Нагрузка от мостовых кранов

Компоновка стального каркаса

Определение вертикальных размеров

Вертикальные размеры:

Расстояние от головки подкранового рельса до низа несущих конструкций покрытия определяется следующим образом:

где Н_кр=2750 мм-габаритная высота крана по ГОСТ на кран по таблице [2];

100 мм-конструктивный зазор в мм по ГОСТ;

f=1040 мм-зазор, учитывающий прогибы конструкций покрытия;

.

Отметка головки подкранового рельса определяется по формуле:

где Н₀ = 12000 мм- полезная высота цеха;

.

Определяем длину верхней части колонны до низа ригеля по формуле:

где Н_ПБ = 1070 мм-высота типовой подкрановой балки пролётом 36 м для крана грузоподъёмностью 32 т[2];

h_р-120 мм-высота подкранового рельса;

.

Длину нижней части колонны определяем по формуле:

где h_b=600 мм – высота заглубления базы ниже отметки чистого пола;

Полную высоту колонны находим по формуле:

Высота ригеля фермы на опоре, рекомендуемая по типовым конструкциям по серии 1.460.3-18, Н_ф=3150 мм.

Горизонтальные размеры:

Высоту поперечного сечения верхней части колонны (рис.1.1) определяем по формуле:

,

Принимаем h₂=500 мм. Привязка а=250 мм.

Высоту сечения нижней части колонны найдём из выражения:

Расстояние от разбивочной оси ряда колонн до оси подкрановой балки должно удовлетворять условию:

где В-вылет концевой балки за пределы оси рельса;

с 75+450-конструктивный зазор между торцом мостового крана и внутренней плоскости колонны;

Принимаем . Тогда:

Проектируем нижнюю часть колонны сплошной.

Сбор нагрузок

Постоянная нагрузка на ригель

Расчет настила

Настил подбирается исходя из предельной равномерно распределённой нагрузки и расчётной схемы профилированных листов по ГОСТ 24045-94. Шаг листов настила составляет 3 м.

Принимаем трёхпролётную расчётную схему. Производим сбор нагрузок на настил в табл.1:

Таблица 1 – Определение нагрузки на профилированный настил

Тип и состав покрытия	Ед. изм.	Нормативное значение	γf	Расчетное значение
Гидроизоляция 2слоя техноэласта с посыпкой	кН/м2	0,05∙2=0,10	1,2	0,12
Утеплитель – пенопласт ПХВ-1 толщина t=120 мм=0,12 м; γ=130 кг/м3	кН/м2	0,156	1,2	0,1872
Пароизоляция – 1 слой изопласта	кН/м2	0,05	1,2	0,06
Снеговая нагрузка μ=1	кН/м2	1,26	1,43	1,8
Всего:	кН/м2	1,56		2,17

Принимаем настил НС44-1000-0,7 с нагрузками для трёхпролётной схемы 2,85 кН/м², вес настила 0,074 кН/м².

Расчет прогонов

На прогон покрытия действует нагрузка от веса покрытия и веса снегового покрова. Постоянная нагрузка от веса покрытия приведена в таблице 2.

Таблица 2 –Состав покрытия

Тип и состав покрытия	Ед. изм.	Нормативное значение	γf	Расчетное значение
Гидроизоляция 2слоя техноэласта с посыпкой	кН/м2	0,05∙2=0,10	1,2	0,12
Утеплитель – пенопласт ПХВ-1 толщина t=120 мм=0,12 м; γ=130 кг/м3	кН/м2	0,156	1,2	0,1872
Пароизоляция – 1 слой изоспана	кН/м2	0,05	1,2	0,06
Профнастил НС44-1000-0,7	кН/м2	0,074	1,05	0,077
Всего:	кН/м2	0,38		0,442

Нормативная линейная нагрузка от веса покрытия на прогон определяется по формуле:

- нормативная нагрузка от веса покрытия, ,

– шаг прогонов;

Расчетная линейная нагрузка от веса покрытия на прогон определяется по формуле:

где - расчетная нагрузка от веса покрытия, .

