Определение высоты поперечного сечения колонны

а) Высота h_в сечения верхней части колонны (рис. 1.6. а) определяется из условия обеспечения необходимой жесткости колонны и должна быть равной не менее Высоту сечения верхней части колонны принимают равной 450 или 700 мм. В каркасах с режимом работы с режимом работы кранов 7К и 8К в стенках верхних частей колонн устраивают проходы шириной не менее 400 мм и высотой 2000 мм. Высота сечения верхней части колонн этом случае получается не менее h_в = 1000 мм. Если число получилось меньше 450 мм, h_в принимаем равным 450 мм, если больше, h_в принимаем равным 700 мм.

 

(1.5)

 

Принимаем высоту сечения верхней части колонны h_в = 450 мм.

б) Высота h_н сечения нижней части колонны (рис. 1.6. б, в) – назначается в зависимости от грузоподъемности крана и высоты цеха не менее и равна:

 

	(1.6)
где,	L1 -	унифицированный размер между разбивочной осью колонны и осью подкрановой балки: L1 = 750 мм для кранов грузоподъемностью Q ≤ 50 т и при отсутствии проходов в надкрановой части колонны; L1 = 1000 мм для кранов грузоподъемностью Q > 80 т, а также при устройстве проходов в надкрановой части колонны;
	а0 -	привязка наружной грани колонны к разбивочной оси.

Принимаем высоту сечения нижней части колонны h_н = 1000 мм.

Рис. 1.6. Сечения верхней и нижней частей колонны

Расчетно-конструктивная часть

Расчет поперечной рамы каркаса промышленного здания состоит из следующих этапов:

1. составление расчетной схемы;

2. определение нагрузок, действующих на раму, и статический расчет рамы – определение усилий в элементах рамы (колоннах и ригеле) от действующих нагрузок;

3. определение расчетных усилий в колонне рамы в соответствии с возможными сочетаниями действующих нагрузок;

4. расчет колонны рамы;

5. расчет решетчатого ригеля рамы, т.е. стропильной фермы.

 

Определение нагрузок, действующих на раму

На поперечную раму цеха действуют:

· постоянные нагрузки: собственный вес кровли и конструкций покрытия, вес колонн и подкрановых балок, вес стеновых панелей при их опирании на колонны;

· переменные кратковременные: технологические (от мостовых или подвесных кранов);

переменные кратковременные: атмосферные (воздействия снега, ветра).

а) Постоянная нагрузка

Нагрузку от собственного веса кровли и конструкции покрытия обычно принимают равномерно распределенной по длине ригеля. Для этого определяют величину нагрузки на 1 м² покрытия, ее удобно вычислять в табличной форме.

Как правило, применяют два вида несущих конструкций покрытия: беспрогонные в виде ребристых железобетонных панелей, либо из листов профнастила по прогонам из прокатных профилей.

Таблица 1.3.

Пример определения нагрузки одного из видов покрытия

Нагрузка	Характеристи-ческая нагрузка, кН/м^2	Коэффициент надежности по нагрузке	Предельная расчетная нагрузка, кН/м^2
1. Еврорубероид 2. Асфальтовая стяжка (t = 30 мм, ρ = 21 кН/м^3) 3. Утеплитель (h = 100 мм, ρ = 6 кН/м^3) 4. Пароизоляция из одного слоя рубероида 5. Профилированный настил 6. Собственный вес ме-таллоконструкций шатра (стропильных ферм, фонарей и связей)	0,05 0,63   0,6   0,05   0,16 0,49	1,2 1,3   1,2   1,2   1,05 1,05	0,06 0,82   0,72   0,06   0,17 0,51
Итого:
Всего, с учетом коэффи-циента надежности по назначению

 

Расчетная нагрузка на единицу длины ригеля будет равна:

 

(1.7)

б) Снеговая нагрузка

Величина снеговой нагрузки определяется по нормам [2] (определяется студентом самостоятельно) в зависимости от района строительства здания, указанного в задании. В курсовом проекте необходимо запроектировать однопролетное здание с ровной скатной крышей. Снеговая нагрузка на таком покрытии распределяется равномерно. При наличии конструкций светоаэрационного фонаря снеговая нагрузка на покрытии распределяется неравномерно.

Предельное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия (конструкции) вычисляется по формуле:

 

(1.8)

 

где,	γ fm -	коэффициент надежности по предельному расчетному значению снеговой нагрузки. Определяется в зависимости от заданного среднего периода повторяемости Т. Для объектов массового строительства допускается средний период повторяемости Т принимать равным установленному сроку эксплуатации конструкции. Для производственных зданий Т = 60 лет, соответственно принимаем γ fm = 1,04 (см. т. 1.4.);
Таблица 1.4. Т                           γ fm 0,24 0,55 0,69 0,83 0,96 1,00 1,04 1,10 1,14 1,22 1,26 1,34 1,44
	S0 -	характеристическое значение снеговой нагрузки, определяемое в зависимости от снегового района строительства по карте рис. 1.7. (см. Приложение, т. 2);
	С –   μ –   Се –     Сalt –	коэффициент, определяется по формуле: коэффициент перехода от веса снегового покрова на поверхности земли к снеговой нагрузке на покрытие, определяется в зависимости от формы кровли и схемы распределения снеговой нагрузки. В данном примере μ принимаем равным 1, принимая схему 1 (вариант 1) [2], для зданий с двускатными покрытиями при уклоне кровли ; коэффициент, учитывающий влияние режима эксплуатации на накопление снега на кровле (очистку, таяние и т.п.) и устанавливается заданием на проектирование. В курсовом проекте принят равным 1, так как при отсутствии данных о режиме эксплуатации кровли коэффициент Се допускается принимать равным единице; коэффициент учитывает высоту Н (в километрах) размещения строительного объекта над уровнем моря, Сalt = 1 (при Н ≤ 0,5 км).

Рис. 1.7. Карта районирования территории Украины по характеристическим значениям веса снегового покрова

в) Ветровая нагрузка

При расчете рамы рассматривают раздельно ветровую нагрузку на колонны рамы и на ригель рамы (рис. 1.8.).

 

Рис. 1.8. Эпюра воздействия ветра

 

1) Ветровая нагрузка на колонны рамы передается панелями стенового ограждениями, как равномерно распределенная.

Предельное расчетное значение равномерно распределенной ветровой нагрузки на колонну рамы определяется по формуле:

 

	(1.9)
	где,	γ fm -	коэффициент надежности по предельному расчетному значению ветровой нагрузки. Определяется в зависимости от заданного среднего периода повторяемости Т, для объектов массового строительства допускается средний период повторяемости Т принимать равным установленному сроку эксплуатации конструкции. Для производственных зданий Т = 60 лет, соответственно принимаем γ fm = 1,035 (т. 9.1 [2],);
	Таблица 1.5. Т                         γ fm 0,55 0,69 0,77 0,87 0,96 1,00 1,07 1,14 1,22 1,28 1,35 1,45
		W0 -	характеристическое значение ветрового давления, которое определяется в зависимости от ветрового района строительства по карте рис. 1.10. (см. Приложение, т. 2);
		С -	коэффициент, определяемый по формуле:
		С aer -	аэродинамические коэффициенты (п. 9.8. [2]), определяется в зависимости от формы сооружения, С e1 = 0,8 с наветренной стороны, С e2 = 0,6 с заветренной стороны: эти коэффициенты учтены в программе статического расчета рамы, поэтому С aer принимаем равным 1.
		С h –	коэффициент высоты сооружения, учитывающий увеличение ветровой нагрузки в зависимости от высоты конструкции или рассматриваемой ее части над поверхностью земли (Z) и типа окружающей местности. В данном примере тип местности III – пригородные и промышленные зоны (для промежуточных значений высоты над поверхностью земли, коэффициент высоты сооружения следует определять линейной интерполяцией по т. 1.6.), (п. 9.9. [2]): С h,1 =1,97 (для отметки низа фермы H0 = 14,4 м); С h,2 = 2,13 (для отметки верха (конька) шатра H0+Hш = =14,4 м+ 3,375 м = 17,775 м); высота шатра,
		Таблица 1.6. Тип местности Высота над поверхностью земли Z, м       III 1,75 2,25 2,50
		Сalt –	коэффициент географической высоты, учитывает высоту Н (в километрах) размещения строительного объекта над уровнем моря, при Н ≤ 0,5 км, Сalt = 1;
		Сrel –	коэффициент рельефа, Сrel = 1 за исключением случаев, когда объект расположен на холме или склоне (п. 9.11. [2]);
		Сdir –	коэффициент направления, который учитывает неравномерность ветровой нагрузки по направлениям ветра и, как правило, принимается равным единице (п. 9.12. [2]);
		Сd –	коэффициент динамичности, который учитывает влияние пульсационной составляющей ветровой нагрузки и пространственную корреляцию ветрового давления. Для зданий со стальным каркасом этот коэффициент учитывается (Сd> 1) при высоте здания больше 30 м. В курсовом проекте может быть принят равным 1;
		В -	шаг рам, м.

Рис 1.9. Коэффициент высоты сооружения С_h

Типы местности, что окружают здание или сооружение, определяются для каждого расчетного направления ветра отдельно:

I – открытые поверхности морей, озер, а также плоские равнины без преград, которые подаются действию ветра на участках длинной не менее, чем 3 км;

II – сельская местность с ограждениями (заборами), небольшими сооружениями, домами и деревьями;

III – пригородные и промышленные зоны, лесные массивы;

IV – городские территории, на которых хотя бы 15 % поверхности заняты зданиями, которые имеют среднюю высоту более 15 м.

 

2) Ветровая нагрузка на шатер каркаса

Ветровая нагрузка, расположенная выше нижнего пояса стропильных ферм приводится к сосредоточенной силе , условно приложенной к нижнему поясу фермы, определяется по следующей формуле:

 

(1.10)

где,	i= 1,5 % -	уклон поясов фермы;
	Hф-	высота фермы, Hф = 3,15 м;
	L-	пролет рамы, м;
	Рис. 1.10 Карта районирования территории Украины по характеристическим значениям ветрового давления

г) Крановые нагрузки

При движении мостового крана его колеса передают крановому рельсу вертикальное давление F_m (которое зависит от собственного веса крана, веса груза на крюке крана и положения тележки на крановом мосту) и горизонтальные силы Н_m, направленные поперек кранового пути (они возникают из-за торможения тележки, перекосов крана, распирающего воздействия колес при движении по рельсам и др.).

Нагрузка на колонны определяется от двух кранов, сблизившихся вплотную. Ее можно определить по линии влияния опорных реакций подкрановых балок при найневыгоднейшем расположении кранов на подкрановых балках (когда два крана сблизились вплотную, а колесо одного из них находится над осью колонны) при максимальном значении суммы ординат «y» линии влияния (рис. 1.11.).

При этом определяют вертикальные максимальное давление D_max и минимальное давление колес на колонну, а также горизонтальную поперечную нагрузку от боковой силы крана.

Рис. 1.11. Схема размещения четырехколесных кранов

На подкрановой балке

Расчетные предельные значения нагрузок на колонну от мостовых кранов:

а) максимальное давления крана D_max:

(1.11)

 

где,	γ fm -	коэффициент надежности по предельному расчетному значению крановой нагрузки определяется в зависимости от заданного среднего периода повторяемости Т, γ fm =1,1 (т. 7.1 [5]): Таблица 1.7. Т, лет       0,1 γ fm 1,1 1,07 1,02 0,97
	Ψ -	коэффициент сочетаний крановых нагрузок по 7.22 [2]:
		характеристическое значение вертикальной нагрузки передаваемой колесами крана на балки кранового пути, максимальное вертикальное давление колеса крана -
		характеристическое значение вертикального давления на колесо на более нагруженной стороне крана, определяется по соответствующему стандарту на краны (т. 1 Приложения);
		сумма ординат линии влияния (рис. 1.11.).

б) минимальное давление крана :

	(1.12)
	-	минимальное вертикальное давление колеса крана;
	Q -	грузоподъемность крана, кН (т.1, Приложения);
	G-	масса крана с тележкой, кН (т.1, Приложения);
	nк -	количество колес крана на одном крановом рельсе.

в) горизонтальная поперечная нагрузка H_m от боковой силы крана:

(1.13)

где,	H01 -	характеристическое значение боковой силы от одного крана, наиболее неблагоприятного по воздействию из кранов, расположенных на одном крановом пути; для четырехколесных мостовых кранов определяется как и :
		характеристическое значение горизонтальной нагрузки четырехколесных мостовых кранов, направленной поперек кранового пути и вызываемой перекосами мостовых электрических кранов и непараллельностью крановых путей (боковая сила) для колеса крана:
α -	коэффициент, принимаемый равным 0,03 при центральном приводе механизма передвижения моста и 0,01 – при раздельном приводе, в данном примере принимаем – 0,03;
B, L –	соответственно база и пролет крана (B=К, L=Lcr из ГОСТ стандарта на краны);
– сумма ординат линии влияния опорных реакций подкрановых балок от одного четырехколесного крана;
(или в случае, когда это более невыгодно).

 

Горизонтальная поперечная нагрузка H_m включает в себя боковые силы H_k и H_с приложенные к соответствующим колесам крана.

Боковые силы H_k приложены только к двум колесам с одной стороны или по диагонали и всегда направлены в разные стороны, к двум другим колесам приложены силы H_с, всегда направленные в одну сторону – внутрь или наружу пролета (рис. 1.14., в).

Горизонтальная нагрузка на колонну определяется для каждой стороны пролета по той же линии влияния, что и вертикальная нагрузка, но с учетом воздействия только одного крана.

Для расчета поперечной рамы следует выбрать из возможных схем приложения боковых сил H_k и H_с наиболее невыгодную схему загрузки линии влияния (рис.).

Для приведенной схемы (рис. Пермяков) предельная расчетная горизонтальная нагрузка на колонну от боковых сил равна:

- на левую колонну

 

(1.14)

- на правую колонну

 

	(1.15)
	где,	y1, y2	- ординаты линии влияния опорных реакций подкрановых балок

В курсовом проекте в целях упрощения расчетов допускается рассмотреть одну составляющую расчетного горизонтального давления на колонну от сил поперечного торможения