Компоновка однопролетных рам

 

     Компоновку рамы начинают с установления генеральных размеров элементов конструкций в плоскости поперечника по вертикали и по горизонтали.

 

Определение вертикальных размеров

 

 

Рис. 2.1.

 

H₂ = h_k + a + 100,                                                                               

где h_k =3150 мм – высота крана 50/10 по ГОСТ 6711-70;

       a = 250 мм – учитывает прогиб фермы;

       100 мм– зазор безопасности.

Н₂ = 3150 + 250 + 100 = 3600 мм.

H₀ = H₁ + H₂                                                                                         

H₀ = 18000 + 3600 = 21600мм.

В соответствии с "Основными положениями по унификации" размер Н₀ принимаем кратным 1,8 при H₀ >10,8 м.

Высота верхней части колонны:

H_B = H₂ + h_p + h_п.б.,                                                                             

где h_p = 130 мм, h _п.б. = 1500 мм – соответственно высота рельса и высота подкрановой балки;

H_B = 3600 + 130 + 1500 = 5230мм.

   Принимаем 5400мм.

Высота нижней части колонны будет:

H_H = H₀ + h_б – H_B,                                                                               

где h _б = 1000 мм – высота заглубления базы колонны

H_H = 21600+1000-5400=17200мм.

Общая высота стоек рамы:

H = H_H + H_B,                                                                                         

H = 17200+5400=22600 мм.

Высота фермы у опоры будет h _оп = 3150 ммт.к. уклон верхнего пояса равен i =0 ^o.

 

Определение горизонтальных размеров

 

Принимаем b ₀ = 250 мм.

Ширина верхней части колонны b _в ³ 540/12 = 450 Þ 700 мм.

Ширина нижней части колонны будет:

b_H =×b_о + l,                                                                                           

где l = 750 мм при Q ≤ 50 т.с.

b_H = 500+7500 = 1250 мм.

       Для обеспечения жесткости цеха в плоскости рамы для цехов среднего режима работы необходимо проверить условие:

;                                                                                           

b_H =1250мм > 17200/20 = 860 мм. Условие выполняется.

Пролет крана будет:

L_K = L – 2×l,                                                                                          

L_K = 36000 - 2×750 = 34500мм.

 

Определение нагрузок на раму

 

Постоянные нагрузки от покрытия

 

Постоянные нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² площади (g^H _кр, g _кр) определяем в табличной форме.

Вес ограждающих и несущих конструкций, кН/м²            Таблица 1

 

Наименование элемента	Нормативный вес	γ f	Расч. вес
1. Ограждающие элементы 1.1.Гидроизоляция из 2 слоев линокрома 1.2.Утеплитель, минераловатные плиты,   ρ=200кг/м² 1.3.Пароизоляция из одного слоя рубероида 2. Несущие элементы кровли здания 2.1.Ж/б плита из тяжелого бетона с заливкой швов 3х6 (м) 3. Металлические конструкции покрытия 3.1.Связи покрытия 3.2.Стропильные фермы	0,09 0,26 0,05 1,6    0,05 0,4	1,2 1,2 1,2 1,1 1,05 1,05	0,108 0,312 0,06 1,75 0,052 0,42

                                                                                  S = 2,45 кН/м²    S = 2,7 кН/м²

 

Постоянная погонная расчетная нагрузка на стропильную ферму будет:

g = B_ф×S × g_кр,= 6·2,7 = 16,21 кН/м,                                           

где B _ф =6 м – шаг ферм;

×S×g_кр =2,7кН/м² – расчетная нагрузка.

Реакция стропильной фермы будет:

V_g  =g·L/2,                                                                       

V_g = 16,21·36/2 = 291,78 кН.

Так как имеются промежуточные стропильные фермы, то такая же нагрузка будет действовать и от этих ферм, поэтому сосредоточенная сила на верхнем конце колонны будет:

V’_g = 2·V_g =2·291,78=583,56 кН.

 

Снеговая нагрузк а

 

На этом этапе расчета распределение снега принимают равномерно по всему покрытию. Погонная расчетная нагрузка на стропильную ферму составит:

S = s_g × B_ф,                                                                                             

где s _g –расчетное значение  веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое в зависимости от снегового района,

s_g = 2,4 кН/м² (IV снеговой район);

B_ф = 6 м – шаг стропильных ферм;

S = 2,4 ·6 = 14,4 кН/м.

Сосредоточенная сила на колонну от снеговой нагрузки при наличии промежуточных стропильных ферм:

V´_s = S × L = 14,4 × 36 = 518,4 кН.                                                     

 

 

Нагрузки от мостовых кранов

 

При расчете однопролетных промышленных зданий крановую нагрузку учитываю только от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности с учетом сочетания крановых нагрузок n_c = 0,85 для среднего режима работы.

Рис. 3.1.

Вертикальное давление кранов определяю по линиям влияния опорной реакции общей опоры двух соседних подкрановых балок.

Расчетные давления на колонну будут:

D_max = n_c× n× P_max× S y_i + G_п.к.,                                                             

D_max = 0,85 × 1,1 × 455 × 2,875 + 54 = 1277,1 кН,

D_min = n_c× n× P_min× S y_i + G_п.к.,                                                              

D_min =0,85 × 1,1 × 153 × 2,875 + 54 = 465,3 кН,

где n = 1,1 – коэффициент перегрузки;

       G _п.к. = B × G = 12·4,5 = 54 кН – вес подкрановых конструкций.

Максимальное давление колеса крана P_max:

P_max = ½ × (P_{1 max} + P_{2 max}) = Р₁,                                                         

т.к. Р₁ = Р₂ , P_max = 455 кН.

