2. Определение компоновочных размеров поперечной рамы

Размеры по вертикали

Н₂=Н_cr+100+c,

Где: Н_cr – высота крана от головки рельса до верха тележки (принимается по [2, прил. 2]);

100 мм – допуск на изготовление крана;

c – зазор, учитывающий прогиб фермы и провисание связей по нижним поясам ферм. Примем с = 400 мм при L = 30…36 м.

Н₂=4000+100+400=4500 мм.

Н₀=Н₁ + Н₂ =12400+4500=16900 мм,

здесь Н₁=Н_г.р.≈12400мм

Рисунок 1 - Схемы компоновочных размеров поперечной рамы

Длина верхней (надкрановой) части колонны:

Н_v= Н₂+ h_b + h_rs,

Где: h_b– высота подкрановой балки (при шаге рам 12м и грузоподъёмности крана 125/20т принимаем h_b=1600);

h_rs – высота рельса по [2, прил. 3]. При типе рельса КР120 h_rs=170 мм.

Н_v = 4500 + 1600 + 170 = 62700 мм

Длина нижней (подкрановой) части колонны:

Н_n= Н₀+ H_b - H_v,

Н_n= 16900 +10800 - 6270 = 11630 мм,

где: H_b– заглубление базы колонны при Q=125/20т, H_b=1000 мм.

Полная длина колонны:

H_d = Н_n+ H_v = 11630 + 6270 = 17900 мм.

Высота фермы на опоре (по наружным граням поясов) h_rо = 3150 мм (при L=30м).

Отметка парапетной панели определяется как:

Н_пс = Н₀+ h_rо+600 = 16900+3150+600=20650 мм

Где: 600 – высота парапетной панели.

Н_пс должна быть кратна 600, поэтому изменим некоторые размеры:

Н _v = Н _v + 350=6270+350=6620 мм

Окончательные значения: Н_v =6620мм; Н_пс =21000 мм; Н₀=17250 мм, Н_d=18250 мм.

Размеры по горизонтали

Высота сечения верхней части колонны h_v принимается кратной 50 мм из условия h_v≥ 1/12×H_v

h_v= 1/12×6620 = 551,67 мм

Принимаем h_v = 600 мм (принимается кратно 50 мм);

Высота сечения надколонной стойки h_нк выбирается из условия h_нк = h_v / 2

h_нк = 300 / 2 = 300 мм

Привязка наружной грани колонны к оси здания

а + 50 мм = 250 +30 = 300 мм

Где: 50 мм - конструктивный размер, необходимый для организации опирания прогона по оси здания на надколонную стойку.

Привязка оси подкрановой балки и подкрановой ветви колонны с буквенной разбивочной оси принимается L₁=1000 мм при грузоподъемности мостового крана до 125/20 т включительно.

Проверяем зазор между краном и колонной z , который должен быть не менее 75 мм:

z=L₁-B₁-(h_v-a)=1000-400-(600-250)=250мм

Где: B₁=400 по [2, прил. 3]

75 мм – минимальный зазор между краном и колонной.

Условие выполняется. L₁=1000 мм, что кратно 250 мм.

Высота сечения нижней части колонны:

h_n=L₁+a=1000+250=1250 мм

h_n > 1/20×H_d=18250/20, что равно 912,5 мм - условие выполняется.

Применяем высоту сечения нижней части колонны h_n=1250 мм

Пролет крана по прил.2 равен 28000 мм.

Проверяем равенство:

L_cr+2∙L₁=L;

28000+2∙1000=30000 мм

Условие выполняется.

3. Расчёт поперечной рамы

Для расчёта поперечной рамы необходимо собрать нагрузки, действующие на неё, составить расчётную схему, выполнить расчёт по определению усилий и выявить невыгодные комбинации (расчётные сочетания) внутренних усилий (M.N.Q) для характерных сечений колонны.

3.1. Сбор нагрузок на раму

Сбор нагрузок на раму каркаса здания выполняется в соответствии с требованиями норм [7].

Постоянная нагрузка

Постоянная нагрузка включает вес несущих и ограждающих конструкций. Составы покрытий и вес кровли с конструкциями покрытия представлены в Таблице 2, а от стенового ограждения в Таблице 3. В данном проекте покрытие прогонного типа, поэтому в состав покрытия входят прогоны. По СП 20.13330.2011 п.10.2 табл.10.1 г. Тюмень находится в III снеговом районе.

Таблица 2 - Нагрузки на ригель от веса конструкций покрытия и кровли, кН/м²

*В проекте принимаем:

- нагрузки от решетчатых прогонов пролётом 12 м - 0,12 кН/м²

- стропильные фермы со связями пролётом 30 м - 0,22 кН/м²

Таблица 3 - Нагрузки от веса стенового ограждения, кН/м²

Расчётная погонная нагрузка на ригель составит:

q = q₀ ∙ B = 1,572 ∙ 12 = 18,24 кН/м

Стеновые панели крепятся к колоннам с помощью ригелей. Нормативные нагрузки от собственного веса колонн и подкрановых конструкций представлены в Таблице 4.

Таблица 4 - Нормативные нагрузки от собственного веса колонн и подкрановых конструкций, кН/м²

При грузоподъемности крана Q = 125/20 т расход стали на колонны составляет 0,75 кН/м², а на подкрановые балки - 0,70 кН/м².

Грузовая площадь одной колонны:

А = (L/2)∙В = 30/2∙12=180 м².

Где: L - пролёт фермы;

В - шаг рам.

Расчётная нагрузка от собственного веса колонны:

G_к=0,75∙180∙1,05=141,75 кН.

Где: 0,75 - расход стали на колонны;

1,05 - коэффициент надежности по нагрузке для стали.

Нагрузка на колонну от собственного веса подкрановых балок:

G_пб=0,7∙180∙0,25=132,3кН.

Где: 0,7 - расход стали на подкрановые балки.

Вес надкрановой части колонны примем ¼ от всего веса, т.е.:

G_кв=141,75∙0,25=35,44кН.

Вес подкрановой части колонны:

G_кн=141,75∙0,75=106,31кН.

Нагрузка от стен для нижней части колонны

G_нс=q_с∙(H_n-H_b-0,6)∙В= 0,392∙(11,63-1,0-0,6)∙12=47,18 кН,

Где: 0,6 – высота цоколя.

Нагрузка от стен для верхней части колонны:

G_вс=q_с∙(H_v+h_ro)∙В= 0,392∙(6,62+3,15)∙12=45,96кН.

Постоянная расчётная нагрузка на верх колонны

P_в = q₀∙L/2∙B + G_вс + G_кв = 1,572∙15∙12+45,96+35,44=355кН.

Постоянная расчётная нагрузка на низ колонны (на уровне уступа):

P_н = G_кн + G_нс + G_пб = 106,31+47,18+132,3= 285,79кН.

Ригель опирается на верх колонны с эксцентриситетом

e_r = h_нк- h_v/2 = 0,3 – 0,60/2 = 0 м,

где:h_нк – высота сечения надколонной стойки.

Разгружающий момент от стен в запас не учитываем. Момент на верх колонны от постоянной нагрузки:

М_р= q₀∙(L/2)∙B∙e_r =0 кН∙м.

Момент на уступе колонны от постоянной нагрузки:

М_н= G_пб∙Eo= G_пб∙0,4∙h_n =132,3∙0,4∙1,25=66,15 кН∙м.

Временные нагрузки

Временная нагрузка включает снеговую, ветровую, крановую.

Снеговая нагрузка

Снеговая расчётная нагрузка зависит от снегового района и определяется по СП 20.13330.2011 п.10.2 табл.10.1, г.Тюмень относится к III снеговому району.

s_g = 1,8 кПа

Снеговая расчётная нагрузка на верх колонны:

S_в = s_g ∙ L/2 ∙ B =1,8∙15∙12= 324 кН

Момент на верх колонны от снеговой нагрузки:

М_s= S_в∙e_r =324∙0=0 кН∙м.

Ветровая нагрузка

Ветровая нормативная нагрузка зависит от ветрового района и определяется по СП 20.13330.2011 п.11.1.4 табл.11.1, г.Тюмень относится к III ветровому району.

w₀ = 0,38 кПа

Ветровая расчётная нагрузка без учёта пульсаций:

w = w₀∙k(z_e)∙c∙γ_f ,

Где: w₀– нормативное значение ветрового давления;

k(z_e) – учитывает увеличение ветрового давления с высотой и зависит от типа окружающей местности;

с – аэродинамический коэффициент, принимаем равным 0,8 для наветренной стороны, равным 0,5 для подветренной стороны по СП 20.13330.2011 приложение Д табл. Д2;

γ_f - коэффициент надёжности по нагрузке, принимаем равным 1,4 по СП 20.13330.2011 п.11.1.12.

Эквивалентную высоту z_e принимаем по СП 20.13330.2011 п.11.1.5 для зданий типа а, при случае, что высота здания не более его длины. z_e = Н_nc = 21000 мм.

