Стальной каркас одноэтажного производственного здания

конструкций покрытия

Элементы покрытия	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Защитный слой гравия, втопленного в битумную мастику, толщиной 15 мм.	0,3	1,3	0,39
Гидроизоляционный ковер  из четырех слоев рубероида.	0,16	1,3	0,208
Утеплитель из пенобетонных плит t = 180 мм.	0,8	1,2	0,96
Пароизоляция из одного слоя рубероида.	0,04	1,2	0,048
Стальной профилированный  настил.	0,12	1,05	0,126
	gпк,n = 1,42		gпк = 1,732

Швелер 24, максимальная нагрузка 14,00кН/м; Вес 1 шт 521 кг; Расход стали 14,27кг/м2.

Вес стропильной фермы со связями определяется в зависимости от ее очертания.

Нормативная величина собственного веса фермы с параллельными поясами определяется по формуле

G_ф,n = (g_nb_ф/1000 + 0,018)α_фL²,

где   g_n – суммарная нормативная нагрузка на 1 м² горизонтальной поверхности покрытия от собственного веса ограждающих конструкций покрытия g_пк,n, прогонов g_пр,n, стропильной фермы со связями g_ф,n, фонарной надстройки (при ее наличии) g_фн,n и от веса снегового покрова S_о;

b_ф = 12 м – шаг стропильных ферм;

α_ф – коэффициент, равный 1,4 при использовании в стропильной ферме сталей классов С235–С285 (обычной прочности) и 1,3 при использовании сталей класса С345 и выше (повышенной прочности);

L = 30 м – пролет стропильной фермы.

При выполнении предварительных  расчетов нагрузка от собственного веса фермы со связями g_ф,n принимается по табл. 3.5, при этом бóльшие значения для ферм с большими пролетами и для беспрогонных решений покрытия с бóльшей массой.

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную поверхность покрытия определятся по формуле

S_о = 0,7c_ec_tS_g = 0,7 · 2,4 = 1,68 кН/м²,

где   c_e = 1,0 – коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра, принимаемый в соответствии с [4, п. 10.5];

c_t = 1,0 – термический коэффициент, принимаемый в соответствии с   [4, п. 10.6].

Суммарная нормативная _{нагрузка}

g_n = g_пк,n + g_пр,n + g_ф,n, + S_о = 1,42 + 0,1427 + 0,35 + 1,68 = 3,6 кН/м².

Вес фермы

G_ф,n = (3,6 · 12 / 1000 + 0,018) 1,4 · 30² = 77,1 кН = 7710 кг.

Расход стали на 1 м² площади цеха

g_ф = G_ф,n /(ВL) = 7710 / (12 · 30) = 21,4 кг/м².

Общая распределенная постоянная нагрузка на ригель рамы

q = (g_nk + g_nрγ_f  + g_фγ_f)В = (1,732 + 0,1427 · 1,05 + 0,214 · 1,05) 12 = 25,3 кН/м.

Расчетное давление ригеля на колонну от постоянной нагрузки

V_g = qL/2 = 25,3 · 30 / 2 = 379,5 кН.

Расчетный сосредоточенный  момент, действующий в уровне верха  подкрановой части колонны и возникающий от постоянной нагрузки вследствие излома оси колонны, равен:

M_g = V_ge₁ = 379,5 · 0,4 = 151,8 кН·м.

Вес всех элементов, входящих в комплекс подкрановой конструкции (подкрановая балка со связями, тормозная конструкция, подкрановый рельс с деталями крепления), определяется по формуле

G_пб = (α_пбL_пб + q_р)L_пбk_пб = (0,39 · 12 + 1,18) 12 · 1,2 = 84,38 кН = 8438 кг,

где    L_пб = 12 м – пролет подкрановой балки, равный шагу колонн В;

q_р = 1,18 кН/м – вес одного погонного метра подкранового рельса, принимаемый по табл. 2.2;

k_пб = 1,2 – конструктивный коэффициент, учитывающий вес тормозной конструкции, связей и элементов крепления рельса;

α_пб – коэффициент, значение которого определяется в зависимости от грузоподъемности главного крюка крана бóльшей грузоподъемности из числа работающих в здании:

α_пб = 0,24–0,35 для кранов грузоподъемностью Q_max = 20–50 т;

α_пб = 0,37–0,47 для кранов грузоподъемностью Q_max = 80–200 т.

Для промежуточных значений Q_max коэффициент α_пб определяется линейной интерполяцией (для крана Q = 160/32 коэффициент α_пб = 0,39).

