СОДЕРЖАНИЕ

1 Компоновка конструктивной схемы каркаса здания	6
1.1 Выбор типа ограждающих конструкций для стен и покрытия	6
1.2 Выбор шага колонн и составление эскиза плана колонн	6
1.3 Составление унифицированной схемы поперечной рамы здания	7
1.3.1 Вертикальные размеры	7
1.3.2 Горизонтальные размеры	9
1.3.3 Проверка местной устойчивости верхней и нижней части колонны	10
2 Расчёт поперечной рамы здания	12
2.1 Расчётная схема рамы	12
2.2 Сбор нагрузок	13
2.2.1Постоянные нагрузки	13
2.2.2 Временные нагрузки	15
2.3 Статический расчёт поперечной рамы	22
2.3.1 Расчёт на постоянные нагрузки	22
2.3.2 Расчёт на нагрузку от снега	29
2.3.3 Расчёт на ветровую нагрузку	32
2.3.4 Расчёт на вертикальную нагрузку от мостовых кранов	37
2.3.5 Расчет на горизонтальные воздействия от мостовых кранов	41
3 Расчёт на конструирование колонны	45
3.1 Определение длины в плоскости и из плоскости рамы	45
3.2 Расчёт надкрановой части колонны	47
3.3 Определение геометрических характеристик принятого сечения.	49
3.3.1 Проверка устойчивости надкрановой части колонны	51
3.4 Проверка местной устойчивости	52
3.5 Расчёт и конструирование нижней части колонны	56
3.6 Расчёт базы колонны	66
3.7 Расчёт элементов соединительной решётки	73
3.8 Проверка устойчивости подкрановой части колонны	75
3.9 Расчёт узла сопряжения верхней и нижней частей колонны	77
4 Расчёт и конструирование стропильной фермы	83
4.1 Сбор нагрузок	83
4.2 Подбор сечений стержней фермы	86
4.2.1 Подбор сечений сжатых стержней	86
4.2.2 Подбор сечений растянутых стержней	88
4.3 Расчёт узлов фермы	89
4.3.1 Узел фермы с изменением сечения пояса	89
4.3.2 Опорный узел	92
4.3.3 Коньковый узел	96
Список использованной литературы	99

1 КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ

1.1 Выбор типа ограждающих конструкций для стен и покрытия

В качестве ограждающих конструкций принимаем стеновые панели из лёгкого бетона длиной 6 м, шириной 1,8 м. Несущими конструкциями покрытия являются стропильные фермы пролётом 24 м. Покрытия беспрогонные. По верхним поясам фермы укладываются плиты длиной 6 м, шириной 3 м. Состав покрытия рассмотрим в Таблице 1 «Сбор нагрузок».

1.2 Выбор шага колонн и составление эскиза плана колонн

В соответствии с заданием на проектирование принимаем однопролётную схему здания. Шаг продольных колонн принимаем 6 м. Угловые колонны ставятся на расстоянии 500 мм от угловой оси в целях установки стенового ограждения. Остальные колонны располагаются по осям здания. Деформационный шов отсутствует (длина здания меньше 90 м).

Рисунок 1 – Эскиз плана кровли

1.3 Составление унифицированной схемы поперечной рамы здания

1.3.1 Вертикальные размеры рамы

Устанавливаем вертикальные размеры.

Рисунок 2 – Вертикальные размеры рамы

– высота фермы, =3 м;

– отметка головки подкранового рельса, =12 м;

– расстояние от головки рельса до ригеля (нижнего пояса фермы)

,

где – габаритный размер мостового крана от головки кранового рельса до верхней точки тележки крана, зависит от грузоподъёмности крана и от пролёта здания. При пролёте здания 24 м и грузоподъёмности 300 кН =2750 мм;

– размер между верхним габаритом крана и низом покрытия, учитывающий прогиб конструктивного элемента покрытия, =300 мм;

100 – запас на неточность монтажа.

мм

Устанавливаем высоту цеха от уровня пола до низа стропильной фермы H.

Размер H в соответствии с «Основным положением по унификации» должен быть кратным 1,2, если H<10,8 м, или 1,8, если H>10,8 м.

Принимаем высоту цеха H=16,2 м.

Определяем высоту верхней части колонны .

= + + ,

где – высота подкрановой балки, =1,3 (при грузоподъёмности до 50 т);

– высота кранового рельса (принимается в зависимости от грузоподъёмности крана), =120 мм (кран КР70).

=1300+120+3150=4570 мм

Высота нижней части :

= – + ,

где – величина заглубления опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки, =1 м.

=16200–4570+1000=12630 мм

1.3.2 Горизонтальные размеры

Размеры по горизонтали привязываются к продольным осям здания, расстояние между которыми устанавливается при расстановке сетки колонн в зависимости от технологических и эксплуатационных требований и требований унификации. Привязка наружной грани колонны крайнего ряда к продольной оси здания может быть 0, 250, 500 мм.

=0 мм (в зданиях без мостовых кранов и в невысоких зданиях при шаге колонн 6 м, оборудованных грузоподъёмными кранами до 30 т включительно);

=500 мм (для зданий свыше 30 м высотой, с краном грузоподъёмностью больше 75 т и с краном особого режима, когда в верхней части колонны устраивают проём для прохода);

=250 мм (во всех остальных случаях).

Принимаем =0 мм.

– ширина верхней части колонны. Из условий необходимой жёсткости не должна быть больше, чем ( ), т.к ось здания проходит по середине верхней части колонны.

Принимаем минимальное значение

– ширина нижней части колонны:

=

– расстояние от оси колонны до внутренней грани колонны:

,

где – зазор между краном и колонной, по требованиям безопасности =60 – 75 мм;

– часть кранового моста, выступающая за ось рельса, принимается по стандартам на краны, =300 мм.

=70+0+300=370 мм

Пролёты кранов имеют модуль 500 мм, поэтому размер должен быть кратен 250 мм. Исходя из этого принимаем =500 мм.

Отсюда:

=500+500=1000 мм

1.3.3 Проверка местной устойчивости верхней и нижней части колонны

Исходя из условий жёсткости :

500>

500>381

Условие выполняется.

Из условия обеспечения жёсткости цеха в поперечном направлении ширину нижней части колонны назначают не менее в обычных производственных зданиях и не менее в зданиях с краном особого режима работы.

1000>

1000>810

Условие выполняется.

2 РАСЧЁТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ЗДАНИЯ

2.1 Расчётная схема

Расчётная схема – это многократно статически неопределимая система. Сопряжение ригеля с колонной и колонны с фундаментом жёсткое.

Сквозную ферму при малоуклонном верхнем поясе заменим эквивалентным по жёсткости прямолинейным стержнем.

Из опыта проектирования производственных зданий расстояние между центрами тяжести сечений верхних и нижних участков колонны определяется по следующей зависимости:

е=(0,45÷0,55)

е=

Рисунок 3 – Расчётная схема рамы

2.2 Сбор нагрузок

Расчёт рамы требуется вести на каждую из нагрузок раздельно, т.к расчётные усилия для сечений элементов получают при различной компонации нагрузок и их возможном невыгодном сочетании.

Сбор нагрузок выполняется на основании СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

Рисунок 4 – Нагрузки, действующие на раму

2.2.1 Постоянные нагрузки

1) Постоянные нагрузки от массы конструкции покрытия

Состав покрытия	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надёжности,	Расчётная нагрузка, кН/м2
1. Защитный слой – гравий ( =18 кН/м3)	0,18	1,2	0,216
2. Гидроизоляция, 4 слоя	0,16	1,1	0,176
3. Асфальтовая стяжка (толщина 25 мм, =18 кН/м3 )	0,45	1,2	0,540
Продолжение таблицы 1
4. Утеплитель – пенобетон 110 мм	0,55	1,2	0,660
5. Пароизоляция в один слой рубероида	0,04	1,2	0,048
6. Железобетонная плита	2	1,1	2,2

2) Постоянные нагрузки от веса фермы и связей

где – нагрузка от веса фермы и связей;

– коэффициент надёжности по нагрузке, =1,05;

– пролёт здания, =24 м;

– шаг колонн, =6 м;

– коэффициент, зависящий от пролёта здания, =0,7.

кН/м²

3) Вес всего покрытия

кН/м²

4) Постоянная нагрузка от веса подкрановой балки с рельсом

,

где – постоянная нагрузка от веса подкрановой балки с рельсом;

– коэффициент надёжности по нагрузке, =1,05;

– расчётное сопротивление стали, =27,5 кН/м;

– вес одного метра подкранового рельса, =0,5277;

– максимальное давление колеса крана, =315 кН;

– шаг колонны, =6 м.

кН/м²

2.2.2 Временные нагрузки

1) Нагрузки снеговые

,

где – нагрузки снеговые;

– нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности для г. Архангельска, =2,4 кПа=2,4 кН/м²;

– коэффициент перехода от веса снегового покрова на земле к снеговой нагрузке на покрытие (при )

– шаг колонн, =6 м.

кН/м²

2) Крановые нагрузки

При определении крановых нагрузок на раму предполагается, что действуют нагрузки от двух наиболее неблагоприятных по воздействию мостовых кранов. Крановые нагрузки разделяются на вертикальные и горизонтальные. Рассчитаем вертикальное давление на колонну, к которой приближена тележка крана. Давление определяется по линии влияния опорных реакций подкрановых балок.

Грузоподъёмность 30 т 1 тележка.

Рисунок 5 – Определение крановых нагрузок

k=5100мм,

Определяем вертикальное давление на колонну :

где – коэффициент сочетания усилий для режима работы двух кранов в пролёте, =0,85;

– коэффициент надёжности по нагрузке для крановых нагрузок, =1,1;

– сумма ординат линий влияния под каждым колесом крановой тележки:

=1+0,15=1,15 м

– максимальное давление колеса крана, =325 кН;

– постоянная нагрузка от веса подкрановой балки с рельсом, ;

– нормативное вертикальное давление на правую колонну:

где – коэффициент надёжности по нагрузке, =1,1;

– давление колеса крана:

где Q – грузоподъёмность крана, Q=300 кН;

– вес крана с тележкой, =56 т =560 кН;

– число тормозных колёс одного крана, =2

кН

кН/м²

Т.к. подкрановые балки устанавливаются с эксцентриситетом по отношению к геометрической оси сечения нижнего участка колонны, то возникают моменты – максимальный и минимальный:

мм

кН/м

кН/м

Расчётная горизонтальная сила на колонну от поперечного торможения тележки крана определяется также, как и вертикальное давление:

где Т_k – нормативная горизонтальная сила, направленная на одно колесо крана поперёк кранового пути:

где – коэффициент трения при торможении тележки при гибком подвесе груза, =0,05;

– вес тележки крана, =12 т=120 кН;

Q – грузоподъёмность крана, Q=300 кН;

– максимальное число колёс крана с одной стороны, =2