Проектирование стального каркаса одноэтажного здания сборочного цеха машиностроительного завода

соответствии с [4] расчётное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли для 4 снегового района s₀ = 2.4 кПа.

Линейная распределенная нагрузка от снега на ригель рамы по формуле:

q_cн = g_н* s* b= 0.95* 2.4*4 =9.12 кН/м,

где s- полное расчётное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять:  s = s₀*µ = 2.4 * 1=2.4 кН/м²,

при уклоне кровли α< 25˚µ=1, [4], стр.25; b- шаг ферм.

            Опорная реакция ригеля:

F_R = 9.12 * 27 /2 = 123.12 кН

Опорная реакция подстропильной фермы:

Шаг колонн превышает шаг ферм в 4 раза

F_пф= 3*F_R, где F_R- опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки.

F_пф= 3*123.12=369,36 кН

Вертикальные усилия от мостовых кранов.

По приложению 1 [1] находим характеристики кранов.

K = 5600 мм, В = 6860 мм, F_{k max} = 397,5 кН.

Максимальное давление кранов на колонну - D_max

D_{max =} g_н (g_ƒ*ψ*() + g_ƒ *G_n*B)+g_н*g_ƒ*G = 0.95*(1.1*0.85*397,5*1.6+

+ 1.05*0.25*16*13,5) + 0.95*1.2*1.5 = 620.5 кН,

где G=1.5 кН- сосредоточенная нагрузка на тормозную площадку п.3.10 [4],

g_ƒ = 1.2 п. 3.11 [4],

 Gn = * B * L/2; -по табл. 12.1 [2];

=25 кГ/м²

g_ƒ*ψ - коэффициенты перегрузки и сочетания; принимаем 1.1 и 0.85 для двух кранов с режимом работы 6к в соответствии с [4]:

y_i- ординаты линии влияния, рис.3.

            Минимальное давление колеса крана определяем по формуле 12.6 [1].

F_{k min} = (9.8 * Q _(i) + G _кт) / n₀ - F_{k max} = (9.8 * 50 + 530) / 2 – 397,5 = 112,5 кН

где: G _кт- вес крана с тележкой;

Q _(i) - грузоподъемность крана;

n₀ - число колес с одной стороны крана.

Минимальное давление крана на колонну D_min вычисляется аналогично формуле для D_max

D_{min =} g_н (g_ƒ*ψ*() + g_ƒ *G_n )*B+g_н*g_ƒ*G = 0.95*(1.1*0.85*112.5*1.6 +

+ 1.05*0.25*16*13.5) + 0.95*1.2*1.5 = 215.46кН,

            Сосредоточенные моменты M_max и M_min от вертикальных усилий вычисляем по формулам 12.7 [2].

M_max = D_max * e_к; M_min = D_min * e_к;

где e_к = 0.5 * h_н = 0.5 * 1.0 = 0.5 м

M_max = 620.5 * 0.5 = 310.25 кН*м; M_min = 215.46 * 0.5 = 107.73 кН*м.

            Горизонтальная сила от мостовых кранов, передаваемая одним колесом - формула 12.4 [2].
Т^нк = 0.05*( 9.8*Q + G_т ) /n₀ = 0.05*( 9.8*50 +132 ) /2= 15.55 кН

Горизонтальное давление крана на поперечную раму Т (формула 12.8 [1]):

T = g_{н *} (g_ƒ*ψ  _** y =0.95 *1.1*0.85*15.55*1.6=22.1 кН

Считаем точку приложения силы Т на уровне головки рельса подкрановой балки.

Ветровая нагрузка.

Нормативный скоростной напор ветра см. [3] g₀ = 0.23 кН/м². Тип местности В - см. Приложение [3], коэффициенты К для 5 м - 0.5;для 10 м - 0.65; для 20 м - 0.85; для 40 м - 1.1 .По формуле 12.10 [1]:

q_в= g_н*g_ƒ *w_o*k*c*B=0.95*0.38*k*0.8*16=4.62k,

Линейная распределенная нагрузка при высоте

 до 5 м - 4.62*0.5 =2.31кН/м ;

 до 10 м - 4.62*0.65=3.00кН/м;

 до 20 м - 4.62*0.85=3.93 кН/м;

 до 40 м - 4.62*1.1=5.08 кН/м.

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки - формула 12.12 [2]:

F_в = (q₁ + q₂) * h'/2 = (2.94+3.26)*(2.55+0.6) /2 = 8.84 кН

F_в' = 0.6/0.8 * F_в = 0.6/0.8 * 8.84 = 6.63 кН;   где:

q₁ и q2 - величины ветровой нагрузки, соответствующие высотам H₂- верху здания - отметка верха парапета; H₁ - уровню нижнего пояса ферм:

H₂ = H₀ + h_ф + h_n = 9.6 + 2.55 = 12.15 м

H₁ = H₀ = 9.6 м

F_ш- определяем по расчёту величины F_в , т.е F_ш= 8.84 кН

Нормативный скоростной напор ветра для определения  F_фах и  q_э

q_в=g_н*g_f*w_o*k*c*B_фах=0.95*0.38* k*0.8*4=1.16 k

Линейная распределённая нагрузка при высоте

до 5 м – 1.16*0.5= 0.58 кН/м;

до 10 м -1.16*0.65=0.75 кН/м;

до 20 м-1.16*0.85=0.98 кН/м.

q_э= q_в10*a=0.75*1.0= 0.75 кН/м; q_э¢= q_э*0.6/0.8 = 0.56 кН/м

Сосредоточенная сила от ветровой нагрузки с фахверковых стоек:

F_фах= q_э*H₁/2*(B- B_фах )/B_фах= 0.637*9.6/2*(16-4)/4=9.17 кН

Общая сосредоточенная сила от ветровой нагрузки:

F_в = F_ш+ F_фах = 9.17 + 8.84 = 18.01 кН

F_в¢ = F_в * 0.6/0.8 =  18.01 * 0.6/0.8 = 13.5 кН

2.2 Статический расчет рамы и определение расчетных усилий.

Величину реактивного отпора пространственного каркаса характеризуют значения α_пр; RM; RT. Определим эти значения для жёсткой рамы с шагом В=12м. и параметрами: H =10,6 м.; n₁ = J_в/J_н = 0,2;  = H_в/Н = 4,63/9,6 = 0,48. Крановые нагрузки M_max = 310,25кн., M_min = 107,73кн., Т = 22,1кн. Число колёс мостовых кранов по одной линии крановых рельсов – n_o= 2. Сумма ординат линии влияния давления кранов на расчётную поперечную раму - = 1,6.Принимаем åJ_н/J_п=1/4.

Для жёсткой рамы коэффициент d = ¢/12, где ^¢ = 6,26 из таблицы 12.4 [1],

d = 6,26/12 = 0,52.

По формуле 12.15 [1]:

=16³*1*0,52/10,6³*4=0,45

Из таблицы 12.2 [1] α = 0,48; = - 0,25.

По формуле 12.20 [1] вычислим:

=1-0,48+0,25(2/1,6-1)=0,66

Вычисляем реакцию связевых ферм R_M от вертикального давления кранов (крановых моментов):

 = H_в/Н = 4,63/9,6 = 0,48

;

;

;

 

 

= =  

Вычисляем реакцию связевых ферм R _T от тормозной силы T:

Из расчётной схемы действия тормозной силы T видно, что , поэтому вышеперечисленные коэффициенты: λ,,μ,ℓ,a,в,k  те же.

 ;       

Полученные значения реакций пространственного каркаса прикладываем к плоской расчётной схеме поперечной рамы на уровне ригеля расчётной схемы поперечной рамы каркаса здания.

2.3. Построение эпюр моментов, поперечных  и продольных сил.

Загружение 1. Постоянная нагрузка. Для построения эпюр берём первый столбец из таблицы 2.

		-31,3
					4
	-12,3 30,8
							1

 

Загружение 2. Снеговая нагрузка. Для построения эпюр берём второй столбец из таблицы 2.

	-109,9
		--37,4

 

Загружение 3. Вертикальное давление мостовых кранов (D_max на левую и D_min на правую стойки). Для построения эпюр берём четвёртый столбец из таблицы 2. Значения продольных сил в сечениях 3,4,5,6 обнуляем.

				3

 

Загружение 3*. Вертикальное давление мостовых кранов (D_min на левую и D_max на правую стойки). Для построения эпюр берём четвёртый столбец из таблицы 2. Значения продольных сил в сечениях 3,4,5,6 обнуляем.

 

Загружение 4. Горизонтальное давление мостовых кранов T на левую стойку. Для построения эпюр берём пятый столбец из таблицы 2. Значения продольных сил  обнуляем.

					0,4

 

Загружение 4*. Горизонтальное давление мостовых кранов T на левую стойку. Для построения эпюр берём пятый столбец из таблицы 2. Значения продольных сил  обнуляем.

 

Загружение 5.Ветровая нагрузка, действующая на раму слева направо. Для построения эпюр берём третий столбец из таблицы 2. Значения продольных сил  обнуляем.

 

Загружение 5*.Ветровая нагрузка, действующая на раму справа налево. Для построения эпюр берём третий столбец из таблицы 2. Значения продольных сил  обнуляем.

 

 3.  Конструирование и расчёт колонны.

Расчёт сечения и узлов ступенчатой колонны с жёстким сопряжением ригеля с колонной и колонны с фундаментом  Исходные данные по расчётным усилиям принимаем из таблицы 5.

Для верхней части: N=-598,03 кН; M=-161,0 кН*м

Для нижней части:

комбинация для расчёта подкрановой ветви

 кН;  кН*м

комбинация для расчёта наружной ветви

 кН;   кН*м

Сталь марки С 245; Ry=24 кН/ 

Бетон марки В 12.5  

3.1.  Определение расчётных длин участков колонн.

В плоскости рамы  для  ступенчатых  колонн  расчётные  длины определяются раздельно для  нижней и верхней частей  колонн.

Для  нижней  части:

Для  верхней  части:

Так как    и

Значения  находим по таблице 14.1

       

При шарнирном сопряжении ригеля с колонной

Значения расчётных длин колонны в плоскости рамы:

;

Расчётные длины участков колонны из плоскости рамы:

;

 3.2.  Конструирование и расчёт верхней части колонны.

Сечение принимаем в виде сварного двутавра с высотой сечения

Для симметричного двутавра:

Зрачение коэффициента  определяем по приложению 10(1). Предварительно принимаем тогда:

при  из приложения 8(1)

Компановка сечения:

   

- Таким образом, из условия местой устойчивости стенка проходит.

Требуемая площадь сечения полки:

Из условий устойчивости верхней части колонны из плоскости рамы: