Курсовое и дипломное проектирование

В.С. КУЗНЕЦОВ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

КУРСОВОЕ И ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

 

 

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в качестве учебного пособия для студентов, специальности «Промышленное и гражданское строительство»

 

 

Издательство Ассоциации Строительных Вузов

Москва 2011

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ……………………………………………………

1. Общие положения…………………………………………

1.1. Основные сведения по компоновке поперечной рамы…….

1.2. Нагрузки, действующие на поперечную раму. ……………

1.2.1. Постоянные нагрузки …………………………….

1.2.2. Временные нагрузки ……………………………..

1.3. Статический расчет поперечной рамы ……………………

1.3.1. Традиционный расчет……………………………

1.3.2. Расчет в программе “SCAD”…………………….

1.4. Комбинации усилий …………………………………………

1.5. Колонны ОПЗ………………………………………………..

1.6. Фундаменты под колонны ОПЗ…………………………..

1.7. Стропильные конструкции ОПЗ ………………………….

2. Пример расчета……………………………………….

2.1. Компоновка поперечной рамы………………..

2.2. Постоянные нагрузки………………………….

2.3. Временные нагрузки…………………………

2.4. Статический расчет рамы……………………

2.5. Таблицы расчетных усилий…………………

2.6. Расчет прочности крайней колонны …………………

2.7. Расчет прочности средней колонны

2.8. Конструирование колонны…………………

2.9. Проектирование фундамента …………………….

2.10. Проектирование стропильной фермы

2.10.1. Определение усилий в элементах фермы………

2.10.2. Расчет прочности элементов фермы

2.10.3. Расчет трещиностойкости элементов фермы…….

2.10.4. Конструирование фермы……………………

Приложение ……………………………………………………………

Технический словарь …………………………………………

Литература ……………………………………………………………………

1.1. Основные сведения по компоновке поперечной рамы

Одноэтажные сборные каркасные здания состоят: из колонн с фундаментами, стропильных балок, ферм или арок, подкрановых и обвязочных балок, горизонтальных и вертикальных связей, а также световых и аэрационных фонарей и плит покрытия. Железобетонные каркасы, как правило, проектируются с унифицированными пролетами 6-12-18-24-30-36- 42-48м и шагом колонн 6 и 12м, 18 и 24м. На железобетонные колонны, жестко заделанные в фундаменты, поверху опираются ригели покрытия рис.1.1.

В зависимости от типа соединения ригеля с колонной поперечные рамы могут быть шарнирные или жесткие (бесшарнирные). Если соединение ригеля с колонной осуществляется при помощи анкерных болтов, гаек или стальных закладных деталей, то оно рассматривается как шарнирное. При сварке выпусков арматуры ригеля и колонны соединение рассматривается как жесткое.

Жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается поперечными рамами; вдоль здания продольными рамами, образованными из колонн, диска покрытия, подкрановых балок и связей.

При большой протяженности здания делят температурно-усадочными швами на отдельные блоки, назначение которых уменьшить температурные и усадочные деформации. Если шов температурно-усадочный, то фундамент должен быть под спаренные колонны раздельный, а если температурный, то общий. Для ОПЗ из сборных каркасных конструкций длина блока не должна превышать 72 м для теплых (отапливаемых зданий) и 48 м для холодных зданий. Каждый такой блок работает как отдельная пространственно - деформируемая система.

Для пропуска верхней части торцовых фахверковых колонн между стеной и торцовой фермой, ферма отодвигается от торцовой стены, для чего геометрическая ось смещается с поперечных разбивочных осей на 500 мм. Низ первой панели располагается на отметке ±0.00. Высота оконных проемов, как правило, принимается равной высоте панелей. Предельная высота окна без разрыва 7,2 м. Высота панелей кратна 0,6 м, т.е. 1,2, 1,8, 2,4. Привязка колонн к разбивочным осям 0 или 250. Нулевая привязка применяется в случае одновременного выполнения трех условий: В≤6м, Q<30 тс, Н₁<16,2м. Высота колонн от нулевой отметки «± 0,00» до низа стропильной конструкции должна быть кратна 0,6м, (7,2 - 7,8 - 8,4 - 9,0 - 9,6 и т.д.). Расстояние от разбивочной оси до оси подкрановой балки λ при кранах грузоподъемностью Q ≤ 50 тс принимается 750 мм.

