Компановка поперечной рамы, сбор нагрузок

ОГЛАВЛЕНИЕ
1 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
2 КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ
3 ИНТЕНСИВНОСТЬ НАГРУЗОК
4 РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ НА ПОПЕРЕЧНУЮ РАМУ
4.1 Вес конструкции покрытия
4.2 Вес колонны
4.3 Вес подкрановой балки с рельсом
4.4 Стеновое ограждение с ленточным остеклением
4.5 Снеговая нагрузка
4.6 Ветровые нагрузки
4.7 Крановые нагрузки
5 ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И УПРОЩЕНИЯ ДЛЯ
СТАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА РАМЫ КАРКАСА
6 ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА РАМЫ КАРКАСА
3
1 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Исходными данными для проектирования являются:
- шифр варианта (задание № ... )
- пролет здания;
- грузоподъемность мостового крана;
- отметка головки рельса;
- шаг рам;
- снеговой район строительства;
- ветровой район строительства.
Нужно определить геометрические параметры и нагрузки, необходимые для статического расчета поперечной рамы
каркаса.
Здание класса 1 оборудовано двумя мостовыми кранами
одинаковой грузоподъемностью. Режим работы кранов - легкий и средний (группы режимов работы кранов IК - 6К).
При определении ветровой нагрузки принимается тип
местности А по СНиП 2.01.07 - 85. Здание - бесфонарное однопролетное; покрытие - беспрогонное.
Колонны ступенчатого типа могут быть как сплошного,
так и сквозного сечения. Фермы с параллельными поясами и
восходящими опорными раскосами. Сопряжение фермы с колонной жесткое. Высота фермы на опоре (между обушками
поясных уголков) - 3,15 м. По фермам расположены железобетонные плиты покрытия размерами 6х3 м при шаге рам 6 м
и 12х3 м при шаге рам 12 м. Привязка наружной грани к оси
колонны - 0,25 м. Отметка заглубления бетонного фундамента
- 0,5 м.
Cостав кровли:
1) наплавляемый материал с интенсивностью нагрузки 0,15 кН/м2;
2) асфальтоцементная стяжка - 0,6 кН/м2;
3) минераловатный полужесткий утеплитель – 2 кН/м3;
4
4) железобетонные плиты с интенсивностью нагрузки 1,6 кН / м2.
Толщину утеплителя рекомендуется принять для I и II
снеговых районов - 0,15 м ; для III и IV районов - 0,2 м ; для V
и VI снеговых районов - 0,25 м.
Стеновое ограждение – трехслойные железобетонные
панели 1,8 х 6 м или 1,8 х 12 м. Параметры панелей:
- для I и II снегового района толщина 0,25 м, интенсивность нагрузки 3,7 кН/м2;
- для III и IV снегового района толщина 0,35 м, интенсивность нагрузки 3,9 кН/м2;
- для V и VI снегового района толщина 0,45 м, интенсивность нагрузки 4,1 кН/м2;
Остекление – тройное с интенсивностью нагрузки 0,75
кН/м2.
Две панели высотой по 1,8 м крепятся к колонне в
уровне нижнего пояса фермы. Одна панель высотой 1,8 м и
вышележащее остекление крепятся к колонне ниже места изменения сечения колонны (ниже подкрановой балки). Остальные стеновые панели опираются на рандбалку и к каркасу не
крепятся.
Другие ограничения связаны с требованиями унификации:
- отметка нижнего пояса фермы должна быть кратной
0,6 м ;
- ширина колонны - кратна 0,25 м ;
- минимальный зазор между фермой и верхним габаритом крана равен 0,3 м ;
- минимальный зазор между внутренней гранью колонны и боковым габаритом крана равен 0,075 м ;
- высота остекления кратна стеновым панелям , т.е 0,6 м.
При вычислении параметров для статического расчета
рамы каркаса эти ограничения должны быть учтены.
