Расчёт поперечной рамы производственного здания

Расчётная схема рамы

В соответствии с конструктивной схемой выбираем Расчётную схему и основную систему. Расстояние между центрами тяжести сечений верхнего и нижнего участков колонн (см. рис.):

е_о = 0,45(h_н — h_в) = 0,45(1750 — 1000) = 340 мм = 0,34 м Соотношение моментов инерции:

I_в/ I_н = 1/7 =0,143(учитываем, что верхняя часть колонны без прохода).

I_Р / I_Н= 20/7 = 2,857.

ЕслиI_в= 1, то I_н= 7; I_Р= 20.

где:I_{в — момент инерции сечения верхней части колонны;}

I_{н — момент инерции сечения нижней части колонны;}

I_{р — момент инерции сечения ригеля.}

Сопряжение ригеля с колонной назначаем жестким (краны — легкого режима работы, цех — однопролётный).

Нагрузки на поперечную раму

Все нагрузки подсчитываются с учетом коэффициента надежности по назначению здания (г_н = 0,95).

1. Постоянная нагрузка.

Нагрузку на 1 м² удобно подсчитывать в виде таблицы, (см таблица 1)

Таблица 1.

Расчётная равномерно распределённая погонная нагрузка на ригель рамы определяется по формуле:

где, б — угол наклона покрытия к горизонту Опорная реакция ригеля рамы:

F_R = q_n •l/2= 20,24• 30/2 = 303,6кН Расчётный вес колонны (см. приложение 23).

Рис 2.2.1 Схема к определению нагрузок от стеновых панелей

Верхняя часть (20% веса):

G_в= g_к • b • l/2 • г_н • г_Fg•0,2 = 0,378•12•30/2•0,95•1,05•0,2 = 13,57 кН где, b— шаг колонн.

l — пролёт здания.

г_{н — коэффициент условий работы: гн = 0,95}

г_{Fg — коэффициент перегрузки: гFg = 1,05}

Нижняя часть (80% веса):

G_н = g_к • b • l/2 • г_н • г_Fg • 0,8 = 0,387 • 12 • 30/2 •1,05•0,95•0,8 = 55,59 кН Поверхностная масса: стен — 200 кг/м², переплетов с остеклением — 35 кг/м²

в верхней части колонны (включая вес этой части колонны):

F_н = 0,95• [1,2 • 200 • (1,8+1,8) • 12+1,1 • 35 • 5,5 • 12] + 55,59 =120,868 кН.

в нижней части колонны:

F_в= 0,95 • [1,2 • 200 • (5,4+1,2) • 12 +1,1 • 35 • 2,4 • 12] + 13,57 = 69,19 кН.

Рис 2.2.2 Расчётная схема для определения нагрузок от стеновых панелей

2. Снеговая нагрузка.

Район строительства: г. Ставрополь.

Нормативная нагрузка —g_кр^н= 1,23 кПа Расчётная нагрузка —g_кр^р = 1,45 кПа По приложению 26 определяем вес снегового покрова р₀ = 0,5 кН/м (Iрайон). Погонную распределённую нагрузку от снега на ригель рамы определяем по следующей формуле:

q_сн = г_н • n • с • р₀ • b_ф =0,95 • 1,4 • 1 • 0,5 • 12 = 7,98 кН/м где: р_{0 — вес снегового покрова на земле, зависящий от района строительства и определяемый по СНиП «Нагрузки и воздействия»}

с — коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1 м²

проекции кровли, равный при уклоне б < 25° единице.

b_{ф — шаг ферм}

n — коэффициент перегрузки Опорная реакция ригеля:

F_R = q_сн • l / 2 = 7,98 • 30/2 = 119,7 кН.

Рис 2.2.3Расчётная схема снеговой нагрузки

3. Вертикальные усилия от мостовых кранов.

Нормативное усилие колеса определяются по приложению 1. Максимальное вертикальное давление на колонну от крановых нагрузок составит:

= 0,95 • (1,1 • 0,95 • 2680,65+1,05•45+1,2•1,5•1.5•12) =2736,883кН здесь:n, n_{с — коэффициенты перегрузки и сочетания;}

n = 1,1 — примем условно (по нормам для мостовых кранов n = 1,1, однако как показывает опыт эксплуатации производственных зданий, этот коэффициент несколько занижен);

n_{с = 0,95 — для кранов лёгкого режимов работы;}

F_{kmax — нормативное вертикальное усилие колеса;}

у_{i — ординаты линии влияния опорной реакции, см. (рис 2.2.5)}

G_{n — нормативный вес подкрановых конструкций (условно включаемый во временную нагрузку);}

g_{n — полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке (1,5 кН/м²);}

b_{т — ширина тормозной площадки;}

b — шаг колонн.

Рис 2.2.4Расчётная схема для определения вертикальных усилий от мостовых кранов Вес подкрановой балки — по приложению 23

G_n = 0,25 • b • l / 2 = 0,25 кН/м² • 12 м • 30 м / 2 = 45 кН.

F_к'= (9,8 • Q + Q_k) / n₀ — F_kmax =127,32 кН где:Q — грузоподъемность крана в тоннах;

Q_{k — вес крана с тележкой в кН, принимаемый по приложению 1;}

n_{0 — число колес крана на одном рельсовом пути.}

Минимальное давление на колонну от крановых нагрузок:

= 0,95•((1,1•0,95•2680,65)•127,32/550+1,05•45+ 1,2•1,5•1,5•12) = 457,15 кН Сосредоточенные моменты от вертикальных усилийD_max, D_mim определяем по формуле:

e_k? 0,65 • h_н=0,65 •1,75 = 1,14 м где, h_н— высота поперечного сечения нижней части колоны.

е_k — расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения нижней части колоны.

М_max= e_k • D_max

M_max = 1,14 • 2736,883 = 3120,05 кН • м.

M_min= 1,14 • 457,15 = 521,15 кН • м.

Рис 2.2.5 Схема линии влиянии от действия кранов

4. Горизонтальные усилия от мостовых кранов. Горизонтальную силу от мостовых кранов, передаваемую одним колесом, определяем по формулам (4.12) и (4.13) для кранов с гибким подвесом груза:

Т _к^н = 0,05 • (9,8 • Q + G_т)/n₀ =0,05 • (9,8 • 125 + 410) / 4 = 20,44 кН.

T = г_н • n • n_c • F_к^н • у_i = 0,95 • 1,1 • 0,85 • 20,44 • 2,623 = 47,617 кН Считаем условно, что сила Т приложена в уровне уступа колонны.

• 5.Ветровая нагрузка. Скоростной нормативный напор ветра (см. приложение 2) g₀ = 0,73 кПа. Тип местности — В (см. приложение 3) и коэффициенты «k», учитывающий рельеф и застроенность местности определяется так:
• 1) при 10 м — k = 0,65
• 2) при 20м — k = 0,9
• 3) при 30м — k = 1,05

Ветровую нагрузку определим по формуле:

q_в = г_н • n • g_o • k • с • b = 0,95 • 1,2 • 0,6 • 0,8 • 12 • k = 6,5664 • k

где: g_{о— скоростной нормативный напор ветра, принимаемый по СН и П II-6−74 (для некоторых городов значение g0 приведены в приложении 3);}

k— коэффициент, учитывающий высоту и защищённость от ветра другими строениями.

с— аэродинамический коэффициент, зависящий от расположения и рельефа поверхности здания.

b — ширина Расчётного блока (в данном проекте «b» — шаг колонн);

n— коэффициент перегрузки, который для зданий равен 1,2.

Линейная распределённая нагрузка при высоте:

• -10м: 6,5664 • 0,65 = 4,268 кН/м
• -20м:6,5664 • 0,9 = 5,91 кН/м
• -30м:6,5664 • 1,05 = 6,895 кН/м
• -14,4 м:4,268 + (5,91−4,268) • 4,4/10 = 4,99 кН/м
• -17,55 м:4,268 + (5,91 — 4,268) • 7,55 /10 = 5,508 кН/м
• -18,612 м:4,268 + (5,91 — 4,268) • 8,612 /10 = 5,682 кН/м
• -21,362 м:5,91 + (6,895 — 5,91) • 1,362 /10 = 6,044 кН/м
• -22,112 м:5,91 + (6,895 — 5,91) • 2,112 /10 = 6,118 кН/м

Рис 2.2.6 Схема для определения ветровой нагрузки

Рис 2.2.7 Расчётная схема ветровой нагрузки

Определим сосредоточенные силы от ветровой нагрузки по формулам):

F_в= (q₁ + q₂) • h / 2F_в^' = F_в• 0,6/0,8

Эти силы от активного давления F_в и F'_в показанные на (рис.2.2.7).

F_в = (3,78+2,84) • 4,65 /2= 21,65кН.

F_в^'= 21,65• 0,6/0,8= 16,238 кН С целью упрощения Расчётов найдём эквивалентные линейные нагрузки по формулам:

q_э = q_в10 • б;q¹_э = q_в10 • б

q_э = 2,212 •1,0352 = 2,2898 кН/м.

q'э= 2,2989 • 0,6 / 0,8 = 1,7175 кН/м где, q_{в10— Расчётная ветровая нагрузка на высоте Н = 14,4 м}

б - коэффициент (при Н = 14,4 м =? б= 1,0312).

Ветровые нагрузки показаны на (рис. 2.2.7).