λ=В₁+h_в+С - на крайней колонне при нулевой привязке,

λ=В₁+h_в+С-250, на крайней колонне при привязке 250 мм,

где В₁ – габарит крана (из справочника или паспорта крана), h_в – высота сечения верхней части колонны, с – требуемый конструктивный зазор.

При предварительном выборе формы и размеров колонн руководствуются следующими рекомендациями. Сплошные колонны назначаются при L ≤ 24 м; Q ≤ 30 тс; ОГР ≤ 10м. При других условиях применяются сквозные колонны.Высота сечения верхней части крайней колоны h_в ≥ H_В/10; h_в = 400, 500, 600 мм (обычно принимаемые). Ширина сечения верхней части назначается из условий: b ≥ 400, если В = 6 м, в ≥ 500мм, если В = 12 м, b ≥ H/25. Высота сечения нижней части назначается из условия h_н ≥ H₂/10. Если высота сечения h_н ≥ 1000 мм, то необходимо проектировать сквозную колонну. Средние колонны проектируются, как правило, двухветвевыми. Ширина сечения верхней части средних колонн назначается, так же как и ширина крайних колонн. Высота сечения стоек h_с = =(250 ÷ 300) мм, расстояние между распорками по высоте колонны S = 1800 ÷ 2500мм. Высота колонн определяется в зависимости от ОГР, габаритов крана, зазоров, высоты подкрановой балки и подкранового рельса.

H_в = а₁ + Н_кр + h_кр + h_ПБ. H_н = ОГР – h_кр – h_ПБ + а_2. H = H₁+H₂

Н_кр – высота крана определяется из справочника, h_кр– высота кранового рельса с прокладками, h_ПБ – высота подкрановой балки. В курсовом проекте для предварительных расчетов можно принять: при шаге колонн В= 6м высоту подкрановой балки h_ПБ =1,0м; вес балки G=4,2тс; при шаге колонн В =12м; h_ПБ =1,4м; G =11,5тс.

Для обеспечения безопасной работы крана между стропильной конструкцией и верхней точкой крана оставляется зазор а₁, принимаемый не менее 150мм, а для обеспечения сохранности фундамента при механизированной засыпке пазух и планировке, расстояние от обреза фундамента до уровня чистого пола а₂ принимается 150÷600мм.

 

Нагрузка от веса колонн.

Нагрузка от веса колонны определяется как произведение объема колонны на плотность применяемого материала. Эксцентриситет силы от веса верхней части колонны определяется приближенно, из-за невозможности реального учета эксцентриситета, вследствие больших высот надкрановых частей колонн.

 

Эксцентриситет усилия от веса нижней части колонны равен нулю.

Расчетные усилия от собственного веса верхней части колонны.

N₄^в = G^в_к = h_в b H_в γ_f γ_n ρ.

Расчетные усилия от собственного веса нижней части колонны.

N₄^н = G^н_к = h_н b H_н γ_f γ₂ ρ.

Здесь ρ – средняя плотность железобетона, Для элементов из тяжелого бетона с содержанием арматуры менее 3% ρ =2500кг/м³, h, b, H – размеры расчетного участка колонны, γ_n – коэффициент надежности по назначению здания. γ_{f –} коэффициент надежности по нагрузке.

1.1.2. Временные нагрузки на поперечную раму ОПЗ

Временные нагрузки подразделяются на длительные и кратковременные.

Временными являются нагрузки от давления ветра, снеговые и крановые нагрузки. К временным длительным нагрузкам относятся 50% снеговой и 50% вертикальной крановой нагрузки для кранов режимов 4к–6к /12/.

