1 Компоновка конструктивной схемы каркаса здания

1.1 РАЗБИВКА СЕТКИ КОЛОНН

Размещение колонн в плане принимаем в соответствии с требованиям унификации промышленного здания. Шаг колонн принимаем 6 м. У торцов здания колонны смещаем от оси на 500 мм для удобства оформления узлов здания стандартными стеновыми панелями. План колонн размещаем на рисунке 1.1.1.

Рисунок 1.1.1 – План колонн

1.2 ВЫБОР ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ СТЕН И ПОКРЫТИЯ

В качестве ограждающей конструкции стен для проектируемого отапливаемого здания используем сплошные железобетонные панели прямоугольного сечения со средним слоем из утеплителя. Панели применяем длиной 6 м шириной 1,8 м. Покрытие принимаем безпрогонного типа, несущей конструкцией покрытия является стропильная ферма пролетом 24 м, высотой 3 м. На верхний пояс фермы опираются железобетонные ребристые плиты покрытия длиной 6 м, шириной 3 и 1,5 м. Состав покрытия будет размещен в таблице сбора постоянных нагрузок.

1.3 КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНЫХ РАМ КАРКАСА ЗДАНИЯ

Поперечная рама состоит из колонн и ригелей в виде фермы. Защемление колонны в фундаменте принимаем жесткое вследствие наличия мостовых кранов, это обеспечит нам необходимую геометрическую неизменяемость каркаса. Сопряжение ферм с колоннами так же принимаем жестким, т.к это необходимо для работы каркаса при однопролетной схеме. Компоновка поперечной рамы заключается в определении вертикальных и горизонтальных размеров. Произведем компоновку с учетом требований унификации и ГОСТа на краны.

Рисунок 1.3.1 – Компоновка поперечной рамы

Вычислим отметку низа фермы:

, (1.3.1)

где - отметка головки подкранового рельса, м;

- откорректированная отметка;

- расстояние между отметками головки рельса и низа фермы, м,

, (1.3.2)

где - высота мостового крана, принимается по справочным данным в зависимости от грузоподъемности крана и пролета здания, м;

Грузоподъемность крана по исходным данным 500 кН, пролет здания 24 м. мм.

- зазор, ;

;

.

Полученная отметка кратна 1,8 м, что удовлетворяет требованиям модульности.

Найдем расстояние от низа подкрановой балки до низа фермы:

, (1.3.3)

где - высота рельса по справочным данным, = 0,13 м;

- высота подкрановой балки по справочным данным, = 1 м;

.

Найдем расстояние от низа колонны до низа подкрановой балки:

, (1.3.4)

где - величина заглубления колонны, ;

.

Найдем ширину нижней части колонны:

, (1.3.5)

где - расстояние от оси до наружной грани колонны, для мостового крана грузоподъемностью 500 кН = 0,25 м;

- расстояние от оси до внутренней грани колонны,

, (1.3.6)

где - ширина верхней части колонны, ,

- технологический зазор между колонной и краном, = 0,2м,

- расстояние между боковой гранью крана и наружной гранью нижней части колонны, принимается по справочным данным, = 0,3 м,

,

.

Должно соблюдаться условие:

, (1.3.7)

- условие выполняется.

1.4 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ СВЯЗЕЙ КАРКАСА

При проектировании стального каркаса здания устраиваем 2 системы связей, по колоннам и по покрытию, которые необходимы для:

1. Пространственной работы каркаса

2. Устойчивости его сжатых элементов

3. Восприятия ветровых нагрузок и инерционных воздействий кранов

4. Обеспечения удобного и качественного монтажа элементов сооружения

1.4.1 СВЯЗИ МЕЖДУ КОЛОННАМИ

Вертикальные связи между колоннами устраиваем в верхнем надкрановом ярусе и нижнем подкрановом. В состав вертикальных связей включаем подкрановые балки, которые служат распорками, расстояние между вертикальными связями не превышает 60 м. Систему связей применяем крестовую как более жесткую. Размещение связей изображено на рисунке 1.4.1.1.

Рисунок 1.4.1.1 – Схема связей между колоннами

1.4.2 СВЯЗИ ПО ПОКРЫТИЮ

Связи по покрытию включают вертикальные связи между фермами, горизонтальные связи по верхним и по нижним поясам ферм. Связи по верхним поясам устраиваем для того, чтобы воспринять часть ветровой нагрузки и предотвратить от выпучивания сжатые стержни верхних поясов. Поперечные связевые фермы устраиваем в торцах и в середине здания. Связи по нижним поясам устанавливаем для восприятия ветровых и крановых нагрузок продольного и поперечного направления. Дополняем связи контурными связевыми фермами, предназначенными для восприятия горизонтальных тормозящих усилий кранов. Размещение связей изображено на рисунке 1.4.2.1.

Рисунок 1.4.2.1 – Схема связей по покрытию

1.5 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ФАХВЕРКА

Фахверк – система конструктивных элементов служащих для поддержания стенового ограждения и восприятия ветровой нагрузки. Поскольку в курсовом проекте применяем стены с длинными панелями, равными шагу колонн, то необходимости в конструкции продольного фахверка нет.

2 РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ

2.1 ВЫБОР РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

Конструктивную схему здания приводим к расчетной, в которой стержни заменяем их центральными осями. Расчетная схема здания представлена на рисунке 2.1.1.

Рисунок 2.1.1 – Расчетная схема здания

,

,

,

, (2.1.1)

м.

2.2 СБОР НАГРУЗОК ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РАМУ

На поперечную раму цеха действуют постоянные и временные нагрузки, в состав которых нагрузка от мостовых кранов и атмосферные нагрузки.

2.2.1 ПОСТОЯННЫЕ НАГРУЗКИ

Нагрузки на покрытия представим в табличной форме.

Таблица 2.2.1.1 – Сбор нагрузок на покрытие

Состав покрытия	Нормативная нагрузка кН/м2		Расчетная нагрузка кН/м2
Защитный слой (гравий на мастике)	0,18	1,3	0,234
Гидроизоляция в 4 слоя рубероида на битумной мастике	0,16	1,3	0,208
Асфальтовая стяжка 20 мм толщиной, ρ = 18кН/м3	0,36	1,2	0,432
Утеплитель (пенобетон толщиной 12 см, ρ = 5 кН/м3)	0,6	1,2	0,72
Пароизоляция	0,04	1,2	0,048
Ж/б плита	2,0	1,1	2,2
	-	-	3,842

, (2.2.1.1)

где B – шаг колонн, B = 6 м,

кН/м.

Найдем собственный вес фермы и связей:

, (2.2.1.2)

где - коэффициент надежности по нагрузке, = 1,05,

L – пролет, L = 24 м,

- коэффициент учитывающий пролет, для пролета 24 м: = 0,8,

кН/м,

, (2.2.1.3)

кН/м.

Вычислим снеговую нагрузку:

, (2.2.1.4)

где =1,

- расчетное значение снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, = 2,4 кН/м2,

кН/м.

Крановая нагрузка: расчетная схема загружения колонны представлена на рисунке 2.2.1.1.

Рисунок 2.2.1.1 - Расчетная схема загружения колонны

Вес подкрановой балки с рельсом:

, (2.2.1.5)

где - максимальное давление колеса, = 470 кН,

- вес 1 м рельса, зависит от грузоподъемности мостового крана и типа рельса, для Q = 500 кН и КР-80 = 0,642 кН/м,

кН

Вертикальные усилия от мостовых кранов приведены на рисунке 2.2.1.2. База крана K=5,6 м, расстояние между колесами двух кранов (1,26 м), нормативное усилие колеса = 470 кН.

Вычислим расчетное усилие , передаваемое на колонну колесами крана:

, (2.2.1.6)

где - коэффициент надежности по нагрузке, = 1,1,

- коэффициент сочетаний, для крана тяжелого режима работ: = 0,95,

кН

Рисунок 2.2.1.2 - Вертикальные усилия от мостовых кранов

Найдем нормативные усилия, передаваемые другой стороной крана:

, (2.2.1.7)

где Q – нагрузка на главный крюк, Q = 490 кН,

- количество тормозных колес, = 2,

- вес крана с тележкой, = 676 кН,

кН.

, (2.2.1.8)

.

Крановый эксцентриситет равен:

; (2.2.1.9)

м.

Сосредоточенные моменты от вертикальных сил определим по следующим формулам:

, (2.2.1.10)

кН·м,

, (2.2.1.11)

кН·м,

Найдем горизонтальную силу от мостовых кранов:

, (2.2.1.12)

где - вес тележки, = 132 кН,

кН,

, (2.2.1.13)

кН,

, (2.2.1.14)

кН.

Ветровая нагрузка:

Расчетные схемы определения нагрузки от ветровой нагрузки покажем на рисунках 2.2.1.3 и 2.2.1.4.