Коэффициент k(z_e) принимаем равным 0,863, интерполяцией между значениями k(20) = 0,85 и k(40)= 1,1 по СП 20.13330.2011 п.11.1.6 табл. 11.2.

Активная нагрузка с наветренной стороны:

q_а = 0,38∙0,863∙0,8∙1,4∙12 =4,4 кН/м,

Пассивная нагрузка с подветренной стороны:

q_о= 0,38∙0,863∙0,5∙1,4∙12=2,75кН/м.

Ветровую нагрузку от верха колонны до верха парапета заменяем сосредоточенной горизонтальной силой.

W= q_о ∙(H_пс-H₀),

Где: Н_пс=21 м и Н₀=17,25 м.

W_а =4,4∙(21-17,25)= 16,5 кН,

W_о =2,75∙(21-17,25)= 10,31 кН.

Крановая нагрузка

Вертикальная крановая нагрузка передаётся одновременно на обе колонны рамы на уровне уступа по оси подкрановой части колонны. При этом, если на одну колонну действует максимальное давление, то на другую - минимальное.

Формулы для расчётных давлений:

D_max = γ_f∙ ∙ ,

D_min = γ_f∙ ∙ ,

Где: - максимальное (минимальное) нормативное давление на колесо крана;

y_i - ордината линии влияния опорной реакции колонны;

n – число колёс кранов, передающих нагрузку на рассматриваемую колонну;

 =0,85 – коэффициент сочетаний при учёте двух кранов с режимами работы 1К…6К;

γ_f  = 1,2 – коэффициент надёжности по нагрузке для крановых нагрузок.

принимается по [2, табл. П3.3].

,

Где: Q – грузоподъёмность крана;

G – вес крана с тележкой принимается по [2, табл. П3.3];

n₀ – число колёс с одной стороны моста крана.

Вертикальное давление на колонну передается через подкрановые балки, установленные с эксцентриситетом по отношению к оси колонны, вследствие чего возникают крановые моменты.

M_max = D_max · Е₀;

M_min = D_min · Е₀,

Точная величина Е₀ будет известна только после подбора сечения нижней части колонны. На данном этапе воспользуемся приближённой формулой:

Е₀ = 0,4∙h_n = 0,4·1,25 = 0,5 м.

Приложены крановые моменты в уровне подкрановой ступени.

Расстояние между осями верхней и нижней частей - эксцентриситет:

Е_к = 0,6h_n – 0,5h_v = 0,6∙1,25- 0,5∙0,60 = 0,2 м.

Горизонтальные нагрузки можно учитывать только в совокупности с верти­кальными, так как они не могут возникать при отсутствии кранов.

Расчетная горизонтальная сила на колонну Т, приложенная к раме в уровне верхнего пояса подкрановой балки, имеет место при том же положении кранов, что D_max и D_min; вычисляют её по формуле:

Т= γ_f∙ ∙ .

Нормативное значение горизонтальной силы, приходящееся на одно колесо с одной стороны крана:

T_kn= ∙(Q+G_T)/n₀=0,05∙(1240+390)/4=20,375 кН

Где:  = 0,05 для кранов с гибким подвесом груза;

G_T - вес тележки крана, прил. 2.

n₀ – число колёс с одной стороны моста крана.

В соответствии с исходными данными здание оборудовано двумя мостовыми кранами грузоподъемностью Q =125/20 т.

F_n1,max = (505+535)/2=520 кН;

=(1250+1240)/4-520=102,5 кН.

Схема загружения подкрановых балок мостовыми кранами для определения опорного давления приведена на Рисунок 2.

Рисунок 2 – Схема расположения нагрузок от двух кранов Q=125/20 т на линии влияния опорного давления на колонну

Вертикальная крановая нагрузка на раму:

D_max=1,2∙ 0,85·520∙(1+0,94+0,633+0,573+0,98+0,92+0,613+0,553)=3294,84 кН;

D_min=1,2∙ 0,85·102,5∙6,212=649,46 кН.

Моменты:

M_max =3294,84∙0,5= 1647,42 кН∙м;

M_min =649,46∙0,5=324,73 кН∙м;

Горизонтальная крановая нагрузка:

Т = 1,2∙ 0,85·20,375∙(1+0,94+0,633+0,573+0,98+0,92+0,613+0,553)=128,62 кН,

Где T_kn= ∙(Q+G_T)/n₀=0,05∙(1240+390)/4=20,375 кН.