Расчет несущих конструкций промышленного здания с мостовым краном Q=10т

I. Эскизное проектирование

Схема расположения колонн, связей, подкрановых балок и плит покрытия

Поперечный разрез

Кран с Q=10 т имеет следующие характеристики:

          пролет 16,5 м

          нагрузка на колесо 85 кН

          масса крана  13 т

          масса тележки  2,4 т

          высота крана Н_к=1900 мм

Для данного типа крана принимаем подкрановый рельс марки Кр 70 (ГОСТ 4121-76), h_р=150 мм, высота подкрановой балки Н_п.б.=1200 мм.

Н_в=Н_п.б+h_р+Н_к+d₁=1200+150+1900+100=3350 мм

Н_н=Н_г.р.-Н_р-Н_п.б.=10500-150-1200=9150 мм

Н=Н_в+Н_н=3350+9150=12500 мм

Принимаем Н=12,6 м, тогда Н_в=Н-Н_н=12600-9150=3450 мм (d₁=200 мм)

Привязку осей А и Б принимаем равной 250 мм (а=250), т.к. грузоподъемность крана меньше 20 т, высота здания меньше 16,2 м, но шаг рам 12 м.

Принимаем колонну сплошного типа, т.к. грузоподъемность крана меньше 20 т и высота здания меньше 14,4 м.

Размер колонн в плане:

нижняя часть                                          верхняя часть

II. Расчет поперечной рамы

II.1. Построение расчетной схемы и сбор нагрузок

II.1.1. Подсчет нагрузки от покрытия и фермы

Состав покрытия приведен на рис. 1, собственная масса плиты покрытия 7,4 т, собственная масса фермы 7,8 т, масса одного слоя рубероида на мастике 5 кг/м²

1.  Три слоя рубероида на мастике

2.  Цементная стяжка d=20 мм, g=22000 Н/м³

3.  Пенобетон d=120 мм, g=5000 Н/м³

4.  Пароизоляция – слой рубероида

5.  Ж.б. плита

Нагрузки от покрытия:

        от ковра                            3·0,05·1,3·0,95=0,18525 кН/м²

        от стяжки                0,02·22·1,3·0,95=0,5434 кН/м²

        от утеплителя                   0,12·5·1,2·0,95=0,684 кН/м²

        от пароизоляции     0,05·1,3·0,95=0,06175 кН/м²

                                        Итого: 1,474 кН/м²

Распределенная нагрузка на поперечную раму q_п

        от покрытия            1,474·12=17,69 кН/м

        от ж.б.плит             74·1,15·1,1·0,95/3=29,64 кН/м

        от балки                  78·1,1·0,95/18=4,53 кН/м    

                                        Итого: 51,86 кН/м

II.1.2. Подсчет нагрузок от собственной массы стеновых и оконных панелей

Раскладка панелей дана на схеме, панели керамзитобетонные, d=300 мм, масса панели высотой 1,2 м по серии 1.432.1-18 марки ПС 122.12.30-1П-1 равна 5,6 т, масса панели высотой 1,8 м по той же серии марки ПС 1-718.30-1П-1 равна 8,4 т, масса 1 м² оконных панелей – 0,4 кН/м², шаг колонн 12м.

        нагрузка от стены на отметке +12,000 G₁     2·56·1,1·0,95=117,04 кН

        нагрузка от стены на отметке +10,800 G₂     1·56·1,1·0,95=58,52 кН

        нагрузка от стены на отметке + 7,200  G₃     0,4·1,2·12·1,1·0,95=6,02 кН

                                                                                2·56·1,1·0,95=117,04 кН

                                                                                     Итого: G₃=123,06 кН

        нагрузка от стены на отметке + 0,000  G₄     0,4·5,4·12·1,1·0,95=27,09 кН

                                                                                1·84·1,1·0,95=87,78 кН

                                                                                     Итого: G₄=114,87 кН

II.1.3. Подсчет собственной массы верхней и нижней частей колонны

        верхняя часть:                                               

G_в==0,5·0,6·3,45·25·1,1·0,95=27,04 кН

        нижняя часть:

G_н==0,5·0,9·9,15·25·1,1·0,95=107,57 кН

II.1.4. Подсчет нагрузок от подкрановой балки и рельса

F₃ = V_п.б.×r×g_f ×g_n + g_рельса×B×g_f ×g_n = 4,1×25×1,1×0,95+0,5283×12×1,1×0,95=113,74 кН

II.1.5. Подсчет нагрузок от кранов на поперечную раму

В здании два крана грузоподъемностью 10 т каждый, пролет крана 16,5 м, максимальное давление колеса крана 85 кН, масса тележки 2,4 т, масса крана 13 т.

