Определение горизонтальных размеров

Исходные данные по шифру

- Номер зачетной книжки: 10044;

- Сумма второй и пятой цифр: 0+4=4;

- Номер варианта (шифра) – 444;

- Грузоподъемность мостовых кранов (Q) – 125/20 (т);

- Режим работы – Т(тяжелый)7К-9К;

- Группа здания – 2;

- Пролет производственного здания (L) – 24 (м);

- Отметка головки рельса (Н₁) – 16(м);

- Шаг ферм (В_ф) – 12 (м);

- Шаг рам (В) – 12 (м);

- Длина здания – 108 (м);

- Место строительства – г. Волгоград;

- Тип здания – неотапливаемое;

- Уклон кровли – i =1:12.

Введение

Проектирование конструктивных элементов стального каркаса производственного здания начинается с компоновки конструктивной схемы каркаса, основой которой являются исходные данные по заданию.

Установочная последовательность выполнения расчета следующая:

1. Компоновка конструктивной схемы каркаса, система связей;

2. Компоновка поперечной рамы-определение размеров;

3. Определение действующих на раму нагрузок;

4. Статический расчет рамы;

5. Определение расчетных усилий в характерных (расчетных) сечениях элементов рамы.

КОМПАНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА

Размещение колонн в плане в данном курсовом проекте принимаем в соответствии с заданием: шаг колонн – 12м, пролет 24м.

Рис 1. Схема размещения колонн

Важной задачей является решение системы связей каркаса. Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают: устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм, перераспределение местных нагрузок, приложенных к одной из рам, на соседние рамы; удобства монтажа. Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего и верхнего пояса ферм.

Рис 2. Схема горизонтальных связей по нижним поясам ферм.

Рис 3. Схема горизонтальных связей по верхним поясам ферм.

Рис 4. Схема вертикальных связей между фермами.

2. КОМПОНОВКА ОДНОПРОЛЕТНЫХ РАМ

Определение вертикальных размеров

Рис 5. Определение вертикальных размеров.

H₂ = h_k + a + 100, (1)

где h_k =4000 (мм) – высота крана 125/20 по ГОСТ 25711-83, ГОСТ 6711-81;

a = 400 (мм) – учитывает прогиб фермы;

100 (мм) – зазор безопасности.

Н₂ = 4000 + 400 + 100 = 4500 (мм) (2)

H₀ = H₁ + H₂; (3)

H₀ = 16000 + 4500 = 20500 (мм) (4)

В соответствии с «Основными положениями по унификации» размер Н₀ принимаем кратным 1,8 (м) при H₀ >10,8 м. Для этого H₁=900·n+ h_p + h_п.б, увеличим отметку H₁ до 16320 мм. Принимаем H₀ = H₁ +H₂= 16320 +5280=21600 мм.

Высота верхней части колонны:

H_в = H₂ + h_p + h_п.б., (5)

где h_p = 120 (мм), h_п.б. = 1800 (мм) – соответственно высота рельса и высота подкрановой балки;

H_в = 5280 + 120 + 1800 = 7200 (мм) (6)

Высота нижней части колонны будет:

H_н = H₀ + h_б – H_B, (7)

где h_б = 1000 (мм) – высота заглубления базы колонны

H_н = 21600 +1000 – 7200 =15400 (мм) (8)

Общая высота стоек рамы:

H = H_н + H_в, (9)

H = 15400 + 7200 = 22600 (мм) (10)

Высота фермы у опоры будет h_оп = 2200 (мм)

Определение горизонтальных размеров

Принимаем b₀ = 250 мм.

Ширина верхней части колонны b_в =450 (мм)

Ширина нижней части колонны будет:

B_н = 0,5×b_B + l, (11)

где l = 1000 (мм) при Q =125 (т.с.)

b_н =0,5×500 + 1000 = 1250 (мм) (12)

По конструктивным требованиям принимаем b_н =1250 (мм);

Для обеспечения жесткости цеха в плоскости рамы для цехов тяжелого режима работы необходимо проверить условие:

(13)

B_н =1250мм >16080/20 = 804 (мм). => Условие выполняется.

Пролет крана будет:

L_к = L – 2×l, (14)

L_к = 24000 – 2×1000 = 22000 (мм). (15)

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА РАМУ

3.1. Постоянные нагрузки от покрытия

Постоянные нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² площади (g^н_кр, g_кр) определяем в табличной форме.

Вес конструкций покрытия, кН/м²

Таблица 1

Конструктивные элементы	Норматив-ная нагрузка, gнкр, кН/м2	Коэффи-циент надежности по нагрузке, γf	Расчетная нагрузка, gкр, кН/м2
Покрытие
Защитный слой из гравия толщиной 15 мм с размером зерен 5-10мм на битумной мастике МБК-Г-55, ρ=1,7т/м3	0,225	1,3	0,3315
Гидроизоляция из 2 слоев линокрома на битумной мастике, ρ=0,9т/м3, δ=0,005м.	0,045	1,3	0,059
Цементная стяжка δ=0,02м, ρ=1,8т/м3	0,36	1,3	0,468
Ж.б. панели из тяжелого бетона (с заливкой швов) размером 3х12 м	1,8	1,1	1,98
Элементы каркаса из стали
Стропильные фермы	0,1	1,05	0,105
Связи покрытия	0,06	1,05	0,063
Итого:	S = 2,59кН/м2		S = 3,0065 кН/м2

Постоянная погонная расчетная нагрузка на ригель рамы будет:

g = B_ф×S γ_f × g_кр = 12 ·1,05·3,0065 = 37,8819 кН/м (16)

где B_ф =12 м– шаг ферм;

γ_f- коэффициент надежности по нагрузке.

Реакция стропильной фермы будет:

(17)

Вес ограждающих конструкций, кН

Таблица 2.

Конструктивные элементы	Норматив-ная нагрузка, Рнкр, кН	Коэффи-циент надежности по нагрузке, γf	Расчетная нагрузка, Ркр, кН
Ограждающие конструкции
Стеновые панели 120х18, δ=0,24м, ρ=0,9т/м3, 12 рядов	559,872	1,2	671,8464
Стеновые панели 120х12, δ=0,24м, ρ=0,9т/м3, 3 ряда	93,312	1,2	111,9744
Итого:	S = 653,18кН		S = 783,82 кН

Вес несущих конструкций, кН

Таблица 3.

Конструктивные элементы	Норматив-ная нагрузка, Рнкр, кН	Коэффи-циент надежности по нагрузке, γf	Расчетная нагрузка, Ркр, кН
Колонны
Колонна сплошная верхняя	16,704	1,05	17,54
Колонна двухветвевая нижняя	55,728	1,05	58,51
Итого:	S = 72,432кН		S = 76,05кН

3.2Снеговая нагрузка

Снеговая нагрузка на покрытие здания определяется:

(18)

Где коэфициент надежности по снеговой нагрузке, ;

нормативное значение снеговой нагрузки.

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле

(19)

где S_g– вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, снеговой район , =1,2 кН/м²;

С_е- коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий здания под действием ветра или иных факторов, , (20)

; (21)

- термический коэффициент, ;

- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, .

Вид загружения снеговой нагрузки показана на рис. 6. Уклон кровли α=5°,то коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие μ=1.

Рис 6. Здание с двускатным покрытием для определения коэффициента μ .

(22)

(23)

Определяем погонную нагрузку на стропильную ферму

(24)

где В_ф – шаг ферм;

Сосредоточенная сила на колонну от снеговой нагрузки:

(25)

Снеговая нагрузка на покрытие возле парапета принимаем по схеме.

Рис 7. Покрытие с парапетом для определения коэффициента μ .

Схему на рис. 7 с парапетом определяют при:

(26)

(27)

Условие выполняется. Тогда:

(28)

μ принимают не более 3. Так как высота парапета меньше 1,2 м., то местную нагрузку не учитываем.

3.2. Нагрузки от мостовых кранов

При расчете однопролетных промышленных зданий крановая нагрузка учитывается от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности с учетом сочетания крановых нагрузок n_c. Для цехов тяжелого режима работы n_c = 0,95.

Вертикальное давление кранов определяем по линиям влияния опорной реакции общей опоры двух соседних подкрановых балок.

