Приклад розрахунку поперечної рами каркасу одноповерхової промислової будівлі

Дані для проектування. Споруда двопролітна (рис. 10,а), опалювана, місце будівництва – район м. Полтави (місцевість відкрита). Споруда розбита на температурні блоки довжиною 72 м. Прольоти споруди L =24 м, крок колон В =12 м. Висота ліхтарів 3,35 м. Кожен проліт споруди обладнаний двома мостовими кранами легкого режиму роботи вантажопідйомністю Q=20/5 т. Відмітка верху кранової рейки Н₁ =8,15 м.

3.1. Конструктивна і розрахункова схеми рами

Покриття споруди утеплене. Плити покриття залізобетонні розміром 3´12 м. Кроквяні конструкції – залізобетонні сегментні ферми прольотом 24 м. Ліхтарні ферми залізобетонні. Підкранові балки залізобетонні розрізні h_п.б =1,4 м. Висота кранової рейки 159 мм (тип КР-100).

Крайні колони проектуються ступінчатими суцільними, прямокутного перерізу (так як Н₁ <10 м); середні колони (оскільки від дна приямка до верху головки кранової рейки 11,45 м >10 м) проектуються двовітковими.

а)

б)

Рис. 10. Поперечна схема рами будівлі: а) конструктивна; б) розрахункова

Розміри колон по висоті. Висота підкранової частини колони крайніх рядів (від верху підкранової консолі до верху фундаменту) при а₁ =0,15 м (див. рис.10,а) дорівнює:

Н_н1=Н₁-(h_пб+0,15)+а₁=8,15-(1,4+0,15)+0,15=6,75 м.

Те саме для колони середнього ряду:

Н_н2=6,75+3,3=10,05 м

Висоту верхньої надкранової частини всіх колон призначаємо залежно від габаритного розміру крана Н_кр =2400 мм (див. табл. 1) і висоти підкранової балки з рейкою:

Н_в=Н_кр+(h_пб+0,15)+а₂=2,4+(1,4+0,15)+0,15=4,1 м.

Приймаємо Н_в =4,2 м, що відповідає уніфікованому розмірові висоти будівлі (Н =10,8 м).

Висота колон (від верху фундаменту):

крайніх – Н_к1=Н_н1+Н_в1=6,75+4,2=10,95 м;

середніх – Н_к2=Н_н2+Н_в2=10,05+4,2=14,25 м.

Прив’язку крайніх колон до поздовжніх розбивних осей при кроці 12 м приймаємо рівною 250 мм.

З’єднання ферм покриття з колонами виконують шляхом зварювання закладних деталей і в розрахунковій схемі вважають шарнірним (рис. 8,а).

Зовнішні стіни – панельні, товщиною 300 мм, висота стін (відмітка верху) 12,6 м; засклення стрічкове. Навантаження від ваги нижньої ділянки стіни із заскленням висотою 7,2 м передається безпосередньо на фундамент, а навантаження від ваги стін вище відмітки 7,2 м передається безпосередньо на колону (на рівні відмітки 7,2 м).

Розрахункова схема рами показана на рис. 10,б; осі стійок рами прийняті суміщеними з осями надкранових і підкранових частин колон.

 

3.2. Визначення навантаження на раму

Постійне навантаження

Навантаження від 1 м² покриття (без урахування ваги кроквяних конструкцій) наведено в табл.7.

Таблиця 7

Вид навантаження	Нормативне, кН/м^2	Коефіцієнт надійності за навантаженням, (g f)	Розрахункове, кН/м^2
Огороджуюча частина покриття (без врахування з/б плит)	0,9	1,2	1,08
З/б плити покриття (з врахуванням заповнення швів)	2,05	1,1	2,26
Всього	2,95	-	3,34

 

Розрахункове навантаження ферми на колону:

- від ваги покриття - 3,34´В´L/2=3,34´12´24/2=480 кН;

- від ваги ферми (див. табл.2) - 0,5´g_ф´n=0,5´148´1,1=82 кН;

- від ваги ліхтаря (2,5 т) - 0,5´25´1,1=14 кН;

- від ваги засклення (табл.3) і бортів ліхтаря (20 кН) - (0,4´3,35´12+20)´1,1= 40 кН.

Усього 616 кН.

Розрахункове навантаження від ваги покриття:

- на крайню колону - N_n1 = 616 кН;

- на середню колону - N_n2=2´616=1232 кН.

