Методические_указания__

Расстояние от продольной разбивочной оси до оси подкрановой балки, , (в нашем случае и до подкрановой ветви нижней части колонны) при приведенных выше высоте здания и мостовых кранах обычно принимается равным 750 мм (при bо=250 и тяжелом типе кранов =1000 мм).

Ширину верхней части колонны при кранах облегченного и нормального режимов работы предлагается принять равной bv = 500 мм, хотя может быть и меньшей (до 400 мм), но не менее hv/12. При кранах тяжелого типа - bv=800 или 1000 мм.

Ширина нижней части колонны крайнего ряда принимается равной bn = bo + и не менее h/20.

При заданном пролете здания, L, и принятой величине пролет крана определяется выражением Lkr = L - 2 .

При компоновке колонны необходимо обеспечить зазор между верхней частью колонны и торцом крана не менее 60 мм.

3.3. Компоновка ригеля

Наиболее распространенным типом ригеля рам одноэтажного производственного здания является двускатная ферма (см. ниже рис. 15) с уклоном верхнего пояса от конька 1,5 %.

Для названной фермы с пролетом, кратным 6 м, шаг узлов по верхнему поясу принимается равным 3 м. При пролетах фермы, кратных 3 м, крайние панели ее верхнего пояса принимаются равными 1,5 м, остальные – 3 м. Схема решетки фермы принимается треугольной с дополнительными стойками к верхнему поясу (обязательно при восходящих первых (опорных) раскосах).

3.4. Компоновка связей между колоннами

Для обеспечения неизменяемости каркаса и устойчивости его элементов в продольном направлении, а также для восприятия продольных горизонтальных ветровых и крановых воздействий на каркас в продольном направлении по всем рядам колонн устраиваются вертикальные связи, состоящие из одного или нескольких связевых дисков и промежуточных распорок, прикрепляющих к ним не включенные в диски колонн (рис. 15). В жесткие связевые диски включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка, обеспечивающая при шарнирном соединении всех элементов диска геометрическую неизменяемость. Обычно распорки и решетку диска называют вертикальными связями колонн.

По длине здания связевые диски располагаются через 40…50 м у середины температурного блока (рис. 15) и не более 50…90 м от его торцов (см. табл. 42 [2]).

Рис. 15. Схема расположения вертикальных связей колонн по длине температурного блока отапливаемого и не отапливаемого ( в скобках) здания

По высоте здания вертикальные связи колонн располагаются в трех ярусах:

-в пределах подкрановой части колонн (первый ярус);

-в пределах надкрановой части колонн (второй ярус);

-в пределах высоты фермы у колонны (третий ярус). Связи этого яруса одновременно являются вертикальными свя-

зями ферм.

Связи первого яруса проектируются как правило с крестовой решеткой и располагаются в плоскости двух поясов (или ветвей) колонны.

Связи второго яруса проектируются с подкосной решеткой и располагаются обычно в плоскости разбивочной оси.

Связи третьего яруса проектируются в виде ферм (рис. 16) и располагаются в одной плоскости со связями второго яруса. Сечения элементов связей назначаются по [4,10, 11, 13].

Рис. 16. Схема вертикальных связевых ферм покрытия здания при отсутствии (а) и наличии в нем (б) сквозных прогонов

3.5. Компоновка связей по покрытию

Связи по конструкциям покрытия (шатра) здания ставятся для обеспечения пространственной жесткости каркаса, устойчивости покрытия в целом, устойчивости сжатых элементов покрытия и передачи ветровых нагрузок с торцов здания на связи колонн. Связи по покрытию располагают:

-горизонтально в плоскости нижних поясов ферм:

-вертикально между фермами:

21

-горизонтально в плоскости верхних поясов ферм:

-по фонарю (при его наличии).

Система горизонтальных связей по нижним поясам ферм состоит из продольных связевых ферм, устанавливаемых вдоль рядов колонн, и поперечных связевых ферм, устанавливаемых у торцов температурного блока и между теми фермами, которые опираются на колонны, связанные вертикальными связями (рис. 17).

