Вступ

В даній роботі проектується поперечна рама промислової будівлі.

При зведенні будівель та споруд широко використовуються збірні залізобетонні конструкції із звичайним та попередньо напруженим армуванням. Проектування указаних конструкцій представляє собою комплекс розрахунків і графічних робіт, що включають себе виготовлення і експлуатацію конструкцій.

Завдання які поставлені в даній роботі передбачають підбір основних елементів рами: колони, балки покриття та фундаменту. В результаті розрахунку даних конструкції запроектувати їх армування, з забезпечень умов міцності, надійності та економічності споруди.

1. Компоновка каркасу будівлі.

Основою каркасу служить поперечна рама, що складається із залізобетонних колон, жорстко закріплених у фундаменти, і жорстко з’єднаних з ригелем. В якості ригеля служить ферма покриття з паралельними поясами.

1.1Компонування поперечної та повздовжньої рими будівлі

Прив’язка колони до модульної 250. Так як крок рам складає 12 м, а позначка головки рейки підкранової балки 10,8 м то приймаємо підкранову балку таврового перерізу вистою 1400мм ( H_пб=1400мм ).

Габарити крана:

Характеристики крану:

Проліт крану:

L_к = 25,5м;

Ширина крану:

В = 6300 мм;

База крану:

К = 4400мм;

Висота крану:

H_кр = 1900мм;

Тиск на колеса підкранової балки

P = 145кН – тиск катків;

Маса:

Ġ_в = 4 т – вага візка;

Ġ_кр=27 т – вага крана з теліжкою

В₁ = 260мм;

Тип кранового режиму КР-70

Переріз колон промислової будівлі приймається в залежності від вантажопідйомності крана, кроку колон та їх висоти. Для даного проекту приймаються двогілкові колони з розмірами поперечного перерізу наскрізної частини b=500 мм, h₁=1400 мм; поперечний переріз надкранової частини b₂=500 мм, h₂=600 мм; ширина вітки –– 300 мм; переріз розпірок: b=500 мм.

Висота колони розраховується як сума величин підкранової частини колони, надкранової частини і глибини защемлення колони у фундаменті, які, у свою чергу, розраховуються за даними формулами:

- висота підкранової частини колони:

H₁= H_{гол.рей.} - h_пб - h_рей. + h_п (1.1)

H₁= 10,8-1,4-0,12+0,15=9,43 м,

Де h_рей. =120 мм, марка підкранової рейки КР – 70 (2, додаток 1) h_пб = 1400 мм.

Визначаємо висоту над кранової частини:

H₂ = H_кр + h_пб + h_рей + а₁ (1.2)

H₂ = 1,9+1,4+0,12+0,15= 3,57м

де, а₁ =150 мм зазор між низом кроквяної конструкції і верхом візка крана.

Висота колони до позначки 0,000:

H = H₁ + H₂ -0,15 (1.3)

H =9,43+3,57-0,15=12,85м

Приймаємо колону висотою H =13,2 м

Глибина защемлення колони в фундамент:

Н_аh (1.4)

Н_аh

Приймаємо Н_аh= 1,0м;

Повна висота колони

H_к = H_к + Н_аh+0,15 (1.5)

H_к = H_к + Н_аh =13,2+1+0,15=14,350 (м)

Приймаємо =450мм

Приймаємо =2400 м.

Приймаємо висоту над кранової частини Н₂= 3700 м, підкранової Н₁= 9500 м

Рисунок 1.1 – Геометричні характеристики колони

Згідно до завдання в якості кроквяної конструкції запропонована ферма з паралельними поясами.

Рисунок 1.1 - Геометричні характеристики ферми покриття

1.2 Конструктивна схема поперечної рами

Схема наведена на рисунку 1.2 зі вказаними основними параметрами та відмітками.

