Компоновка здания. Сбор нагрузок на раму. Определение усилий. Расчет и конструирование средней колонны. Расчет сборного железобетонного фундамента

2.  Компоновка здания.

При внутренней высоте здания Н>10,8 м применяют решетчатые (двухветвевые) колонны. По исходным данным к проекту подбираем колонну со следующими размерами сечений:

крайние колонны:  b=500 мм,

h_в=600 мм,

h_н=1300 мм, с=250 мм;

средние колонны:  b=500 мм,

h_в=600 мм,

h_н=1400 мм, с=250 мм.

 

При грузоподъемности кранов более 30 тонн назначаем привязку крайних колонн – 250 мм.

Крановые габариты и нагрузки (краны среднего режима работы):

пролет здания  - 45 м, пролет крана – 13.5 м, размеры: B_к=6650 мм,

К=5250мм,

h_к=3150 мм,

В_к1=300 мм;

давление колеса крана Р_max,n=400 кН, масса тележки – 17,5 т, масса всего крана – 50 т.

Высота кранового рельса – 150 мм

Высота подкрановой балки – 800 мм

Общая длинна (высота) колонны: Hр=H+150     Hр=12000+150=12150 мм

Hверхней части=4200 мм

Геометрическая (опалубочная ) длинна колонны:

Hгеом= Hр+900=13050 мм, где 900 глубина заделки колонны в стакан фундамента.

2. Расчет поперечной рамы

Расчетная Схема

Расчетная схема представляет собой многопролетную раму с шарнирно опертыми ригелями и жестко защемленными ступенчатыми стойками. Поперечные горизонтальные нагрузки передаются от одной стойки к другой через поперечные ригели, которые для простоты расчета полагают недеформированными вдоль их осей, т.е. бесонечно жесткими (ЕвА=∞), тогда горизонтальные перемещения всех стоек рам по верху становятся равными.

При воздействии постоянной, снеговой и ветровой нагрузок все рамы температурного блока деформируются одинаково, пространственная работа каркаса не проявляется, расчет сводится к расчету любой поперечной рамы на нагрузки, собранные с её грузовой площади.

                                                3. Сбор нагрузок на раму.

А. Нагрузки от покрытия.

Наименование	Нормативная нагрузка, кПа	Коэффициент надежности γf	Расчетная нагрузка, кПа	Примечания
Постоянная
1. Рубероид 3слоя	0,1	1,2	0,12
2. Цементная стяжка ?=30 мм, ?=18 кН/м3	0,54	1,1	0,59
3.Пенобетон ?=50 см, ?=11 кН/м3	5,5	1,2	6,6
4. Плиты покрытия 3х6 м	1,4	1,1	1,54
ИТОГО:	7,54		8,85
Временная от снега
7. Длительная	0,84	1.4	1,2
8. Кратковременная	0,84	1.4	1,2
ИТОГО:	1,68		2,4
Полная нагрузка	9,22		11,25
Постоянная и длительная	8,38		11,25

При грузовой площади А_кр = (15*6)/2 = 45м² нагрузка на крайнюю колонну от веса покрытия N₁ = 11,25*45 = 506,25 кН, в том числе постоянная и длительная N₁₁ = 9,22 * 45= 414,9 кН. Собственный вес фермы равен 149 кН, нагрузка на колонну от веса фермы N₂ = 66*0,5 = 33 кН. Суммарная расчетная нагрузка на крайнюю колонну N = N₁ + N₂ = 506,25 + 33 = 539,25 кН, в том числе постоянная и длительная N₁ = N₁₁ + N₂ = 414,9 + 33 = 447,9 кН.

Сила N приложена на расстоянии 175 мм от разбивочной оси, ее эксцентриситет относительно геометрической оси надкрановой части колонны e₁= = 175 – 0,5h_в = 175 – 300 = -125 мм,

Грузовая площадь средней колонны вдвое больше, чем крайней, поэтому вдвое возрастает нагрузка от покрытия, также вдвое увеличивается и нагрузка от веса ферм. В итоге, N = 2208.2 кН, N₁ = 1956.2 кН. При одинаковых пролетах по обе стороны колонны, нагрузки на нее слева и справа будут одинаковыми, следовательно, сила N приложена по оси колонны с эксцентриситетом е = 0.

Б. Ветровая нагрузка.

Величину нормативного давления ветра W₀ определяют по СниП [9] в зависимости от географического района и типа местности. Причем с увеличением высоты здания ветровое давление возрастает, что учитывается поправочным коэффициентом k [9]. Кроме того, коэффициентом с_е учитывают аэродинамическое сопротивление (профиль здания). Таким образом, величину распределенной по площади нормативной нагрузки определяют из выражения W_m = ω₀kc_e.

По карте 2 и табл 5 [9] определяем, что Новосибирск расположен в таком-то ветровом районе с нормативным значением ветрового давления W₀ = 0,38 кПа. При высоте до 5 м k₁ = 0,5, при высоте 10 м – k₂ = 0,65, при высоте 20 м – k₃ =  0,85. По схеме № 3 приложения 4 [9] принимаем аэродинамические коэффициенты с_е = 0,8 с наветренной стороны; с_е3 = 0,5 с подветренной стороны. Высота здания до верха колонны 12,6 м,  общая высота стены 13,74 м. Находим значения k: на уровне низа шатра (верха колонны) k_н =0,683, на уровне верха шатра k_в= 0,728 Расчетные значения W определяем из объема фигуры ветрового давления на шатровую часть: W = 0,5 ω₀ (k_н + k_в) c_е Н_ш В γ_f = 0,5 * 0,38 * (0,683 + 0,728) *0,8 *       * 1.74 * 6 * 1,4 = 3.13 кН.

Для приведения фактической нагрузки к эквивалентной нагрузке q_ω, равномерно-распределенной по высоте, удобнее всего найти вначале эквивалентное значение коэффициента k. Сделать это можно через равенство статических моментов S (относительно заделки колонн) площадей фактической и эквивалентной эпюр ветрового давления, принимая значения ?₀ и с_е равными 1. От фактической эпюры: S = k₁ 12,6 (12,6/2 + 0,15) + 0,5 (k_н – k₁) 7.6 * (7.6*2/3 + 5+0,15). От эквивалентной эпюры: S = k 12,6 * (6,3 + 0,15).

Подставив в первое выражение k₁ = 0,5, k_н = 0,728 и приравняв оба выражения, получим k = 0,59.

Тогда эквивалентная нормативная величина ветровой нагрузки будет: