Компоновка конструктивной схемы каркаса здания.

Практическое занятие №1

Компоновка конструктивной схемы каркаса здания.

1.1.Составление эскиза плана колонн

       Размещение колонн в плане принимается с учётом конструктивных и технологических факторов. Согласно заданию к курсовому проекту пролет здания составляет 24 м, длина – 108 м. Шаг поперечных рам – 12 м. Ввиду небольших продольных и поперечных размеров здания нет необходимости в его разбивке на температурные блоки.

       Число пролетов в поперечном направлении: шт. Соответственно число колонн 9+1=10 шт.

       Эскиз плана колонн здания приведён на рис.1.

Выбор схемы связей между колоннами

       Система связей между колоннами обеспечивает геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении. Ввиду небольшой длины здания, согласно требованиям, необходимо установить вертикальную связь в одной панели в середине здания. При этом выдерживаются требуемые по табл.11.2 [1] предельные размеры между вертикальными связями.

       Связи назначаем крестовые. Помимо этого крайние колонны по торцам здания соединяем двумя гибкими связями.

Расположение связей показано на рис.2.

Разработка схемы связей по шатру

       Связи между фермами обеспечивают устойчивость сжатых элементов ригеля, перераспределение местных нагрузок. В зданиях с мостовыми кранами необходимо обеспечить горизонтальную жесткость каркаса поперек и вдоль здания. Поэтому необходима установка системы связей по верхнему и по нижнему поясу ферм (мостовые краны по заданию имеют большую 10 т грузоподъемность).

       Для обеспечения жесткости нужно использовать вертикальные связи в виде ферм, которые устанавливаются между фермами по их торцам.

 

 

Рис. Вертикальная связь

 

Схема системы связей показана на рис.4

Разработка схемы фахверка

       Фахверком называют систему конструктивных элементов, служащих для поддержания стенового ограждения и восприятия ветровой нагрузки. Между колоннами здания устанавливаются стойки, на которые монтируют ригели. К ригелям крепятся стеновые панели.

       Схема фахверка показана на рис.5

Компоновка рамы цеха

       Вертикальные габариты здания зависят от технических условий производства и определяются расстояниями от уровня ноль до головки подкранового рельса и расстоянием от головки подкранового рельса до низа несущих конструкций покрытия.

       Расстояние от уровня пола до головки подкранового рельса H₁:

       где h_к – расстояние от головки подкранового рельса до верхней точки тележки крана, h_к =2750 мм (для 30 т Кудишин прил.№1), h_к =3700 мм (для 80 т); f – прогиб конструкции ферм, f = 200 мм (для пролета 24 м).

       Для расчета принимаем h_к =3700 мм для большей типизации элементов пролетов.

       Полученное значение необходимо округлить до 0.2 м. Принимаем H₁ = 4.0 м.

       Высота цеха от уровня пола до стропильных ферм:

1. РАССЧИТАЙТЕ И ВЫЧЕРТИТЕ НА ЛИСТЕ РАМУ СО СВОИМИ ПАРАМЕТРАМИ ИЗ ЗАДАНИЯ– ОГПР, Н_1,Н_2,Н₀.Н_Н,Н_В

 

Рис.5 Компоновка рамы цеха.

 

       Значение H₀ > 10.8 м, поэтому оно должно быть кратно 1.8 м. Принимаем H₀ = 19.8 м, H₁ = 15.8 м.

       Высота верхней части колонны:

       где h_пб – высота подкрановой балки, ; h_p – высота рельса, h_p = 0.15 м.

       Принимаем H_в = 6 м.

       Высота нижней части колонны:

       Привязку колонн принимаем 250 мм.

       h_ф = 2250 мм (для пролета 24 м).

 

 

1. ВЫЧЕРТИТЕ УЗЕЛ СО ВСЕМИ РАЗМЕРАМИ – ПРИВЯЗКОЙ, ВЫСОТАМИ СЕЧЕНИЙ ….

 

 

Рис.6 Узел опирания мостового крана на колонну

 

       Ширина верхней части колонны b_в = 500 мм. При назначении ширины нижней части необходимо предусмотреть проход для ремонта и обслуживания подкрановых путей.

       где  h_пр – ширина прохода, h_пр = 450 мм (с учетом устройства ограждения).

       Принимаем l₁= 1.25 м (должно быть кратным 250 мм).

       Т.к. b_н > 1 м, то колонну принимаем сквозного сечения.

 

Сбор нагрузок на раму

       На поперченную раму цеха могут воздействовать постоянные нагрузки от вышележащих конструкций, временные нагрузки – от технологического оборудования, атмосферные нагрузки и особые нагрузки.

       Производим сбор постоянной нагрузки от покрытия.

