Определение нагрузок на раму.

Компоновка поперечной рамы.

Общие данные

Здание неотапливаемое, двухпролетное. Район строительства г. Иркутск. Здание состоит из четырех температурных блоков длиной 48 м. Пролет здания – 21 м., шаг колонн – 12 м.

Покрытие здания – утепленное. Плиты покрытия железобетонные размером 3х12 м. Стропильные конструкции – железобетонные сегментные фермы пролетом 21 м. Устройство светоаэрационных фонарей не предусматривается, цех оснащен лампами дневного света.

Каждый пролет здания оборудован двумя мостовыми кранами с грузоподъемностью 16т. Отметка верха кранового рельса 11.4 м, высота кранового рельса 150 мм.

Подкрановые балки разрезные железобетонные, предварительно напряженные, высотой 1,4 м.

Наружные стены – панельные: нижняя панель самонесущая, выше – навесные.

Для обеспечения пространственной жесткости здания в продольном направлении предусмотрены стальные вертикальные связи по колоннам портального типа. Место установки связей – середина температурного блока в пределах одного шага колонн на высоту от пола до низа подкрановых балок.

Жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается защемлением колонн в фундаментах и размерами сечений колонн, назначенными в соответствии с рекомендациями.

Жесткость диска покрытия в горизонтальной плоскости создается крупноразмерными железобетонными плитами покрытия, приваренными не менее чем в 3-х точках к стропильным конструкциям. Швы между плитами должны быть замоноличены бетоном класса не менее В10.

Геометрия и размеры колонн.

Для крайних колонн:

Расстояние от пола до головки подкранового рельса Н_I=11.4м. Высота надкрановой части ступенчатой колонны определяется из условия:

Н_в= Н_п.б.+Н_р+Н_кр+δ= 1.4+0,15+2.3+0,1=3.95м

Высота подкрановой части колонн:

Н_н = Н_г.к.р.- Н_р-Н_п.б.+а₁=11.4-0,15-1.4+0,15=10м

Полная высота колонны при минимальном значении δ:

Н_к= Н_н + Н_в = 10+3.95=13.95м.

Тогда габаритный размер здания Н=Н_к-а₁=13.95-0.15=13.8м, что кратно модулю 0,6 м. Для средних колонн:

Расстояние от пола до головки подкранового рельса Н_I=15м. Высота надкрановой части ступенчатой колонны определяется из условия:

Н_в= Н_п.б.+Н_р+Н_кр+δ= =3.95м

Высота подкрановой части колонн:

Н_н = Н_г.к.р.- Н_р-Н_п.б.+а₁=15-0.15-1.4+0.15=13,6м

Полная высота колонны при минимальном значении δ:

Н_к= Н_н + Н_в =13.6+3.95=17.55м.

Тогда габаритный размер здания Н=Н_к-а₁=17.55-0.15=17.4м, что кратно модулю 0,6 м.

Привязка колонн: В нашем случае шаг В=12м, грузоподъемность Q=16т, Н_к=17.55м, т. е. В , Н_к>16.2 м. Значит, привязка к оси будет равна 250 мм.

Типы колонн:

Размер сечений колонн:

- крайних: в подкрановой части h_н= (1/9)·Н_н– для кранов грузоподъёмностью 16т.

Тогда h_н=(1/9)·Н_н=10/9=1.11м. Принимаем h_н=1.1 м (кратно 100 мм).

Т.к. h_н>0,9м, то колонну принимаем двухветвевой.

В надкрановой части:

h_в=λ+«δ» - В_кр- δ_кр = 0.75+0.25-0.26-0.06=0.68 м,

где: λ=0,75м – привязка кранового пути к разбивочной оси;

«δ»=0.25м – привязка осей крайних колонн к разбивочным осям;

В_кр=0,26м – расстояние от оси кранового рельса до торца крана;

δ_кр=0,06м – минимально допустимый зазор между торцом крана и гранью колонны.

Полученное значение округляется в меньшую сторону кратно 100 мм.

Принимаем h_в=0,6м.

