Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания (длина здания – 108 м, пролет здания – 24 м, район строительства – г. Томск)

поддержания стенового ограждения и восприятия ветровой нагрузки в торце здания устраивается фахверк. Торцовый фахверк состоит из колонн и ригелей.

Освещение здания – через боковое остекление.

В качестве ригелей рамы применяются фермы из уголков в «тавр» из стали с390, которые имеют параллельные пояса с уклоном верхнего пояса 1.5 % и панелью 3 м. Высота фермы на опоре равна 3150 мм по обушкам. Малый уклон кровли допускает устройство защитного слоя из мелкого щебня на битумной основе.

Рисунок 1.2. – Схема стропильной фермы.

Расстояние от головки рельса до низа фермы при высоте крана по ГОСТ 6711 – 81:

h2 =Hк+ f = 4000+400 = 4400 мм 

              где f = 250…400 мм – учитывает крановый зазор, прогиб фермы и выступающие части связей.

Полная высота рамы при заглублении колонны h3 = 0.15 м:

H = h1 + h2 +h3=18400 + 4400 + 150 = 22950 мм

            где h1 = 18400 мм – отметка головки рельса.

Длина верхней части колонны:

hв = h2 + hp +hб = 4400 + 171 + 1330 = 5900 мм

Крановый рельс КР – 120, hp = 170 мм

hб – высота подкрановой балки ,принимаемой :

hб = (1/8…1/10)*lб = 1/9 * 12 = 1330 мм

Длина нижней части колонны:

hн = H – hв = 22950 – 5900 = 17050 мм

Высота здания:

h = h1 + h2 = 16900 + 5900 = 22800 мм

Верхняя часть колонны выполняется из сварного двутавра индивидуального изготовления.

Высота сечения верхней части колонны:

bв = (1/8…1/10)*hв =1/9 * 5900 = 655 мм =>принимаю 750 мм (кратно 250 )

Пролёт крана Lк = L – 2*λ

Расстояние от оси подкрановой балки до разбивочной оси колонны:

                                          λ = B1 + c + bв - a

где B1 – свес кранового моста;B1=B2=400 мм ,

                  с – зазор между колонной и краном, обычно равный  60…75 мм ,  с = 70 мм

Расстояние от разбивочной оси рамы до наружной грани колонны a=500, т.к. одновременно

Q>100 т, b>12 м , h1>18 м  =>:

                                        λ = 400 + 70 + 750 – 500 = 720 мм =>принимаю 750 (кратно 250)

Отсюда Lк = 24000 – 2*750 = 22500 мм

Высота сечения нижней части колонны:

bн = a + λ = 500 + 750 = 1250 мм

bн ≥ H/20 = 22950/20=1147.5мм

bн =1250≥ H/20=1147.5 мм =>

 нижняя часть колонны выполняется сплошной.

Рисунок 1.3. – Основные размеры поперечной рамы.

1.2. Связи.

В систему связей каркаса входят горизонтальные связи в плоскости верхних и нижних поясов ригеля и вертикальные – между фермами и по колоннам.

Связи в плоскости верхних поясов ферм состоят из поперечных связей и распорок. Они служат для обеспечения устойчивости верхнего пояса и удобства монтажа.

Связи по нижним поясам ферм состоят из поперечных и продольных связевых ферм и растяжек. Они обеспечивают пространственную работу каркаса, неподвижность верхних частей колонны и воспринимают давление ветровой нагрузки.

Поперечные связевые фермы расположены в торцах здания и в промежутке через 30 м.

Для связевых ферм принят треугольный тип решётки.

Распорки по верхним поясам устраиваются через 6 м, т.к. кровля тяжёлая (используются железобетонные плиты).

Вертикальные связи между фермами служат для увеличения их боковой жёсткости и удобства при монтаже. Связи устроены по опорам ферм и в промежутке при пролёте 24 м – 1 шт. Вдоль здания эти связи размещены в плоскости поперченных связей и в промежутке 3 шагов ферм.

Вертикальные связи между колоннами обеспечивают общую устойчивость и неизменяемость сооружения, а также воспринимают усилия от продольного торможения кранов и давления ветра на торец здания. Нижние связи по колоннам размещены в середине здания на расстоянии 39 м от оси 1.

Верхние связи по колоннам устроены двухъярусными. Нижний и верхний ярусы выполнены в виде треугольной решётки.

а) связи каркаса в плоскости верхних поясов

б) связи каркаса в плоскости нижних поясов

в) связи по колоннам

2. Статический расчёт поперечной рамы.

2.1. Определение нагрузок на раму.

Нагрузки на ригель. На ригель действует постоянная и временная нагрузки. Их определяют исходя из состава кровли и района строительства. Все вычисления сведены в таблицу.

Таблица 2.1.1. – Нагрузки на ригель рамы.