Передача нагрузок на колонны от веса стеновых навесных панелей осуществляется в местах их приложения с учетом эксцентриситетов. Эксцентриситет приложения нагрузки от стенового ограждения по отношению к центру тяжести сечения надкрановой части колонны равен:

e_ст = (h_в + t_ст)/2 = (0,7 + 0,3) / 2 = 0,5 м.

В курсовом проекте для  упрощения расчета нагрузки от стенового  ограждения и собственного веса частей колонны условно прикладываются к низу подкрановой и надкрановой частям колонны по осям их сечения.

Сила F_н включает в себя собственный вес нижней части колонны G_к,н и

вес стены на участке от низа рамы до уступа колонны G_ст,н. Сила F_в включает в себя собственный вес верхней части колонны G_к,в и вес стены выше уступа G_ст,в.

Вес внецентренно-сжатой ступенчатой колонны складывается из веса верхней (надкрановой) G_к,в и нижней (подкрановой) G_к,н частей колонны. Так как в ступенчатых колоннах одноэтажных производственных зданий конструктивные решения и величина действующей нормальной силы в верхней и нижней частях колонны значительно отличаются, определение веса этих частей выполняется отдельно.

Нормативная величина собственного веса участка колонны постоянного сечения на стадии вариантного проектирования колонны определяется по формуле

G_к,i = (∑F_iρψ_кl_к,i/к_М)/R_y,

где    ∑F_i – расчетная продольная сжимающая сила, действующая в пределах рассматриваемого участка колонны (верхнего или нижнего) и вызываемая совместным действием всех возможных i нагрузок;

ψ_к – конструктивный коэффициент (ψ_к = 1,2–1,6 для сплошного сечения надкрановой части колонны;

ψ_к = 1,7–2,4 для сквозного сечения подкрановой части колонны);

l_к,i – длина (верхнего или нижнего) участка колонны определенной конструктивной формы, испытывающего воздействие постоянной по величине нормальной силы;

к_М – коэффициент, учитывающий влияние изгибающего момента на размеры поперечного сечения колонны. В ступенчатой колонне для сплошной надкрановой части к_М = 0,25–0,30; для сквозной подкрановой части, имеющей более развитое сечение, к_М = 0,4–0,5.

Для надкрановой части колонны  наибольшая сжимающая продольная сила ∑F_в определяется от совместного действия:

веса ограждающих конструкций  покрытия g_пк;

веса прогонов g_пр;

веса стропильной фермы со связями g_ф;

веса стенового  ограждения, расположенного в пределах надкрановой части колонны и шатра, G_ст,в;

собственного веса надкрановой  части колонны;

снеговой нагрузки S_g.

Для подкрановой части колонны  наибольшая сжимающая продольная сила ∑F_н определяется от совместного действия:

наибольшей сжимающей продольной силы в надкрановой части колонны ∑F_в;

максимального вертикального давления на колонну от мостовых кранов D_max;

собственного веса подкрановой  балки, включающего вес связей и рельса с креплениями, G_пб;

веса стенового ограждения, расположенного в пределах подкрановой части  колонны (от нулевой отметки до уступа), G_ст,н;

собственного веса надкрановой  части колонны G_к,в;

собственного веса подкрановой  части колонны (на стадии предварительного расчета этой величиной можно пренебречь).

Надкрановая часть колонны. Продольная сжимающая сила

∑F_в = (g_пк + g_пр + g_ф + S_g)BL/2 + G_ст,в =

= (1,732 + 0,1427 · 1,05 + 0,214 · 1,05 + 2,4) 12 · 30 / 2 + 211,5 = 1022,7 кН,

где   G_ст,в – вес стенового ограждения, расположенного в пределах надкрановой части колонны и шатра.

Постоянные нагрузки от стенового ограждения определяют по весовым показателям принятых навесных панелей.

Приняв g_ст = 2,5 кН/м², определяем вес стенового ограждения:

G_ст,в = g_ст[H_в(1 – α) + H_ш]В = 2,5 [7,1 (1 – 0,5) + 3,5] 12 = 211,5 кН,

Вес надкрановой части  колонны

G_к,в = (∑F_вρψ_кl_к,в/к_М)/R_y =

= (1022,7 · 78,5 · 1,5 · 7,1 / 0,25) / (24 · 10⁴) = 14,25 кН = 1425 кг,

здесь приняты: ψ_к = 1,5; l_к,в = H_в = 7,1 м; к_М = 0,25.