5
2 КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ
Для определения расчетной длины колонны необходимо
знать отметку нижнего пояса фермы (рис. 1). Необходимая
отметка
dтребф = dr + Hк + мin ,
где
dr - отметка головки рельса (см. задание);
Hк - вертикальный габарит крана [ 1 ] прилож. 1;
мin = 0,3 м - минимальный зазор между фермой и
краном.
Принимается dф  dтребф (кратно 0,6 м).
Задавшись отметкой заглубления бетонного фундамента
dб = -0,5 м, определим расчетную длину колонны как разницу
между отметками фермы и колонны к = dф + [dб].
Длина нижней части колонны от уступа до обреза бетонного фундамента в соотвествии с рис. 1 будет :
н = dr +IdбI - hпбр,
где
hпбр - высота подкрановой балки и рельса. Их
значения для крана заданной грузоподъемности приведены в
[1 прилож. 1].
Длина верхней части колонны b = к - н
Привязка оси к наружной грани колонны а = 0,25 м. Ширина верхней части колонны из условия жесткости:
hb  1/12 b
и принимается кратной 0,25 м.
Ширина нижней части колонны (рис. 1):
hн = а + ,
где
 = (L - Lкр) / 2 (Lкр - база крана дана в ГОСТ
6711-81* на краны или в [1]).
При кранах грузоподъемности до 50 т включительно  =
0,75 м .
6
Рис. 1. Основные размеры поперечной рамы цеха
7
При кранах большей грузоподъемности  = 1 м. Зазор
между боковым габаритом крана и внутренней гранью колонны (рис. 1):
c = hн - hb - B1.
где
В1 - боковой габарит крана см. в [1 прилож. 1].
Этот зазор должен быть более необходимого по технике безопасности:
с  сmin = 0,075 м.
На отметке dф к колонне крепятся 2 степовые панели высотой по 1,8 м каждая. Отметка верха стены dbст = dф + 3,6 м
(рис. 1).
Ниже головки кранового рельса к колонне крепится еще
1 панель высотой 1,8 м. На нее опирается вышележащее
остекление. Оконное и стеновое ограждение, расположенное
ниже, опирается на фундаментную балку.
3 ИНТЕНСИВНОСТЬ НАГРУЗОК
Расчетное значение веса снегового покрова на 1
м2 горизонтальной поверхности земли принимается в зависимости от снегового района по [2] или по данным таблицы 1.
Нормативное значение снеговой нагрузки следует определять
умножением расчетного значения на коэффициент 0,7. Нормативное значение ветрового давления принимается в зависимости от ветрового района по [2] или по таблице 2. Коэффициент надежности по ветровой нагрузке следует принимать
равным 1,4. Значение интенсивности нагрузок на элементы
каркаса приведены в табл. 3.
Таблица 1
Номер снегового района
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
Sq, кПа
0,8
1,2
1,8
2,4
3,2
4,0
4,8
5,6
8
Таблица 2
Номер ветрового района
w0, кПа
Iа
I
II
III
IV
V
VI
VII
0,17 0,23 0,30 0,38 0,48 0,60 0,73 0,85
Таблица 3
Интенсивность нагрузок
ПОСТОЯННЫЕ
Вид
нагрузки
Наименование и состав
нагрузок
1. Кровля
- наплавляемый материал, кН/м2
- асфальтоцементная стяжка, кН/м2
- железобетонная плита , кН/м2
- утеплитель минераловатный полужесткий  = 2 кН/ м3 :
при толщине t1 = 0,15 (для снега I и
II района), кН / м2
при толщине t2 = 0,20 м (для снега
III и IV р-на), кН / м2
при толщине t3 = 0,25 м (для снега
V и VI р-на), кН / м2
Норматив.
значение
f
Расчет.
