Статический расчет поперечной рамы. Определение геометрических размеров фундамента

4. Статический расчет поперечной рамы.

Определение горизонтальных размеров колонны см. рис. 6.1.

Расчётный пролёт рамы l = 27 м. Сечение надкрановой части принимаем 175 х 200

мм (из условия опирания арки). Сечение подкрановой части колонны принимаем 600 х  175 мм, что составляет , где h_н – высота подкрановой части стойки.

Пролёт крана l =l-2*h = 24-2*0.6=19.8 м. Расстояние от пола цеха до головки подкранового рельса принимаем h =400 см. Расстояние от уровня головки рельса до низа фермы h =200 cм. Полная высота механического цеха от уровня пола до низа несущих конструкций покрытия h= h +h = 400+200 = 600 см.

Высоту верхнего пояса подкрановой балки принимаем h  = 1*l /25=600/25=24 см. Принимаем высоту подкладок под рельс  и высоту кранового рельса , получим высоту надкрановой части

H  = h + h +h +h  = 200+24+12+13=249 cм.

При возвышении поверхности фундаментов над уровнем пола на 30 см полная высота стойки :                              H=h-h   =600-15=585 см;

Высота подкрановой части колонны h  =H-h = 585-249=336 cм;

Рис. 6.1. К определению горизонтальных размеров поперечной конструкции.

4.1. Сбор нагрузок.

Нагрузки от собственного веса покрытия и снеговая приведены в табл. 4.1.

Собственный вес стойки для надкрановой части:

q = F1 * l * g * g_n = 0.175 * 0.2 * 2,49 * 6 * 1.1 = 0.58 кН,

для подкрановой части:

 q = F2 * l * g * g_n = 0.175 * 0.6 * 3,36 * 6 * 1.1 = 2,33 кН,

Вертикальная нагрузка на верхнюю часть стойки составляет:

остекление с переплётом                                                       ;

собственный вес стены, передающийся через ригель на отм. 3,6 м    0.566*1.3*6=4.41кН ;

собственный вес стойки                                                                                 0,58*2=1,16 кН;

собственный вес балки покрытия                          [0,566*24*6+2,393*18]*0.5=62.29;

Итого Р =68,38.

Снеговая нагрузка:  Р_сн = 2,1 * 24 * 6 / 2 = 151,2 кН

Вертикальная нагрузка на нижнюю часть стойки:

верхняя часть стойки                                                                                           Р =68,38 кН;

остекление с переплётами                                                                 0,33*6*2,6=0,52 кН;

собственный вес стены, передающийся через ригель на отм. 1,3 м    0,566*2,6*6=8,83 кН;

собственный вес стойки      2,33*4=9,31 кН;          Итого Р =87,04 кН.

     Определяем нагрузку на подкрановую ветвь. Собственный вес подкрановой балки может быть предварительно определён по формуле        .

Входящая в формулу эквивалентная нагрузка  определяется как равномерно распределённая нагрузка, создающая момент , равный наибольшему моменту от крановой нагрузки. При пролёте арки l =6м и при базе крана в 3,5 м, учитывается лишь один груз в середине пролёта.

M  =P * l  /4=82*6/4=123 кН*м;                      М  =123 кН*м= q   *l  /8,

откуда ; .

где  - коэффициент собственного веса фермы.

Собственный вес подкрановой балки и рельса                                        0.55*6=3.3кН;

Собственный вес стойки         2,33*3,35=9,31 кН;                Итого Р =12,61 кН;

Наибольшее давление колеса крана грузоподъёмностью 5 т пролётом l = 24 м среднего режима работы:                   ;                         ;

Рис. 6.1.1. К определению максимального давления от крана.

Максимальное давление от двух кранов на стойку ( см. рис. 6.1.1.):

;

где n = 1.3 – коэффициент перегрузки для кранов;

= 1 + 0.25 + 0.75 - сумма ординат влияния давления колёс крана.

Ветровая нагрузка ( см. рис. 6.1.2.).

            Район строительства – г. Красноярск – III ветровой район.

            w_o = 0.38 кПа,           w_m = w_o * k * c,

где k = 0.5015 ( высота z = 5.5 м), с_а = 0.8, с_п = -0.5, g_f = 1.4.

            q_в = q_в^н  * g_в = 0.38 * 0.5 * 1.4 = 0.28 кН/м².

            Расчетная равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонны:

с наветренной стороны:                              q_в^л = 0.28 * 0.8 * 6 = 1.28 кН/м,

с подветренной стороны:                            q_в^п = 0.28 * (-0.5) * 6 = - 0.798 кН/м.

Рис. 6.1.2. Ветровая нагрузка на раму.

Усилие торможения тележки, приходящиеся на одно колесо крана:

нормативное                         ;

расчётное                  ;         

при коэффициенте перегрузки n = 1,3,

где  -коэффициент трения;  - вес тележки; n – число колёс с одной стороны крана,

k  - отношение числа тормозных колёс тележки к полному их числу для стандартных кранов;                                   .

4.2. Определение усилий в элементах рамы.

При определении усилий в стойках рамы считаем, что вертикальная нагрузка передаётся непосредственно через соответствующую ветвь стойки на фундамент, а горизонтальная нагрузка (ветер и торможение), приложенная к нижней части стойки, не вызывает усилий в верхней части стойки. Поэтому верхнюю часть стоек с ригелем рассчитываем на горизонтальные воздействия усилий как самостоятельную раму с защемленными стойками постоянного сечения и высотой равной ( см. рис. 6.2.1.). Нижнюю часть стойки рассматриваем как консольную ферму, защемлённую в фундаменте и нагруженную усилиями от верхней части стоек, а так же непосредственно приложенными к не нагрузками.

Рис. 6.2.1. Расчетная схема верхней части рамы (а),

 рамы со ступенчатыми стойками (б).

Усилия в верхней части стойки.

Определяем неизвестную Х от составляющих нагрузок:

X  =3/16*H*(-q  +q  )=3/16*6*(-1.35+0.84)=-0.57 кН

X    9/8*M  /h=9/8*Ne/h  =9/84.41*0.2/2=0.496 кН

Суммарное значение неизвестной X:            ;

Расчетный изгибающий момент:

            M  =(   x*H+q*h  /2)*0.9= (0.07*2+1.35*2  /2)*0.9=2.6 кН*м,

Расчётная поперечная сила в сечении 1 – 1:Q  =(   x+q*h )=0.672*2-0.236=1.58 кН;

Нормальная сила в том же сечении:         N  =P+P  0.9=177.39+151.20.9=313.47 кН;

где 0,9 – коэффициент учитывающий дополнительные сочетания нагрузок, на который умножаются величины всех расчётных нагрузок, кроме собственного веса.

Усилия в нижней части стойки ( см. рис. 6.2.2.).

Расчётный изгибающий момент в сечении 2 – 2.

M =M+{ (Q +T )*h +q*h /2+(D  +P )*e  -(P  +P )*e  -N  e }*0.9=68.38*0.200+{(1.58+4.68)*4+1.35*4  /2+(223.86+5.2)*0.200-(151.12+68.38)*0.2-8.83*0.35}*0.9=1.37+{25.04+8.68+45.81-43.9-3.09}*0.9=30.66

Расчётная поперечная сила в сечении 2 – 2:

Q  =(Q  +T  +q*h )*0.9=(1.58+1.35*4+4.68)*0.9=10.49;

Продольная сила в нижней части колонны

N  =P  +P +D*0.9+P* 0.9=87.04+5.2+223.86*0.9+151.12*0.9=418.14 кН;

;

Рис. 6.2.2. Расчетная схема нижней части стойки.

4.3. Подбор сечений элементов  стойки.

            Верхняя часть стойки

Стойку рассчитываем как сжато – изгибаемый элемент. Принятое сечение размером b=200мм, h=175 мм состоит из досок d=20 мм.

Проверка прочности по нормальным напряжениям:

;                         F =b*h=0.175*0.2=0.035

J =b*h /12=0.2*0.175 /12=0.0000893 м ;                W = 0.0000893/0.175*0.5=0.001021 м ;

r₁ = 0.289 * 0.175 = 0.05068 м ;                   l =l  /r =2,2*l /r=2,2*2/0,05068=86,99>70;

;

s = 313.47*10 /0.035+ 2.6*10/0.983*0.001021=11.55 мПа< 15*1*1.02*0.8=12.24 мПа;

            Оставляем принятое сечение.

Нижняя часть стойки.

Рассчитывается также как и верхняя часть стойки (как сжато – изгибаемый элемент). Принятое сечение размером b=600мм и h=175 мм  состоит из досок d=20 мм.

Проверка прочности по нормальным напряжениям:

;                         ;

J =b*h /12=0.6*0.175 /12=0.000268 м;                                 W = 0.000268/0.175*0.5=0.00306 м;

r₁ = 0.289 * 0.175 = 0.0506 м ;                                             l =l  /r =2,2*l /r=2,2*4/0,05068=173,91>70;

;

s = 282,13*10 /0.105+ 30,66*10/0.420*0.00306=12,2 мПа< 15*1*1.02*0.8=12.24 мПа;

;

            Оставляем принятое сечение.

4.4. Узел крепления стойки к фундаменту.

            Минимальное усилие в колонне N_min = Р_св =         кН.

            Растягивающее усилие:      N =M*  a-N  /2=30,66 /0.86*0.6- 282,13/2=-81,65

Т. е. растягивающих усилий нет, следовательно, болты принимаем конструктивно.

Принимаем 12 болтов d = 35 мм.

5. Определение геометрических размеров фундамента.

            Глубина заложения подошвы фундамента d <= d_f.

d_f = k_h * d_fn = 0.6 * 1.97 = 1.18 м

            k_h = 0.6 ( пол на лагах по грунту, t => 20°C)

            Принимаем d = 1.5 м.

            Ориентировочно площадь подошвы фундамента:

            А=1,2*N/R-g*d=1.2*133,49/100-20*1.5=150,19/70=1,34м,            ,

            l = h * b = 1.4 * 0.98 = 1.37 м.

            Принимаем размеры подошвы 1 х 1.4 м.

6.Меры защиты конструкции от загнивания, горения и т.д.

Деревянные конструкции, предназначенные для эксплуатации в условиях химически агрессивной среды, изготавливают только из хвойных пород – ели, сосны, пихты, кедра; на наружные грани элементов должна выходить ядровая часть ствола хвойных пород.

Для зданий с химически агрессивной средой рекомендуется следующие деревянные конструкции: клееные балки, рамы или арки сплошного массивного сечения, что и применимо в курсовом проекте. В качестве ограждающих конструкции покрытий – панели с алюминиевыми обшивками, которые  опирают непосредственно на несущие конструкции. Панели должны образовывать гладкую поверхность с внутренней стороны помещения при минимальном числе стыков.

Элементы деревянных конструкции, эксплуатируемые в условиях химически агрессивной среды, рекомендуется защищать нанесением на поверхность древесины лаковых синтетических покрытий или модифицируя полимерами древесину.

Элементы клееных деревянных конструкции, предназначенных для  эксплуатации в условиях химически агрессивной среды, должны быть склеены на фенольных, резорциновых или фенольно-резорциновых клеях.