Ветровая нагрузка

Значения коэффициента Се3 Таблица 2
В/L	Значения се3 при
h/L≤0,5	h/L=1	h/L≥2
≤ 1,0	-0,4	-0,5	-0,6
≥ 2	-0,5	-0,6	-0,6

Величина ветрового напора (давления) зависит от высоты здания, типа местности, направления ветра. Различают активное давление (наветренная сторона) и пассивное давление (подветренная сторона), зависящее от формы здания. По СНиП 2.01.07-85* различают три типа местности А, В, С, например: А – открытая местность, В–городская застройка. Изменение ветрового напора по высоте оценивается коэффициентом k_i.

Наветренное или подветренное значения давление ветра учитываются аэродинамичес к им коэффициентом с_е. Величины аэродинамических коэффициентов «с_е3» для зданий с плоскими или двускатными с углом наклона до 60⁰ покрытиями можно определить по таблице 2 или по /11/. На схеме (рис.4) и в таблице 2 приняты обозначения: h-высота здания, В-длина здания, L-ширина здания. Обычно, реальную схему давления ветра заменяют эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой (рис.5), которая определяется из равенства момента от реального значения k и момента в заделке колонны от равномерно распределенной нагрузки, с ординатой равной k_экв.

 

 

В приведенных формулах приняты обозначения: P^Н_о – нормативное значение давления ветра, зависящее от района и типа местности, определяется по /11/ СНиП 2.01.07-85*, «Нагрузки и воздействия»; (0,8-0,5) - аэродинамический коэффициент, устанавливается по СНиП или по таблице 2; k_экв –эквивалентное значение коэффициента k; γ_n – коэффициент надежности нагрузки γ_n =1,4; γ_f– коэффициент по назначению здания; В – шаг поперечных рам (грузовая ширина нагрузки на одну промежуточную поперечную раму).

 

 

Рис. 5. К определению эквивалентных ветровых нагрузок

 

Равномерно распределенную нагрузку выше уровня головы колонны при ручном счете удобно заменить сосредоточенной силой W, собранной с грузовой площади с размерами В(Н₁ – Н). Слева W₁=P_экв(Н₁-Н), справа W´₁= P´_экв(Н₁-Н).

Поскольку в статическом расчете жесткость ригеля в плоскости поперечной рамы задается бесконечной, то сосредоточенную силу можно переносить вдоль линии ее действия. Перемещая силу W₂ к силе W₁, получим общее значение сосредоточенной силы W, действующей на раму на уровне оголовка колонны (низа стропильной конструкции).

W = W₁ + W₂ = (P_экв+ PC_экв)(H₁ – H).

Снеговая нагрузка

Нормативная снеговая нагрузка на 1м² горизонтальной поверхности S_0n определяется в зависимости от района строительства по /11/. Коэффициент надежности по нагрузке γ_f = 1,4. Длительная часть снеговой нагрузки составляет половину от нормативной величины. В расчетах необходимо учитывать уменьшение снегового покрова за счет действия ветра. При покрытиях, наиболее часто встречающихся в практике, (пологие с уклоном < 12% или f/L < 0,05, без фонарей), следует снижать нагрузку умножением на коэффициент с_е1. Для зданий других форм и уклонов кровли снеговую нагрузку необходимо определять, руководствуясь СНиП.

Если скорость ветра «v» за три холодных месяца больше или равна 2 м/с

с_е1 =1,2 - 0,1v√k)(0,8+0,002b),

где k- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте на уровне покрытия, b – ширина покрытия, но не более 100м. Если в нормах задается сразу расчетная снеговая нагрузка S₀, то расчетное усилие, передаваемое на крайнюю колонну, определяемое по формуле.

N_сн= с_еs₀γ_nBL/2.

Усилие на среднюю колонну удваивается.

Крановые нагрузки

Максимальное усилие на колонну определяется по линиям влияния опорной реакции подкрановой балки от двух сближенных кранов. Габариты крана, необходимые для размещения его на подкрановой балке при вычислении линий влияния, а также вес тележки и моста крана, максимальное и минимальное давление на рельс принимаются по паспортным данным, по каталогу на мостовые краны или таблице 3.

 

Максимальное Д_max и минимальное Д_min вертикальные усилия на колонну, а также горизонтальное усилие Т определяются как произведение максимального давления или минимального давления колеса крана на сумму ординат линий влияния.

Д_max = P_max ∑y_i; Д_min= P_min ∑y_i; T = ±T_max∑y_i.

 

Эксцентриситеты приложения крановых нагрузок совпадают с эксцентриситетами, определенными для подкрановых балок.

е_0н=0,75+0,25-h_н/2.

M_max =Д_max e_0н; M_min= Д_min e_0н.

 

 

Таблица 3

Основные технические параметры мостовых кранов.

Грузоподъемность и габариты мостовых кранов среднего режима работы с двумя крюкам и четырьмя опорными колесами
Пролет здания L, м.	Пролет крана Lкр, м/	Грузоподъемность крана Q,тс/	Основные размеры, мм.	Давление колеса на рельс, кН.	Вес, кН.
Длина М.	База К.	Высота Н.	Зазор b.	Максимальное Рn,max	Минимальное Рn,max	Тележки G	Крана Gкр
	17,0	15/3
	22,5
	28,5
	16,5	20/5
	22,5
	28,5
	16,5	30/5
	22,5
	28,5

 

 

Моменты от вертикальных крановых нагрузок приложены к нижней части колонны, а усилие от тормозной силы тележки в уровне верхнего пояса подкрановой балки. Нормативное значение горизонтальной нагрузки, направленной поперек кранового пути и вызываемой торможением электрической тележки, следует принимать для кранов с гибким подвесом груза - 0,05 суммы подъемной силы крана и веса тележки /11/.

1.3. Статический расчет поперечной рамы

Раму можно рассчитывать любым способом, в том числе с помощью различных компьютерных программ (Лира, Scad и др.). Для ручного счета наиболее удобен метод перемещений, по которому неизвестным является одно горизонтальное перемещение Δ. Для этого основная система подвергается единичному горизонтальному перемещению Δ=1. При этом в колоннах возникают моменты и реакции R_Δi (R_Δ1, R_Δ2, R_Δ3). Затем к раме прикладываются временные нагрузки и определяются основные усилия.

Каноническое уравнение метода перемещений С_dimr₁₁Δ+R_1p=0.

Здесь

r₁₁ = ∑ R_Δi – сумма реакций колонн рамы от единичной нагрузки,

R_Δ1 = ∑ R_Δi - сумма реакций верха колонн от нагрузки,

Δ – горизонтальное перемещение верха колонны от внешнего воздействия.

R_Δi – реакция верха каждой колонны от единичного перемещения Δ=1

С_dim –коэффициент, учитывающий пространственную работу каркаса.

 

Определяется r₁₁ – суммарная реакция связи от единичного смещения

 

Определяется реакция каждой колонны R_i от силовых воздействий M, N, T, P, W по таблицам. Допускается в курсовом проекте определять усилия в колоннах от вертикальных нагрузок без учета горизонтальных перемещений.

1.4. Составление таблицы расчетных усилий

Расчет конструкций по предельным состояниям I и II групп выполняют с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок или усилий. Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия временных нагрузок или их отсутствия.

Различают основные и особые сочетания нагрузок.

1. Основные сочетания, состоят из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок.

2. Особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок (в пособии не рассматриваются).

В основных сочетаниях следует рассмотреть вариант с учетом действия всех нагрузок (коэффициент условий работы бетона γ_b1=1,0) и дополнительный, состоящий из постоянных и длительных нагрузок, (коэффициент условий работы бетона γ_b1=0,9).

При учете сочетаний, включающих постоянные нагрузки и не менее двух временных, расчетное значение временных нагрузок, следует умножить на коэффициент сочетаний ψ, принимаемый для длительных нагрузок ψ = 0,95, для кратковременных нагрузок ψ = 0,9 для групп режимов кранов 1К–6К.

При учете основных сочетаний, включающих постоянные нагрузки и одну временную нагрузку (длительную или кратковременную), коэффициенты y=1.

За одну временную нагрузку принимается нагрузка от одного мостового крана или нагрузка от нескольких мостовых кранов с учетом коэффициента ψ. При учете двух кранов для групп режимов кранов 1К–6Кψ = 0,85.

К длительным нагрузкам относятся:

· вертикальные нагрузки от мостовых кранов с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения вертикальной нагрузки от одного крана в каждом пролете на коэффициент 0,5 для кранов режимов работы 1К-6К; 0,6 - для группы режима работы кранов 7К; 0,7 - для группы режима работы кранов 8К. Группы режимов работы кранов принимаются по ГОСТ 25546-82.

· снеговые нагрузки с пониженным расчетным значением, определяемым умножением полного расчетного значения на коэффициент 0,5.

1.5. Колонны ОПЗ

Железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий выполняются сплошного или сквозного сечения. Сплошные колонны применяются при пролетах l < 24м, грузоподъемности крана Q_кр ≤ 30т и высоте головки рельса Hр ≤ 10 м. В остальных случаях рекомендуется использовать сквозные колонны.

Высота поперечного сечения принимается кратной 50мм, ширина кратной 20 мм. Ширина надкрановой части колонн принимается не менее 400 мм при шаге колонн 6м не менее 500 мм при шаге 12м. Во всех случаях ширина колонны ≥ 1/25Н_н. Для подкрановой части высота сечения h_н ≥ (1/9÷1/12)Н_н. Высота сечения ветвей в сквозной колонне принимаются 250÷300 мм. Проемы выполняются высотой 1800÷2400 мм, высота сечения распорок 400 мм. Нижняя распорка высотой сечения 250 мм устраивается в уровне пола. Высота первого проема от пола должна приниматься не менее 2000 мм, чтобы обеспечить технологический проход.

№	Вид закрепления	При вычислении коэффициентов
ψv	ψh
	Шарнирное опирание на двух концах	1,0 l	-
	Шарнирное опирание на одном конце и жесткая заделка на другом	0,7 l	1,5 l
	Шарнирное опирание на одном конце и податливая заделка на другом	0,9 l	2,0 l
	Жесткая заделка на двух концах	0,5 l	0,8 l
	Податливая заделка на двух концах	0,8 l	1,2 l
	Податливая заделка на одном конце и жесткая на другом	0,7 l	1,0 l
	Жесткая заделка на одном конце и незакрепленный конец на другом	-	2,0 l

Расчет колонн осуществляется по результатам статического расчета в нескольких расчетных сечениях, количество которых зависит от высоты колонны и характера напряженного состояния. В каждом сечении действуют изгибающий момент M, продольная сила N, поперечная сила Q. Для колонны сплошного сечения поперечную силу Q не учитывают.

При проведении расчетов прочности эксцентриситеты е₀ определяют с учетом прогибов. В соответствии с СП 52-01-2004 и /11/ прочность сжатых элементов следует рассчитывать с учетом вида нагрузок, для чего в расчетной комбинации необходимо указать отдельно усилия от вертикальных (M_v, N_v) и горизонтальных (M_h, N_h) нагрузок. Разрешается рассчитывать конструкции по недеформированной схеме, а учет влияния прогибов оценивать путем умножения моментов на коэффициенты η_v и η_h

Расчетная длина определяются для верхней и нижней частей колонны в зависимости от условий закрепления отдельно при действии горизонтальных и вертикальных нагрузок.