1. ЗАДАЙТЕ СВОЙ «ПИРОГ» ПОКРЫТИЯ

 

Состав покрытия	Нормативная нагрузка,  qн, кН/м^2	Коэффициент перегрузки,  gf	Расчётная нагрузка, qр,  кН/м^2
Защитный слой из битумной мастики со втопленным гравием h =10 мм	0.21	1.2	0.25
Гидроизоляционный ковер 3-х слойный	0.1	1.1	0.11
Асфальтовая стяжка h = 20 мм, g = 18 кН/м^3	0.36	1.2	0.43
Утеплитель пенобетон h = 13.5 мм, g = 6 кН/м^3	0.75	1.1	0.825
Крупнопанельные ж/б плиты 3х12м	1.7	1.1	1.87
Асбоцементные волнистые листы	0.2	1.1	0.22
Собственные вес стропильной фермы	0.3	1.05	0.32
Итого	3.62		4.03

 

1. РАССЧИТАЙТЕ НАГРУЗКИ НА РАМУ

       Угол наклона кровли составляет 4°. Расчётная равномерно распределённая нагрузка на ригель подсчитывается по формуле:

       Снеговую нагрузку определяем по формуле:

       где S₀ – нормативное значение веса снегового покрова на 1 м², для г. Астрахань, находящегося в I снеговом районе, S₀ = 0.5 кН/м²; m – коэффициент перехода, для a< 25°, m = 1.

       Равномерно распределённая нагрузка на ригель составляет:

       Ветровую нагрузку определяем по формуле:

       где W₀ – нормативное значение давления, для г. Астрахань (III район по ветровой нагрузке)               W₀ = 0.38 кН/м²; k – коэффициент, учитывающий изменение давления по высоте; c – аэродинамический коэффициент, принимаем для здания, строящегося в черте города (тип местности С).

       Давление ветра перед зданием (по направлению ветра):

 

z	k	c	W0	W
<5	0.4	0.8	0.38	0.122
10	0.4	0.8	0.38	0.122
20	0.55	0.8	0.38	0.167
40	0.8	0.8	0.38	0.243

 

       Давление ветра за зданием:

 

z	k	c	W0	W
<5	0.4	0.6	0.38	0.091
10	0.4	0.6	0.38	0.091
20	0.55	0.6	0.38	0.125
40	0.8	0.6	0.38	0.182

 

 

 

Рис.8 Схема ветровой нагрузки на раму

 

       Заменяем нагрузку эквивалентной:

1) Давление ветра перед зданием.

Определяем давление в верхней части здания (в точке на максимальной высоте):

Вычисляем момент в заделке от действия давления ветра:

 

где H – высота рамы, H = 22.7 м.

 

Нагрузка на 1 м:

2) Давление ветра за зданием (зона пониженного давления):

Определяем давление в верхней части здания:

Вычисляем момент в заделке от действия давления ветра:

где H – высота рамы, H = 22.7 м.

Нагрузка на 1 м:

 

Рис.9 Расчётные нагрузки

 

       Производим сбор крановых нагрузок на раму здания. Сбор нагрузок производим для того варианта, когда краны максимально сближаются над одной из колонн.

       Высоту подкрановой балки принимаем 1.2 м

       где G_пк – вес подкрановых конструкций, .

 

Рис.10 Вертикальные крановые нагрузки

 

       где Q – грузоподъемность, G – вес крана.

       Крановая тормозная нагрузка:

       где ; f – коэффициент трения, f = 0.1; G – вес тележки.

;

.

       где n – количество колес крана с одной стороны.

       Тормозное усилие:

       Далее расчёт производим при помощи компьютерной программы.

 

       На основании полученных данных строим эпюры от различных нагрузок.

Подкрановая ветвь.

Задаёмся ,

; .

Принимаем I 55K1, h=550 мм, A_п=118 см², i_y^п=21.8 см.

Шатровая ветвь.

Задаёмся

.

Рис. 17 Компоновка сечения нижней части колонны

       Толщину полки шатровой ветки принимаем равной толщине полки верхней части колонны – 1 см. В целях удобства прикрепления решетки принимаем высоту равной высоте двутавра подкрановой ветви. Размеры листа увеличиваем по 1 см с каждой стороны для размещения швов.

       Площадь полки: .

Из условия местной устойчивости полки швеллера:

Принимаем b_п=20 см, t_п=1 см; A_п=20 см².

;

Подобранные сечения больше требуемых площадей.

Сбор нагрузки на ферму

       Таблица 3. Сбор нагрузок на ферму

	Нормативная нагрузка qн, кН/м^2	γf	Расчётная нагрузка qр кН/м^2
Защитный слой из битумной мастики со втопленным гравием h = 10 мм	0.21	1.2	0.25
Гидроизоляционный ковер 3-х слойный	0.10	1.1	0.11
Асфальтовая стяжка h = 20 мм, γ = 18 кН/м^3	0.36	1.2	0.43
Утеплитель пенобетон h = 12.5 мм, γ = 6 кН/м^3	0.75	1.1	0.825
Крупнопанельные ЖБ плиты 3х12 м	1.70	1.1	1.87
Асбоцементные волнистые листы	0.20	1.1	0.22
Собственный вес стропильной фермы	0.30	1.05	0.32
ИТОГО:	3.62		4.03

 

Снеговая нагрузка:

                   где для г.Астрахань S_o = 0.5 кН/м²; для покрытия с углом наклона α = 4°, μ = 1

Расчётная нагрузка в целом:

Погонная нагрузка на ферму:

Узловая нагрузка:

Расчёт узлов фермы

       Расчёт узлов фермы сводится к определению размеров фасонок и расчёту сварных швов. Швы соединяющие раскосы и стойки с фасонками рассчитываем на усилие, действующее в соответствующем стержне фермы. Швы соединения фасонок с уголками поясов рассчитываем на срез от суммы расчётных усилий в этих поясах.

       Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С d = 1.4...2 мм.

;

Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления

Длина шва определяется по формуле: ,

где n – количество швов, K_ш – катет шва.

Результаты расчёта заносятся в таблицу 6.

       Толщину фасонок принимаем в зависимости от максимального усилия в элементах фермы.

Таблица 6. Расчёт швов

Узел, фасонка, мм	Стержень	Сечение	N, кН	Шов по обушку			Шов по перу
				Nоб, кН	Kw, мм	lw, см	Nп, кН	Kw, мм	lw, см
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1   12 мм	1	┘└110х8	729.77	510.84	4	37	218.93	4	17
	13	┘└180х11	942.21	659.55	10	20	282.66	10	9
	21	┘└75х5	85.14	59.60	4	6	25.54	4	3
2   14 мм	1	┘└110х8	729.77	1420	10	42	608.56	8	23
	2	┘└160х12	1298.75	1420	8	52	608.56	4	45
	17	┘└75х8	523.45	366.42	8	14	157.03	4	13
	22	┘└75х5	170.28	119.20	4	10	51.08	4	5
	14	┘└110х8	229.37	160.56	6	9	68.81	6	5
3   14 мм	2	┘└160х12	1298.75	1818.25	12	44	779.25	8	29
	3	┘└160х12	1298.75	1818.25	12	44	779.25	8	29
	18	┘└110х8	30.36	21.25	4	4	9.11	4	4
	23	┘└20х3	42.57	29.80	4	4	12.77	4	4
	15	┘└110х8	30.36	21.25	4	4	9.11	4	4
6 12 мм	5	┘└160х12	0	–	4	4	–	4	4
	21	┘└75х5	85.14	59.60	4	5	25.54	4	4
7     12 мм	5	┘└160х12	0	797.40	4	58	341.74	4	26
	6	┘└160х12	1139.14	797.40	12	20	341.74	10	11
	13	┘└180х11	942.21	659.55	10	20	282.66	10	9
	17	┘└75х8	523.45	366.42	8	14	157.03	4	13
8   12 мм	6	┘└160х12	1139.14	1594.80	12	39	683.48	12	18
	7	┘└160х12	1139.14	1594.80	12	39	683.48	12	18
	22	┘└75х5	170.28	119.20	4	10	51.08	4	5
9     14 мм	7	┘└160х12	1139.14	1694.47	10	50	726.20	4	53
	8	┘└160х12	1281.53	1694.47	12	41	726.20	10	22
	14	┘└110х8	229.37	160.56	6	9	68.81	4	6
	18	┘└110х8	30.36	21.25	4	4	9.11	4	4
10   14 мм	8	┘└160х12	1281.53	897.07	12	23	384.46	10	12
	9	┘└160х12	1281.53	897.07	12	23	384.46	10	12
	23	┘└20х3	42.57	29.80	4	4	12.77	4	4

ЛИТЕРАТУРА

1. СниП II-23-81^*.Стальные конструкции/Госстрой России. – М.:ЦИТП Госстроя России, 1998 –96 с.

2. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/Под общ. ред. Е.И. Беленя. – М.: Стройиздат, 1985 – 560 с.

3. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для техникумов, 1991 – 431 с.

4. Танаев В.А. Проектирование стальной балочной клетки. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. – Хабаровск, 2000 – 71 с.

 

 

Практическое занятие №1

Компоновка конструктивной схемы каркаса здания.

1.1.Составление эскиза плана колонн

       Размещение колонн в плане принимается с учётом конструктивных и технологических факторов. Согласно заданию к курсовому проекту пролет здания составляет 24 м, длина – 108 м. Шаг поперечных рам – 12 м. Ввиду небольших продольных и поперечных размеров здания нет необходимости в его разбивке на температурные блоки.

       Число пролетов в поперечном направлении: шт. Соответственно число колонн 9+1=10 шт.

       Эскиз плана колонн здания приведён на рис.1.