Стальной каркас одноэтажного производственного здания

здесь Q = 1600 кН – номинальная грузоподъемность крана;

G_кр = 1950 кН вес крана с тележкой (см. табл. 2.2);

n_o = 8 – количество колес на одной стороне крана.

F_k,max = (F_k2,max + F_k1,max)/2 = ( 350+ 330) / 2 = 340 кН

и соответственно вычисляется  среднее значение минимального давления колеса F_k,min.

Для более точного  расчета минимальные давления колес  крана распределяются пропорционально распределению максимальных давлений:

F_k1,min = F_k,min(F_k1,max/F_k,mak) = 103,75 (330 / 340) = 100,7 кН;

F_k2,min = F_k,min(F_k2,max/F_k,mak) = 103,75 (350 / 340) = 106,8 кН.

При Q=125/20:

F_k,min = (Q + G_кр)/n_o – F_k,max = (1250 +1550) / 4 – 535 = 165 кН,

здесь Q = 1250 кН – номинальная грузоподъемность крана;

G_кр = 1550 кН вес крана с тележкой (см. табл. 2.2);

n_o = 4 – количество колес на одной стороне крана.

F_k,max = (F_k2,max + F_k1,max)/2 = ( 550+ 520) / 2 = 535 кН

и соответственно вычисляется  среднее значение минимального давления колеса F_k,min.

Для более точного  расчета минимальные давления колес  крана распределяются пропорционально распределению максимальных давлений:

F_k1,min = F_k,min(F_k1,max/F_k,mak) = 165 (520 / 535) = 160,4 кН;

F_k2,min = F_k,min(F_k2,max/F_k,mak) = 165 (550 / 535) = 169,6 кН.

 

Вертикальное давление

При совмещении оси подкрановой  балки с осью подкрановой ветви  колонны силы D_max и D_min прикладываются по отношению к геометрической оси сечения нижнего участка колонны с эксцентриситетом e_k, принимаемым примерно равным (0,45–0,55)h_н.

Приняв предварительно e_k = 0,5h_н = 0,5 · 1,5 = 0,75 м, определяем сосредоточенные моменты от вертикального давления кранов:

M_max = D_maxe_k = 2875,3 · 0,75 = 2156,5 кН·м;

M_min = D_mine_k = 873 · 0,75 = 654,75 кН·м.

Нормативное значение горизонтальной силы, действующей на одно колесо от поперечного торможения тележки с грузом в направлении вдоль кранового моста, определяется по формуле

При Q=160/32

T_k,n = β(Q + G_T)/n_о = 0,05 (1600 + 650) / 8 = 14,1 кН,

где   β = 0,05 – для кранов с гибким подвесом груза и β = 0,1 – с жестким подвесом груза;

G_T = 650 кН – вес тележки.

При Q=125/20

T_k,n = β(Q + G_T)/n_о = 0,05 (1250 + 430) / 4 = 21 кН,

где   β = 0,05 – для кранов с гибким подвесом груза и β = 0,1 – с жестким подвесом груза;

G_T = 430 кН – вес тележки.

 

Расчетное значение горизонтальной силы на колонну от поперечного торможения тележек кранов при том же расположении колес мостовых кранов определяется по линии влияния опорной реакции тормозной балки, такой же, как и для подкрановой балки:

2.2.3. Снеговая нагрузка

Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную поверхность покрытия

S = S_оγ_f μ = 1,68 · 1,4 · 1 = 2,352 кН/м²,

где   S_о – нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную поверхность покрытия;

γ_f = 1,4 – коэффициент надежности по снеговой нагрузке;

μ = 1 (при уклоне кровли φ ≤ 30°) – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Воздействие снеговой нагрузки через  покрытие на поперечную раму аналогично воздействию нагрузки от веса покрытия.

Расчетная равномерно распределенная снеговая нагрузка на ригель по-

перечной рамы

p = SB = 2,352 · 12 = 28,22 кН/м.

Расчетное давление ригеля на колонну от снеговой нагрузки

V_p = pL/2 = 28,22 · 30 / 2 = 423,3 кН.

Расчетный сосредоточенный  момент, действующий в уровне верха  подкрановой части колонны от снеговой нагрузки:

М_p = V_pe₁ = 423,3 · 0,4 = 169,32 кН·м.

2.2.4. Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка оказывает  активное давление на здание с наветренной  стороны и отсос с подветренной стороны (рис. 3.4, а) и может быть направлена как в одну, так и в другую сторону.

В Своде правил [5] ветровая нагрузка представляется в виде двух составляющих – средней (статической, соответствующей установившемуся скоростному напору ветра) и пульсирующей (динамической). При расчете одноэтажных производственных зданий высотой h ≤ 36 м при отношении высоты к пролету менее 1,5 динамическую составляющую допускается не учитывать.