значение
0,15
0,6
1,6
1,3
1,3
1,1
0,20
0,78
1,75
0,3
1,3
0,39
0,4
1,3
0,52
0,5
1,3
0,65
ИТОГО
2. Стеновое ограждение:
при толщине панели 0,25 м (для
снега I и II района), кН / м2
при толщине панели 0,35 м (для
снега III и IV района), кН / м2
при толщине панели 0,45 м (для
снега V и VI района), кН / м2
3,7
1,2
4,44
3,9
1,2
4,68
4,1
1,2
4,92
3. Остекление тройное, кН / м2
0,75
1,1
0,825
9
Продолжение таблицы 3
КРАТ КОВРЕМЕННЫЕ
4. Снег ( для заданного района ),
S0 кН / м2
5. Ветер на отметке до 10 м для заданного района w0, кН / м2
Активное давление ветра
qb = 0,8  w0 кН / м2
Пассивное давление
q/b = 0,6  w0 кН / м2
6. Вертикальное давление колес
крана:
Приложение 1 [1] Fmaxк1 кН
1,1
или ГОСТ 6711-81* Fmaxк2 кН
1,1
Fmink =(Q + Gk) / no - Fmaxk кН
7. Поперечное торможение крана
Tk = 0,05 ( Gт + Q )/ no
кН
Q - грузоподъемность
Gk - вес крана
Gт - вес тележки
no- количество колес с 1 стороны
крана
1,1
1,1
4 РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ НА ПОПЕРЕЧНУЮ РАМУ
4.1 Вес конструкции покрытия
Нагрузками от веса покрытия являются вес кровли и
фермы со связями. На 1 погонный метр фермы нагрузки собираются с шириной грузовой площади равной шагу ферм = 6
или 12 м. Расчетное значение нагрузки от веса кровли получается простым перемножением расчетного значения итоговой
нагрузки q из табл. 3 на шаг ферм: q1 = q *  кН/м.
10
Расчетное ориентировочное значение равномерно распределенной нагрузки от веса фермы со связями можно получить по формуле:
q2 = 1,2 * f * L *  * , кг/м
где f = 1,05 - коэффициент надежности по нагрузке;
L - пролет фермы в (м);
 - весовой коэффициент рекомендуется принять
равным 0,7 при L = 24 м ; 0,8 при L = 30 м и 0,9 при L = 36
м;
 - шаг ферм в (м).
Расчетное значение шатровой нагрузки (вес конструкций
покрытия):
qш = q1 + q2, кН/м,
при этом q2 необходимо перевести в кН/м.
4.2 Вес колонны
Зададимся весом колонны для верхней ее части qbk = 1
кН/м при шаге рам 6 м и 2 кН/м при шаге рам 12 м. Для нижней части колонны примем ее линейную плотность qнк величиной 2 кН/м при шаге рам 6 м и грузоподъемности крана до
80 т включительно. При большей грузоподъемности крана и
шаге 6 м примем линейную плотность нижней части колонны
3 кН/м. При шаге рам 12 м линейная плотность нижней части
колонны примем 4 кН/м для кранов Q  80 т и 6 кН/м для
кранов большей грузоподъемности.
Расчетное значение нагрузок от веса колонны будет:
для верхней ее части Gbk = 1,05 * qbk * ’b кН ;
для нижней ее части Gнk = 1,05 * qнk * н кН.
Согласно рис. 1 фактическая длина верхней части колонны
’b = b + 3,15 м (с учетом высоты стропильной
фермы на опоре);
11
н - по рис. 1.
4.3 Вес подкрановой балки с рельсом
Расчетным значением нагрузки от веса подкрановой
балки при  = 6 м зададимся по эмпирической формуле:
Gnб = 0,389 F max
/ 21 , кН
k
max
где F k - давление колеса крана в (кН) при заданной
грузоподъемности (табл. 3).
При шаге 12 м это значение следует увеличить в 2 раза.
Тип кранового рельса определяется приложением 1 [1].
Линейная плотность рельса qр дана в табл.6 Приложения 14 [1].
Длина рельса равна шагу рам и расчетное значение
нагрузки от его веса, передающегося на колонну , будет:
Gр = 1,05 * qр *
При этом линейная плотность нужно перевести в размерность кН/м.
Расчетная нагрузка от веса подкрановой балки с рельсом:
Gпбр = Gпб + Gр.
4.4 Стеновое ограждение с ленточным остеклением
На отметке dф (рис. 1) к колонне крепятся 2 стеновые
панели общей высотой 2 х 1,8 м = 3,6 м. Из табл. 3 известна
интенсивность нагрузки (вес 1м2 панели при заданном снеговом районе). Вес этих панелей, приведенный к сосредоточенной силе:
Рст1 = 3,6 м *  * qст ,
где  - шаг колонн (длина панелей);
12
qст - расчетное значение интенсивности нагрузки от
стенового ограждения (табл. 3)
Ниже подкрановой балки к колонне крепится 1 панель,
на которую дополнительно опирается остекление высотой hост
от головки рельса до dф (рис. 1). Вес этого остекления при интенсивности расчетной нагрузки qост (табл. 3) будет:
Рост = qост * hост * .
Расчетное значение нагрузки от стеновых панелей и
остекления, приложенное ниже подкрановой балки, будет :
Рст2 = 1,8 * * qст + qост * hост * .
4.5 Снеговая нагрузка
Снеговая равномерно распределенная нагрузка приложена к верхнему поясу фермы и подобна шатровой равномерной нагрузке
pсн = p * ,
где p - интенсивность снеговой нагрузки (см. табл. 3).
4.6 Ветровые нагрузки
В соответствии со СНиП 2.01.07-85 характер распределения ветровой нагрузки по высоте здания представлен на
рис. 2а. От 0 до отметки 10,0 м ветровой напор - равномерно
распределенная нагрузка интенсивностью qо (табл. 3). При
большей высоте (до отметки парапета dbст) вводится корректирующий коэффициент k (Приложение 3 [ 1 ]), учитывающий
изменение ветрового давления по высоте для различного типа
местности. В проекте следует принять тип местности - А.
На левую колонну действует активное ветровое давление qb (табл. 3) с аэродинамическим коэффициентом c = 0,8;
справа - пассивное давление q/b c аэродинамическим коэффициентом с = 0,6 (табл. 3).
13
а)
б)
Рис. 2. Схема ветровой нагрузки
а) изменение ветровой нагрузки по высоте; б) эквивалентная
нагрузка.
14
Для упрощения расчета принимается более простая - эквивалентная схема ветровой нагрузки (рис. 2, б). В пределах k
ветровая нагрузка заменяется равномерно распределенной,
значение которой при шаге рам, равном  , будет для левой
стойки рамы (активное давление) :
qэb =  * qb * ,
где
qb - расчетное значение интенсивности активного
давления ветра (табл. 3) с учетом аэродинамического коэффициента с = 0,8;
 - поправочный коэффициент.
При k  10 м
 = 1,0;
при k = 15 м
 = 1,04;
при k = 20 м
 = 1,1;
при k = 25 м
 = 1,17.
Для правой стойки рамы пассивное давление вычисляется аналогично:
qэ/b =  * q/b *.
Оставшуюся часть ветровой нагрузки, заштрихованную
на рис. 2, а заменяют главным вектором W = Wлев + W/прав,
т.е. сосредоточенной силой, приложенной в уровне нижнего
пояса фермы. Это объем ветровой нагрузки, распределенной
между отметками dф и dbст (рис. 2, а):
Wлев = (qфb + qbст) * h *  / 2;
W’прав = (qф/b + qb/ст) * h *  / 2.
Здесь
h - высота от низа фермы до парапета;
 - шаг рам ;
qфb - активное давление ветра на отметке dф;
qbст - активное давление ветра на отметке парапета по рис. 1;
qф/b и qb/ст - соответственно пассивное давление ветра на этих отметках.
15
Расчетное значение qфb ... qb/ст определяется в зависимости от высоты (учитывается коэффициентом k по Приложению 3 [1]), аэродинамического коэффициента с (активное или
пассивное давление ветра) и ветрового напора qo на отметке
до 10 м для заданного района строительства (табл. 3).
4.7 Крановые нагрузки
Крановые нагрузки передаются на раму через подкрановые балки в виде опорных реакций от двух сближенных кранов при невыгодном для колонны их положении . Это определяется построением линии влияния (табл. 4 и 5).
Для определения максимального вертикального давления крана на колонну необходимо максимальное давление
каждого колеса (расчетное значение его определено в табл. 3)
умножить на соответствующую ординату линии влияния и
результат просуммировать. При этом следует учесть коэффициент сочетаний  = 0,85 для среднего режима работы кранов.
Тогда
Dmax =  *  Fmaxki * yi.
Минимальное вертикальное давление крана и горизонтальная расчетная нагрузка от поперечного торможения вычисляется аналогично:
Dmin =  *  Fminki * yi ; T =  *  Tki * yi
Расчетные значения Fminki и Tk подсчитаны ранее в табл.
3.
16
Таблица 4
Линии влияния опорных реакций от двух кранов при шаге
колонн 6 м
Схема загружения и линии влияния
Fк Fк
24 м
30 м
1,2м
y1
y2
30 т
Fк
y1=1
y2=0.8
y3=0.15
5,1м
6м
6м
Fк Fк
36 м
y3
y2
Fк
5,6м
1,26м
Fк Fк
Fк1
Fк1
Fк2
y1=1
y2=0.79
y3=0.07
Fк
y3
5,25м
y1
1,51м
y2
50т
24 м
30 м
36 м
Значение
ординат
y3
Пролет
цеха
y1
Грузоподъемность
Fк2 Fк2
y1=1
y2=0.748
y3=0.125
Fк2
80 т
24 м
30 м
36 м
y1=1
y2=0.866
y3=0.142
y4=0.475
y5=0.342
100 т
125 т
24 м
30 м
36 м
y1=1
y2=0.866
y3=0.1
y4=0.475
y5=0.342
17
Таблица 5
Линии влияния опорных реакций от двух кранов при шаге
колонн 12 м
Грузоподъемность
Пролет
цеха
Схема загружения и линии влияния
Значение
ординат
y1=1
y2=0.9
y3=0.475
y4=0.575
24 м
30 м
30 т
y1=1
y2=0.895
y3=0.428
y4=0.533
36 м
18
Fк2
0,8 4,6 м
Fк2 Fк2
0,8 3,15 м 0,8
12м
y5
24 м
30 м
36 м
y6
100 т
125 т
Fк1
Fк2
Fк1
4,6 м
Fк1
0,8
12м
y7
y8
Fк1
y3
y4
80 т
24 м
30 м
36 м
y2
y1
50т
y1=1
y2=0.8192
y3=0.4358
y4=0.5625
24 м
30 м
36 м
y1=1
y2=0.933
y3=0.7375
y4=0.671
y5=0.57
y6=0.504
y7=0.308
y8=0.242
y1=1
y2=0.933
y3=0.7375
y4=0.671
y5=0.55
y6=0.483
y7=0.2875
y8=0.221
5 ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И УПРОЩЕНИЯ ДЛЯ
СТАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА РАМЫ КАРКАСА
Для облегчения расчета вводятся следующие упрощения:
1) сквозные элементы (ферма, колонна) заменяются
сплошными стержнями эквивалентной жесткости;
2) ось эквивалентного ригеля стержня принимается на
отметке нижнего пояса фермы;
3) оси верхней и нижней частей колонны совмещаются,
что учитывается введением дополнительных изгибающих моментов в месте изменения сечения колонны;
4) пролет рамы принимается по разбивочным осям;
5) неравномерно распределенная ветровая нагрузка заменяется более простой.
Эквивалентными жесткостями EJ и ЕA задаются из опыта проектирования. Для статического расчета рамы важно
знать не сами жесткости, а их соотношения. Из опыта проектирования примем значения изгибных жесткостей верхней,
нижней частей колонны и ригеля:
EJb = 1*10-3 кН*м2 ; EJн = 4*10-3 кН*м2 и EJp = 10*10-3
кН*м2 , а продольные жесткости EAb = EAн = EAp = 0,5 * 10-3
кН. В последствии (после подбора сечений ригеля и стойки)
эти соотношения будут установлены точно. Если разница
установленных и предварительно принятых соотношений не
превышает 1,5 ... 2 раза, то это неощутимо для результатов
статического расчета. При большей разнице статический расчет рамы подлежит корректировке.
Смещение осей верхней и нижней частей колонны (рис.
3) вызывает появление дополнительного изгибающего момента в месте изменения сечения от вертикальных нагрузок, приложенных по оси верхней части колонны. Величина смещения
осей :
e1 = (hн - hb) / 2.
19
Нагрузка от веса шатра (опорная реакция фермы):
Nш =qш * L / 2.
Дополнительный изгибающий момент от шатровой
нагрузки:
Mш = Nш * е1 = qш * L * e1 / 2.
Аналогично для снеговой нагрузки
Mсн = Pсн * L * e1 / 2.
Вертикальные крановые нагрузки Dmax (min) приложены с
эксцентриситетом e2 (рис. 4). При переносе этих сил на ось
нижнего пояса появятся дополнительные изгибающие моменты от максимального и минимального кранового давления:
Mmax = Dmax* hн / 2;
Mmin = Dmin * hн / 2.
Эксцентриситетом приложения других нагрузок (стенового ограждения, веса подкрановых балок и т.д.) пренебрегаем.
Рис. 3. Влияние смещения
осей ступенчатой колонны
20
Рис. 4. Влияние эксцентриситета крановых нагрузок
6 ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
РАМЫ КАРКАСА
В процессе компоновки, сбора и преобразования нагрузок установлены расчетная схема и другие данные для статического расчета рамы (рис. 5).
Рис. 5. Расчетная схема рамы
В расчетной схеме постоянные нагрузки, действующие
на колонну, обобщены в виде сосредоточенных сил G:
G4 = Pст1 ; G3 = Gbk ; G2 = Pcт2 + Gпбр ; G1 = Gнk .
Нагрузка Дmax и соответствующий ей момент Mmax
возникают при смещении тележки крана к левой колонне (рис.
21
5). При этом на правой колонне возникают нагрузки Дmin и
Mmin.
В соответствии с принятой расчетной схемой необходимо свести в табл. 6 найденные параметры, необходимые
для статического расчета рамы.
Таблица 6
Параметры для статического расчета рамы каркаса
Параметр
1. Шифр варианта
2. Пролет
3. Шаг колонн
4. Длина нижней части колонны
5. Длина верхней части колонны
6. Высота подкрановой балки с рельсом
7. Вес нижней части колонны
8. Вес подкрановой балки с рельсом и стенового
ограждения в уровне подкрановой балки
9. Вес верхней части колонны
10. Вес стены в уровне ригеля
11. Постоянная нагрузка по ригелю
12. Снеговая нагрузка
13. Максимальное давление кранов
14. Минимальное давление кранов
15. Поперечная тормозная сила
16. Ветровая нагрузка с наветренной стороны (активное давление ветра)
17. Пассивное давление ветра
18. Ветровая нагрузка на шатер
19. Момент от шатровой нагрузки
20. Момент от снеговой нагрузки
21. Момент от максимального давления кранов
22. Момент от минимального давления кранов
22
Обозначение
N
L

н
b
hпбр
G1
G2
Величина
G3
G4
qш
pсн
Дmax
Дmin
T
qэb
кН
кН
кН/м
кН/м
кН
кН
кН
кН/м
qэ/b
W
Mш
Mсн
Mmax
Mmin
кН/м
кН
кН*м
кН*м
кН*м
кН*м
м
м
м
м
м
кН
кН
ЛИТЕРАТУРА
1. Беленя Е.И. Металлические конструкции. - М.; 1985.
2. СНиП 2.01.07. - 85. Нагрузка и воздействия. - М.:
1986.
23