Компоновка поперечной рамы каркаса

КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ КАРКАСА



Исходные данные

Назначение здания - транспортный цех

Мостовые краны - Q = 30/5 т

Группа режима работы крана - 5к

Отметка кранового рельса - h1 = 16 м

Длина здания - 240 м

Пролет здания - l = 36 м

Шаг колонн - B = 12 м,

крайние - 11,5 м

Город строительства - г. Москва

Тип фермы - стропильные фермы с параллельными поясами, высотой на опоре Hф = 3150 мм

Конструкция покрытия - стальная панель с профнастилом

Фонарь аэрационный - Вфон = 12000 мм,

Hфон = 3930 мм

с двумя лентами остекления по 1460 мм

Каркас здания - комплекс несущих конструкций, воспринимающих нагрузки от ограждающих конструкций, атмосферных воздействий и технологического оборудования.

Стальной каркас состоит из колонн, жестко прикрепленных к фундаменту и стропильных ферм, шарнирно соединенных с колоннами.

Конструктивная схема каркаса здания представлена на рисунке 1.

Вертикальные размеры:

* h2 ? (Hкр + 100) + f = 3000 + 100 + 400 = 3500 мм, принято - 3600 мм, кратный 200 мм.

* Hо ? h1 + h2 = 16000 + 3600 = 19600 мм.



Ближайший больший размер, кратный 1800 мм, - 19800 мм. Принято Ho = 19800 мм. Отметку верха подкранового рельса можно увеличить до 19,8 - 3,6 = 16,2 м. При высоте подкрановой балки с рельсом, равной hб + hр = 1/10В = 1200 мм. Принято hб + hр = 1200 мм (кратный 200 мм).

hв = (hб + hр) + h2 = 1200 + 3600 = 4800 мм.

При заглублении базы колонны на 1000 мм ниже пола

hн = Hо - hв + 1000 = 19800 - 4800 + 1000 = 16000 мм.

Полная высота колонны

H = hв + hн = 4800 + 16000 = 20800 мм.

Hф = 3150 мм.

Hфон = 3930 мм.

Hшатра = Hф + Hфон + il/2 + tп = 3150 + 3930 + 0,015*36000/2 + 400 = 7750 мм.

Горизонтальные размеры:

Принимаем привязку bо = 250 мм.

Проход располагаем вне сечения колонны.

bв = 2bо = 2*250 = 500 мм.

МГОУ (ЧИ) СФ 203325 МК ПЗ

bвmin = hв/12 = 4800/12 = 400 мм < bв = 500 мм.

В пределах высоты фермы высоту сечения колонны назначаем 450 мм.

l1min = B1 + (bв - bо) + 450 + 60 = 300 + (500 - 250) + 450 + 60 = 1060 мм.



Принято l1 = 1250 мм (кратный 250 мм).

bн = l1 + bо = 1250 + 250 = 1500 мм.

bнmin = 1/20H = 20800/20 = 1040 мм < bн = 1500 мм.

Пролет мостового крана

lк = l - 2l1 = 36000 - 2*1250 = 33500 мм.

Сечение верхней части колонны назначаем сплошностенчатым двутавровым, нижней - сквозным.



1.Установка связей по колоннам и покрытию

Пространственная жесткость каркаса и устойчивость каркаса и отдельных его элементов обеспечивается путем постановки системы связей:

- горизонтальных и вертикальных связей между стропильными фермами, обеспечивающих устойчивость конструкции покрытия при монтаже и в процессе эксплуатации.

- вертикальных связей между колоннами, необходимых для передачи усилий, действующих вдоль здания, на фундаменты.

1.1 Подготовка расчетных данных для ЭВМ. Основные размеры

l = 36 м; В = 12 м; H = 20,8 м; hн = 16 м; hв = 4,8 м; ео = 0,5(bн - bв) = 0,5(1,5 - 0,5) = 0,5 м.

Расчет поперечной рамы одноэтажного однопролетного промышленного здания с мостовыми кранами выполняем с использованием программного комплекса «ЛИРА».

Для расчета на ЭВМ реальную поперечную раму заменяем идеализированной, представляющей собой плоскую стержневую систему).

Таблица 1

	Координаты, м
	x	z
	Формула вычисления	Вычисления	Значение	Формула вычисления	Вычисления	Значение
1	-	-	0	-	-	0
2	-	-	0	hн	-	16
3	-ео	-	-0,5	hн	-	16
4	-ео	-	-0,5	Н = hн + hв	16,0 + 4,8	20,8
5	l - ео	36 - 0,5	35,5	Н = hн + hв	16,0 + 4,8	20,8
6	l - ео	36 - 0,5	35,5	hн	-	16
7	l - 2ео	36 - 2*0,5	35	hн	-	16
8	l - 2ео	36 - 2*0,5	35	-	-	0

1.2 Нагрузки на поперечную раму. Постоянная нагрузка

Таблица 2.

№	Элемент конструкции	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент перегрузки	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием) г = 21 кН/м3 t = 20 мм	0,42	1,3	0,55
2	Гидроизоляция (4 слоя рубероида)	0,2	1,3	0,26
3	Утеплитель (пенопласт) г = 0,5 кН/м3 t = 50 мм	0,03	1,2	0,04
4	Пароизоляция (1 слой рубероида)	0,04	1,3	0,05
5	Стальная панель с профилированным настилом	0,35	1,05	0,37
6	Собственная масса металлических конструкций шатра (фермы, фонари, связи)	0,35	1,05	0,37
7	Итого:	1,39	-	1,64

Нагрузка на 1 м2 кровли подсчитана по табл. 2.

1. Расчетная равномерно распределенная линейная нагрузка, действующая на ригель рамы от веса конструкций покрытия

qn = гngкрB = 0,95*1,64*12 = 18,70 кН/м.

2. Сосредоточенная сила, действующая на колонну от веса подкрановой балки

Fп.б. = гпгfGп.б. = 0,95*1,05*33 = 32,9 кН (Gп.б. = 33 кН см. табл. 4). [1]



1.3 Расчетный вес колонны. Верхняя часть (20% веса)

Gв = гfгnGкВL/2 = 0,95*1,05*0,4*0,2*12*36/2 = 17,24 кН,

где Gк = 40 кг/м2 - вес колонны.

Расчетный вес колонны. Нижняя часть (80% веса)

Gн = гfгnGкВL/2 = 0,95*1,05*0,4*0,8*12*36/2 = 68,95 кН,

где Gк = 40 кг/м2 - вес колонны.

Поверхностная масса стенового заполнения 200 кг/м2 и переплетов с остеклением 35 кг/м2. В верхней части колонны (включая вес этой части колонны)

F1 = гn[1,2Gст(4,2 + 3,1)В + 1,1Gост1,2В] + Gв = 0,95*[1,2*2*(4,2 + 3,1)*12 + 1,1*0,35*1,2*12] + 17,24 = 222,23 кН.

Поверхностная масса стенового заполнения 200 кг/м2 и переплетов с остеклением 35 кг/м2. В нижней части колонны (включая вес этой части колонны)

F2 = гn[1,2Gст(2,9 + 4,5)В + 1,1Gост8,4В] + Gн = 0,95*[1,2*2*(2,9 + 4,5)*12 + 1,1*0,35*8,4*12] + 68,95 = 308,28 кН.

Снеговая нагрузка.

Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы (кН/м) от веса снегового покрова находится по формуле:

qсн = ?f?nсроВ , где



ро - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 площади горизонтальной поверхности; находится в зависимости от климатического района места строительства; по заданию климатический снеговой район III и ро = 1,8 (кН/м2);

?f = 1,4 - коэффициент надежности по снеговой нагрузке; принимается равным 1,4, т.к. gкрн/ро = 1,39/1,8 = 0,8;

с = 1, т.к. угол наклона крыши к горизонту б ? 250 - коэффициент, зависящий от очертания кровли и учитывающий степень удерживаемости снега на крыше здания.

qсн = 1,4*0,95*1*1,8*12 = 28,7 кН/м.

Вертикальные усилия от мостовых кранов.

База крана (5,6 м) и расстояние между колесами двух кранов (В2 - К = 6,86 - 5,6 = 1,26 м), а также нормативное усилие колеса Fkmax = 380 кН.

Расчетное вертикальное усилие от двух сближенных кранов на колонну, к которой приближены тележки с грузом

Dmax = гn(гfkцk?Fkmax?yi + гfgGп.б.B) = 0,95*(1,1*0,85*380*2,86 + 1,05*33*12) = 1360 кН,

где ?Fkmax - нормативное вертикальное усилие от колеса крана на путь, к которому приближена тележка

?Fkmax = Fk = 380 кН;

Yi - ордината линии влияния опорной реакции подкрановых балок;

Gп.б. = 33 кН - вес подкрановых конструкций, которые принимаются ориентировочно в зависимости от шага рам и грузоподъемности крана;

гfk = 1,1 - коэффициент надежности по крановой нагрузке;

гfg = 1,05 - коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса;

цk - коэффициент сочетания крановых нагрузок. При учете кранов группы 5к, 6к - цk = 0,85;

Краны устанавливаются относительно рассчитываемой рамы так, чтобы сумма ординат линии влияния была наибольшей

?yi = 0,43 + 0,90 + 1 + 0,53 = 2,86

Расчетное вертикальное усилие кранов при той же установке на противоположную колонну рамы

Dmin = гn(гfkцk?Fkmin?yi + гfgGп.б.B) = 0,95*(1,1*0,85*167*2,86 + 1,05*33*12) = 819 кН,

где ?Fkmin = (9,8Q + Qк)/no - ?Fkmax = (9,8*30 + 740)/2 - 380 = 167 кН,

Q - грузоподъемность крана, т; Qк - масса крана с тележкой, кН; no - число колес с одной стороны крана.

Моменты от внецентренного приложения сил Dmax, Dmin:

еп.б. = л - ео = 0,75 - 0,5 = 0,25 м;

Мmах = Dmах*еп.б. = 1360*0,25 = 340 кНм;

Мmin = Dmin*еп.б. = 819*0,25 = 205 кНм.

Горизонтальная сила от мостовых кранов.

Горизонтальная сила от мостовых кранов, передаваемая одним колесом:

Ткн = 0,05(9,8Q + Gт)/nо = 0,05(9,8*30 + 120)/2 = 10,5 кН;

Т = гnгfkцkТкн?yi = 0,95*1,1*0,85*10,5*2,86 = 27 кН,



где Q - номинальная грузоподъемность крана, т; Gт - вес тележки, кН; nо - число колес с одной стороны крана.

Ветровая нагрузка.

Давлением ветра на кровлю здания в данном проекте пренебрегаем в виду его малости.

Ветровое давление стеновыми панелями передается на стойки поперечных рам каркаса.

Тип местности - Б и коэффициенты k для 10 м - 0,65; 20 м - 0,9; 30 м - 1,05.

Расчетная линейная ветровая нагрузка на стойку каркаса по формулам:

qв = гnгfgokcВ = 0,95*1,2*0,27*k*0,8*12 = 2,95k кН/м,

где гn - коэффициент надежности по назначению;

гf = 1,2 - коэффициент надежности для ветровой нагрузки;

go = 0,27 кН/м2 - нормативный скоростной напор ветра, определяемый в зависимости от климатического ветрового района (по заданию - район I);

k - коэффициент изменения скоростного напора по высоте;

с = 0,8, со = 0,6 - аэродинамический коэффициент, характеризующий степень обтекаемости сооружения, принимается по данным СНиП.

Линейная распределенная нагрузка при высоте: до 10 м - 2,95*0,65 = 1,9 кН/м; 20 м - 2,95*0,9 = 2,7 кН/м; 30 м - 2,95*1,05 = 3,1 кН/м; 20,8 м - 2,7 + (3,1 - 2,7)*0,8/10 = 2,7 кН/м; 23,95 м - 2,7 + (3,1 - 2,7)*3,95/10 = 2,8 кН/м; 27,88 м - 2,7 + (3,1 - 2,7)*7,88/10 = 3 кН/м.

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки:

W = (q1 + q2)Hш/2 = (2,7 + 3)*7,08/2 = 20 кН,

W I = W0,6/0,8 = 20*0,6/0,8 = 15 кН.



Эквивалентные линейные нагрузки:

qэ = qв10б = 1,9*1,11 = 2,1 кН/м,

qэI = 2,1*0,6/0,8 = 1,6 кН/м,

где б = 1,11 - коэффициент (при H?20 м - 1,1; 25 м - 1,17).

Статический расчет поперечной рамы.

Расчет на постоянные нагрузки.

Расчет на нагрузку от снега.

Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов.

Расчет проведен при расположении тележки крана у левой стойки.

Крановая нагрузка - местная, поэтому бпр ? 1. Пространственная работа каркаса при отсутствии жесткой кровли:

бпр = 1 - б - б'(no/?yi - 1) = 1 - 0,67 - ( - 0,25)*(4/2,86 - 1) = 0,43;

в = B3?Iнd/H3?IГ = (12/20,8)3*0,25*0,941 = 0,045 ? 0,05;

?Iн/?IГ = 0,25;

d = 1/с = 1/(1 + б3(Iн/Iв - 1)) = 1/(1 + 0,253*(5 - 1)) = 0,941;

Iн = 5; Iв = 1;

б = hв/H = 4,8/20,8 = 0,231 ? 0,25,

где d = 1/с - при шарнирном сопряжении ригеля рамы с колонной;

no - число колес кранов на одной нитке подкрановых балок;

?yi - сумма ординат линии влияния реакции рассматриваемой рамы;

б, б' - коэффициенты по табл. 12.2 [2].