Расчетная линейная ветровая нагрузка, передаваемая на колонну  рамы в любой точке по высоте z, определяется по формуле

q_w = w_okcγ_f B,

где   w_o = 0,48 кН/м² – нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z, определяемый в зависимости от типа местности по табл. 3.9.

c – аэродинамический коэффициент, зависящий от конфигурации здания (для вертикальных стен прямоугольного в плане здания принимается: с наветренной стороны с = 0,8; с подветренной стороны с′ = –0,5 согласно [5, табл. Д2]);

γ_f = 1,4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

В = 12 м – ширина расчетного блока, равная шагу колонн.

Территория строительства проектируемого здания относится к местности типа В.

Расчетная погонная нагрузка на раму от активного давления по высоте:

q₅ = w_ok₅cγ_fB = 0,23 · 0,5 · 0,8 · 1,4 · 12 = 1,5 кН/м;

q₁₀ = w_ok₁₀cγ_f B = 0,23 · 0,65 · 0,8 · 1,4 · 12 = 2 кН/м;

q₂₀ = w_ok₂₀cγ_f B = 0,23 · 0,85 · 0,8 · 1,4 · 12 = 2,62 кН/м;

q₃₀ = w_ok₃₀cγ_f B = 0,23 · 0,98 · 0,8 · 1,4 · 12 = 3,1 кН/м.

Расчетная погонная нагрузка на уровне низа ригеля (определяется линейной интерполяцией)

q_18,0 = 2 + (2,62 – 2) 8 / 10 = 0,7 кН/м.

Расчетная погонная нагрузка на уровне верхней точки здания

q_21,5 = 2,62 + (3,1 – 2,62) · 1,5 / 10 = 0,33 кН/м.

 

Ветровая нагрузка, действующая на участке от низа ригеля до верхней точки здания, заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне нижнего пояса фермы. Значение этой силы:

со стороны активного  давления ветра

W = (q_21,5 + q_18,0)H_ш/2 = (0,33 + 0,7) 3,5 / 2 = 1,8 кН;

со стороны отсоса

W^′ = Wс^′/с = 1,8 · 0,5 / 0,8 = 1,125 кН.

Общая сосредоточенная  сила от ветра на уровне нижнего пояса фермы

W_W = W + W^′ = 1,8 + 1,125 = 2,93 кН.

Интенсивность эквивалентной  нагрузки находится из условия равенства изгибающего момента М_о в основании защемленной условной консольной стойки, равной по длине высоте рамы Н, от фактической эпюры ветрового давления и от эквивалентной нагрузки:

М_о = q_эН ²/2.

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка активного давления (с наветренной стороны) с учетом коэффициента с = 0,8

q_э = q_wok_э = 3,1 · 0,684 = 2,12 кН/м,

где   q_wo = w_okcγ_f B = 0,23 · 1 · 0,8 · 1,4 · 12 = 3,1 – расчетная ветровая нагрузка при k = 1;

k_э = 0,684 – коэффициент, определяемый в зависимости от расстояния от уровня земли до ригеля рамы Н_о в расчетной схеме согласно табл. 3.10.

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка с заветренной  стороны (отсос) с учетом коэффициента с′ = 0,5

q_э′ = q_эс′/с = 2,12 · 0,5 / 0,8 = 1,33 кН/м.

 

2.3. Назначение жесткостей элементов рамы

3.3.1. Определение жесткости сквозного ригеля

Из условия равенства  прогибов сквозной фермы и сплошной балки от равномерно распределенной нагрузки определяется эквивалентная жесткость сквозного ригеля:

EI_р = 1,15EM_maxh_рμ/(2R_y) = 2,06 · 10⁴ · 6021 · 3,15 · 1,15 · 0,9 / (2 · 24) =

= 409 · 10⁴ кН·м²,

где   1,15 – коэффициент, учитывающий отношение усредненной площади поясов к площади нижнего пояса;

M_max – максимальный расчетный момент в середине пролета фермы как в простой балке от суммарной вертикальной нагрузки (q –расчетной погонной постоянной нагрузки и p –расчетной погонной снеговой нагрузки):

M_max = (q + p)L²/8 = (25,3 + 28,22) 30² / 8 = 6021 кН·м;

h_р = 3,15 – высота ригеля в середине пролета;

μ – коэффициент, учитывающий влияние уклона верхнего пояса и деформативность решетки фермы (принимается: μ = 0,7 при уклоне верхнего пояса i = 1/8–1/10; μ = 0,8 – при i = 1/15; μ = 0,9 – при i = 0).

