Проектирование стального каркаса одноэтажного производственного здания (здание однопролетное, пролетом L = 30 м)

Линейная распределенная нагрузка от снега на ригель рамы по формуле:

q_cн = g_н ∙ s ∙ b = 0,95∙0,8∙3 = 2,28кН/м,

где s – полное расчётное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять:  s = s_о ∙ µ = 0,8∙1=0,8кН/м²,

при уклоне кровли α<25˚ µ=1 [2], стр.25;

       b – шаг ферм.

Опорная реакция ригеля:

F_R = 2,28∙30/2 = 34,2кН.

Опорная реакция подстропильной фермы:

F_пф= 2 ∙ F_R = 2∙34,2 = 68,4кН.

где F_R – опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки.

Вертикальные усилия от мостовых кранов.

По Приложению [3] находим характеристики крана:

K = 5600мм, В₂ = 6860мм, F_{k max} = 415кН.

Максимальное давление крана на колонну - D_max

D_{max =} g_н ∙ (g_ƒ ∙ ψ ∙ () + g_ƒ ∙ G_n) + g_н ∙ g_ƒ ∙ G = 0,95∙(1,1∙1∙415∙1,378 + 1,05∙67,5) + 0,95∙1,2∙1,5 = 667,513кН,

где G = 1,5кН – сосредоточенная нагрузка на тормозную площадку п.3.10 [2],

Рисунок 3 – Линии влияния движения крана.

       g_ƒ = 1,2 п.3.11 [2].

Gn = ∙ B ∙ L/2;

где=20÷60 кГ/м² - для кранов до 100т (принимаем 50кГ/м²);

      B- шаг колонн.

Gn = ∙ B ∙ L/2 = 0,5∙9∙15=67,5кН.

g_ƒ;ψ – коэффициенты перегрузки и сочетания; принимаем 1,1 и 1 для двух кранов с режимом работы 2к в соответствии с [2]:

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) / n_о – F_{k max} = (9,8∙50 + 583) / 2 – 415 = 121,5кН.

где G _кт- вес крана с тележкой;

      Q _(i) - грузоподъемность крана;

      n_о - 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) + g_н ∙ g_ƒ ∙ G = 0,95(1,1∙1∙121,5∙1,378 + 1,05∙67,5) + 0,95∙1,2∙1,5 = 244,002кН.

Сосредоточенные моменты M_max и M_min от вертикальных усилий вычисляем по формулам 12.7 [4].

M_max = D_max ∙ e_к; M_min = D_min ∙ e_к;

где e_к = 0,5 ∙ h_н = 0,5 ∙ 1,0 = 0,5м.

M_max = 667,513∙0,5 = 333,756кН∙м; M_min = 244,002∙0,5 = 122,001кН∙м.

Горизонтальная сила от мостового крана, передаваемая одним колесом – формула 12.4 [4].
Т^нк = 0,05( 9,8∙Q + G_т )/n_о = 0,05( 9,8∙50 +132)/2= 15,55кН.

Горизонтальное давление крана на поперечную раму Т (формула 12.8 [5]):

T = g_н ∙ g_ƒ  ∙ ψ ∙(∙ y) = 0,95∙1,1∙1∙15,55∙1,378 = 22,392кН.

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

Ветровая нагрузка.

Коэффициенты К для 5м – 0,5; для 10м – 0,65; для 20м – 0,85; для 40м – 1,1. По формуле 12.10 [5]:

q_в= g_н ∙ g_ƒ ∙ w_o ∙ k ∙ c ∙ B = 0,95∙1,4∙0,6∙k∙0,8∙9 = 5,746k, где g_ƒ  = 1.4 п.6.11 [2]

Линейная распределенная нагрузка при высоте

 до 5 м – 5,746∙0,5 = 2,873кН/м;

 до 10 м – 5,746∙0,65 = 3,735кН/м;

 до 20 м – 5,746∙0,85 = 4,884кН/м;

 до 40 м – 5,746∙1,1 = 6,320кН/м.

