовых кранов
- •2.3.5 Расчёт на горизонтальные воздействия от мостовых кранов
- •3. Расчёт и конструирование колонны
- •3.1 Определение длины в плоскости и из плоскости рамы
- •3.2 Расчёт надкрановой части колонны
- •Условие выполняется.
- •3.6 Расчёт базы колонны
- •Условие выполнено, прочность обеспечена.
- •3.7 Расчёт элементов соединительной решётки
- •3.8 Проверка устойчивости подкрановой части колонны как единого сварного стержня в плоскости действия изгибающего момента
- •4.2 Подбор сечений стержней фермы
- •4.2.1 Подбор сечений сжатых стержней
- •4.3.2 Опорный узел
- •4.3.3 Коньковый узел
- •Лист для замечаний
СОДЕРЖАНИЕ
1 Компоновка конструктивной схемы каркаса здания |
6 |
1.1 Выбор типа ограждающих конструкций для стен и покрытия |
6 |
1.2 Выбор шага колонн и составление эскиза плана колонн |
6 |
1.3 Составление унифицированной схемы поперечной рамы здания |
7 |
1.3.1 Вертикальные размеры |
7 |
1.3.2 Горизонтальные размеры |
9 |
1.3.3 Проверка местной устойчивости верхней и нижней части колонны |
10 |
2 Расчёт поперечной рамы здания |
12 |
2.1 Расчётная схема рамы |
12 |
2.2 Сбор нагрузок |
13 |
2.2.1Постоянные нагрузки |
13 |
2.2.2 Временные нагрузки |
15 |
2.3 Статический расчёт поперечной рамы |
22 |
2.3.1 Расчёт на постоянные нагрузки |
22 |
2.3.2 Расчёт на нагрузку от снега |
29 |
2.3.3 Расчёт на ветровую нагрузку |
32 |
2.3.4 Расчёт на вертикальную нагрузку от мостовых кранов |
37 |
2.3.5 Расчет на горизонтальные воздействия от мостовых кранов |
41 |
3 Расчёт на конструирование колонны |
45 |
3.1 Определение длины в плоскости и из плоскости рамы |
45 |
3.2 Расчёт надкрановой части колонны |
47 |
3.3 Определение геометрических характеристик принятого сечения. |
49 |
3.3.1 Проверка устойчивости надкрановой части колонны |
51 |
3.4 Проверка местной устойчивости |
52 |
3.5 Расчёт и конструирование нижней части колонны |
56 |
3.6 Расчёт базы колонны |
66 |
3.7 Расчёт элементов соединительной решётки |
73 |
3.8 Проверка устойчивости подкрановой части колонны |
75 |
3.9 Расчёт узла сопряжения верхней и нижней частей колонны |
77 |
4 Расчёт и конструирование стропильной фермы |
83 |
4.1 Сбор нагрузок |
83 |
4.2 Подбор сечений стержней фермы |
86 |
4.2.1 Подбор сечений сжатых стержней |
86 |
4.2.2 Подбор сечений растянутых стержней |
88 |
4.3 Расчёт узлов фермы |
89 |
4.3.1 Узел фермы с изменением сечения пояса |
89 |
4.3.2 Опорный узел |
92 |
4.3.3 Коньковый узел |
96 |
Список использованной литературы |
99 |
1 КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ
1.1 Выбор типа ограждающих конструкций для стен и покрытия
В качестве ограждающих конструкций принимаем стеновые панели из лёгкого бетона длиной 6 м, шириной 1,8 м. Несущими конструкциями покрытия являются стропильные фермы пролётом 24 м. Покрытия беспрогонные. По верхним поясам фермы укладываются плиты длиной 6 м, шириной 3 м. Состав покрытия рассмотрим в Таблице 1 «Сбор нагрузок».
1.2 Выбор шага колонн и составление эскиза плана колонн
В соответствии с заданием на проектирование принимаем однопролётную схему здания. Шаг продольных колонн принимаем 6 м. Угловые колонны ставятся на расстоянии 500 мм от угловой оси в целях установки стенового ограждения. Остальные колонны располагаются по осям здания. Деформационный шов отсутствует (длина здания меньше 90 м).
Рисунок 1 – Эскиз плана кровли
1.3 Составление унифицированной схемы поперечной рамы здания
1.3.1 Вертикальные размеры рамы
Устанавливаем вертикальные размеры.
Рисунок 2 – Вертикальные размеры рамы
– высота фермы, =3 м;
– отметка головки подкранового рельса, =12 м;
– расстояние от головки рельса до ригеля (нижнего пояса фермы)
,
где – габаритный размер мостового крана от головки кранового рельса до верхней точки тележки крана, зависит от грузоподъёмности крана и от пролёта здания. При пролёте здания 24 м и грузоподъёмности 300 кН =2750 мм;
– размер между верхним габаритом крана и низом покрытия, учитывающий прогиб конструктивного элемента покрытия, =300 мм;
100 – запас на неточность монтажа.
мм
Устанавливаем высоту цеха от уровня пола до низа стропильной фермы H.
Размер H в соответствии с «Основным положением по унификации» должен быть кратным 1,2, если H<10,8 м, или 1,8, если H>10,8 м.
Принимаем высоту цеха H=16,2 м.
Определяем высоту верхней части колонны .
= + + ,
где – высота подкрановой балки, =1,3 (при грузоподъёмности до 50 т);
– высота кранового рельса (принимается в зависимости от грузоподъёмности крана), =120 мм (кран КР70).
=1300+120+3150=4570 мм
Высота нижней части :
= – + ,
где – величина заглубления опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки, =1 м.
=16200–4570+1000=12630 мм
1.3.2 Горизонтальные размеры
Размеры по горизонтали привязываются к продольным осям здания, расстояние между которыми устанавливается при расстановке сетки колонн в зависимости от технологических и эксплуатационных требований и требований унификации. Привязка наружной грани колонны крайнего ряда к продольной оси здания может быть 0, 250, 500 мм.
=0 мм (в зданиях без мостовых кранов и в невысоких зданиях при шаге колонн 6 м, оборудованных грузоподъёмными кранами до 30 т включительно);
=500 мм (для зданий свыше 30 м высотой, с краном грузоподъёмностью больше 75 т и с краном особого режима, когда в верхней части колонны устраивают проём для прохода);
=250 мм (во всех остальных случаях).
Принимаем =0 мм.
– ширина верхней части колонны. Из условий необходимой жёсткости не должна быть больше, чем ( ), т.к ось здания проходит по середине верхней части колонны.
Принимаем минимальное значение
– ширина нижней части колонны:
=
– расстояние от оси колонны до внутренней грани колонны:
,
где – зазор между краном и колонной, по требованиям безопасности =60 – 75 мм;
– часть кранового моста, выступающая за ось рельса, принимается по стандартам на краны, =300 мм.
=70+0+300=370 мм
Пролёты кранов имеют модуль 500 мм, поэтому размер должен быть кратен 250 мм. Исходя из этого принимаем =500 мм.
Отсюда:
=500+500=1000 мм
1.3.3 Проверка местной устойчивости верхней и нижней части колонны
Исходя из условий жёсткости :
500>
500>381
Условие выполняется.
Из условия обеспечения жёсткости цеха в поперечном направлении ширину нижней части колонны назначают не менее в обычных производственных зданиях и не менее в зданиях с краном особого режима работы.
1000>
1000>810
Условие выполняется.
2 РАСЧЁТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ЗДАНИЯ
2.1 Расчётная схема
Расчётная схема – это многократно статически неопределимая система. Сопряжение ригеля с колонной и колонны с фундаментом жёсткое.
Сквозную ферму при малоуклонном верхнем поясе заменим эквивалентным по жёсткости прямолинейным стержнем.
Из опыта проектирования производственных зданий расстояние между центрами тяжести сечений верхних и нижних участков колонны определяется по следующей зависимости:
е=(0,45÷0,55)
е=
Рисунок 3 – Расчётная схема рамы
2.2 Сбор нагрузок
Расчёт рамы требуется вести на каждую из нагрузок раздельно, т.к расчётные усилия для сечений элементов получают при различной компонации нагрузок и их возможном невыгодном сочетании.
Сбор нагрузок выполняется на основании СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».
Рисунок 4 – Нагрузки, действующие на раму
2.2.1 Постоянные нагрузки
1) Постоянные нагрузки от массы конструкции покрытия
Состав покрытия |
Нормативная нагрузка, кН/м2 |
Коэффициент надёжности, |
Расчётная нагрузка, кН/м2 |
1. Защитный слой – гравий ( =18 кН/м3) |
0,18 |
1,2 |
0,216 |
2. Гидроизоляция, 4 слоя |
0,16 |
1,1 |
0,176 |
3. Асфальтовая стяжка (толщина 25 мм, =18 кН/м3 ) |
0,45 |
1,2 |
0,540 |
Продолжение таблицы 1 |
|||
4. Утеплитель – пенобетон 110 мм |
0,55 |
1,2 |
0,660 |
5. Пароизоляция в один слой рубероида |
0,04 |
1,2 |
0,048 |
6. Железобетонная плита |
2 |
1,1 |
2,2 |
|
|
|
|
2) Постоянные нагрузки от веса фермы и связей
где – нагрузка от веса фермы и связей;
– коэффициент надёжности по нагрузке, =1,05;
– пролёт здания, =24 м;
– шаг колонн, =6 м;
– коэффициент, зависящий от пролёта здания, =0,7.
кН/м2
3) Вес всего покрытия
кН/м2
4) Постоянная нагрузка от веса подкрановой балки с рельсом
,
где – постоянная нагрузка от веса подкрановой балки с рельсом;
– коэффициент надёжности по нагрузке, =1,05;
– расчётное сопротивление стали, =27,5 кН/м;
– вес одного метра подкранового рельса, =0,5277;
– максимальное давление колеса крана, =315 кН;
– шаг колонны, =6 м.
кН/м2
2.2.2 Временные нагрузки
1) Нагрузки снеговые
,
где – нагрузки снеговые;
– нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности для г. Архангельска, =2,4 кПа=2,4 кН/м2;
– коэффициент перехода от веса снегового покрова на земле к снеговой нагрузке на покрытие (при )
– шаг колонн, =6 м.
кН/м2
2) Крановые нагрузки
При определении крановых нагрузок на раму предполагается, что действуют нагрузки от двух наиболее неблагоприятных по воздействию мостовых кранов. Крановые нагрузки разделяются на вертикальные и горизонтальные. Рассчитаем вертикальное давление на колонну, к которой приближена тележка крана. Давление определяется по линии влияния опорных реакций подкрановых балок.
Грузоподъёмность 30 т 1 тележка.
Рисунок 5 – Определение крановых нагрузок
k=5100мм,
Определяем вертикальное давление на колонну :
где – коэффициент сочетания усилий для режима работы двух кранов в пролёте, =0,85;
– коэффициент надёжности по нагрузке для крановых нагрузок, =1,1;
– сумма ординат линий влияния под каждым колесом крановой тележки:
=1+0,15=1,15 м
– максимальное давление колеса крана, =325 кН;
– постоянная нагрузка от веса подкрановой балки с рельсом, ;
– нормативное вертикальное давление на правую колонну:
где – коэффициент надёжности по нагрузке, =1,1;
– давление колеса крана:
где Q – грузоподъёмность крана, Q=300 кН;
– вес крана с тележкой, =56 т =560 кН;
– число тормозных колёс одного крана, =2
кН
кН/м2
Т.к. подкрановые балки устанавливаются с эксцентриситетом по отношению к геометрической оси сечения нижнего участка колонны, то возникают моменты – максимальный и минимальный:
мм
кН/м
кН/м
Расчётная горизонтальная сила на колонну от поперечного торможения тележки крана определяется также, как и вертикальное давление:
где Тk – нормативная горизонтальная сила, направленная на одно колесо крана поперёк кранового пути:
где – коэффициент трения при торможении тележки при гибком подвесе груза, =0,05;
– вес тележки крана, =12 т=120 кН;
Q – грузоподъёмность крана, Q=300 кН;
– максимальное число колёс крана с одной стороны, =2