Верхняя часть колонны рассматривается как элемент с шарнирным опиранием на верхнем конце (соединение со стропильной конструкцией) и податливой заделкой в подкрановой части колонны ψ_v =0,9 и ψ_h =2,0.

l ₀= ψ_v,(h)Н_в.

Нижняя часть рассматривается как элемент с податливой заделкой на одном конце и жесткой на другом. ψ_v =0,7 и ψ_h =1,0.

Гибкость колонны равна λ= l ₀ /r. Для прямоугольных сечений гибкость λ= l ₀ / h.

При гибкости λ= l ₀ / h более 4 учет прогибов обязателен /5/.

Суммарный момент от всех нагрузок М= М_v+М_h.

Нормальная сила от всех нагрузок N=N_v+N_h.

Начальный эксцентриситет приложения нагрузки e₀= M/N.

Для колонн каркасных зданий эксцентриситет e_0, равен значению эксцентриситета, полученного из статического расчета, но не менее е_а.

Случайные эксцентриситеты е_а принимаются не менее:

е_а= l /600, е_а= h/30, е_а= 0,01м.

При определении жесткости элемента следует учитывать длительность действия нагрузки введением коэффициента φ _l =1+ М_{1 l} /М₁, причем φ _l ≤ 2,0.

М₁= М+N(h₀-a')/2.

М_{1 l} = М_{1 l} +N _l (h₀-a')/2.

Жесткость элемента в предельной стадии

Здесь

α =Е_s/E_b –коэффициент приведения,

μ - коэффициент армирования. Предварительно назначают μ=0,01÷0,02.

δ_e=e₀/h, принимается не менее 0,15.

Условная критическая сила определяется отдельно от действия горизонтальных и вертикальных нагрузок

N_cr= π²D/l₀².

Вычисляются коэффициенты η_v и η_h

η_v(h)=1/(1-N/Ncr),

Расчетный момент с учетом прогибов колонны.

М=М_vη_v+М_hη_h.

Для двухветвевых колонн квадрат радиуса инерции определяется по формуле

Здесь

с - расстояние между осями ветвей,

n – количество проемов (панелей) в колонне,

h_в- высота сечения ветви,

ψ_v,(h) –коэффициент, зависящий от условий закрепления и вида нагрузки.

Приведенный радиус инерции

Приведенная гибкость сечения

λ= l ₀ /r_red

При гибкости колонны λ= l ₀ /r_red ≥ 14

необходим учет прогибов /5/.

Усилия в ветвях колонн

 

Изгибающий момент в ветвях находят при нулевой точке моментов в середине высоты панелей

Изгибающий момент в распорках

Поперечная сила в распорке

Если одна из ветвей окажется растянутой, то изгибающие моменты в сжатой ветви и в распорках вычисляют из условия воздействия всей поперечной силы на одну (сжатую) ветвь.

Продольное армирование ветвей и распорок осуществляется симметричной арматурой классов А400, поперечное арматурой А240. Продольная арматура распорок должна быть заведена в ветви на длину, обеспечивающую надежную анкеровку стержней.

Нижняя распорка обеспечивает прочность ветвей колонны при транспортировании и как правило, выполняется высотой 200÷250мм.

Фундаменты

Фундаменты служат для передачи нагрузок от вышележащих частей здания на основание. Конструктивно фундаменты могут выполняться ленточными, отдельно стоящими или в виде сплошной плиты. Отдельные фундаменты устраиваются под колонны при сравнительно прочных грунтах и шаге колонн более 6 метров. Ленточные фундаменты под ряды колонн устраивают при слабых или неоднородных грунтах и шаге колонн менее 6 метров.

Стропильные конструкции ОПЗ

В качестве стропильных конструкций в одноэтажных промышленных зданиях используются балки и фермы покрытий, арки. В качестве покрытий могут применяться конструкции на пролет и тонкостенные пространственные конструкции. Балки покрытий применяются, как правило, при пролетах до 18м. Фермы применяются при пролетах до 30м включительно и шаге колонн 6 и 12м. При пролетах до 36м и более применяют железобетонные арки или металлические фермы. Железобетонные фермы могут иметь различные очертания решеток, но наиболее выгодными с точки зрения статической работы являются сегментные фермы при очертании верхнего пояса совпадающего с кривой давления. Для снижения массы ферм в них применяются бетоны классов В30-В50, и допускается высокий процент армирования поясов. Широкое распространение имеют полигональные фермы с параллельными поясами, позволяющие более широко использовать механизацию при производстве кровельных работ. Фермы пролетом более 24 изготавливаются из двух полуферм, а решетку проектируют так, чтобы стык нижнего пояса располагался между узлами. Ширины поясов, назначают из условия двустороннего опирания плит покрытий 250-350мм. Нижний пояс выполняют с предварительным натяжением арматуры на упоры или на бетон. Напрягаемая арматура проволочная классов В_р1200- В_р1500, канатная классов К1400- К1500, стержневая классов А600- А1000. Продольное армирование верхнего пояса и решетки осуществляется арматурой классов А400-А500, поперечное классов А240, В500.

Расчет фермы должен производиться для стадий изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. При расчете фермы в стадии эксплуатации учитываются постоянные и временные нагрузки. Усилия от нагрузок считаются приложенными к узлам фермы, элементы решетки и пояса в узлах соединены шарнирно. Опорный узел фермы рассчитывается на отрыв (нарушение анкеровки), прочность нормальных и наклонных сечений. В промежуточных узлах рассчитывается поперечная и окаймляющая арматура. Нижний пояс и растянутый раскос должны быть проверены на трещиностойкость (наличие и ширина раскрытия трещин). В рамках курсового проекта расчет фермы может быть выполнен с помощью различных компьютерных программ и вычислительных комплексов.

2. Пример расчета

В соответствии с исходными данными запроектировать несущие конструкции одноэтажного двухпролетного каркасного промышленного здания.

Исходные данные. Здание отапливаемое двухпролетное. Длина здания 144м, пролет L=24м, шаг поперечных рам 12м, мостовой кран грузоподъемностью Q=30/10тс, режим работы крана 4К-6К, отметка головки рельса ОГР +9,8м, район строительства-Москва, район по давлению ветра –I, местность типа В, нормативное давление ветра 23кгс/м², (0,23кН/м²), по весу снегового покрова-III, расчетная снеговая нагрузка на 1м² горизонтальной поверхности 180кгс/м², (1,8 кН/м²), средняя скорость ветра за зимний период - 4м/сек. Условное расчетное сопротивление грунта R₀=0,25МПа. Стропильные конструкции - сегментные фермы с параллельными поясами, предварительная высота фермы 2200мм.

 

2.1. Компоновка поперечной рамы

Для начала проектирования выполним предварительные расчеты и назначения размеров элементов рамы. Здание, отапливаемое, длиной 144м разбиваем на два температурно-усадочных блока длиной 72м каждый /1/.

Высота колонн определяется в зависимости от ОГР, габаритов крана, зазоров, высоты подкрановой балки и подкранового рельса. Н_кр – высота крана из справочника равна 2750мм, h_кр– высота кранового рельса КР-150 с прокладками равна 150мм, h_ПБ – высота подкрановой балки при шаге колонн В = 12м равна 1,4м, а₁= 150мм.

H_В = а₁ + Н_кр+h_кр+ h_ПБ= 0,15+2,75+0,15+1,4=4,45м.

H_н = ОГР – h_кр – h_ПБ + а₂= 9,8-0,15-1,4+0,15=8,4м._.

H = H₁+H₂= H_В+ H_н= 4,45+8,4=12,85м.

Высота колонны от нулевой отметки до верха колонны (низа стропильной конструкции) Ĥ= Н-а₂= 12,85-0,15 = 12,7м.