Рисунок 1.2 - Поперечний переріз промислової каркасної будівлі з залізобетонним каркасом

1.3 Постійні навантаження від власної ваги елементів

Надкранова частина колони

0,5×0,6×25×1,1×0,95=7,84 кН/м;

Підкранова частина колони

0,5×0,3×25×1,1×0,95=3,91 кН/м;

Розпірка колони

0,5×0,5×25×1,1×0,95=6,53 кН/м;

Верхня розпірка колони колони

0,5×1,05×25×1,1×0,95=13,71 кН/м;

В ПК Лира навантаження від власної ваги елементів задаємо в автоматичному режимі.

4. Постійне навантаження від ваги покриття.

Навантаження що виникають від покрівлі споруди зводяться до таблиці 1.

Таблиця 1. – Збір навантажень від покрівлі на 1м²

Найменування	Нормативне навантаження, кН/м2	Коефіцієнт надійності по навантаженню	Розрахункове навантаження кН/м2
1	2	3	4
З/б ребриста плита покрівлі розміром в плані 3×12м з урахуванням заливки швів	1,9	1,1	2,09
Пароізоляція	0,05	1,2	0,06
Утеплювач з пінополіуретану товщиною 100 мм	0,25	1,2	0,3
Мембранне покриття	0,2	1,2	0,24
Навантаження від ліхтарів та обладнання	0,5	1,2	0,6
Разом
	2,9	-	3,29

Розподілене навантаження від покрівлі на балку покриття:

(1.7)

2,9×12×3= 104,4 кН

3,9×12×3= 118,44 кН

У крайніх вузлах =52,2 кН, =59,22 кН

4. Навантаження від підкранової балки

(1.8)

116·1,1·0,95=121,2 кН

G_n – вага підкранової балки довжиною 12 м, G_n = 116 кН.

1.6 Постійні навантаження від стінових панелей

Навантаження від стінових панелей, яке передається на колону на висоті вище 4,8м:

(2,4·6+0,4·3,6) ·12· 1,1· 0,95= 198,63 (кН)

(2,4·7,2+0,4∙1,2) ·12· 1,1· 0,95= 222,71 (кН)

2,4кН·м² вага 1м² стінових панелей

сумарна висота стінових панелей

0,4 кН·м² вага 1м² остіклення

висота остіклення

1.7 Навантаження від снігу

Для Вінниці характеристичне снігове навантаження S₀=1,36 кН/м²

, (1.10 )

де γ_fm=1,04 (таблиця 8.1 [1]) так як Т=60 років ,

γ_fе=0,49

коефіцієнт С обчислюється за формулою:

. (1.11)

тут:

Граничне розрахункове значення снігового навантаження:

S_m=1,04·1,36·1=1,41 (кН/м²).

Експлуатаційне значення снігового навантаження:

S_е=0,49·1,36·1=0,67(кН/м²).

Розподілене навантаження, що прикладається до балки покриття набуває значень:

0,67×12= 8,04кН /м

1,58×12= 16,92 кН/м

У крайніх вузлах = 4,02 кН, = 8,46 кН

1.8 Кранові навантаження

Вага підіймаємого вантажу Q=100 кН. Проліт крана 27–2×0,75=25,5м. База крана В=6300мм, відстань між колесами К=4400мм, вага возика G_візка=4 т, вага крана з возиком - G_кр=27 т. Розрахунковий максимальний тиск на колесо крана кН при γ_f=1,1.

1.8.1 Вертикальні кранові навантаження

Граничні розрахункові кранові навантаження:

- вертикальні (1.12)

- горизонтальні (1.13)

Експлуатаційні розрахункові:

- вертикальні (1.14)

- горизонтальні (1.15)

Мінімальний тиск коліс кранів на підкранову балку

_(1.16)

де Q – вантажопідйомність крана;

G_{кр з візком} – вага крана з возиком , в кН ;

n₀ – кількість коліс на одній стороні крана.

Граничні розрахункові значення

Вертикальне кранове навантаження на колону від двох зближених кранів з коефіцієнтом сполучення ψ=0,85.