Ширина колонны «b» принимается большей из 3-х значений, кратно 100 мм:

b=Н_к/ 30 = 13.95/ 30 = 0,465 м

b=Н_н/ 20 =10 / 20 = 0,5 м

b≥0,5м – для шага колонн 12 м.

Принимаемb=0.5м.

-средних :h_н=13.6/9=1.5м.

h_в=0,6м – из условия опирания стропильных конструкций.

b=Н_к/ 30 = 17.55/ 30 = 0.585 м

b=Н_н/ 20 = 13.6/ 20 = 0.68 м

b≥0,5м – для шага колонн 12 м.

Принимаемb=0.7м.

Размеры сечений ветвей двухветвевых колонн (в плоскости рамы) примем равными для крайних h_c=250мм, а для средних колонн h_c=300мм.

Расчетные сочетания усилий.

Значения расчетных сочетаний усилий в сечениях колонн по оси А от разных нагрузок и их сочетаний, а также усилий, передаваемых с колонны на фундамент, приведены в таблице. Рассмотрены следующие комбинации усилий: наибольший положительный момент М_max и соответствующая ему продольная сила, наибольший отрицательный момент М_min и соответствующая ему продольная сила, наибольшая продольная сила N_max и соответствующий ей изгибающий момент.

Кроме того, для каждой комбинации усилий в сечении IV-IV вычислены значения поперечных сил, необходимые также для расчета фундамента. Значения изгибающих моментов и поперечных сил в загружениях 4 и 5 приняты со знаком +, поскольку торможение тележек крана может осуществляться в обе стороны. Учитывая, что колонны находятся в условиях внецентренного сжатия, в комбинацию усилий N_max включены и те нагрузки, которые увеличивают эксцентриситет продольной силы.

Расчетные усилия в левой колонне (ось А) и их сочетания

(изгибающие моменты а кН^.м, силы – в кН).

,	Усилия в сечениях колонн
Нагрузки	№ заг- ружения	Коэф. соче- тания	II-II	III-III	IV-IV
М	N	M	N	M	N	Q
Постоянная			67.1	561.98	-92.45	751.84	-15.61	837.5	7,68
Снеговая		0,9	22.14 19.93	151.2 136.08	-15.66 -14.09	151.2 136.08	-7.46 -6.71	151.2 136.08	0.82 0,74
Крановая (от 2-х кранов) на левой колонне		0,9	-45.58   -41.02		124.52   112.07	387.01   348.31	9.12   8.21	387.01   348.31	-11.54   -10.39
Крановая (от 2-х кранов) на средней колонне		0,9	-21.01   -18.9		41.14   37.03	138.12   124.31	-12.06   -10.85	138.12   124.31	-5.32   -4.79
Крановая (от 4-х кранов)		0,9	-15.72 -14.15		40.58 36.52	125.1 112.6	0.81 0.73	125.1 112.6	-3.98 -3.58
Крановая на левой колонне		0,9	±19.88 ±17.89		±19.88 ±17.89		±29.18 ±26.21		±4.91 ±4.42
Крановая на средней колонне		0,9	±6.44 ±5.80		±6.44 ±5.80		±28.61 ±25.75		±0,92 ±0,83
Ветровая слева		0,9	-22.6   -20.34		-22.6   -20.34		127.8		32.36   29.12
Ветровая справа		0,9	-9.83 - 8.85		-9.83 - 8.85		-145.64 - 131.06		-21.53 -19.38
Основные сочетания нагрузок с учетом крановой и ветровой		1+3+9+11(+)+15	1+7+11(+)+15	1+5+11(+)+15
70.43	698.06	17.17	1100.15	146.61	1185.81	30.83
	1+5+11(-)+17	1+3+17	1+3+7+11(-)+17
-0.66	561.98	-115.39	887.92	-190.44	1097.89	-20.17
	1+3+5+11(-)+17	1+3+5+11(+)+15	1+3+5+11(+)+15
19.27	698.06	3.08	1236.23	139.9	1321,89	31.57
То же, без учета крановых и ветровой	1+2	1+2	1+2
89.24	713.18	-108.11	903.04	-23.07	988.7	8.5

Компоновка поперечной рамы.