Наименование нагрузок	нормативная, kПа		расчётная
1	2	3	4
1. Постоянная: 3-х слойные плиты с эффективным утеплителем; Прогон собственный вес ригеля со связями.	0.6 0.1 0.115	1.05 1.05 1.05	0.63 0.105 0.121
Итого:	0.815		0.856
2. Временная:: снеговой покров	1.5	1.6	2.4

Погонные нагрузки на ригель:

                                 _

-  постоянная g= g * b = 0.856 * 12 = 10.272 кН/м

_

-  временная  s = s * b = 2.4 * 12 = 28.8 кН/м

Опорные давления стропильных ферм от этих нагрузок:

Fg = 0.5 * g * L = 0.5 * 10.272 * 24 =123.264 кН

Fs = 0.5 * s * L = 0.5 * 28.8 * 24 = 345.6 кН

Постоянные нагрузки на колонну.

Рисунок 2.1.1. – Схема приложения постоянных нагрузок к раме.

e1=bв/2=0,75/2=0,375 м   e2=bк+e1=0.15+0.375=0.525 м   e۪=bн-bв/2=1,22-0,75/2=0,235 м   e3=bн/2=1,22/2=0,61 м   e4=bк+e3=0,15+0,61=0,76 м N1=Fg=123.264кН N2=N1+G1=123.264+144.9=268.16кН N3=N2+Gв+Gб=333,124 кН N4=N3+G2=432.024 кН N5=N4+Gн=455,24 кН

Вес стеновых панелей размером 12 х 1.2 м = 28,0 кН/шт.; 12 х 1.8 м = 35 кН/шт.

Вес остекления равен 0.5 кПа.

Тогда:

G1=(35*2+2*28)*1.15=144.9 кН

                             G2=(2*28+30)*1.15=98.9 кН

Расчётная нагрузка от собственного веса подкрановой балки:

Gб=1,1(αб*lб+gр)*lб

где αб –коэффициент веса подкрановой и тормозной балок, αб=3,5…4,5

lб – пролёт балки, м

gр -вес одного кранового рельса

Gб=1,1*(4*12*1,183)=62,46 кН

Расчётная нагрузка от веса верхней части колонны:

Gв =0,6*Nв*hв/Rу

где Nв,Nн –нормальные силы в верхней и нижней частях колонны, кН

Nв =Fg+G1=123.264+144.9=268.164 кН

Nн =Nв+Gб+G2+Dmax+Gв=268,164+62,46+98,9+1313+2,5=1745,024 кН

Gв = 0,6*268,164*5,9/380=2,5 кН  

Расчётная нагрузка от веса нижней части колонны:

Gн =0,3*Nн*hн/Rу=0,3*1745,024*17,05/380=23,5 кН

Все вертикальные нагрузки, приложенные к колонне, переносим в центр тяжести сечения с добавлением моментов.

Mc = Fg*e1-G1*e2=123.264*0.375-144.9*0.525= -29.85 кН*м

Mв = -(Fg+G1+Gв)*e0+Gб*e3-G2*e4= -100.67 кН*м

Временные нагрузки на колонны:

Рисунок 2.1.2. – Схема приложения снеговой и крановой нагрузок к рамам.

Воздействие снеговой нагрузки на колонну передаётся через стропильную ферму.

Давление стропильной фермы Fs=345.6 кН

Сила  переносится в центр тяжести сечения с добавлением моментов (рисунок 2.1.2.).

Mcs=Fs*e1=345.6*0.375=129.6 кН*м

                                      Mbs=-(Fs+Fns)*e0 =-162.4 кН*м

Давление кранов определяем при крайнем положении тележки с грузом. При этом одна из колонн испытывает максимальное давление  другая – минимальное (рис. 2.1.2.).

Dмакс=φ*Fмакс*∑yi=1313 кН

Dмин=φ*Fмин*∑yi=265.176 кН

Fмин= Q+Gкр/n –Fмакс=1250+1200/4-561=51,5 кН

Рисунок 2.1.3. – Линии влияния опорных реакций подкрановых балок.

Моменты от крановых нагрузок:

            Ммакс=Dмакс*eз=1313*0,61=800,93 кН*м

                        Ммин=Dмин*eз=256,8*0,61=156,65 кН*м 

Определяем расчётную горизонтальную силу от поперечного торможения кранов:

                             Т=ψ*Т۪ *∑yi=ψ*k*γf*Q+Gт/n۪

где К=0,05- для кранов с гибким подвесом груза

      γf- коэффициент надёжности по нагрузке, равный 1.1

Q,Gт- вес груза и тележки крана, кН

n۪ – число колёс крана, расположенных на одном рельсе

                                        Т=0,85*0,05*1,1*(400+1200/4)*5,507=102,98 кН

Ветровая нагрузка.

Нормативное внешнее давление статической составляющей ветровой нагрузки определяется по формуле:

 – нормативное давление ветра, (табл. 5 [2]);

К – коэффициент учёта изменения ветрового давления по высоте