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки - формула 12.12 [4]:

F_в = (q₁ + q₂) ∙ h'/2 = (4,378 + 4,837)(3,15 + 0,6)/2 = 17,278кН

F_в' = 0,6/0,8 ∙ F_в = 0,6/0,8∙17,278 = 12,959кН;  

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 = 15,6 + 3,15 + 0,6 = 19,35м.

H₁ = H₀ = 15,6м.

q₁ = q_в10 + (q_в20 - q_в10) ∙ 5,6/10 = 3,735 + (4,884 – 3,735)∙5,6/10 = 4,378кН/м,

где 5,6 = 15,6 – 10 (15,6 – отметка колонны на уровне низа фермы).

q₂ = q_в20 + (q_в40 - q_в20)∙(-0,75)/20  = 4,884 + (6,320 – 4,884)∙(-0,65)/20 = 4,837кН/м,

где -0,65 = 19,35 – 20 (19,35 – отметка верха парапетной панели ограждающих конструкций стены).

q_э = q_в10 ∙ a = 3,735∙1,052 = 3,929кН/м; q_э' = q_э ∙ 0,6/0,8 = 2,947кН/м,  формула (12,11), с. 290 [4],

где a коэффициент (при Н < 10м – 1; 15м – 1,04; 20м – 1,1; 25м – 1,17; 30м – 1,23; 35м – 1,29). По интерполяции принимаем α = 1,052.

Шаг колонн B = 9м, шаг стоек фахверка B_фах=3м, отметка низа ригеля H₁=15,6м,  отметка верха парапета H₂=19,35 м.

F_ш – определяем по расчёту величины F_в, т.е F_ш= 17,278кН.

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∙1,4∙0,6∙k∙0,8∙3=1,915 k

Линейная распределённая нагрузка при высоте

до 5м – 1,915∙0,5 = 0,958кН/м;

до 10м – 1,915∙0,65 = 1,245кН/м;

до 20м – 1,915∙0,85 = 1,628кН/м.

q_э= q_в10 ∙ a=1,245∙1,052 = 1,310кН/м; q_э¢= q_э ∙ 0,6/0,8 = 0,982кН/м.

Сосредоточенная сила от ветровой нагрузки с фахверковых стоек:

F_фах= q_э ∙ H₁/2(B- B_фах)/B_фах= 1,31∙7,8∙(9 – 3)/3 = 20,436кН.

Общая сосредоточенная сила от ветровой нагрузки:

F_в = F_ш+ F_фах = 17,278 + 20,436 = 37,714кН.

F_в¢ = F_в ∙ 0,6/0,8 = 37,714∙0,6/0,8 = 28,285кН.

2.2. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РАМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНЫХ УСИЛИЙ.

Статический расчет рамы выполняется на персональном компьютере. Для этого необходимо подготовить данные для конкретной рамы и ввести их в ЭВМ.

Учет пространственной работы осуществляется введением реактивного отпора RM при действии D_max и D_min, а также реактивного отпора RT, при расчете на горизонтальную тормозную силу.

       RM = ,

       RT = .

где:

 r_1p – реакция дополнительной связи в основной системе рамы от крановых моментов;

 -  реакция дополнительной связи в основной системе рамы от поперечного торможения кранов.

Выражения коэффициентов в формулах принимаем по табл.12.3 [5] для шарнирного соединения колонны с фермой: 

;                                                  

По формуле 12.20 [5] вычислим:

где:

n_о- число колёс с одной стороны кранов на одной нитке подкрановых балок –  n_o= 2;

åy_i-сумма ординат линии влияния реакции рассматриваемой рамы – Σy_i=1,378 (определяется по схеме 3).

По формуле 12.15 [5]:

где:

В – шаг поперечных рам;

Н – высота колонн;

ΣJ_н – сумма моментов инерции нижних частей колонн;

J_п=J_св+J_кр;

J_св – момент инерции продольных связей по нижним поясам стропильных