2.3.2. Определение жесткостей ступенчатой колонны

Для ступенчатых колонн жесткость нижней части колонны  приближен-

но определяется по формуле

EI_н = E(V + 2D_max)h_н²/(k₂R_y) = 2,06 · 10⁴ (802,8 + 2 · 2875,3) ×

× 1,5² / (3,6 · 24) = 159,4 · 10⁴ кН·м²,

где    V = V_g + V_p = 379,5 + 423,3 = 802,8 кН – расчетное давление ригеля на

колонну от расчетной  постоянной и снеговой нагрузки;

D_max = 2875,3 кН – наибольшее расчетное давление на колонну от двух сближенных кранов;

h_н = 1500 мм – высота сечения нижнего участка колонны, равная расстоянию от наружной грани колонны до оси подкрановой ветви;

k₂ – коэффициент, зависящий от шага колонн и их высоты (принимается: k₂ = 3,2–3,8 при шаге B = 12 м;);

Жесткость верхней части  колонны

EI_в = EI_н(h_в/h_н)²/k₁ = 159,4 · 10⁴ (0,7 / 1,5)² / 1,6 = 21,7 · 10⁴ кН·м²,

где    h_в = 700 мм – ширина верхнего участка колонны;

k₁ – коэффициент, учитывающий фактическое неравенство площадей и радиусов инерции поперечных сечений верхней и нижней частей колонны (для колонн крайних рядов при шарнирном сопряжении ригеля с колонной

k₁ = 1,8–2,0, при жестком сопряжении – k₁ = 1,2–1,8); меньшее значение принимается для кранов небольшой грузоподъемности.

При жестком сопряжении ригеля с колонной и кранах грузоподъемности Q = 160 т принят k₁ = 1,6.

Для статического расчета рамы достаточно определить только соотношения жесткостей элементов рамы. Приняв ЕI_в = 1, вычисляются соотношения жесткостей, которые округляются до целых чисел:

ЕI_в : ЕI_н : ЕI_р = 1 : n : m = 1 : 7 : 19.

Рекомендуемые соотношения жесткостей элементов рамы в пределах:

ЕI_н : ЕI_в = 5–10; ЕI_р : ЕI_н = 2–6.

Принятые соотношения  жесткостей элементов рамы укладываются в пределы рекомендуемых:

ЕI_н : ЕI_в= 7; ЕI_р : ЕI_н = 3.

Исходные данные для статического расчета рамы

по программе «Рама-1» (жесткое сопряжение ригеля с колоннами)

Показатели	Размерность			Обозначения		Расчетные значения
				по тексту	в прог-рамме
1	2			3	4	5
Пролет рамы	м			L	L	30
Длина колонны	м			H	H	18,6
Длина надкрановой части колонны	м			Hв	H1	7,1
Расстояние от верхнего пояса подкрановой  балки до низа фермы	м			Hв–Hб	H2	5,4
Расстояние между осями центров  тяжести сечений подкрановой  и надкрановой частей колонны	м			e	Е1	0,4
Расстояние от центра тяжести сечения  подкрановой части колонны до оси подкрановой балки	м			ек	Е2	0,75
Эксцентриситет опирания фермы  по отношению к геометрической оси  верхней части колонны	м			ер	E3	0,35
Относительные значения жесткостей: надкрановой части колонны; подкрановой части колонны; фермы	кН·м2 кН·м2 кН·м2			EIв EIн EIр	ЕIв EI1 EI2	1 5 19
Равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы от веса несущих и ограждающих конструкций покрытия	кН/м			q	P	25,3
Сосредоточенная нагрузка от веса надкрановой  части колонны и стенового ограждения в пределах надкрановой части колонны и шатра	кН			Fв	P1	225,75
Сосредоточенная нагрузка от веса подкрановой  части колонны и стенового ограждения в пределах подкрановой части колонны	кН			Fн	P2	233
Сосредоточенная нагрузка от веса комплекса  подкрановой конструкции	кН			Gпб	P3	84,38
Равномерно распределенная нагрузка на ригель от снега	кН/м			p	S	28,22
Максимальное давление кранов	кН			Dmax	Dmax	2875,3
Минимальное давление кранов	кН			Dmin	Dmin	873
Поперечная тормозная сила	кН			Т	Т	115,7
Ветровая сосредоточенная нагрузка вдоль ригеля с наветренной стороны		кН	W		W1	1,8
Ветровая сосредоточенная нагрузка вдоль ригеля с заветренной стороны		кН	W '		W2	1,125
Ветровая равномерно распределенная нагрузка на колонну с наветренной  стороны		кН/м	qэ		W11	2,12
Ветровая равномерно распределенная нагрузка на колонну с заветренной стороны		кН/м	qэ′		W21	1,33
Сосредоточенная нагрузка от снега		кН	Vp			423.3