Для превращения вертикальных ферм, соединенных в плоскости нижних поясов поперечными горизонтальными связевыми фермами , в неизменяемый жесткий пространственный брус между ними в плоскости всех стоек ставятся вертикальные связевые фермы (см. рис. 16).

Роль горизонтальных связей по верхним поясам ферм покрытия (при расположении вертикальных связевых ферм в плоскости каждой стойки) выполняют прогоны с прикрепленным к нему стальным настилом.

Сечения элементов этих связей также назначаются по [4, 10, 11, 13].

Рис. 17. Примеры компоновки горизонтальных связей в плоскости нижних поясов ферм при шаге ферм 6 м (а) и 12 м (б)

3.6. Компоновка торцового фахверка

Фахверк (стеновой каркас) предназначен для восприятия действующих на стены нагрузок и передачи их на основной каркас и фундаменты. Состоит он из стоек (1), ригелей (2) и элементов связей (3), обеспечивающих устойчивость стоек в плоскости торцовой стены (рис. 18).

Рис. 18. Вариант схемы торцового фахверка

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ УСИЛИЙ В СТОЙКЕ РАМЫ

Расчетные усилия (продольные усилия, изгибающие моменты и перерезывающие усилия) в характерных сечениях стоек рамы определяются из статического расчета на все нагрузки, приложенные к раме.

4.1.Расчетная схема рамы

Вкурсовом проекте с целью упрощения статического расчета допускается из пространственного каркаса здания выделять плоскую поперечную раму и рассчитывать ее как отдельно стоящую, т. е. не учитывать разгружающего влияния соседних рам при нагружении первой крановыми нагрузками.

Для облегчения статического расчета плоской рамы вводятся следующие дополнительные упрощения:

-сквозной ригель рамы заменяется эквивалентным по линейной жесткости сплошным с осью, совпадающей с осью нижнего пояса фермы;

- нижние концы стоек рамы в плоскости рамы жестко связаны с фундаментом и основанием, верхние их концы – шарнирно соединены с ригелем;

- снеговая нагрузка на кровлю принимается равномерно распределенной по длине ригеля, постоянная нагрузка от веса стен и колонн мала и во внимание не принимается;

22

-пространственный стержень колонны представляется ломаным линейным стержнем с жесткой вставкой в уровне уступа колонны (рис. 19);

-абсолютные жесткости элементов рамы назначаются приближенно (при этом можно использовать результаты расчетов примеров [4, 10, 11, 16]).

Рис. 19. Расчетная схема рамы

4.2. Нагрузки на поперечную раму

На поперечную раму каркаса промышленного здания действуют следующие основные нагрузки:

-нагрузка от собственного веса конструкций шатра и веса подкрановой конструкции (постоянные нагрузки); -снеговая нагрузка на кровлю (кратковременная нагрузка); -вертикальные крановые нагрузки (кратковременные нагрузки);

-горизонтальные крановые нагрузки от торможения тележки крана (кратковременные нагрузки); -ветровые нагрузки (кратковременные нагрузки).

4.2.1.Постоянные нагрузки

Нагрузка от массы конструкций шатра обычно принимается равномерно распределенной по длине ригеля (рис. 20). Ее

где g in - составляющие нормативной нагрузки от элементов шатра, кПа (табл. 7);

fi - коэффициент надежности по нагрузке, соответствующий составляющей нагрузки (см. табл. 7);

n - коэффициент надежности проектируемого здания по назначению;

B - шаг поперечных рам в каркасе здания, м.

(Этой нагрузке присвоим порядковый номер 1).