Минимальное давление колеса крана определяется по формуле:

P_min = [(Q – G_k) / n₀ ] – P_max ,                                                             

где G_k = 665 кН – вес крана с тележкой;

                   n ₀ = 2 – количество колес на одной стороне моста крана.

P_min = [(500 + 716)/ 2] – 455 = 153 кН.

Подкрановые балки устанавливаю с эксцентриситетом e ₁ по отношению оси нижней части колонны, поэтому от вертикальных давлений возникают сосредоточенные изгибающие моменты:

M_max = e₁ × D_max ,                                                                       

M_min = e₁ × D_min ,                                                                               

e₁ = 0.5 × b_н,                                                                                           

где    e₁ = 0,5 × b _Н = 0,5 × 1,25 = 0,625 м,

M_max = 0,625× 1277,1 = 798,19 кН×м,

M_min = 0,625× 465,3 = 290,81 кН×м.

Расчетное горизонтальное давление T от торможения тележки с грузом определяется по формуле:

,                                                   

где f = 0,1 – коэффициент трения;

       G_T = 132 кН – вес тележки.

кН.

 

Ветровая нагрузка

 

Для одноэтажных производственных зданий учитывается только статическая составляющая ветровой нагрузки. Она вызывает активное давление – с наветренной стороны и отсос – с противоположной стороны.

Нормальное значение давления ветра на вертикальную поверхность продольной стены зависит от района строительства, типа местности и высоты от уровня земли. Согласно СНиП “Нагрузки и воздействия” давление ветра на произвольной отметке от уровня земли (рис. 3.2.) определяется по формуле:

q = W₀ × k × c, [кН/м²],                                                                          

где W ₀ = 0,23 кН/м² – нормативная скорость напора ветра на уровне 10 м;

       с = 0,8  – аэродинамический коэффициент учета конфигурации здания: для активного давления с = 0,8, для отсоса – с’ = 0,6;

       k – коэффициент учета изменения высоты и типа местности (табл.3.4.1.[ 4]).

                      

Для определения ветровой нагрузки рассматривается расчетный блок шириной В (часть продольной стены). При этом давление ветра до низа ригеля прикладывается к стойкам рамы в виде распределенных нагрузок, а давление от шатровой части – в виде сосредоточенной силы, приложенной к верхушкам стоек.

С целью упрощения расчетов фактическая эпюра давления ветра до отметки низа ригеля (по высоте Н) заменяется эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой:

q_экв = q₀¹⁰× (1+Dk)=W_o×k_э×c,                                                                            

где k = 0,731 (прил.,табл.4 [6]).       

q_экв = 0,23× 0,731 × 0,8 = 0,134 кН/м².

Рис. 3.2.

Для определения сосредоточенной силы от давления ветра в пределах шатра принимается фактическая эпюра давления, которая имеет вид двух трапеций, средняя общая ордината которых соответствует давлению на отметке 20 м(рис. 3.2.)

а) интенсивность распределения нагрузок на колонну будет:

- активная

q_в = q_экв× ×n×B_фахв,                                                                                         

q_в = 0,134× 1,2× 12 = 1,93 кН/м²,

- отсос

q¢_в =  q_экв × n × B_фахв = 0.75× q_в = 1,93 кН/м².                                      

где В_фахв – шаг колонн.

 

б) Расчетная сосредоточенная сила от давления ветра на шатер цеха представляет собой равнодействующую давления на грузовую площадь с размерами Н_ш ´ В.

- для активного давления

 , n = 1,2,                                                

 кН/м²;

- для отсоса

W’ = 0,75·W = 0.75·9,98=7,485 кН/м².                                           

 

           4. Статический расчет рамы с жесткими узлами

Общие указания

 

Целью статического расчета является определение расчетных усилий в характерных сечениях элементов рамы, которые необходимы для подбора сечения элементов, для расчета сопряжений и узлов.

Принято усилия определять от каждой нагрузки в отдельности, затем на основе сочетаний нагрузок выявить неблагоприятное загружение для каждого сочетания и соответствующие расчетные усилия.

В первую очередь необходимо принять расчетную схему рамы на основании конструктивной схемы поперечника. Принятая расчетная схема на рис. 4.1.

На этом этапе сечения стоек и ригеля неизвестны, приходится задаваться отношением жесткостей элементов рамы:

n = I_B / I_H = 1/5…1/10, I_P / I_H = 2…4,             

Из опыта проектирования известно:

                                e = (0.45…0.55) × b_H – 0.5 × b_H

На практике часто принимают среднее значение:

                                 e = 0.5 × (b_H – b_B)                    

e = 0.5 × (1250 – 700) = 275 мм.

 

 

Рис. 4.1. Расчетная схема

                                                     

    

 

Получим I_В=1, I_Н=7, I_Р=21.

Коэффициент пространственной работы каркаса a _пр зависит от типа кровли. При жестких кровлях из ж/б плит с замоноличиванием швов a _пр находится по формуле:

,                                                                     

        

 

 

Дальнейший статический расчет рамы произведен на ЭВМ с помощью программы “СТАТРАСЧЕТ 3”.Все исходные данные для выполнения расчета занесены в табл. 2.

Рис. 4.2.

 

Таблица 2.

L, м	Н1, м	Н2, м	НВ, м	IH	IB	IP	E, м	АПР	К	N	S	Dmax, кН	Dmin, кН
36	21.6	5.4	5.4	7	1	21	0,2 75	0,3 3	1	0.8 1	2	1277.1	465.3

 

Mmax, кНм	Mmin, кНм	G, кН/м	P, кН/м	T, кН	GEK, кН/м	W, кН	GEK1, кН/м	W1, кН	NB	NH
798.19	290.81	16.21	14.4	42.47	1.93	9.98	1.45	7.49	0	0