2. Пример расчета

В соответствии с исходными данными запроектировать несущие конструкции одноэтажного каркасного промышленного здания.

Исходные данные. Здание отапливаемое однопролетное. Длина здания 144м, пролет L=24м, шаг поперечных рам 12м, мостовой кран грузоподъемностью Q=30/10тс, режим работы крана 4К-6К, отметка головки рельса ОГР +9,8м, район строительства-Москва, район по давлению ветра –I, местность типа В, нормативное давление ветра 23кгс/м², (0,23кН/м²), по весу снегового покрова-III, расчетная снеговая нагрузка на 1м² горизонтальной поверхности 180кгс/м², (1,8 кН/м²), средняя скорость ветра за зимний период - 4м/сек. Условное расчетное сопротивление грунта R₀=0,25МПа. Стропильные конструкции - сегментные фермы с параллельными поясами, предварительная высота фермы 2200мм.

1. Компоновка поперечной рамы

Для начала проектирования выполним предварительные расчеты и назначения размеров элементов рамы. Здание, отапливаемое, длиной 144м разбиваем на два температурно-усадочных блока длиной 72м каждый /1/.

Высота колонн определяется в зависимости от ОГР, габаритов крана, зазоров, высоты подкрановой балки и подкранового рельса. Н_кр – высота крана из справочника равна 2750мм, h_кр– высота кранового рельса КР-150 с прокладками равна 150мм, h_ПБ – высота подкрановой балки при шаге колонн В = 12м равна 1,4м, а₁= 150мм.

H_В = а₁ + Н_кр+h_кр+ h_ПБ= 0,15+2,75+0,15+1,4=4,45м.

H_н = ОГР – h_кр – h_ПБ + а₂= 9,8-0,15-1,4+0,15=8,4м._.

H = H₁+H₂= H_В+ H_н= 4,45+8,4=12,85м.

Высота колонны от нулевой отметки до верха колонны (низа стропильной конструкции) Ĥ= Н-а₂= 12,85-0,15 = 12,7м.

Размер Ĥ должен быть кратным 0,6м из условия унификации сборных колонн и стеновых панелей и соответственно расположения закладных деталей. Для получения ближайшего кратного размера Ĥ необходимо изменить высоту верхней части колонны за счет увеличения зазора а₁ на 0,5м.

Принимая зазор а₁ = 0,65м, получаем окончательные размеры колонны

H_В = а₁ + Н_кр + h_кр + h_ПБ= 0,65+2,75+0,15+1,4=4,95м.

H_н = 8,4м.

H = H₁+H₂= H_В+ H_н= 4,95+8,4=13,35м.

Ĥ= Н-а₂= 13,35-0,15 = 13,2м (длина кратна 0,6м).

Колонны крайнего ряда. Проверяем условия: L=24м; Q= 30т ≤ 30тс; ОГР =9,8м ≤ 10 м. Условия выполняются - для крайних колонн выбираем сплошное сечение. Высота сечения верхней части колоны h_в ≥ H_В/10=4,95/10=495мм.

Принимаем h_в = 500мм. Ширина сечения назначается при шаге рам В = 12 м b ≥ 500мм и b ≥ H/25=13,35/25=0,534м. Принимаем ширину колонны b=500мм.

Высота сечения нижней части должна быть не менее H₂/10=8,4/10=840мм. Принимаем h_н=900мм.

Предварительный выбор формы и размеров сечений колонн.

2. Постоянные нагрузки.

Нагрузка от веса покрытия и стропильной конструкции.

Привязка колонн к разбивочным осям 250мм, так как два из трех условий не выполняются. В= 12м > 6м, Q= 30тс=30тс, Ĥ=13,2<16,2м. Шаг колонн 12м.

Центр опирания стропильной конструкции смещен на расстоянии 0,175 м от разбивочной оси внутрь здания. Расчетный эксцентриситет для верхней части колонны при привязке «250»

Расчетный эксцентриситет для нижней части колонны

Таблица 4.