Расчет на горизонтальные воздействия мостовых кранов.

Коэффициент бпр = 0,43 - такой же, как и при расчете на вертикальную нагрузку от мостовых кранов.

Расчет на ветровую нагрузку. Расчет проведен при действии ветра слева. 

2. Составление таблицы расчетных комбинаций усилий и выбор расчетных усилий для колонны

Рама симметричная, поэтому табл. 3 составляется для характерных сечений одной стойки. Для того чтобы учесть все возможные случаи загружения, в таблицу заносятся усилия от крановых воздействий при тележке у правой стойки (эпюра - зеркальное отображение эпюры при тележке слева), усилия при силе Т, приложенной к другой стойке, усилия при другом направлении ветра.

Таблица 3.

Номер нагрузки	Нагрузки и комбинации усилий		nc	Сечения стойки
				1 - 1	2 - 2	3 - 3	4 - 4
				M	N	M	N	M	N	M	N	Q
1	Постоянная		1	0	-337	+72	-419	-240	-657	+1,1	-1760	-15
2	Снеговая		1	0	-517	+60	-517	-198	-517	+0,9	-517	-12
			0,9	0	-465	+54	-465	-178	-465	+0,8	-465	-11
3	Dmax	на левую стойку		1	0	0	-27	0	+119	-1360	+28	-1360	+13
				0,9	0	0	-24	0	+107	-1224	+25	-1224	+12
3*		на правую стойку		1	0	0	-27	0	+61	-819	-29	-819	-13
				0,9	0	0	-24	0	+55	-737	-26	-737	-12
4	Т	на левую стойку		1	0	0	±1,4	0	±1,4	0	±133	0	±20
				0,9	0	0	±1,3	0	±1,3	0	±120	0	±18
4*		на правую стойку		1	0	0	±15	0	±15	0	±66	0	±7,4
				0,9	0	0	±13	0	±13	0	±59	0	±6,7
5	Ветровая	слева		1	0	0	+101	0	+101	0	+787	0	-60
				0,9	0	0	+91	0	+91	0	+708	0	-54
5*		справа		1	0	0	-110	0	-110	0	-741	0	-52
				0,9	0	0	-99	0	-99	0	-667	0	-47
	+Mmax Nсоот	nс = 1	№ нагрузок	1, 2	1, 5	-	1, 5
			усилия	0	-854	+173	-419	-	-	+787	-1760
		nc = 0,9	№ нагрузок	1, 2, 5	1, 2, 3, 4*, 5	-	1, 2, 3, 4, 5 +855 -3449
			усилия	0	-802	+206	-884	-	-
	-Mmax Nсоот	nс = 1	№ нагрузок	1, 2	1, 5*	1, 2	1, 3*, 4
			усилия	0	-854	-38	-419	-438	-1174	-161	-2579
		nc = 0,9	№ нагрузок	1, 2, 5	1, 2, 3, 4*, 5*	1, 2, 5* -517 -1122	1, 3*, 4, 5* -812 -2984
			усилия	0	-802	-10	-884
	Nmax +Mсоот	nс = 1	№ нагрузок	1, 2	1, 5	-	1, 5
			усилия	0	-854	+173	-419	-	-	+788	-1760
		nc = 0,9	№ нагрузок	1, 2, 5	1, 2, 5	-	1, 2, 3, 4, 5
			усилия	0	-802	+217	-884	-	-	+855	-3449
	Nmin -Mсоот	nс = 1	№ нагрузок	1, 2	1, 5*	1, 2	1, 3*, 4
			усилия	0	-854	-38	-419	-438	-1174	-161	-2579
		nc = 0,9	№ нагрузок	1, 2, 5	1, 2, 3, 4*, 5*	1, 2, 5*	1, 3*, 4, 5*
			усилия	0	-802	-10	-884	-517	-1121	-812	-2984
	Nmin -Mсоот	nс = 1	№ нагрузок	Усилия M, N от постоянной нагрузки подсчитаны с коэффициентом 0,9/1,1 = 0,8	1, 5*
			усилия		-740	-1408
	Nmin +Mсоот	nс = 1	№ нагрузок		1, 5
			усилия		+709	-1408
	Qmax	nc = 0,9	№ нагрузок		1, 2, 3*, 4, 5*
			усилия				-103