Минимальное давление крана:

кН,

где   Q - грузоподъемность крана;

        G_м - масса моста;

        G_т - масса тележки;

        n_o – число колес на одной стороне

Горизонтальное давление колеса крана:

 кН,

где   k – коэффициент перехода, равный при гибком подвесе 0,05

Нагрузка на колонну определяется с использованием ординат линий влияния опорной реакции.

Вертикальная крановая нагрузка на колонну:            

где   g_f =1,1; g_n =0,95; y =0,85 – коэффициент сочетания для 2-х кранов

Горизонтальная поперечная крановая нагрузка: 

D_max=85·3,1·1,1·0,95·0,85=234,05 кН

D_min=42·3,1·1,1·0,95·0,85=115,65 кН

H=3,1·3,1·1,1·0,95·0,85=8,54 кН

С учетом нагрузки от подкрановой балки и рельса F₃ получим:

D_max=234,05+113,74=347,79 кН

D_min=115,65+113,74=229,39 кН

II.1.6. Подсчет снеговой нагрузки

Высота фермы на опоре 880 мм, высота в коньке 2400 мм, тогда

f = 2400+300-880-300=1520 мм

  Принимаем

г. Ижевск относится к IV снеговому району, S_o=1,5 кПа

Снеговая нагрузка на колонну: q_сн=S_o×m×B×g_f×g_n=1,5×1×12×1,4×0,95=23,94 кН/м

II.1.7. Подсчет ветровой нагрузки на поперечную раму

        где       W_o – нормативное ветровое давление

                    с_е – аэродинамический коэффициент

                    k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте

                    B – шаг поперечных рам

        ;  ,  

Коэффициент k для типа местности В:

        до высоты 5 м   k = 0,5     на высоте 10 м    k = 0,65     на высоте 20 м   k = 0,85

        на высоте колонны равной 12,6 м   k = 0,702

        на высоте парапетной панели равной 14,4 м    k = 0,738

Подсчет первичных расчетных нагрузок:

        =0,23·0,8·0,5·1,4·0,95·12=1,468

        =0,23·0,8·0,702·1,4·0,95·12=2,06

        =0,23·0,8·0,738·1,4·0,95·12=2,167

        =0,23·0,44·0,5·1,4·0,95·12=0,808

        =0,23·0,44·0,702·1,4·0,95·12=1,134

        =0,23·0,44·0,738·1,4·0,95·12=1,192

Подсчет приведенных расчетных нагрузок:

кН

кН

Эквивалентную распределенную нагрузку находим из условия равенства моментов в сеч. 1 – 1.

кН·м

 кН/м

кН·м

 кН/м

II.1.8. Подсчет эксцентриситетов приложения нагрузок

§  Эксцентриситет смещения осей верхней и нижней части колонны:

Е₁=0,5×(h_н - h_в)=0,5×(0,9 - 0,6)=0,15 м

§  Эксцентриситет опорного узла стропильной фермы:

E₂=0,1 м (а=250 мм)

§  Эксцентриситет давления крана:

E₃==0,75+0,25-0,45=0,55 м

II.1.9. Учет пространственной работы

Учeт пространственной работы осуществляется введением реактивного отпора R_M при действии D_max и D_min, а также реактивного отпора R_T, при расчете на горизонтальную тормозную силу.

где

кН;  кН

 кН;  кН

II.2. Статический расчет рамы

Статический расчёт рамы выполняем на ЭВМ. Данные для расчета представлены на рис.4. Соотношение жестокостей элементов рамы I_н/I_в/I_p=1/0,3/4

III. Расчет сплошной колонны

Исходные данные: Бетон тяжелый класса В15, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении, R_b=8,5 МПа, R_bt=0,75 МПа, Е_b=21×10³ МПа

Арматура: продольная класса А-III, d  мм, R_s=365 МПа, Е_s=2×10⁵ МПа

                  Поперечная класса А-I, d  мм, R_sw=175 МПа, Е_s=2,1×10⁵ МПа

III.1. Расчет надкрановой части колонны (сечение 3 –3 )

Сечение колонны b x h =500 x 600 мм при а=а^/=4 см. Полезная высота сечения h_o=h-a=60-4=56 см

Применяем симметричное армирование, т.к. моменты растягивающие наружные и внутренние волокна сечения близки по значению.

Комбинации усилий:

          1-я: М=-91,27 кН·м, N=-793,71 кН (нагрузки 1,2,5 ® l_o = 2,5·H_в, g_b2=1,1)

          2-я: М=-80,6 кН·м, N=-814,9 кН (нагрузки 1,2 ® l_o = 2,5·H_в, g_b2=0,9)

Расчет по первой комбинации усилий

Усилия от продолжительного действия нагрузок (постоянная + снеговая