Расчетная линейная нагрузка от веса снегового покрова на прогон определяется по формуле:

Нормативная линейная нагрузка от веса снегового покрова на прогон определяется по формуле:

где k=0,7 – коэффициент перехода от расчетного значения снеговой нагрузки к нормативному (п.5.7 [2]).

Суммарная нормативная нагрузка на прогон составляет:

- нормативное значение веса 1 п.м. прогона (принимаем =0,42 кН/м).

Суммарная расчетная нагрузка на прогон составляет:

- расчетное значение веса 1 м. прогона (принимаем =0,47кН/м, 1,05 – коэффициент перехода от нормативного значения к расчетному).

В общем случае прогоны, расположенные на скате кровли, работают на изгиб в двух плоскостях. Составляющие нагрузки q_xи q_y равны:

где α-угол наклона кровли к горизонту, α=1,146̊.

;

Расчётные моменты от составляющих q_x и q_y равны:

;

В соответствии с принятой расчетной схемой прогона (рисунок 6) максимальные расчетные усилия в прогоне:

кН×м

кН

где l=12 м– шаг ферм.

Для климатического района II₄ подбираем сталь для прогона. Балки прогона относятся к 3-ой группе конструкций (Приложение В [1]). Здание отапливаемое. Сталь выбираем по таблице В.1 [1]. Принимаем сталь С235, R_y=230 МПа. Предельные относительные прогибы для балок принимаются в зависимости от величины пролета по таблице Е.1 [ 2 ]. При l = 12 м:

f_u= l/300=12/300=0,04 м=4 см

Требуемый момент сопротивления из условия обеспечения прочности по нормальным напряжениям:

(20)

где - коэффициент условий работы (таблица 1 [1]);

R_y– расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести.

см³

Требуемый момент инерции сечения прогонов из условия обеспечения жесткости находим по формуле:

см⁴

По сортаменту (ГОСТ 26020-83) подбираем двутавр №36, геометрические характеристики которого:

- высота сечения h = 360,0 мм,

- толщина стенки t_w = 7,5 мм,

- ширина полки b_f = 145,0 мм,

- толщина полки t_f = 12,3 мм,

- площадь сечения А = 61,9 см²,

- момент инерции I = 13380 см⁴,

- момент сопротивления W = 743 см³.

Масса профиля g = 48,6 кг/м

Площадь полки A_f = t_f b_f = 17,8 см².

Площадь стенки A_w = A – 2A_f = 26,23 см²

Проверка жесткости

Определяем прогиб балки в середине пролета:

Проверка прочности

Касательные напряжения в опорном сечении балки проверяем по формуле:

(22)

где R_s = 0,58R_y = 0,58×230 = 133,4 МПа;

Выполняем проверку нормальных напряжений:

(23)

Требование прочности выполняется.

Таблица 3–Сбор нагрузок на прогон

Постоянные нагрузки на 1 м² перекрытия приведены в таблице:

Тип и состав покрытия	Ед. изм.	Нормативное значение	γf	Расчетное значение
Нагрузка на настил	кН/м2	1,56		2,17
Вес настила Н57-750-0,8	кН/м2	0,074	1,05	0,077
Собственный вес прогона	кН/м2	0,0016	1,05	0,0017
Всего:	кН/м2	1,64		2,25

Суммарная линейная нагрузка на прогон при шаге прогонов b = 3 м: нормативная:

Снеговая нагрузка

Снеговая нагрузка на 1 м² горизонтальной поверхности земли для III снегового района составляет S_g=1,8 кН/м² (таблица 10.1 [2]).

Так как снеговая нагрузка передается через прогоны в узлы фермы, то она определяется в виде сосредоточенных сил (рисунок 5).

Рассматриваем две схемы приложения снеговой нагрузки: равномерно распределенную по всему пролету (приложение Г.1, схема б, вариант 1 [2]) и равномерно распределенную на половине пролета в соответствии с п. 10.4 [2].

Рисунок 5 – Нагрузка от снега в узлы фермы

Нормативное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:

(8)

где c_е- коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов, принимаемый в соответствии с 10.5;

c_t = 1 - термический коэффициент, принимаемый в соответствии с 10.10;

m- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с 10.4;

S_g - вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемый в соответствии с 10.2.

Для пологих (с уклонами до 12 % или с f/l ≤ 0,05) покрытий однопролетных и многопролетных зданий без фонарей, проектируемых в районах со средней скоростью ветра за три наиболее холодных месяца V ≥ 2 м/с (см. схемы Г.1, Г.2, Г.5 и Г.6 приложения Г [2]), следует установить коэффициент сноса снега:

где k - принимается по таблице 11.2;

b - ширина покрытия, принимаемая не более 100 м.

кН/м²

Расчетная снеговая нагрузка на 1 м² покрытия будет вычисляться по формуле:

где γ_f= 1,4 – коэффициент надежности по снеговой нагрузке, принимаемый согласно п. 10.12 [2].

кН/м²

Расчетная линейная нагрузка на ригель:

Узловая нагрузка на прогоны (узлы фермы):

(9)

где – шаг прогонов.

кН -средние прогоны;

кН -крайние прогоны.

Ветровая нагрузка

Расчетное значение ветровой нагрузки w следует определять по формуле:

где w_m- нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли;

w_m -значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте z.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле

w_m = w₀ k(z_e)c

где w₀ = 0,38— нормативное значение ветрового давления для I ветрового района (табл. 11.1.4 [2]);

k(z_e) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z_e (см. 11.1.5 и 11.1.6 [2]);

Поправочные коэффициенты, учитывающие изменение ветрового давления по высоте для типа местности «В» составят (таблица 4):

Таблица 4 – Поправочные коэффициенты

Z, м	k
до 5,00	0,50
9,30	0,629
17,55	0,801

Примечание: Высота Z принимается от поверхности земли.

с - аэродинамический коэффициент (см. п. 11.1.7 [2]).

Аэродинамические коэффициенты выбираются по таблице Д.2 приложения Д.1.2 [2] (напор, отсос):

с наветренной стороны:

с заветренной стороны:

с торца:

(Отсос ветра по длине ригеля в запас прочности не учитываем)

Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки w_p на эквивалентной высоте z_e следует определять следующим образом:

где z(z_e) - коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.4 [2] или формуле (11.6 [2]) для эквивалентной высоты z_e (см. 11.1.5 [2]);

Таблица 5 – Коэффициент пульсации давления ветра

Z, м	z
до 5,00	1,22
9,3	1,0824
17,55	0,9543

v - коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. 11.1.11 [2]);

Таблица 6 – Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра

С наветренной и подветренной стороны	С торца здания
Z, м	v	Z, м	v
до 5,00	0,58	до 5,00	0,702
9,3	0,58	9,3	0,702
17,55	0,57	17,55	0,6869

Коэффициент надежности по ветровой нагрузке (п. 11.1.12 [2]).

Расчётная линейная ветровая нагрузка на колонну рамы определяется по формуле:

1. Со стороны напора ветра:

До 5 м.: кН/м²;

кН/м²;

кН/м²;

кН/м.

9,3 м: кН/м²;

кН/м²;

кН/м²;

кН/м.

17,55 м: кН/м²;

кН/м²;

кН/м²;

кН/м.

2. Со стороны отсоса ветра:

До 5 м.: кН/м²;

кН/м²;

кН/м²;

кН/м.

9,3 м: кН/м²;

кН/м²;

кН/м²;

кН/м.

17,55 м: кН/м²;

кН/м²;

кН/м²;

кН/м.

3. Со стороны торца:

До 5 м.: кН/м²;

кН/м²;

кН/м²;

кН/м.

9,3 м: кН/м²;

кН/м²;

кН/м²;

кН/м.

17,55 м: кН/м²;

кН/м²;

кН/м²;

кН/м.

Схема к расчету ветровой нагрузки показана на рисунке 8.

Рисунок 8 – Схема к расчету ветровой нагрузки

Нагрузка от мостовых кранов