Общие данные

Здание неотапливаемое, двухпролетное. Район строительства г. Иркутск. Здание состоит из четырех температурных блоков длиной 48 м. Пролет здания – 21 м., шаг колонн – 12 м.

Покрытие здания – утепленное. Плиты покрытия железобетонные размером 3х12 м. Стропильные конструкции – железобетонные сегментные фермы пролетом 21 м. Устройство светоаэрационных фонарей не предусматривается, цех оснащен лампами дневного света.

Каждый пролет здания оборудован двумя мостовыми кранами с грузоподъемностью 16т. Отметка верха кранового рельса 11.4 м, высота кранового рельса 150 мм.

Подкрановые балки разрезные железобетонные, предварительно напряженные, высотой 1,4 м.

Наружные стены – панельные: нижняя панель самонесущая, выше – навесные.

Для обеспечения пространственной жесткости здания в продольном направлении предусмотрены стальные вертикальные связи по колоннам портального типа. Место установки связей – середина температурного блока в пределах одного шага колонн на высоту от пола до низа подкрановых балок.

Жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается защемлением колонн в фундаментах и размерами сечений колонн, назначенными в соответствии с рекомендациями.

Жесткость диска покрытия в горизонтальной плоскости создается крупноразмерными железобетонными плитами покрытия, приваренными не менее чем в 3-х точках к стропильным конструкциям. Швы между плитами должны быть замоноличены бетоном класса не менее В10.

Геометрия и размеры колонн.

Для крайних колонн:

Расстояние от пола до головки подкранового рельса Н_I=11.4м. Высота надкрановой части ступенчатой колонны определяется из условия:

Н_в= Н_п.б.+Н_р+Н_кр+δ= 1.4+0,15+2.3+0,1=3.95м

Высота подкрановой части колонн:

Н_н = Н_г.к.р.- Н_р-Н_п.б.+а₁=11.4-0,15-1.4+0,15=10м

Полная высота колонны при минимальном значении δ:

Н_к= Н_н + Н_в = 10+3.95=13.95м.

Тогда габаритный размер здания Н=Н_к-а₁=13.95-0.15=13.8м, что кратно модулю 0,6 м. Для средних колонн:

Расстояние от пола до головки подкранового рельса Н_I=15м. Высота надкрановой части ступенчатой колонны определяется из условия:

Н_в= Н_п.б.+Н_р+Н_кр+δ= =3.95м

Высота подкрановой части колонн:

Н_н = Н_г.к.р.- Н_р-Н_п.б.+а₁=15-0.15-1.4+0.15=13,6м

Полная высота колонны при минимальном значении δ:

Н_к= Н_н + Н_в =13.6+3.95=17.55м.

Тогда габаритный размер здания Н=Н_к-а₁=17.55-0.15=17.4м, что кратно модулю 0,6 м.

Привязка колонн: В нашем случае шаг В=12м, грузоподъемность Q=16т, Н_к=17.55м, т. е. В , Н_к>16.2 м. Значит, привязка к оси будет равна 250 мм.

Типы колонн:

Размер сечений колонн:

- крайних: в подкрановой части h_н= (1/9)·Н_н– для кранов грузоподъёмностью 16т.

Тогда h_н=(1/9)·Н_н=10/9=1.11м. Принимаем h_н=1.1 м (кратно 100 мм).

Т.к. h_н>0,9м, то колонну принимаем двухветвевой.

В надкрановой части:

h_в=λ+«δ» - В_кр- δ_кр = 0.75+0.25-0.26-0.06=0.68 м,

где: λ=0,75м – привязка кранового пути к разбивочной оси;

«δ»=0.25м – привязка осей крайних колонн к разбивочным осям;

В_кр=0,26м – расстояние от оси кранового рельса до торца крана;

δ_кр=0,06м – минимально допустимый зазор между торцом крана и гранью колонны.

Полученное значение округляется в меньшую сторону кратно 100 мм.

Принимаем h_в=0,6м.