Рисунок 2.2.1.3 – Расчетная линейная ветровая нагрузка

Вычислим расчетную линейную ветровую нагрузку, передаваемую на стойку рамы:

, (2.2.1.15)

где - коэффициент надежности по ветровой нагрузке, = 1,4;

- нормативное давление ветра по СНиПу, = 0,38 кН/м2;

Тип местности В коэффициент при высоте до 10 м – 0,65, на высоте 20 м – 0,85, на высоте 40 м – 1,1;

- аэродинамический коэффициент для активного ветрового давления = 0,8, для отсоса = 0,6;

кН/м;

кН/м;

кН/м;

;

кН/м;

Рисунок 2.2.1.3 – Эквивалентная линейная ветровая нагрузка и сосредоточенные силы

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки вычисляем по формуле:

, (2.2.1.16)

кН,

; (2.2.1.17)

кН;

Эквивалентные линейные нагрузки вычислим по формуле:

, (2.2.1.18)

- коэффициент зависящий от высоты, при H = 20 м, = 1,1;

кН/м

2.3 Статический расчет – определение усилий в сечениях рамы

Пользуясь таблицей в приложении А, определяем усилия в сечениях рамы и строим эпюры изгибающих моментов, поперечных и продольных сил.

Рисунок 2.3.1 – Эпюры изгибающих моментов, поперечных и продольных сил от действия постоянной нагрузки

Рисунок 2.3.2 - Эпюры изгибающих моментов, поперечных и продольных сил от действия снеговой нагрузки

Рисунок 2.3.3 - Эпюры изгибающих моментов, поперечных и продольных сил от действия крановой вертикальной нагрузки

Рисунок 2.3.4 - Эпюры изгибающих моментов, поперечных и продольных сил от действия крановой горизонтальной нагрузки

Рисунок 2.3.5 - Эпюры изгибающих моментов, поперечных и продольных сил от действия ветровой нагрузки

3. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВНИЕ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТОЙ КОЛОННЫ

3.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ДЛИН

Рассчитаем ступенчатую колонну однопролетного производственного здания, оборудованного двумя мостовыми кранами грузоподъемностью 500 кН каждый (режим работы тяжелый). Высота надкрановой части колонны м; подкрановой м. Соотношение моментов инерции:

. (3.1.1)

Материал колонны – сталь С255.

Расчетную комбинацию для надкрановой части составляют усилие и момент в месте примыкания сквозного ригеля: кН; кН·м (момент направлен по ходу часовой стрелки); усилие кН, соответствующий изгибающий момент в месте сопряжения с подкрановой частью кН·м, кН.

Расчетные комбинации усилий для подкрановой части следующие: кН; кН·м и кН; кН·м; кН.

Отношение жесткостей верхней и нижней частей колонны:

; (3.1.2)

.

Коэффициент, учитывающий соотношения продольных сил,

, (3.1.3)

где , - максимальные усилия для нижней и верхней частей колонны, кН; кН.

.

По таблице 1.1 источника [1], который содержит коэффициенты приведения для одноступенчатых колонн с верхним концом, закрепленным только от поворота, интерполируя, находим и вычисляем значение :

; (3.1.4)

.

Принимаем ; .

В этом случае расчетные длины отдельных частей колонны в плоскости рамы составляют:

; (3.1.5)

м;

; (3.1.6)

м.

Расчетные длины из плоскости рамы:

м;

; (3.1.7)

.

3.2 РАСЧЕТ НАДКРАНОВОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ

Для надкрановой части колонны принимаем составное двутавровое сечение. При компоновке сечения была принята минимальная ширина сечения м.

3.2.1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР СЕЧЕНИЯ

Требуемая площадь сечения верхней части колонны

, (3.2.1.1)

где - расчетная продольная сила для верхней части колонны, кН;

- расчетное сопротивление листового проката из стали С255, МПа;

- эксцентриситет продольной силы,

; (3.2.1.2)

м;

.

Рисунок 3.2.1.1 – Поперечное сечение верхней части колонны

Необходимую толщину стенки устанавливаем из условия прочности на срез. Принимаем высоту стенки согласно ГОСТ 82-70*, мм (рис. 3.2.1.1), находим:

, (3.2.1.3)

где - максимальная поперечная сила для верхней части колонны, кН;

- расчетное сопротивление стали срезу, МПа,

; (3.2.1.4)

МПа;

м = 1 мм.

При этом мм, значит принимаем мм.

Принимаем размеры верхней части колонны исходя из конструктивного минимума и ГОСТ 82-70*. Тогда площадь сечения вычисляется по формуле:

, (3.2.1.5)

.

Должно выполняться условие:

,

.

Условие выполняется.