Сбор постоянных нагрузок на покрытие

Элемент	Нормативная нагрузка кН/м2	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка кН/м2
Рубероид δ= 0,005м; ρ= 600кг/м3	0,03	1,3	0,039
Цементно-песчаная стяжка δ= 0,035м; ρ=1800кг/м3	0,63	1,1	0,693
Утеплитель δ= 0,1м; ρ=180кг/м3	0,18	1,3	0,234
Ребристая плита	2,05	1,1	2,255
ИТОГО			g ≈ 3,22

Примечание. Нормативный вес плиты принят 205кг/м², нормативный вес стропильной фермы Gн=14,9т (149Кн).

Продольное расчетное усилие N₁ в крайних колоннах.

N₁ = (gB·0,5L + γ_n0,5G)γ_n= (3,22·12·0,5·24+1,1·0,5·149)0,95= 545,63кН.

γ_п – коэффициент надежности по назначению здания равен 0,95;

γ_n - коэффициент надежности по нагрузке, для железобетонных сборных конструкций со средней плотностью более1600кг/м³ равен 1,1.

Продольная сила, приложенная с эксцентриситетом, вызывает моменты в верхней и нижней части колонны

М₁= N₁е₀^в= 545,63·0,175=95,49кНм (сила расположена справа от оси верхней части колонны). Момент положительный, приложен в голове колонны.

М₂= N₁е₀^н= 545,63·(-0,2)=-109,13 кНм (сила расположена слева от оси нижней части колонны). Момент отрицательный, приложен в уровне уступа колонны.

Вес 1м² стеновой панели для отапливаемых зданий и шаге колонн 12м принят 280кг/м². В предварительных расчетах примем: толщину панели - 300мм и что

центр тяжести панели находится в середине сечения и высоты панели. Вес 1 м² остекления с переплетами принимаем 40 кг/м².

Для упрощения расчетов примем, что вес панелей и остекления расположенных выше уступа колонны приложен к верхней части колонны, а ниже уступа непосредственно на фундамент (рис. 8).

Продольное расчетное усилие N₂^в, приложенное к верхней части колонны

Здесь высоты h₁ и h₂ определяются из чертежа компоновки рамы (рис.8),

h₁- сумма высот панелей выше уступа колонны, h₁= 6,0м,

h₂ - сумма высот остекления выше уступа колонны, h₂=2,4м.

Момент от панелей и остекления М₂^ст приложен в уровне уступа колонны слева от оси - момент отрицательный.

М₂^ст = N₂·е_0н^ст= 222,7·(-0,6)=-133,62кНм.

Продольное расчетное усилие N₂^н, приложенное к нижней части колонны и передаваемое непосредственно на фундамент.

Здесь высоты h₁ и h₂ определяются из чертежа компоновки рамы (рис.8),

h₃- сумма высот панелей ниже уступа колонны, h₁= 6,6м,

h₄ - сумма высот остекления ниже уступа колонны, h₂=4,2м.

Вес железобетонных подкрановых балок для статических расчетов при шаге колонн В=12м равен G =11,5тс (115 Кн).

Эксцентриситет приложения продольной силы определяется как расстояние от оси симметрии сечения балки до физической оси сечения подкрановой части колонны. Так как расположение подкранового рельса, а следовательно и подкрановой балки зависит от унифицированных размеров кранов, то и величина эксцентриситета будет зависеть от размера λ, который при грузоподъемности кранов Q ≤ 50 тс равен 750 мм. Для крайней колонны при привязке 250

е_0н=0,75+0,25-h_н/2=0,75+0,25-0,9/2=0,55м.

N₃= G γ_f γ_n =115·1,1·0,95=12,02=120,2кН. Сила приложена справа от оси колонны. М₃= N₃е_0н=120,2·0,55=66,1кНм. Момент – положительный.

Расчетное продольное усилие от собственного веса верхней части колонны

N₄^в = G^в_к = h_в b H_в γ_f γ_n ρ = 0,5·0,5·4,95·1,1·0,95·25,0 = 32,33кН.

N₄^в действует на нижнюю часть колонны слева от оси с эксцентриситетом

М₄^Н = N₃^ве₀^н = 32,33(-0,2)= -6,47кНм. Момент – отрицательный.

N₄^н = G^н_к = h_н b H_н γ_f γ₂ ρ = 0,5·0,9·8,4·1,1·0,95·25,0 = 98,75кН.

γ_{f –} коэффициент надежности по нагрузки, γ_n - коэффициент надежности по назначению здания, ρ – плотность материала (2500кг/м³), h, b, H – размеры расчетных участков колонны.