Ширина колонны «b» принимается большей из 3-х значений, кратно 100 мм:

b=Н_к/ 30 = 13.95/ 30 = 0,465 м

b=Н_н/ 20 =10 / 20 = 0,5 м

b≥0,5м – для шага колонн 12 м.

Принимаемb=0.5м.

-средних :h_н=13.6/9=1.5м.

h_в=0,6м – из условия опирания стропильных конструкций.

b=Н_к/ 30 = 17.55/ 30 = 0.585 м

b=Н_н/ 20 = 13.6/ 20 = 0.68 м

b≥0,5м – для шага колонн 12 м.

Принимаемb=0.7м.

Размеры сечений ветвей двухветвевых колонн (в плоскости рамы) примем равными для крайних h_c=250мм, а для средних колонн h_c=300мм.

Определение нагрузок на раму.

Постоянные нагрузки.

Нагрузка от веса покрытияТаблица 1

Элементы покрытия	Источник	Нормативная нагрузка, Па	Коэфф. надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, Па
Рулонный ковер			1,3
Цементно-песчаная стяжка			1,3
Плитный утеплитель			1,2
Пароизоляция			1,3
Железобетонные ребристые плиты покрытия размером в плане 3 х 6 м	Приложение 21		1,1
Итого: g

Расчетное опорное давление фермы:

- от покрытия G_п=g·B· (L/2)=3.316*12*21/2=417.8кН;

- от фермы G_ф = (110/2)·1.1=60.5кН.

Расчетная нагрузка на крайнюю колонну от веса покрытия с учетом коэффициента надежности по назначению здания γ_n=1;

G₁=(417.8+60.5) ·1=478.3кН; на среднюю G₂=2·G₁=2·478.3=956.6кН.

Здание состоит из четырёх температурных блоков длиной по 48 м.

Нижняя стеновая панель самонесущая, вышерасположенные – навесные.

Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления на участке между отметками 10.2…13,2 м.

G_w1=(g₁h_w1+ g₂h_w2)Bγ_fγ_n=(2,15·1.2+0,4*1.8) ·12·1,1·1=43.56кН;

На участке между отметками 13,2…15,0 м.

G_w2=2.15*1.8*12*1.1*1=51.08 кН;

Где: 10.2 м – отметка низа стеновой панели, расположенной над консолью колонны;

13.2 и 15.0 м – отметки соответственно нижней и верхней поверхности вышерасположенной стеновой панели.

Расчетная нагрузка от веса подкрановых балок и кранового пути.

Вес подкрановой балки пролетом 12м –115кН, а кранового пути 1,5 кН/м. Следовательно, расчетная нагрузка на колонну:

G_с.в.=(115+1,5·12) ·1,1*1=146.3кН.

Расчетная нагрузка от веса колонн:

Крайние колонны:

- надкрановая часть G_с1,t= 0.5·0.6·3.95*25·1,1·1=32.6кН;

- подкрановая часть G_с1,b=[0.5*0.25*10*2+(1.25+2*0.4)*0.5*(1.1-2*0.25)]*25*1.1*1=

=85.66кН.

Средние колонны:

- надкрановая часть G_с2,t= 0.7*0.6*3.95*25*1.1*1=45.6кН;

- подкрановая часть G_с2,b=[0.7*0.3*13.6*2+(1.25+3*0.4)*0.7*(1.5-2*0.3)]*25*1.1*1=

=199.2кН.

Временные нагрузки

Снеговая нагрузка.Район строительства – г. Иркутск, относящийся ко 2 району по весу снегового покрова, для которого S_q=1200 Н/м². Расчетная снеговая нагрузка при S_q=1,2;

- на крайние колонны P_sn,1= S_qB(L/2)γ_n=1.2*12(21/2) ·1=151.2кН;

- на средние колонны P_sn,2=2·151.2=302.4кН.

Крановая нагрузка.Вес поднимающего грузаQ = 160кН (грузоподъемность 16т). Пролет крана 21-2·0,75=19.5 м. База крана M= 5600 мм, расстояние между колесамиК = 4400 мм, вес тележки G_n =55кН, F_n,max=135кН, F_n,min=53 кН. Расчетное максимальное давление колеса крана при γ_f=1,1.

