Стальной каркас одноэтажного производственного здания (стр. 2 из 7)
Рисунок 9. Схема к расчету нагрузки от мостовых кранов
Расчетные давления на колонну:
Dmax=nc*γf*Pmax*Syi+Gп.к,
Dmin=nc*γf*Pmin*Syi+Gп.к,
где γf =1.1– коэффициент надежности по нагрузке для мостовых кранов;
Pmax – максимальное давление колеса крана:
Pmax=0,5*(P1н+P2н);
Pmax=0,5*(310+320)=315 кН;
Pmin – минимальное давление колеса крана, кН:
Pmin=[(Q+Gk)/n0]-Pmax;
где Q=1600 кН – грузоподъемность крана;
Gk=1617 кН – вес крана с тележкой;
n0=8 – количество колес на одной стороне моста крана;
Pmin=[(1600+1617)/8]-315=87 кН;
Syi=9 – сумма ординат линий влияния;
Gп.к=B*G=12*6=72 кН – вес подкрановых конструкций.
Dmax=0.95*1.1*315*9+72=3034.6 кН;
Dmin=0.95*1.1*87*9+72=891.4 кН.
Подкрановые балки устанавливают с эксцентриситетом e1 по отношению оси нижней части колонны, поэтому от вертикальных давлений возникают сосредоточенные изгибающие моменты:
Mmax=e1*Dmax,
Mmin=e1*Dmin,
где e1=0.5*bн=0.5*1.75=0.875м.
Mmax=0.875*3034.6=2655.3кН*м;
Mmin=0.875*891.4=780.0 кН*м.
Расчетное горизонтальное давление от торможения тележки с грузом:
T=nc*γf*0.5*f*(Q+GT)*Σyi/n0,
где f=0.1 – коэффициент трения;
GT=549 кН – вес тележки.
T=0.95*1.1*0.5*0.1*(1600+549)*9/8=126.3 кН.
2.2.4 Ветровая нагрузка
Для одноэтажных производственных зданий учитывается только статическая составляющая ветровой нагрузки. Она вызывает активное давление – с наветренной стороны и отсос – с противоположной стороны.
Нормативное значение давления ветра на вертикальную поверхность продольной стены зависит от района строительства, типа местности и высоты от уровня земли. Давление ветра на произвольной отметке от уровня земли определяется по формуле:
ωm=ω0*k*c кН/м2,
где ω0=0.3 кН/м2 – нормативная скорость напора ветра на уровне 10 м (г. Пенза – II ветровой район);
k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления в зависимости от высоты и типа местности (примем тип местности A);
с – аэродинамический коэффициент учета конфигурации здания: для активного давления с=0.8, для отсоса – с’=0.75*с=0.6.
Для определения ветровой нагрузки рассматривается расчетный блок шириной В (часть продольной стены). При этом давление ветра до низа ригеля прикладывается к стойкам рамы в виде распределенных нагрузок, а давление от шатровой части – в виде сосредоточенной силы, приложенной к верхушкам стоек.
С целью упрощения расчетов фактическая эпюра давления ветра до отметки низа ригеля (по высоте Н) заменяется эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой:
ωэкв=ω0*kэкв кН/м2,
где kэкв=1.122 – приращение напора за счет увеличения давления по высоте при отметке низа ригеля рамы H0=23.4 м.
ωэкв=0.3*1.122=0.34 кН/м2.
Активная погонная нагрузка на колонну:
ωв=ωэкв*с*γf*Вфахв,
где Вфахв=В=12 м – шаг колонн,
γf =1.4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке.
ωв=0.34*0.8*1.4*12=4.53 кН/м.
Погонная нагрузка на колонну от отсоса:
ωв’=ωэкв*с’*γf*Вфахв=0.75*ωв,
Для определения расчетной сосредоточенной силы для активного давления W сравним положение отметки низа фермы H0=23.4 м и отметки верха кровли Hкр=H0+Hш=H0+hоп+hпп+hкр=23.4+3.15+0.3+0.03=26.88 м (Hш – высота шатра, hоп – высота фермы у опоры, hпп – высота плиты покрытия, hкр – высота кровли) с отметкой H20=20 м:
H20=20 м<H0=23.4 м<Hкр=26.88 м.
Расчетная сосредоточенная сила для активного давления (случай при H0>H20 или при H20>Hкр):
W=(ωm23.4+ωm26.88)*γf*В*Нш/2,
где γf =1.4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке,
ωm23.4=ω0*k23.4*c=0.3*1.292*0.8=0.310 кН/м2 – давление ветра на отметке низа фермы H0=23.4 м,
ωm26.88=ω0*k26.88*c=0.3*1.338*0.8=0.321 кН/м2 – давление ветра на отметке верха кровли Hкр=26.88 м,
Нш=Hкр-H0=26.88-23.4=3.48 м – высота шатра.
W=(0.310+0.321)*1.4*12*3.48/2=18.45 кН.
Расчетная сосредоточенная сила для отсоса:
W’=0.75*W=0.75*18.45=13.84 кН.