Рис. 20. Схема приложения к раме постоянных нагрузок

Таблица 7. Вес некоторых элементов покрытия и шатра

23

Ориентировочный нормативный вес, кН, подкрановой конструкции, G npk , приведен в табл. 8. При этом ее расчетный вес

4.2.2.Снеговая нагрузка

При расчете рамы нагрузка от веса снега, как уже отмечалось, принимается равномерно распределенной по длине ригеля. Расчетная ее величина на 1 м погонный ригеля при малом уклоне его верхнего пояса определяется по формуле pc so f n B , кН/м,

где so f - расчетный вес снегового покрова, кПа, для района строительства проектируемого здания, принимаемый по

[9] или по табл. 9 и прил. 2;

f 1,4 - коэффициент надежности по снеговой нагрузке.

(Этой нагрузке присваиваем порядковый номер 3).

Схема приложения снеговой нагрузки к раме приведена на рис. 21.

Рис. 21. Схема приложения снеговой нагрузки к раме

Таблица 9. Вес снегового покрова, кПа, на горизонтальной поверхности земли

4.2.3.Крановые нагрузки

Невыгодным для поперечной рамы является такое положение двух кранов, при котором они сблизились для совместной работы, а их тележки находятся в одном из крайних положений. При этом со стороны кранов, к которой приблизились те-

Максимальное давление колеса крана на рельс, кН, принимается по ГОСТ или ТУ на мостовые краны или по прил. 1, в

ная его нормативная масса (т).

Расчетное максимальное вертикальное давление на колонну, к которой приблизились тележки кранов определяется по

где f =1,1 – коэффициент надежности по крановой нагрузке;

- коэффициент сочетания крановых нагрузок. При совместной работе двух кранов легкого и среднего режимов работы (1К…6К) он равен 0,85 , при тяжелом их режиме работы – 0,95;

yi - сумма ординат линии влияния опорных реакций двух подкрановых балок опертых на уступ колонны (принимается

по прил. 3).

(Этой нагрузке присваиваем номер 4).

24

нагрузке присвоим номер 5).

Расчетное горизонтальное усилие от поперечного торможения кранов, кН, вызываемое торможением загруженных те-

Горизонтальное усилие T может передаваться на любую колонну, прикладывается на уровне верха подкрановой балки (на расстоянии hpp от подкранового уступа) и может быть направлено в любую сторону в плоскости рамы. (Этой нагрузке

присвоим номер 6).

Схемы приложения крановых нагрузок приведены на рис.22.

Рис. 22. Схемы приложения крановых нагрузок на поперечную раму

4.2.4. Ветровые нагрузки

Действие ветра на здание вызывает давление с наветренной стороны и отсос с противоположной стороны (отсос направлен по направлению действия ветра).

Ветровая нагрузка по высоте здания переменная и зависит от типа местности [9].

Расчетное усредненное погонное активное давление и отсос на стойки рамы соответственно равны, кН/м:

(При действии ветра слева этим нагрузкам присвоим номера 7 и 8, соответственно, при этом они будут иметь знак «минус», при направлении ветра справа их номера соответственно равны 12 и 11).

Таблица 11. Поправочные коэффициенты увеличения ветрового напора по высоте здания для местностей типов А (открытая местность), В (городские территории и лесные массивы с высотой пре-

пятствий более 10 м)

и С (городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м)

25

Примечания: 1) Длина строк таблицы на экране монитора не должна превышать 72 символа. 2) Размеры С1, С2, hn и h - приведены в п. п. 4.1 и 3.2.1. 3) Величины нагрузок приведены в п. 4.2.

5. РАСЧЕТ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ

Расчет фермы покрытия промздания выбранной схемы (см. п. 1.3) включает в себя определение нагрузок, статический расчет (определение усилий в стержнях), подбор сечений стержней, расчет и конструирование узлов.

5.1. Определение расчетной нагрузки и усилий в стержнях фермы

На ферму одноэтажного производственного здания с мостовыми кранами обычно действуют постоянные и снеговые нагрузки (см. п. п. 4.2.1 и 4.2.2). При отсутствии фонаря или пешеходного мостика на покрытии обе нагрузки распределяются по длине фермы равномерно и прикладываются к промежуточным узлам верхнего пояса (рис. 25).