F_max= F_n,max·γ_f·γ_n=135·1,1·1=148.5 кН;

F_min= F_n,min·γ_f·γ_n=53·1,1·1=58.3кН;

Расчетная поперечная тормозная сила на одно колесо:

H_max=(Q+G_n)/20·0,5 γ_f·γ_n= (160+55)/20·0,5·1,1·1=5.91кН;

Вертикальная крановая нагрузка на колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетаний γ_i=0,85;

D_max=F_maxγ_i·∑у=148.5·0,85·3.066=387.01кН;

D_min=F_minγ_i·∑у=58.3·0,85·3.066=151.94кН;

Где ∑у =0.633+1+0.9+0.533=3.066– сумма ординат линий влияния давления двух подкрановых балок на колонну.

Вертикальная нагрузка от четырех кранов на среднюю колонну с коэффициентом сочетаний γ_i=0,7 равна:

2D_max=2·148.5·0,7·3.066=637.4кН;

на крайние колонны: D_min=58.3·0,7·3.066=125.1 кН,

Горизонтальная крановая нагрузка от 2-х кранов при поперечном торможении:

Н_кран.=Н_maxγ_i∑у=5.91·0,85·3.066=15.4кН.

Горизонтальная сила поперечного торможения приложена к колонне на уровне верха подкрановой балки на отметкеН_п.б.= 11.25 м. Относительное расстояние по вертикали от верха колонны до точки приложения тормозной силы

Н_к – Н_п.б. = 13.8– 11.25 = 2.55 м:

- для крайних колонн β₁ = 2.55/ 13.95 =0.183;

- для средних колонн β₂ = 2.55/ 17,55 = 0.145.

Ветровая нагрузка.г.Иркутск расположен в 3 районе по ветровому давлению, для которого w_o=380 Н/м². Для местности типа В коэффициент к, учитывающий изменение ветрового давления по высоте здания, равен

на высоте 5 м ----- 0,5; W₁ = 190Н/м²;

то же 10 м ----- 0,65; W₂ = 247 Н/м²;

то же 20 м ----- 0,85; W₃ = 323 Н/м²;

то же 40 м -----1,1; W₄ = 418 Н/м²;

На высоте 13,8 м в соответствии с линейной интерполяцией

W₅=W₂+(W₃-W₂)/10·(13.8-10)=247+(323-247)/10·3.8=275.9 Н/м²;

На уровне парапета (отм. 15,0м)

W₆=W₂+(W₃-W₂)/10·(15-10)=247+(323-247)/10·5=285 Н/м²;

Переменное по высоте ветровое давление заменим равномерно распределенным, эквивалентным по моменту в заделке консольной стойки длиной 13,8 м:

W_е= 2M_act/H² = 2[ 190· (13.8²/2) + 57·3.8(10+1,9) + 0,5·57·5(5+2/3·5) + 0,5·28.9·3.8(10+2/3*3.8)]/13.8²=236.77Н/м²;

При условии L_b/L= 192/(2·21)=4.6> 2 и H/L=13.8/(2·21)=0.3<0,5,значение аэродинамического коэффициента для наружных стен согласно приложения 4 принято:

- с наветренной стороны c_e=0.8, с подветренной c_eз= -0.4( здесь L_b и L соответственно длина и ширина здания). Расчетная равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонны до отметки Н=13.8 м при коэффициенте надежности по нагрузке γ_f=1,4:

- с наветренной стороны q₁=W_e·B·γ_f·γ_n·c_e=236.77*12*1,4·1·0,8= 3182.2Н/м;

- с подветренной стороны q₂=W_e·B·γ_f·γ_n·c_eз=236.77*12*1,4·1·0,4= 1591.1Н/м;

Расчетная сосредоточенная ветровая нагрузка между отметками 13,8 м и 15,0 м:

W=(W₆+W₅)/2· (15-Н) В·γ_f·γ_n·(c_e+c_eз)= (285+275.9)/2·(15-13.8)*12·1,4·1·(0.8+0.4)=6777Н =6.78кН.