(кН);

(кН);

Рисунок1.4 – Лінія впливу опорних тисків двох суміжних кранів

Горизонтальні навантаження

Рисунок 1.5 - Варіанти прикладення бічних сил для чотириколісних кранів

Горизонтальне кранове навантаження від двох кранів при поперечному гальмуванні:

(1.17)

де Fⁿ_max, Fⁿ_min – характеристичне значення вертикального тиску на колесо, відповідно на більш або на менш навантаженій стороні крана;

В, L – відповідно база і проліт крана;

 – коефіцієнт, прийнятий таким, що дорівнює 0,03 при центральному приводі механізму руху моста і 0,01 – при роздільному приводі.

Приймаємо =0,01

При цьому до інших коліс прикладаються сили, що дорівнюють або (приймається невигідний варіант), кожна з яких може бути спрямована як назовні, так і всередину прольоту

кН

кН

Р озрахункові схеми дії кранового навантаження приведені на рисунках 1.5 – 1.6, у випадку максимуму на лівій колоні, максимум на правій задається аналогічно.

Рис.1.5 - Лінія впливу тиску катків крану в горизонтальному напрямі (ДБН В.1.2-2006 схема а)

Рис.1.6 - Лінія впливу тиску катків крану в горизонтальному напрямі (ДБН В.1.2-2006 схема б)

у₁=0,63м;

у₂=1,0м;

у₃=0,842м;

у₄=0,475м;

Проведемо розрахунок Н₀ по схемі прикладання а):

Н₀^1а,ліва = 14,5(0,63+1-0,842-0,475)=18,31 (кН);

Н₀^{1а,права} = 20,5(-0,63+1+0,842-0,475)=15,1 (кН);

Н₀^2а,ліва = 4(0,63+1-0,842-0,475)=1,25 (кН);

Н₀^{2а,права} = 15,1 (кН);

Проведемо розрахунок Н₀ по схемі прикладання б):

Н₀^1б,ліве = 14,5(0,63-0,842)+20,5(1-0,475)=7,68 (кН);

Н₀^{1б,праве} = 20,5(-0,63+0,842)+14,5(1-0,475)=11,95 (кН);

Н₀^2б,ліве = 4(0,63-0,842)+20,5(1-0,475)=9,91 (кН);

Н₀^{2б,праве} = 20,5(-0,63+0,842)+4(1-0,475)=6,44 (кН);

Граничне розрахункове кранове навантаження:

Н_m^1а,ліва =1,1∙18,31=20,14(кН);

Н_m^{1а,права} = 1,1∙15,1=16,61(кН);

Н_m^2а,ліва =1,1∙1,25=1,37 (кН);

Н_m^{2а,права} =1,1∙15,1=16,61(кН);

Н_m^1б,ліве =1,1∙7,68=8,44(кН);

Н_m^{1б,праве} =1,1∙11,95=13,14(кН);

Н_m^2б,ліве = 1,1∙9,91=10,9 (кН);

Н_m^{2б,праве} = 1,1∙6,64=7,3(кН);

Для розрахунку обираємо значення з найбільшою різницею: Н_m^2а,ліва =1,37 (кН); Н_m^{2а,права} =16,61 (кН).

1.11 Навантаження від вітру зліва направо:

Для Білої Церкви характеристичне вітрове навантаження W₀=0,47 кН/м².

Граничне розрахункове значення снігового навантаження на горизонтальну проекцію покриття визначається за формулою:

(1.21)

де γ_fm=1,04 - коефіцієнт надійності по граничному значенню вітрового навантаження (п. 9.7 [1]).

С ⁼ С_aer C_h C_alt C_rel C_dir C_d , (1.22)

-аеродинамічний коефіцієнт зі сторони дії вітру

С_е3=-0,6 – аеродинамічний коефіцієнт з підвітряної сторони

C_h5=0,9 - коефіцієнт висоти споруди

C_h10=1,2

C_h20=1,5

C_alt=1 - коефіцієнт географічної висоти, що визначається за 9.10 [1];

C_reяl=1 - коефіцієнт рельєфу, що визначається за 9.11 [1];

C_dir=1 - коефіцієнт напрямку, що визначається за 9.12 [1];

C_d=0,95 - коефіцієнт динамічності, що визначається за 9.13 [1].

