Расчет несущих конструкций промышленного здания с мостовыми кранами (кран Q=16т, кран Q=12,5т)

Габариты мостового крана

Кран Q=16т; ; ; ; ; Нагрузка на колесо ; Масса крана ; Масса тележки .

Кран Q=12.5т; ; ; ; ; Нагрузка на колесо ; Масса крана ; Масса тележки .

1. Компоновка каркаса.

Так как грузоподъемность одного из кранов по заданию составляет 16т, то привязка колонн к продольной оси принимается а=250 мм. Привязка крайних торцевых колонн к поперечной оси 500 мм. Длина здания 102 м, следовательно в середине здания устраивается температурный шов путем парной установки колонн с привязкой к поперечной оси по 500 мм.

Колонны проектируются двухветвевые, ступенчатые. Ширина сечения колонны b=500мм; высота сечения верхней части h_в=600мм. Так как привязка 250мм, то исходя из конструктивных особенностей крепления подкрановой балки к колонне, высоту сечения нижней части принимаем h_н=1300мм.

Отметка кранового рельса:

, где  – отметка низа ригеля;  – высота крана грузоподъемностью 16т;  – зазор между низом стропильной фермы и верхом крана.

Отметка уступа колонны:

, где  – высота кранового рельса Кр70;  – высота подкрановой балки при шаге колонн 6 м. Глубина заделки колонны в стакан фундамента:

; .

Принимаем .

Отметка низа колонны .

Остальные размеры даны на компоновочном чертеже колонны.

Конструкция ригеля – сегментная раскосная ферма пролетом 18м с преднапряженным нижним поясом.

Высота фермы в осях f_ос=3,0 м; основные размеры фермы на компоновочном чертеже.

Плиты покрытия ребристые размером , высота плиты 450мм.

Подкрановые балки – металлические, с высотой сечения 0,8 м.

Фундамент монолитный, стаканного типа с отметкой подошвы – 2,1 м.

В качестве ограждающих конструкций используются стеновые панели длиной 12м; высотой 1,8 м, толщиной 240мм. Раскладка стеновых панелей по высоте и другие размеры поперечной рамы даны на разрезе 1-1.

Отметка конька:

,  где  – полная высота стропильной фермы;  – высота плиты покрытия;

 – толщина конструкции кровли.

2. Сбор нагрузок.

2.1. Постоянные нагрузки.

2.1.1. Нагрузки от конструкций покрытия.

таблица 1

№	Вид нагрузки	Нормативная,			Расчетная,
1	Три слоя рубероида на мастике	0.15	1,3	0.95	0.185
2	Стяжка из цем. песчаного раствора δ=30мм,	0.54	1.3	0.95	0.667
3	Пенобетон, δ=100мм,	0.5	1,2	0,95	0.57
4	Пароизоляция из одного слоя рубероида на мастике	0.05	1.3	0.95	0.062
5	5. Ж/б плита покрытия размером 3х12м, массой 5.6т.	1.555	1,1	0,95	1.626
6	Ж/б стропильная ферма пролетом 18м, массой 9.7т	0.449	1,1	0,95	0.47
	Итого:	3.244			3.58

Нормативная распределенная нагрузка на ригель рамы:

   .

Расчетная распределенная нагрузка: .

  2.1.2. Собственный вес колонны.

Вес верхней части колонны:

   , где  – высота верхней части колонны;  – объемный вес железобетона.

Вес нижней части колоны:

  , где –  – высота нижней части колонны; – объем пустот в сквозной колонне.

     2.1.3. Вес стеновых панелей.

Масса стеновой панели размером 1,8х12м –7.1т;  масса 1м² оконной панели 40 кг/м².

Вес ограждения на отметке +11,97м:

 .

Вес ограждения на отметке +5,37м:

.

Вес ограждения на отметке -0,01 м:

.

Эксцентриситет приложения нагрузки относительно оси верхней части колонны:

;

эксцентриситет приложения нагрузки относительно оси нижней части колонны:

.

2.2. Снеговая нагрузка.

Место строительства – г. Элиста. По карте 1 приложения 5[1] – II снеговой район. По табл. 4[1] величина расчетной снеговой нагрузки на 1 м² поверхности земли s₀=1.2 кН/м². 

Расчетная нагрузка: , 

2.3. Крановая нагрузка.

2.3.1. Вертикальная составляющая крановой нагрузки.

В качестве кранового оборудования в проекте предусматриваются два крана грузоподъемностью 16т и 12.5т. Характеристики кранов:

Q=16т.  Максимальное нормативное  давление колеса ; Грузоподъемность  ; Вес крана ; Вес тележки ; габарит крана ; база крана ,

Q=12.5т. ; ; ; ; ; .

Минимальное нормативное давление колеса кранов:

Вертикальная крановая нагрузка на поперечную раму:

где - вес подкрановой балки; - коэффициент сочетания для двух кранов среднего режима работы.