Рис 8. Линия влияния при загружении краном и схема загружения колонн.

Максимальное давление колеса крана принимаем

(29)

Минимальное давление колеса крана определяется по формуле:

(30)

Где

Q = 1250 кН – максимальная грузоподъемность крана;

G_k = 1235 кН – вес крана с тележкой;

n₀ =4 – количество колес на одной стороне моста крана.

Расчетные давления на колонну будут:

(31)

(32)

(33)

(34)

где:

Σy_i-сумма ординат линии влияния;

ψ- коэффициент сочетаний длительных нагрузок;

γ_f -коэффициент надежности по нагрузке;

G_п.к. = B × G = 12·6 = 72 кН – вес подкрановых конструкций. (35)

Подкрановые балки устанавливают с эксцентриситетом e₁ по отношению оси нижней части колонны, поэтому от вертикальных давлений возникают сосредоточенные изгибающие моменты:

e₁ = 0,5·b_н = 0,5^.1,25 = 0,625 м. (36)

(37)

(38)

Расчетное горизонтальное давление T от торможения тележки с грузом определяется по формуле:

Т=Т₁+Т₂ (39)

(40)

(41)

Т= 84,55+ 472,35 = 556,70кН (42)

где G_T = 441 кН – вес тележки.

3.3. Ветровая нагрузка

Для одноэтажных производственных зданий учитывается только статическая составляющая ветровой нагрузки. Она вызывает активное давление – с наветренной стороны и отсос – с противоположной стороны.

Нормальное значение давления ветра на вертикальную поверхность продольной стены зависит от района строительства, типа местности и высоты от уровня земли. Нормативное значение ветровой нагрузки w находят:

(40)

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки в зависимости от эквивалентной высоты Z_е над поверхностью земли определяют:

(41)

где W₀ – нормативное значение ветрового давления, W₀ =0,38;

С– аэродинамический коэффициент;

k(Zе)– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты Zе.

Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки от эквивалентной высоте Z_е определяют:

(42)

где W_m – средняя составляющая ветровой нагрузки;

– коэффициент динамичности;

– коэффициент пульсации давления ветра;

ν- коэффициент пространственной корреляции пульсации давления ветра.

Нагрузки на стены здания сведены в таблицу 3.

Таблица сбора ветровой нагрузки (на м²)

Таблица 4.

Высота Zе	k(Zе)	Фор-мула	А С=-1,0	Б С=-0,8	С С=-0,5	D С=0,8	E С=-0,5
≤5	0,75		-0,285	-0,228	-0,143	0,228	-0,143
	1,0	-0,380	-0,304	-0,190	0,304	-0,190
	1,25	-0,475	-0,380	-0,238	0,380	-0,238
21,6	1,26	-0,479	-0,383	-0,239	0,383	-0,239
23,8	1,262	-0,480	-0,384	-0,240	0,384	-0,240
Высота Zе			Фор-мула	А ν=0,87	Б ν=0,84	С ν=0,86	D ν=0,63	E ν=0,63
≤5	0,85	0,90		-0,190	-0,147	-0,095	0,110	-0,067
	0,76	1,0	-0,251	-0,194	-0,124	0,146	-0,091
	0,69	1,1	-0,314	-0,242	-0,155	0,182	-0,114
21,6	0,68	1,12	-0,317	-0,245	-0,157	0,184	-0,115
23,8	0,677	1,15	-0,325	-0,251	-0,161	0,188	-0,118
Высота Zе	Фор-мула	W(кПа)
А	Б	С	D	E
≤5		-0,665	-0,525	-0,333	0,473	-0,294
	-0,883	-0,697	-0,440	0,630	-0,393
	-1,105	-0,871	-0,550	0,635	-0,493
21,6	-1,114	-0,879	-0,554	0,794	-0,496
23,4	-1,127	-0,889	-0,561	0,801	-0,501

Рис 9. Направление ветра на план здания.

Ветровая нагрузка на боковую поверхность D-наветренная стена:

(43)

Ветровая нагрузка на боковую поверхность Е-подветренная стена:

(44)

Рис 9. Эпюра напряжения наветренной и подветренной стены здания.