Знаходимо значення активної та пасивної складової вітрового навантаження на відмітках 5, 10, 20метрів (граничні значення):

Активна складова

Інтерполюючи визначаємо значення для відмітки 13,2 та 16,8 метрів:

Пасивна складова

Інтерполюючи визначаємо значення для відмітки 13,2та 16,8 метрів:

2Розрахунок колони

2.1 Розрахунок над кранової частини колони

Вихідні дані:

Арматура класу А500С ,Rsc=Rs=365 МПа,Es=200000 МПа.

Бетон використовується важкий класу В-25,Rb=14,5 МПа, Rbt=1,05 МПа,

Rbtn=1,6 МПа, Eb=30000 МПа.

За розрахунком в ПК ЛИРА вибираємо найбільш невигідні комбінації комбінації що виникають у над крановій частині колони.

Варіант 1:

М_мах=-420,91 кНм

N_мах=-636,52кН

Q=89,71кН

Варіант 2:

М_мах=-420,5кНм

N_мах=-781.86кН

Q=89,6кН

Розрахунок ведемо за найбільш невигідним варіантом 2.

Визначаємо геометричні характеристики перерізу над кранової частини колони:

Робоча висота перерізу:

h_о=h-a_s (2.1)

h_о= 600-40=560мм=0,56м.

Розрахункова довжина при врахуванні кранового навантаження

1_0х = μН₂ (2.2)

1_0у = μН₂ (2.3)

1_0х = 2*3,95=7,9 м.

1_0у =1,5*3,95=5,925 м.

Радіуси інерції перерізу:

і_х=0289h (2.4)

і_у=0289b (2.5)

іх=0,289∙600=17,34см

і_у=14,45см

Визначаємо гнучкість колони:

λ_х=1_0у/ і_х (2.6)

λ_у=1_0у/ і_у (2.7)

λ_х=592,5/17,3=34,2

λ_у=790/14,45=54,67

Розраховуємо ексцентриситет фактичний:

(2.8)

(2.9)

Приймаємо е₀=54см

Мінімальне необхідне армування колони:

λ_у=54.7 → μ_s,min=0,2%

μ_s,min=A_s,min/bh₀→ A_s,min= A^/ _s,min= μ_s,min bh₀/100 (2.10)

A_s,min= A^/ _s,min=0,002∙50∙56=5,6 (см²)

Приймаємо 2ø20 A_s=6,09см

Збір навантаження на колону N, М, Q.

Умовна критична сила:

(2.11)

(2.12)

(2.13)

(2.14)

(2.15)

(2.16)

Звідки умовна критична сила згідно із формулою (2.11) набуває значення:

Необхідно враховувати гнучкість колони, тобто вплив прогину на величину ексцентриситету за допомогою коефіцієнта:

η = 1/(1- N/N_cr) (2.17)

η = 1/(1- 420,5/3329,6) = 1,14

Ексцентриситет зусилля відносно менш стиснутої сторони:

е = е₀ ∙ η +0_.5h_в - а (2.18)

е =0,54 ∙ 1,14 + 0,5 ∙0,60 – 0,04 =0,88 (м).

Враховуючи знакоперемінність моментів у елементі запроектуємо несиметричне армування над кранової частини колони.

Вихідні дані для проектування армування:

Робоча висота перерізу: h₀=56см

Ексцентриситет зусилля: е=0,88м

Відносна висота стисненої зони:

(2.19)

(2.20)

= =Rs=365 МПа

=500 МПа → γ_b2=0,9

Зідно з (2.19):

Площа арматури А_s визначається за формулою:

(2.21)

Площа арматури визначається за формулою:

(2.22)

Оскільки отримане заначення відємне приймаємо армування конструктивно виходячи з мінімального відсотка армування: 2ø20 =6,09см²

За формулою (2.21) визначемо необхідне армування:

Приймаємо 4ø36 =40,72см²

Рисунок 2.1 - Армування надкранової частини.