Розрахункове навантаження на крайню колону від ваги стінових панелей (å h_ст =4,2 м - див. рис.10,а) і засклення (h_зас =1,2 м), розміщених над відміткою 7,2 м:

N_ст=(g_ст´åh_ст+g_зас´h_зас)´В´n=(2,5´4,2+0,4´1,2)´12´1,1=145 кН;

g_ст і g_зас - див. табл.3.

Навантаження від ваги сталевих підкранових балок умовно (зважаючи на незначну вагу) в даному прикладі не враховуємо.

Снігове навантаження. Вага снігового покриву для м. Полтава (табл.5) - S ₀ =0,7 кН/м².

Розрахункове снігове навантаження на 1 м² покриття:

Р_сн=р₀´с´n=0,7´1´1,4=0,98 кН/м²,

Розрахункове навантаження на колони від снігу:

- на крайню колону: повне - N_сн1=р_сн´В´L/2=0,98´12´24/2=201,6 кН;

- на середню колону: повне - N_сн2=2´N_сн1=2´201,6=403,2 кН;

Навантаження від кранів. Вантажопідйомність крана Q=20 т (200 кН) згідно з табл.1: проліт крана 22,5 м, вага крана 36 т (360 кН), вага візка G = 8,5 т (85 кН), нормативне максимальне навантаження від одного колеса Р_max=220 кН.

Розрахункове навантаження одного колеса (при γ _f =1,2):

максимальний ¾ Р_max=220´1,2=264 кН;

мінімальний ¾ P_min=((200+360)/2-220)´1,2=72 кН.

Розрахункова поперечна гальмівна сила:

Т_п=0,05´(Q+G)´=0,05´(200+85)´1,2=17 кН.

На одне колесо крана передається Т₁=0,5´17=8,5 кН.

Розрахункове навантаження на колону від двох зближених кранів. Відстань між колесами моста вздовж кранового шляху К =4,4 м, ширина моста В_кр =6,3 м (див. табл.1).

Завантажуємо епюру впливу тиску підкранових балок на колону двома кранами як показано на рис. 11,а;

а)
б)
Рис.11. Визначення навантаження на колону від мостових кранів

тоді: åу=0,633+1+0,841+0,475=2,95.

Завантажуємо ту ж епюру одним краном (рис.11,б), маємо

åу₁=1+0,633=1,633.

Вертикальне навантаження на колону:

Від двох зближених кранів з коефіцієнтом поєднання n_с= 0,85:

max N_кр=Р_max´åу´n_с=264´2,95´0,85=662 кН;

min N_кр=P_min´åу´n_с=72´2,95´0,85=180 кН;

від чотирьох кранів (на середню колону) з коефіцієнтом поєднання n_с=0,7:

N_кр=2´Р_max´åу´n_с=2´264´2,95´0,7=1100 кН;

від одного крана (тривале) розрахункове значення з коефіцієнтом 0,6:

max N_кр^т=Р_max´åу₁´0,6=264´1,633´0,6=258кН;

min N_кр^т=Р_min´åу₁´0,6=72´1,633´0,6=70,5 кН.

Горизонтальне навантаження на колону від двох кранів з коефіцієнтом n_с=0,85:

Т=Т_п1´åу´n_с=8,5´2,95´0,85=212 кН.

Вітрове навантаження. Швидкісний напір вітру для м. Полтави (район 2, див. табл. 6) на висоті 10 м над поверхнею землі w₀ =0.3 кН/м², а на висоті 20 м – w₀´k =0,3´1,25=0.375 кН/м², (значення k див. рис.5); для частини споруди, розташованої понад відміткою 10 м, приймаємо середнє значення швидкісного напору вітру, яке дорівнює

0,5(w₀+w₀´k)=0,5´(0,3+0,375)=0,338 кН/м².

Аеродинамічні коефіцієнти приймаються, як показано на рис.6.

Розрахунковий тиск вітру на 1 м² поверхні огороджувальних конструкцій (див. рис.12) при коефіцієнті надійності за навантаженням γ _f =1,2:

q₁=0,3´0.8´1.2=0,288 кН/м²; q₂=0,338´0.8´1.2=0,324 кН/м²; q₃=-0,30´0.5´1.2=-0,18 кН/м²;

q₄=-0,338´0.5´1.2=-0,203 кН/м²; q₅=-0,338´0.6´1.2=-0,243 кН/м².

Рис. 12. Визначення вітрового навантаження, яке діє на раму