Величина нагрузки на первый промежуточный узел при длине крайней панели верхнего пояса d1 = 1,5 м и средних пане-

лях – d2 = 3 м равна P1 (g ш p c ) d1 d 2 2,25 (g ш p c ) , при этом на все промежуточные узлы действует нагрузка

2

P2 (gш pc ) d2 3 (gш pc ) . При пролете фермы кратном 6 м (или d1 = 3 м), - Р1 = Р2 3 (gш pc ) .

Рис. 25. Схема приложения нагрузок на ферму бесфонарного покрытия

От этих нагрузок автоматизированным методом определяются усилия в стержнях одной половины фермы (+ 1 стержня другой половины).

5.2. Подбор сечений стержней

Подбор сечений стержней заключается в определении требуемой площади, назначении по требуемой площади размеров сечения и проверке их прочности (для растянутых стержней) или устойчивости (для сжатых стержней). При этом расчетная длина стержней из парных уголков принимается по табл. 13.

27

Площадь сечения остальных сжатых стержней решетки (они считаются менее нагруженными) определяется по формуле

стержне.

Далее по требуемой площади и назначению стержней (сжатый пояс, растянутый раскос и т. д.) компонуется их сечение. Пояса уголковых ферм выполняются из двух неравнополочных уголков по ГОСТ 8510-86 [8, 17], поставленных тавром

большими полками в горизонтальной плоскости (рис. 26, а). Опорный раскос, с целью уменьшения числа типоразмеров уголков в ферме, принимают из уголков верхнего пояса, поставленных тавром большими полками в плоскости фермы (рис. 26, б). Остальные раскосы уголковых ферм проектируются из двух равнополочных уголков по ГОСТ 2509-86 [8, 17], поставленных тавром. Стойки этих ферм проектируются из равнополочных уголков, поставленных тавром (рис. 26, в) или в крестовое сечение (рис. 26, г). Последнее сечение весьма удобно применять для стоек, расположенных в местах рассечения ферм на отправочные элементы (заводского изготовления). Между уголками всех стержней оставляется зазор на толщину фасонки, принимаемой по табл. 14.

Рис. 26. Типы сечений уголковых ферм

При назначении стержней уголковых ферм следует стремиться к минимальному числу типоразмеров уголков (4…6).

С целью уменьшения гибкости стержней целесообразно для их сечений назначать тонкостенные уголки с более широкими полками.

Таблица 14. Рекомендуемые толщины узловых фасонок уголковых ферм

Для обеспечения совместной работы уголков стержней на участках между узлами дополнительно ставят прокладки через 40 i y1 в сжатых и 80 i y1 в растянутых элементах фермы [здесь i y1 - радиус инерции одного уголка относительно оси, па-

раллельной оси у или плоскости фермы (рис. 26)]. Ширина прокладок 60…100 мм.

Подобранные сечения стержней проверяются на прочность (растянутые) или устойчивость (сжатые) как центрально сжатые и жесткость.

Прочность растянутого пояса и растянутых раскосов проверяется по формуле

AN R y c .

- коэффициент продольного изгиба стержня, определяемый по большей его гибкости.

Жесткость стержня уголковой фермы считается обеспеченной, если его большая гибкость не превышает предельно допустимой, принимаемой по [2] и приблизительно равной: 120 – для сжатого пояса и сжатого опорного раскоса; 150 – для остальных сжатых стержней; 400 – для всех растянутых стержней.

28

5.3. Расчет и конструирование узлов фермы из парных уголков

В фермах со стержнями из двух уголков, составленных тавром, узлы проектируются на фасонках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке обваркой уголков по контуру или сплошными фланговыми швами. В последнем случае концы фланговых швов выводят на торцы элемента на длину 20 мм (рис. 27).

Фасонки по возможности выпускаются за обушки поясных уголков на 10…15 мм и прикрепляются к ним сплошными швами. В месте опирания прокатных прогонов (при шаге ферм 6 м) фасонки не доводят до обушков на 10…15 мм и это место не заваривают. Для прикрепления прогонов к верхнему поясу фермы в узлах приваривают уголок с отверстиями (см. рис.

27).

Рис. 27. Промежуточный узел фермы из парных уголков

Фасонкам узлов по возможности следует придавать прямоугольную или трапецеидальную форму.

При непрерывном в узле поясе расчету подлежат, как правило, прикрепления стержней решетки к фасонке узла. В случае использования для всех стержней одной марки стали требуемая длина сварного шва определяется его прочностью по форму-

катет сварного шва, принимаемый обычно равным толщине полки уголка (и одинаковым у пера и обушка); c – коэффици-

Рис. 28. Укрупнительный стык фермы из спаренных уголков

Фермы пролетом более 18 м на заводах изготовляются отправочными частями (двумя и более). Вариант укрупнительного стыка полуферм приведен на рис. 28. В стыке суммарная площадь сечения накладок принимается не менее площади сечения двух поясных (стыкуемых) уголков. Длина сварных швов крепления каждой накладки (по одну сторону от стыка) определяется по усилию, равному ее несущей способности. Подробный расчет стыковых узлов полуферм приведен в [1, 7, 10, 11].

Конструкция опорных узлов уголковой фермы приведена на рис. 29. Расчет и конструирование этих узлов приведен в [1, 7, 10, 11].

29

Рис. 29. Опорные узлы фермы из парных уголков

Литература

1.Металлические конструкции. Том 1. Элементы конструкций. Под ред. проф. В.В. Горева. М.: Высшая школа. 2001, 1997. –528 с.

2.СНИП П-23.81*. Стальные конструкции. М.: ЦИТП. 2001. -96 с.

3.ГОСТ 21.501-93. Правила выполнения архитектурно-строительных чертежей. М.: ГУП ЦПП. 1998. -58 с.

4.Металлические конструкции. Том 2. Конструкции зданий. Под ред. проф. В.В. Горева. М.: Высшая школа. 2001, 1999. –

528 с.

5.Раздел «Металлические конструкции» в папке «Студент – ПГС» диска “Z” на сервере ВЦ кафедры «Строительные конструкции».

6.Лихтарников Я.М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. М.: Стройиздат. 1979. -319 с.

7.Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций. М.: Стройиздат. 1991. -431 с.

8.Васильченко В.Т. и др. Справочник конструктора стальных конструкций. Киев. Будивельник. 1990. –312 с.

9.СНИП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М.:ГУП ЦПП. 2001. -43 с.

10.Металлические конструкции. Под ред. проф. Е.И. Беленя. М.: Стройиздат. 1986. –560 с.

11.Лихтарников Я. М. и др. Расчет стальных конструкций: Справочное пособие. -Киев: Будивельник, 1984. -366 с.

12.Бирюлев В. В и др. Проектирование металлических конструкций. Специальный курс. -Л.: Стройиздат, 1990. –432 с.

13.Справочник проектировщика. Металлические конструкции: В 3 т /Под ред. проф. В. В. Кузнецова. Место изд-во АСВ, 1998. Т. 2. –504 с.

14.Нилов А. А и др. Стальные конструкции производственных зданий: Справочник. –Киев: Будивельник, 1986. –272 с.

15.ГОСТ 16350-80. Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических изделий. -М.: Госкомитет СССР по стандартам, 1981. -140 с.

16.Енджиевский Л. В. и др. Каркасы зданий из легких металлических конструкций и их элементы. -М.: Изд-во АСВ,

1998. -246 с.

17.Справочник проектировщика. Металлические конструкции: В 3 т /Под ред. проф. В. В. Кузнецова. -М.: Изд-во АСВ, 1998. Т. 1. –575 с.

18.Металлические конструкции/ Под ред. Ю.И.Кудишина. М:, ACADEMA. 2006- -681 с.

30