Размер Ĥ должен быть кратным 0,6м из условия унификации сборных колонн и стеновых панелей и соответственно расположения закладных деталей. Для получения ближайшего кратного размера Ĥ необходимо изменить высоту верхней части колонны за счет увеличения зазора а₁ на 0,5м.

Принимая зазор а₁ = 0,65м, получаем окончательные размеры колонны

H_В = а₁ + Н_кр + h_кр + h_ПБ= 0,65+2,75+0,15+1,4=4,95м.

H_н = 8,4м.

H = H₁+H₂= H_В+ H_н= 4,95+8,4=13,35м.

Ĥ= Н-а₂= 13,35-0,15 = 13,2м (длина кратна 0,6м).

Предварительный выбор формы и размеров сечений колонн.

Колонны крайнего ряда. Проверяем условия: L=24м; Q= 30т ≤ 30тс; ОГР =9,8м ≤ 10 м. Условия выполняются - для крайних колонн выбираем сплошное сечение. Высота сечения верхней части колоны h_в ≥ H_В/10=4,95/10=495мм.

Принимаем h_в = 500мм. Ширина сечения назначается при шаге рам В = 12 м b ≥ 500мм и b ≥ H/25=13,35/25=0,534м. Принимаем ширину колонны b=500мм.

Высота сечения нижней части должна быть не менее H₂/10=8,4/10=840мм. Принимаем h_н=900мм.

Колонны среднего ряда. Средние колонны проектируются, как правило, двухветвевыми. Высоту сечения верхней части средних колонн назначаем аналогично высоте сечения крайних колонн, но с учетом условий опирания на среднюю колонну двух ферм. Принимаем высоту сечения надкрановой части средних колонн -600мм, ширину колонны -500мм, высоту сечения подкрановой части колонны -1200мм, стоек h_с - 300мм. Расстояние между осями распорок S = 2600мм, количество проемов n=3 (рис.8,9).

 

 

2.2. Постоянные нагрузки.

Ветровая нагрузка

 

Район строительства по давлению ветра – I, местность типа В, (нормативное давление ветра 23кгс/м²= 0,23кН/м²). Коэффициент k на высотах: 5м-0,5; 10м-0,65; 20м-0,85. Аэродинамический коэффициент с_е определяется при условиях В/L=144/48=3>2 и h/L =16,8/48=0,35<0,5. В соответствии с таблицей 2 с_е=0,8 с наветренной стороны и с подветренной стороны с_е3= -0,5. Коэффициент k на высоте +16,8м равен 0,65+(0,85-0,65)(20-16,8)/10=0,714.

Вычисляется момент в заделке колонны от ступенчатой нагрузки k.

М_з= 0,5·10²/2+0,5·5·0,15(5+2·5/3)+0,65·6,8(10+6,8/2)+0,5(0,714- 0,65)6,38(10+2·6,8/3) = 90,05.

При определении k_экв момент от равномерно распределенной нагрузки k_экв должен быть равен фактическому моменту М_з в заделке колонны от ступенчатой нагрузки k

М_экв= k_эквН²/2= М_з.

Отсюда находится k_экв=2М_з/ Н²= 2·90,05/16,8²=0,638.

Расчетная эквивалентная нагрузка от ветра на раму с наветренной стороны

 

Расчетная эквивалентная нагрузка от ветра на раму с подветренной стороны

Равномерно распределенную нагрузку выше уровня головы колонны заменяем сосредоточенной силой W

W = (P_экв+ P´_экв) (Н₁-Н)=(1,87+1,17)(16,8-13,2)=10,944кН.

 

Снеговая нагрузка.

Для района строительства (III район) расчетное значение снеговой нагрузки на 1м² горизонтальной поверхности 180кгс/м² =1,8 кН/м², длительная снеговая нагрузка 90кгс/м²,средняя скорость ветра за зимний период - 4м/сек. Уклон плоской кровли 3% менее 12%, скорость ветра 4м/сек больше 2м/сек. Коэффициент уменьшения снеговой нагрузки р