2.3 Статический расчет рамы с жесткими узлами
2.3.1 Расчетная схема рамы
Определим расчетные усилия в характерных сечениях элементов рамы (1-1, 2-2, 3-3, 4-4 рисунок 10), которые необходимы для подбора сечения элементов и для расчета сопряжений и узлов.
Принимаем: e=0.5*(bн-bв)=0.5*(1750-700)=525 мм.
На данном этапе сечения стоек и ригеля неизвестны, поэтому зададимся отношением жесткостей элементов рамы из условий (здесь q=gкрн+sgн=2.56+1.8*0,7=3.82 кН/м2):
=0.10, 
, 
=0.63, 
,примем IB/IH=0.1, IP/IH=2, тогда IB=1, IH=10, IP=20.
Расчетная схема изображена на рисунке 10.
Рисунок 10. Расчетная схема поперечной рамы
2.3.2 Учет пространственной работы каркаса
Коэффициент пространственной работы каркаса aпр зависит от типа кровли. При жестких кровлях из ж/б плит с замоноличиванием швов aпр находится по формуле:
,где mр – число рам в блоке,
β=2*n0/Σyi=2*8/9=1.78 – коэффициент, учитывающий разгружающее влияние смежных рам по отношению к рассматриваемой (2*n0 – общее число колес у двух сближенных кранов на одном пути).
αпр=1.78*[1/11+962/(2*(1192+962+722+482+242))]=0.42.
Рисунок 11. Схема к учету пространственной работы каркаса
2.3.3 Определение усилий в сечениях рамы
Статический расчет рамы произведен на ЭВМ с помощью программы «Statik».
№ загружений в программе:
1 – G (постоянная),
2 – P(S) (снеговая),
3 – Mmax (момент от крана у левой колонны),
4 – Mmin (момент от крана у правой колонны),
5 – T (торможение тележки крана у левой колонны слева направо),
6 – T (торможение тележки крана у левой колонны справа налево),
7 – T (торможение тележки крана у правой колонны слева направо),
8 – T (торможение тележки крана у правой колонны справа налево),
9 – W (ветер слева направо),
10 – W (ветер справа налево).
Определим неизвестные величины для расчета программы:
K=1, так как сопряжение ригеля с колонной жесткое,
N=0,9*Sgнкр/Sgкр=0,9*2.56/2.87=0.80,
S=B/Bф=2,
NB=0, NH=0 – нагрузка от стеновых панелей.
Исходные данные для выполнения расчета занесены в таблицу 2.
Таблица 2
Исходные данные для расчета программы «Statik»
| Величина | L | H | H2 | Hв | Iн | Iв | Iр | E | АПР | K | N | S |
| Размерность | м | м | м | м | - | - | - | м | - | - | - | - |
| Значение | 24 | 24.4 | 5.23 | 7.2 | 10 | 1 | 20 | 0.525 | 0.42 | 1 | 0.80 | 2 |
| Величина | Dmax | Dmin | Mmax | Mmin | G | P(S) | T | GEK(ωв) | W | GEK1(ωв’) | W1 | NB | NH |
| Размерность | кН | кН | кН*м | кН*м | кН/м | кН/м | кН | кН/м | кН | кН/м | кН | кН | кН |
| Значение | 3034.6 | 891.4 | 2655.3 | 780.0 | 17.21 | 10.8 | 126.3 | 4.53 | 18.45 | 3.39 | 13.84 | 0 | 0 |
3 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТАЛЬНОЙ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ
3.1 Схема стропильной фермы
Стропильную ферму проектируем на основе серии I.460.2-10/88 «Стальные конструкции покрытий одноэтажных производственных зданий с фермами из парных уголков». Схема стропильной фермы представлена на рисунке 12.
Рисунок 12. Схема фермы
3.2 Определение нагрузок действующих на ферму
3.2.1 Постоянные нагрузки
Нагрузки от собственной массы 1 м2 кровли определяются по фактическому составу с учётом собственной массы стропильных ферм и связей (см. таблицу 1).
Сосредоточенные силы от постоянной нагрузки на узлы верхнего пояса фермы (d – шаг узлов):
Р=g*d.
Р=17.21*3=51.62 кН.
3.2.2 Снеговая нагрузка
Сосредоточенные силы от снеговой нагрузки на узлы верхнего пояса фермы для бесфонарного здания во всех узлах одинаковы и равны:
Рс=S*d.
Рс=10.8*3=32.4 кН.
3.2.3 Определение опорных моментов
В опорных сечениях ферм, являющихся ригелями рам с жесткими узлами, возникают изгибающие моменты. Для выявления дополнительных усилий в раскосах и приопорной панели верхнего пояса рассматриваются – Млевmax и соответствующий момент на правой опоре – Мпрсоот, вычисляемый для тех же нагрузок. Mлевmax принимаем по таблице расчетных комбинаций усилий для колонны левого ряда (из условия равновесия узла сопряжения ригеля со стойкой).
Для определения отрицательных опорных моментов ригеля рассматриваются два вида основных сочетаний:
1. Постоянная и одна наиболее неблагоприятная временная нагрузка с коэффициентом сочетаний nc=1 (крановая или ветровая);