Поперечная рама производственного здания

Поперечная рама производственного здания

Задание на проектирование

Необходимо запроектировать стальные конструкции механосборочного цеха пролетом 24 и длиной 72 метра. 6-снеговой, 6-ветровой районы. Продольный шаг колонн здания принять равным 6 метров. Покрытие теплое, состоящее из следующих перечисляемых сверху-вниз слоев:

1. Защитный слой (гравий)

2. Рубероид

3. утеплитель

4. пароизоляция

5. прогоны + профнастил

6. стальные фермы.

    Колонны здания принять ступенчатыми с верхней сплошной и нижней сквозной частями. Соединение ветвей нижней части колонны выполнить при помощи решетки из равнополочных уголков. Здание оборудовано двумя электромостовыми кранами грузоподъемностью 30т, проводящими технологические и перегрузочные работы средней интенсивности.

    Отметка головки кранового рельса 8.5м. Сопряжение колонны с фермой выполнить шарнирным. Класс бетона для фундаментов В15. Стены здания – навесные. Сталь для несущих конструкций здания принять самостоятельно по [6]. Объект нормального уровня ответственности. Здание строится на открытой местности.

Компоновка конструктивной схемы поперечной рамы

    Компоновка поперечной рамы заключается в определении ее основных вертикальных и горизонтальных размеров. Они зависят от грузоподъемности кранов, типа стенового ограждения и т.п. На рисунке 2.1 показан фрагмент поперечной рамы с указанием основных размеров.

Вертикальные размеры рамы

    Вертикальные габариты рамы зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса Н 1 и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия Н 2. В сумме эти размеры составляют полезную высоту цеха от уровня пола до низа несущих конструкций покрытия Н 0.

Н 2 ≥ Нк +100+ f,

где Нк – высота мостового крана на опоре, определяемая по ГОСТ или по таблице П.1. Приложения: Нк = 2750мм;

f = 200…400мм – размер, учитывающий прогиб конструкций покрытия, для пролетов от 24 до 36м. Принимаем f = 200мм.

 

Рис. 2.1

100мм - необходимый по технике безопасности зазор между краном и несущими конструкциями покрытия с учетом допусков на изготовление крана.

Н 2 ≥2750+100+200 = 3050 (мм).

По требованиям унификации размер Н 2 увеличивается в большую сторону до кратности 200мм:

Н2 = 3200мм.

Полезная высота цеха (от уровня пола до низа стропильных ферм)

Н 0 = Н 1 + Н 2 =8500+3200 = 11700 (мм).

С учетом стандартных размеров элементов стенового ограждения Н 0 назначается кратным:

  а) 1,2м при Н 0 <10,8м;

б) 1,8м при Н 0 ≥10,8м;

в) 0,6м при соответствующем обосновании.

         Принимаем Н 0 кратным 1,8м:

Н 0 =12600мм.

Если размер Н 0 изменился, то необходимо увеличить Н 1, а Н 2 оставить минимально необходимым.

Н 1 = Н 0 – Н 2 =12600-3200 = 9400 (мм).

Высота верхней части колонны:

Нв = Н 2 + h б + hр,

где hб – высота подкрановой балки, hб =600мм [5, с. 315];

              hр – высота подкранового рельса КР-120, hр = 120мм [5, с. 315]

Нв = 3200+600+120=3970 (мм).

Обычно Нв уточняется после расчета подкрановой балки, однако в рассматриваемом курсовом проекте такой расчет не выполняется, поэтому оставляем Нв = 3970мм.

Высота нижней части колонны Нн = Н 0 – Нв + Нз, причем

Нз – 600…1000мм – заглубление опорной плиты базы колонны ниже нулевой            

отметки. При грузоподъемности крана до 100тс Нз  обычно принимается 600мм, в

остальных случаях - 1000мм.

Нн =12600–3970+600= 9080(мм).

Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля

Н = Нв + Нн  = 4520 + 3970= 13200(мм).

Горизонтальные размеры рамы

    При определении горизонтальных размеров учитываются унифицированные привязки колонн ак к разбивочным осям, требования прочности и жесткости, предъявляемые к колоннам, а также эксплуатационные условия.

    Исходя из опыта проектирования, наружные грани колонн крайних рядов совмещают с продольными разбивочными осями, если в здании нет мостовых кранов, или последние имеют грузоподъемность до 30т включительно, при шаге колонн 6м и высоте от пола до низа несущих конструкций покрытия менее 16,2м.

    Наружные грани крайних колонн смещают с продольных разбивочных осей на 250мм в зданиях, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 тонн включительно, при шаге колонн 6м и высоте от пола до низа несущих конструкций покрытия 16,2, 18 и 19,8м, а также при шаге колонн 12м и высоте от 8,4 до 18м. В прочих случаях следует использовать привязку 500мм.

    Принимаем а_к=500мм. Назначаем высоту сечения верхней части колонны (hв) с учетом унифицированных привязок наружной грани колонны к разбивочной оси, а также типовых размеров ферм:

bв ≥ Нв /12 =3970/12 = 330мм (рекомендуемые требования жесткости).

Принимаем hв = 400мм> 330мм.

b 1≥ B 1+(b в - aк)+50мм,

где В1 – размер части кранового моста, выступающей за ось кранового рельса (см. таблицу П.1 Приложения), В1 = 300мм;

75мм – минимальный зазор между краном и колонной согласно требованиям техники безопасности [3, с. 316];

b 1≥300+ 400– 250+ 50 = 500(мм).

Поскольку пролеты кранов кратны 500мм, размер L1 должен быть кратным 250мм с округлением в большую сторону:

b 1 = 500мм.

Высота сечения нижней части колонны

bн = b 1+ ак = 250+500 = 750 (мм).

По рекомендуемым требованиям жесткости высота сечения нижней части колонны

bн ≥ Hн /20 = 9080/20 = 454(мм).

bн = 750мм > 454мм.

Прочие размеры

Расстояние между центрами тяжести сечений верхней и нижней частей колонны

e ≈ (0,45 … 0,55) bн – 0,5 bв = 0,5*750 – 0,5*400 = 175(мм).

Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести нижней части колонны.

eк ≈ 0,5 bн   = 0,5*750= 375(мм).

Постоянная нагрузка

Нагрузка на 1м² покрытия обычно подсчитывается в табличной форме на основании задания и принятого конструктивного решения. В Приложении приводятся справочные данные по нагрузкам и коэффициентам надежности по нагрузке γ_f для различных несущих и ограждающих элементов покрытия. Сбор нагрузок на ригель рамы для рассматриваемого примера представлен в таблице 2.1. При этом нагрузка от конструктивных элементов, не рассчитываемых в курсовом проекте, принимается ориентировочно.

 

Таблица 2.1

№ п/п	Наименование	pd1n, кПа	γf	pd 1, кПа
1.	Защитный слой (гравий)	0,4	1,3	0,52
2.	Рубероид	0,2	1,3	0,26
3.	утеплитель	0,1	1,3	0,13
4.	пароизоляция	0,05	1,2	0,065
5.	Прогоны+профнастил	0,25	1,05	0,325
6.	Собственный вес МК	0,25	1,05	0,325
	Итого:	1,25		1,495
Временная нагрузка
7.	Снеговая	2.01	1	2.01

6 снеговой район, поэтому по таблице 10.1 [7] получаем Sg =3 кПа, тогда

S 0 = ce * ct * µ * S g =0,67*1*1*3=2.01 (кПа).

Грузовая площадь

=(3/2+3/2)*(6/2+6/2)=18

Узловая нагрузка

 

Погонная постоянная нагрузка

кН

 

Ветровая нагрузка

Согласно п.11.1.2 [7] нормативное значение ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней wm  и пульсационной wp  составляющих.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm  в зависимости от эквивалентной высоты ze  над поверхностью земли следует определять по формуле (11.2) [7]

wm =w0k(ze)c,

где w0 - нормативное, значение ветрового давления,

k(ze) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze и определяемый по таблице 11.2 или по формуле (11.4) [7] в зависимости от типа местности;

с - аэродинамический коэффициент, определяемый по приложению В.1 [7].

Нормативное значение ветрового давления w0 принимается в зависимости от ветрового района по таблице 11.1 [7]. II ветровой район, поэтому из таблицы 11.1 имеем w0=0,30кПа.

Эквивалентная высота ze определяется по п.11.1.5 [7] следующим образом.

1. Для башенных сооружений, мачт, труб и т.п. сооружений ze  = z.

2. Для зданий:

а) при h ≤ d → ze   = h;

б) при d < h ≤ 2 d:

для z ≥ h - d → ze   = h;

для 0 < z < h – d → ze   = d;

в) при h > 2 d:

для z ≥ h – d → ze   = h;

для d < z < h - d → ze   = z;

для 0 < z ≤ d → ze   = d.

Здесь z - высота от поверхности земли;

d - размер здания (без учета его стилобатной части) в направлении, перпендикулярном расчетному направлению ветра (поперечный размер);

h - высота здания.

В рассматриваемом случае высота здания от уровня земли до верха покрытия h = 15,8м, а длина здания по заданию d = 108 м, поэтому ze  = h и по таблице

11.2 [7] для типа местности «А» находим по интерполяции k (15,8) =1,15. Нам понадобятся также значения последнего коэффициента на уровне верха колонны и на высоте 10м  от уровня пола – k (12,6) = 1,075, k (10,0) = 1,0.

Согласно приложению В.1.2    [7], для наветренной стороны здания с = 0,8, а для подветренной стороны – c’ = 0,6.

Расчетная погонная ветровая нагрузка находится по формуле

причем, согласно п.11  [7],  коэффициент  надежности  по  нагрузке  для  ветровой нагрузки  f   =, поэтому

- для наветренной стороны здания

p l 2, 5= 0,17*0,75*0,8*1*1*6 =1,62  (кПа),

p l 2, к = 0,17*1,075*0,8*1*1*6 = 2.33 (кПа),

p l 2, ф = 0,17*1,15*0,8*1*1*6 = 2.48(кПа),

 

- для подветренной стороны

p` l 2, 5= 0,17*0,75*0,6*1*1*6 =2.16 (кПа),

p` l 2, к = 0,17*1,075*0,6*1*1*6 = 3.096 (кПа),

p` l 2, ф = 0,17*1,15*0,6*1*1*6 = 3.312 (кПа),

Рис. 2.2

- для наветренной стороны здания

pl   2, экв =  p l 2, 5*1,07=1.62*1,07 (кН/м),

- для подветренной стороны

p`l   2, экв= p` l 2, 5*0,92=2.16*1,07 =     (кН/м),

Помимо распределенной ветровой нагрузки на колонны здания следует учесть давление ветра на боковые плоскости покрытия (шатер). Это давление обычно прикладывается в уровне нижних поясов стропильных ферм в виде сосредоточенных сил. Значение величины давления ветра на шатер с наветренной стороны равно площади части фактической эпюры  ветрового давления ограниченной отметками низа стропильной фермы (+16,600) и верха (+20,100) покрытия:

- для наветренной стороны здания

- для подветренной стороны

Нагрузка от мостовых кранов

Поскольку, согласно заданию на курсовой проект, проектируется здание механосборочного цеха, в котором краны проводят технологические и перегрузочные работы средней интенсивности, по таблице А.1 приложения А [7] режим их работы 5К. Согласно п. 9.13 [7] вертикальные нагрузки при расчете прочности и устойчивости рам, колонн, фундаментов, а также оснований в зданиях с мостовыми кранами следует принимать не более чем от двух наиболее неблагоприятных по воздействию кранов.

Расчетное вертикальное давление двух сближенных кранов на колонну, к которой приближены тележки с грузом.

где   – коэффициент надежности по нагрузке для крановой нагрузки,   = 1,2 ([7], п. 9.8);

  = 1 – коэффициент сочетаний для крановой нагрузки([7], п. 9.18);

– коэффициент надежности по нагрузке для постоянной нагрузки от собственного веса подкрановых конструкций, = 1,1 ([7], табл. 7.1)

F_Kimax   – нормативное максимальное вертикальное давление колеса крана на путь (Приложение, таблица П.1). В проекте допускается принимать среднее значение.

F_{K, max} =315кН,

уi  – ординаты линии влияния опорного давления подкрановых балок на колонну.

Два сближенных крана устанавливают на подкрановых балках относительно расчетной рамы таким образом, чтобы значение F K max × å y i было наибольшим. Обычно это имеет место в случае, когда крайнее колесо одного крана расположено по оси рассматриваемой рамы (рис. 2.3).

D max= 315(0.15+0.8*1)*1,1 =675 (кН).

Dmin= 95(1+0,58+0.15)*1,1 = 203.75(кН), причем

n 0 =2– число колес с одной стороны крана;

Q – грузоподъемность крана (по основному крюку) в тс;

Gк – вес крана в кН.

Dmin определяется по той же формуле, что и Dmax, но с заменой FKmax  на Fmin.

В соответствии с п.9.4 [7] нормативное значение горизонтальной нагрузки , направленной поперек кранового пути и вызываемой торможением тележки, для кранов с гибким подвесом груза следует принимать равным 0,05 суммы подъемной силы крана и веса тележки. Эту нагрузку следует учитывать при расчете поперечных рам зданий и балок крановых путей. При этом принимается, что нагрузка передается на одну сторону (балку) кранового пути, распределяется поровну между всеми опирающимися на путь колесами крана и может быть направлена как внутрь, так и наружу рассматриваемого пролета.

Рис. 2.3

GТ =380кН – собственный вес тележки (Приложение, таблица П.1).

Расчетное горизонтальное давление мостовых кранов на колонну:

Т = g n × g f × y × T n _K  å y i = 10,5(1+0,575+0,9+0,475)*1,1= 23 (кН)

Согласно п.9.6 [7] горизонтальные нагрузки от торможения моста и тележки крана считаются приложенными в месте контакта ходовых колес крана с рельсом. В курсовом проекте для упрощения расчета допускается прикладывать давление Т на уровне уступа в месте изменения сечения колонны.

После окончания сбора нагрузок целесообразно изобразить расчетную схему рамы с действующими на нее нагрузками.

Расчет колонны

Проектирование ступенчатой колонны производственного здания – достаточно сложная и объемная задача. В курсовом проекте обычно по- дробно выполняется подбор сечений верхней сплошной и нижней сквозной частей колонны, осуществляется расчет узла сопряжения верхней и нижней ее частей, базы и соединительной решетки. Остальные узлы и детали принимаются по конструктивным соображениям без расчета, хотя это и не совсем правильно.

Рассмотрим далее основные выполняемые в курсовом проекте этапы проектирования колонны. Их порядок строго определен и должен совпадать с принятым в настоящем пособии.

Выбор невыгодного усилия

Св	+Мmax Nсоот	+Мmax Nсоот	Nmax
			+Мсоот	-Мсоот
Мсв	134.8	-61,5	121.1	-57.36
Nсв	107	237	252.4	252

 

М	153	121.1
N	234	252.4
P=M/bв	337	302
N/2	54	126
Nполн	391	428.5

 

Св	+Мmax Nсоот	+Мmax Nсоот	Nmax
			+Мсоот	-Мсоот
Мса	82	183	50	161
Nса	238	682	8.2	827
Ма	354	410.0	266	381
Nа	281	813	827	827

 

М	410.0	381
N	813	827
P=M/bв	548	508
N/2	406.5	413.5
Nполн	954	921.5

 

Поперечная рама производственного здания

Задание на проектирование

Необходимо запроектировать стальные конструкции механосборочного цеха пролетом 24 и длиной 72 метра. 6-снеговой, 6-ветровой районы. Продольный шаг колонн здания принять равным 6 метров. Покрытие теплое, состоящее из следующих перечисляемых сверху-вниз слоев:

1. Защитный слой (гравий)

2. Рубероид

3. утеплитель

4. пароизоляция

5. прогоны + профнастил

6. стальные фермы.

    Колонны здания принять ступенчатыми с верхней сплошной и нижней сквозной частями. Соединение ветвей нижней части колонны выполнить при помощи решетки из равнополочных уголков. Здание оборудовано двумя электромостовыми кранами грузоподъемностью 30т, проводящими технологические и перегрузочные работы средней интенсивности.

    Отметка головки кранового рельса 8.5м. Сопряжение колонны с фермой выполнить шарнирным. Класс бетона для фундаментов В15. Стены здания – навесные. Сталь для несущих конструкций здания принять самостоятельно по [6]. Объект нормального уровня ответственности. Здание строится на открытой местности.