2.3.2. Горизонтальная составляющая крановой нагрузки.

Нормативное горизонтальное давление колеса крана:

,

где k=0,05 – коэффициент перехода при гибком подвесе груза; n₀=2 – колес на одной стороне крана.

Горизонтальная крановая нагрузка на поперечную раму:

       

2.3.3. Учет пространственной работы каркаса.

Момент инерции сечения верхней части колонны:

 

Момент инерции сечения нижней части колонны:

 

Коэффициенты:

    где - высота верней части колонны; - высота всей колонны;

 

 

 

 

где  - расстояние между центральной осью нижней части колонны и продольной осью подкрановой балки.

где n=6 – количество рам в температурном блоке; n₀=4- количество колес крана, расположенных в пределах линии влияния; -сумма ординат линии  влияния.

Реакции упругого отпора конструкций покрытия:

2.4. Ветровая нагрузка.

По карте 2 приложения 5[1] г. Элиста расположен в VI ветровом районе. По табл. 5[1] величина нормативного ветрового давления  Тип местности Б.

Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли определяется по формуле:

,

где                                    k – коэффициент, учитывающий изменение ветровой нагрузки в зависимости от высоты z;

C_в – аэродинамический коэффициент;

γ_f- коэффициент надежности для ветровой нагрузки;

B=12м – шаг рам.

Коэффициент k определяется по табл. 6[1]:

Для городских территорий, равномерно покрытых препятствиями высотой более 10 м

   до отметки +5м – k = 0.5;

   для отметки +10м – k =0.65;

   для отметки +20м – k =0.85;

   для отметки +15.6м – k =0.76;

   для отметки +13.6м – k = 0.72.

Аэродинамические коэффициенты определяются по приложению 4 к [1]:

Расчетные значения средних составляющих ветровой нагрузки:

 

                            

Подсчет приведенных расчетных нагрузок:

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

е₁=0.5∙(h_н-h_в)=0.5∙(1300-600)=0.5∙700=350

е₂=(а+170)- h_в/2=250+170-(600/2)=420-300=120

е₃=h- h_н/2=1000-1300/2=1000-650=350

Результаты статического расчета поперечной рамы.

М, кН·м

Q, кН

N, кН

№	Вид нагрузки		nc	Сечение стойки
				4-4		3-3		2-2			1-1
				M	N	M	N	M	N	Q	M	N	Q
1	Постоянная		1	-45.5	-379.3	-75.4	-557.9	119.8	-557.9	38.8	-65.7	-895.7	38.8
2	Снег		1	-14.7	-120.8	-20.6	-120.8	21.7	-120.8	1.6	6	-120.8	1.6
			0.9	-13.1	-108.7	-18.5	-108.7	19.5	-108.7	1.4	5.4	-108.7	1.4
3	Dmax	На левую стойку	1	-	-	69.8	-	-97.2	-477	-18.1	82.2	-477	-18.1
			0.9	-	-	62.8	-	-87.5	-429	-16.3	74	-429	-16.3
3*		На правую стойку	1	-	-	15.1	-	-70.3	-244	3.9	-31.5	-244	3.9
			0.9	-	-	13.6	-	-63.3	-220	3.5	-28.4	-220	3.5
4	Т	На левую стойку	1	-	-	±6.3	-	±6.3	-	±5.6	±48.9	-	±5.6
			0.9	-	-	±5.7	-	±5.7	-	±5	±44	-	±5
4*		На правую стойку	1	-	-	±6.6	-	±6.6	-	±1.7	±23.5	-	±1.7
			0.9	-	-	±5.9	-	±5.9	-	±1.5	±21.2	-	±1.5
5	Ветер	На левую	1	-	-	-76.9	-	-76.9	-	31.3	-676.1	-	89.7
			0.9	-	-	-69.2	-	-69.2	-	28.2	-608.5	-	80.7
5*		На правую	1	-	-	92.4	-	92.4	-	32.5	631.3	-	76.3
			0.9	-	-	83.2	-	83.2	-	29.3	568.2	-	68.7