Подкрановая часть колонны. Продольная сжимающая сила

∑F_н = ∑F_в + D_max + G_пб + G_ст,н + G_к,в =

= 1022,7 + 2875,3 + 84,38 + 163,5 + 14,25 = 4160,13 кН,

где вес стенового ограждения, расположенного в пределах подкрановой части колонны от нулевой отметки:

G_ст,н = g_ст (H_н – H_ф) (1 – α)В = 2,5 (11,5 – 0,6) · (1 – 0,5) ·12 = 163,5 кН;

D_max – вертикальное давление на колонну от двух сближенных мостовых кранов наибольшей грузоподъемности (в цехе, обслуживаемом одним краном, – от одного крана). Вертикальное давление определяется по линии влияния опорной реакции подкрановой балки (рис. 3.2). Невыгодное расположение кранов на балке: одно колесо ставится на колонну, другие приближаются на минимально возможное расстояние к колонне. Схема расположения колес одного крана на рельсе представлена на рис. 3.3.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.2. Схемы загружения линии влияния опорной реакции

подкрановых балок  нагрузками от колес мостовых кранов

Продольная сжимающая сила

где  F_k,max – максимальное нормативное давление на колесо крана, приводимое в стандартах на краны:

F_k1,max = 330 кН и F_k2,max = 350 кН для крана Q = 160/32 (см. табл. 2.2);

F_k1,max = 520 кН и F_k2,max = 550 кН для крана Q = 125/20 (см. табл. 2.2);

y_i – ордината линии влияния опорной реакции подкрановой балки;

n – количество колес двух кранов, передающих нагрузку через подкрановые балки на рассматриваемую колонну;

γ_f = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок;

ψ – коэффициент сочетаний, равный ψ = 0,85 при учете двух кранов с режимами работы 1К–6К;

 

 

При учете одного крана  вертикальные и горизонтальные нагрузки от него необходимо принимать без  снижения.

Вес подкрановой части колонны

G_к,н = (∑F_нρψ_кl_к,н/к_М)/R_y =

= (4160,13 · 78,5 · 2 · 11,5 / 0,45) / (24 · 10⁴) = 69,5 кН = 6950 кг.

Сила, приложенная к низу подкрановой части колонны по оси ее сечения:

F_н = G_к,н + G_ст,н = 69,5 + 163,5 = 233 кН.

Сила, приложенная к низу надкрановой части колонны:

F_в = G_к,в + G_ст,в = 14,25 + 211,5 = 225,75 кН.

2.2.2. Воздействия от мостовых кранов

Нагрузки от мостовых кранов определяют с учетом группы режимов работы кранов, вида привода  и способа подвески груза.

На крановый рельс  от колес крана передаются: вертикальные силы F_k, которые зависят от веса крана, грузоподъемности крана и положения тележки на крановом мосту; горизонтальная поперечная сила T_k, возникающая при торможении тележки с грузом; горизонтальная продольная сила T_kр, возникающая при продольном торможении крана с грузом и воспринимаемая вертикальными связями по колоннам.

Вертикальные и горизонтальные поперечные воздействия воспринимаются поперечной рамой. Максимальные вертикальные нагрузки передаются на колонну рамы подкрановыми балками на уровне их нижнего пояса в виде вертикального опорного давления D_max, когда тележки с грузом при совместной работе двух кранов наибольшей грузоподъемности расположены в непосредственной близости от колонны. Минимальные вертикальные нагрузки в виде вертикального опорного давления D_min передаются на колонну рамы с противоположной стороны крана.

Горизонтальная нагрузка передается на колонну через те же колеса тормозными конструкциями на уровне верхних поясов подкрановых балок, полагая, что эта нагрузка целиком передается на одну сторону кранового пути, распределяется поровну между всеми колесами и может быть направлена как внутрь, так и наружу рассматриваемого пролета.

Вертикальное давление определяют по линии влияния опорной  реакции подкрановой балки (см. рис. 3.2). Расчетное вертикальное давление на колонну D_max = 2301,8 кН от двух сближенных кранов грузоподъемностью 100 т при шаге колонн B = 12 м было определено ранее при установлении веса колонны (см. п. 3.2.1).

Расчетное значение вертикального давления крана на противоположную колонну

где    n – количество колес всех кранов, передающих нагрузку на рассматриваемую колонну;

F_k,min – минимальное нормативное давление одного колеса крана, определяемое по формуле

При Q=160/32:

F_k,min = (Q + G_кр)/n_o – F_k,max = (1600 +1950) / 8 – 340 = 103,75 кН,