Комби-нации усилий	nc		Нагрузки	Сечение стойки
				3-3		2-2				1-1
				M	N	M	N	Q		M	N	Q
+Mmax Nс	1	1	№ нагрузок	1, 5*		1,5*				1, 5*
			усилия	17	-557.9	212.2	-557.9		71.3	565.6	-895.7	115.1
	2	0.9	№ нагрузок	1,3,4,5*		1,2,5*				1,2,3,4,5*
			усилия	76.3	-557.9	222.5	-666.6		69.5	625.9	-1433.4	97.6
-Mmax Nс	3	1	№ нагрузок	1,5		1,3,4				1, 5
			усилия	-152.3	-557.9	16.3	-1034.9		15.1	-741.8	-895.7	128.5
	4	0.9	№ нагрузок	1,2,5		1,3,4*,5				1,3*,4*,5*
			усилия	-177.1	-666.6	-42.8	-986.9		49.2	-746.6	-1115.7	128
Nmax Mс	5	1	№ нагрузок	1,2		1,3, 4*				1,3,4*
			усилия	-96	678.7	29.2	-1034.9		22.4	40.5	-1372.7	22.4
	6	0.9	№ нагрузок	1,2		1,2,3, 4*,5*				1,2,3,4*,5*
			усилия	-93.9	666.6	140.9	-1095.6		54.7	625.9	1433.4	97.6
Nmin Mс	7	1	№ нагрузок	1,5		1,5*				1,5
			усилия	-152.3	-557.9	212.2	-557.9		71.3	-741.8	-895.7	128.5
	8	0.9	№ нагрузок	1,5		1,5*				1,5
			усилия	-144.6	-426,77	203	-557.9		68.1	-674.2	-895.7	119.5
Qmax Mс Nс	9	1	№ нагрузок	-		1,5*				1,5
			усилия			212.2	-557.9		71.3	-741.8	-895.7	128.5
	10	0.9	№ нагрузок	-		1,2,3*,4,5*				1,2,3*,4,5
			усилия			-165.1	-886.6		81.8	-676	-1224.4	129.4

Усилия	Комбинация усилий
Усилия	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
М	17	76.3
N	-557.9	-557.9
Q

Расчет и конструирование колонн

Бетон тяжелый класса В20 естественного твердения  ;   .

Продольная арматура класса A-III: ; ;

Поперечная арматура класса A-I: .

Сечение 3–3 на уровне верха консоли колонны

Сечение колонны  при , полезная высота сечения .

Расчет производится на следующие комбинации нагрузок:

1)                          (1, 2, 5 с )    ; ,

От длительной нагрузки                                               ; ,

2)                             (1, 2)                           ; .

Расчет на первую комбинацию:

; .

В плоскости рамы расчетная длина   определяется по табл. 32 СНиП

        

 следовательно, расчет ведем с учетом гибкости элемента.

Коэффициент продольного изгиба  определяется по формуле 91 (пособие)

, где

, где

,

.

        – момент от длительного действия нагрузки.

 для тяжелого бетона

;

 принимаем равным ,

но не менее .

, принимаем .

;

Определяем высоту сжатой зоны в бетоне 

      

       ,

       т.к. , то имеем первый случай внецентренно сжатого элемента

       .

Принимаем 3Æ16 А-III с .

Расчет на второе сочетание:; .

      ,

;,

.

;

 

,

Прочность сечения обеспечена.

Расчет данного сечения в плоскости, перпендикулярной к плоскости изгиба, не производим, т.к.

где

Подкрановая часть колонны сечения 1–1

Высота всего сечения двухветвевой колонны 130см, сечение ветви ; ;  расстояние между осями ветвей  расстояние между осями распорок , высота сечения распорок 40см.

.

Приведенный радиус инерции сечения двухветвевой колонны в плоскости изгиба:

.

, необходимо учесть влияние прогиба элемента на его прочность.

Усилия от продолжительного действия нагрузок: М_l =-65.7kHм, N_l =-895.7kH,Q_l=38.8 kH

Для расчета

4 сочетание: М=-746.6кНм; N=-1115.7кН;  Q=128кН – (сечение 1-1 комб 1,3,4-,5)

2 сочетание: М=-625.9кНм; N= -1433.4кН; Q=97.6кН – (сечение 1-1 комб 1,2,3,4-,5)

        

         принимаем для расчета.

Максимальный момент в ветви с максимальной поперечной силой

10 сочетание: М=-676кНм; N= -1224.4кН; Q=129.4кН – (сечение 1-1 комб 1,3*,4+,5)

Растяжение в ветви при минимальной продольной силе

9 сочетание: М=-741.8кНм; N=-895.7кН; Q=128.5кН – (сечение 1-1 комб 1,5)

Второе сочетание усилий:    

От длительной нагрузки                                                                            

                                                             ;

 – для тяжелого бетона

;

.

, принимаем .

Задаемся коэффициентом армирования ;  

;

 

тогда .

Подбор сечения арматуры:

;

где

.

Имеем расчетный случай .

Армирование ветвей принимаем симметричное.

.

Принимаем 3Æ14 .

Десятое сочетание усилий:  

От длительной нагрузки                                                                           

;ё

;

.

, принимаем .

;

 

тогда .

Подбор сечения арматуры:

;

где

.

Имеем расчетный случай .

Армирование ветвей принимаем симметричное.

.

Девятое сочетание усилий:  

От длительной нагрузки                                                                           

;

;

.

, принимаем .

;

 

тогда .

Подбор сечения арматуры:

;

где

.

Имеем второй случай сжатия .

Армирование ветвей принимаем симметричное.

.

Максимальное растягивающее усилие в 9 сочетании.

 

Расчет подкрановой части колонны в плоскости, перпендикулярной