Оглавление 

 

Введение

 

Конструкции промышленных зданий, как и гражданских, состоят из отдельных элементов, связанных в единую систему. Отдельные  элементы зданий- плиты и балки перекрытий, колонны, стены и др. – должны обладать прочностью и устойчивостью, достаточной жесткостью, трещиностойкостью и участвовать в общей работе здания. При загружении одного из элементов здания в работу включаются и другие элементы, происходит работа пространственной системы. Здание в целом должно надежно сопротивляться деформированию в горизонтальном направлении под влиянием различных нагрузок и воздействий, т.е. должно обладать достаточной пространственной жесткостью.

Конструктивные схемы зданий, удовлетворяющие изложенным требованиям, могут быть каркасным и панельными (бескаркасными), многоэтажными и одноэтажными. Каркас одноэтажного здания образуют колонны, заделанные в фундамент, и ригели, шарнирно или жестко соединенные с колоннами.

Каркас  многоэтажного здания образуют основные вертикальные и горизонтальные элементы- колонны и ригели.

Целью данной курсовой работы является запроектировать  в сборном железобетоне основные несущие конструкции одноэтажного каркасного производственного здания с мостовыми кранами.

Исходные  данные

 

•  здание  отапливаемое, двухпролетное, II класса по ответственности;
• шаг колонн – 12 м;
• размеры пролетов – 30 м;
• отметки головок крановых путей – 10.0;
• грузоподъемность мостовых кранов – 20/5;
• вид строительной конструкции – СБФ (сегментная безраскосная ферма);
• расчетное сопротивление грунта – 0,18 МПа;
• длина здания – 108 м;
• тип местности по ветровой нагрузке – B;
• район строительства – г. Минск;

III район по снеговой нагрузке – S_g = 1,8 кПа;

I район по ветровой нагрузке – w₀ = 0,23 кПа. 
 
 
 
 
 
 
 

1. Компоновка  поперечной рамы

 

Основные  несущие конструкции покрытия –  железобетонные стропильные фермы пролетом 30 м и подстропильные фермы пролётом 12 м; подкрановые балки сборные железобетонные, предварительно напряженные, высотой 1,4 м; плиты покрытия предварительно напряженные железобетонные ребристые, размером 3×6. Устройство фонарей не предусмотрено, цех оборудуется лампами дневного света. Наружные стены панельные, навесные, опирающиеся на опорные столики колонн.

Крайние колонны проектируют сплошными  прямоугольного сечения, ступенчатыми; средние колонны – сквозными  двухветвевыми.

Отметки головок крановых рельс H_r = 10,0 м.

Высота  кранового рельса h_r = 150 мм.

Привязка  координационных осей крайних рядов  колонн нулевая, а привязка осей крановых путей λ = 750 мм.

Длина надкрановой части колонн Н₁  и подкрановой части Н₂ :

, где

Н_cr – габаритный размер крана по высоте, Н_cr = 2,40 м;

h_cb – высота подкрановой балки;

а₁ – зазор между нижним поясом фермы и краном, равный 100 мм.

,где

a₂ – отметка обреза фундамента.

Полная  длина колонны:

Н=Н₁+Н₂=4050+8600 = 12650 мм. Принимаем высоту H = 12750 мм, увеличивая отметку головок крановых рельс до 10,1 м. 

Поперечные  сечения колонн:

 

Высота  поперечного сечения надкрановой  части колонн крайних рядов:

h₁ = λ – B₁ – 70 = 750 – 260 – 70 = 420 мм;

Высота  сечения подкрановой части h₂ ≥ 1/14 Н₂ = 8700/14 = 621 мм; принимаем ширину сечения равной 700 мм.

Для колонны  среднего ряда высота сечения надкрановой  части h₁ = 700 мм. Высота сечения подкрановой части:

h₂ = 2λ + h_br =2∙750 + 250=1750 мм; где 250 – высота сечения одной ветви. Так как грузоподъёмность мостового крана равна 20/5 тс и высота колонн 12750 мм, то принимаем высоту сечения подкрановой части 1200 мм. Ширину сечения назначаем 700 мм. Высота сечения распорок 400 мм.

2. Определение нагрузок на раму-блок

 

1. Постоянные  нагрузки

 

Постоянные  нагрузки на покрытие, Па 

 

Постоянная  нагрузка на 1 м² покрытия составляет 3 кПа.

Массы основных несущих конструкций и  их вес:

1. Сегментная безраскосная ферма L = 30 м, масса 26 т, вес 265 кН.
2. Подстропильная ферма L = 12 м, масса 11,3 т, вес 110,8 кН.
3. Подкрановая балка L = 12 м, масса 11,7 т, вес 114,8 кН.

 

Расчётные нагрузки при γ_f >1 на стойки рамы-блока и эксцентриситеты их приложения: 

• на колонну  крайнего ряда А

 

- от веса покрытия  и сегментной фермы:

Эксцентриситет  нагрузки G₁ относительно геометрической оси надкрановой части колонны:

e₁ = h₁/2 – 175 = 420/2 – 175 = 35 мм;

- от веса подстропильной  фермы:

- от веса надкрановой  части 1 колонны:

Эксцентриситет  нагрузки G₂ относительно геометрической оси надкрановой части колонны:

е₂ = (h₂ – h₁)/2 = (700 – 420)/2 = 140 мм;

- от веса подкрановой  части 1 колонны:

- от веса стеновых  панелей:

При шаге колонн 12 м принимаем G₄ = 120 кН;

Эксцентриситет  нагрузки G₄ относительно геометрической оси подкрановой части колонны:

e_w = (t_w + h₂)/2 = (300 + 700)/2 = 500 мм;

- от веса подкрановых  балок и кранового  пути:

Эксцентриситет  нагрузки G₅ относительно оси подкрановой части колонны:

е₅ = λ – h₂/2 = 750 – 700/2 = 400 мм; 

• на колонну  среднего ряда Б

 

- от веса покрытия  и сегментной фермы:

- от веса подстропильной фермы:

- от веса надкрановой  части:

От веса подкрановой части (при числе  отверстий n = 3):

G₉ ≈ 70 кН;

- от веса подкрановых  балок и кранового  пути:

Эксцентриситет  приложения нагрузки от подкрановой  балки

е₄ = λ = 750 мм;

Нагрузки  на колонну по ряду В будут такими же как нагрузки на колонну по ряду А.

2.   Снеговая нагрузка

 

По району строительства поперечной рамы принимаем  снеговую нагрузку, равномерно распределённую по всей длине, коэффициент μ = 1.

Расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной проекции покрытия для III района по табл. 4 СНиП 2.01.07 – 85: S_g = 1,8 кПа, тогда нормативная нагрузка на 1 м² горизонтальной проекции покрытия:

Расчётные снеговые нагрузки на стойки рамы-блока:

- по  рядам А, В:

- по  ряду Б:

Эксцентриситеты приложения продольных сил от снеговой нагрузки точно такие же, что и для продольных сил от веса покрытия. Длительно действующую часть снеговой нагрузки отдельно не выделяем ввиду её незначительной величины.

3. Крановые  нагрузки

 

В соответствии со стандартами на мостовые электрические  краны принимаем нагрузки и габариты (кран – 20/5 т):

- максимальное  нормативное давление колеса: P_n,max = 255 кН;

- общая  масса крана: G_кр = 46,5 т;

- масса  тележки: G_т = 8,5 т;

- база  крана: B_к = 6,3 м; А_к = 5,0 м;

- минимальное  давление колеса:

- нормативная тормозная сила от поперечного торможения крана, приходящаяся на одно колесо:

- расчётное  максимальное вертикальное давление  кранов на колонны определяем  по линии влияния опорных реакций  подкрановых балок. 

 

Сумма ординат линий влияния:

Расчётное максимальное и минимальное давление от двух сближенных кранов в пролёте  А-Б:

Расчётная тормозная сила от двух кранов в  пролёте А-Б:

4. Ветровая  нагрузка

 

Для I района ветровой скоростной напор w₀ = 0,23 кПа (СНиП 2.01.07-85* табл. 5); коэффициент надёжности по нагрузке γ_f = 1,4;

Скоростной  напор ветра: w = k·w₀, где

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте:

- на  отметке 5,000 м: k = 0,5;

w₁ = 0,5·0,23 = 0,115 кПа;

- на  отметке 10,000 м: k = 0,65;

w₂ = 0,65·0,23 = 0,15 кПа;

- на  отметке 12,600 м:

w₃ = 0,702·0,23 = 0,161 кПа;

- на  отметке 14,400 м:

w₄ = 0,738·0,23 = 0,17 кПа;

Переменный  по высоте колонны скоростной напор  заменяем равномерно-распределённой эквивалентной  по моменту в заделке колонны:

Аэродинамические  коэффициенты для вертикальных стен:

- с наветренной  стороны с = 0,8;

- с заветренной  стороны с = 0,6;

Расчётная погонная нагрузка от ветра на отметке 12,600 м:

- с наветренной  стороны:

- с заветренной  стороны:

Нагрузку  от ветрового давления на надколонную  часть здания (шатёр покрытия) выше отметки 12,600 м приводим к сосредоточенной силе по формуле:

Сосредоточенная сила w условно считается приложенной на уровне верха колонны.

3. Статический расчет рамы-блока

 

Геометрические  характеристики сечений колонн: 

Моменты инерции сечения колонны ряда А или В:

- надкрановой  части

 - подкрановой части

Коэффициенты  для вычисления реакций:

α = а/l = Н₁/Н = 4,05/12,75 = 0,318;

k₁ = 0 – для сплошных колонн; 

Моменты инерции в сечении двухветвевой колонны ряда Б:

- надкрановой  части 

- подкрановой  части где - расстояние между осями ветвей;

Коэффициенты для вычисления реакций:

α = 0,318; k = 0,117;

где J_br – момент инерции сечения ветви колонны:

n = 3 – число панелей (отверстий) в подкрановой части двухветвевой колонны; 

Определение реакций верха  колонн рамы-блока от единичного смещения 

Верхним концам колонны придаем горизонтальное смещение Δ=1 и определяем реакции В_Δ в основной системе от этого смещения.

- для  колонны ряда А или В:

- для  средней колонны:

Суммарная реакция верха колонн:

 

Загружение  рамы-блока постоянной нагрузкой 

Реакции колонны ряда А или В:

где М₁ и М₂ – моменты в сечениях I – I и III – III от внецентренно приложенной постоянной нагрузки:

М₁ = G₁·e₁ = 806,5·0,035 = 28,23 кН·м;

М₂ = -G₁·e₂ – G₂·e₂ – G₄·e_w + G₅·e₃ = - 806,5·0,14 – 21,6·0,14 – 120·0,5 + 138,8·0,4 =

 - 120,41 кН·м;

Реакция средней колонны:

Суммарная реакция верха колонн в основной системе:

Перемещение верха колонн в заданной системе:

Упругие реакции верха колонн в заданной системе: 

- колонны  ряда А или В:

- колонны  ряда Б:

Определение усилий в сечениях колонн: 

- в колонне  ряда А или В:

М_{I – I} = М₁ = 28,23 кН · м;

М_{II – II} = М₁ + В_е,l · H₁ = 28,23 - 4,94 · 4,05 = 8,22 кН · м;

М_{III – III} = М_{II – II} + М₂ = 8,22 - 120,41 = - 112,19 кН · м;

М_{IV – IV} = М₁ + М₂ + В_е,l · H = 28,23 - 120,41 - 4,94 · 12,75 = -155,17 кН · м;

Q = - В_е,l = 4,94 кН;

Проверка: (М_{III – III} - М_{IV – IV}) / 8,7 = (- 112,19 – ( - 155,17)/8,7 = 4,94 кН;

N_{II – II} = G₁ + G₂ = 806,5 + 21,6 = 828,1 кН;

N_{III – III} = N_{II – II} + G₄ + G₅ = 828,1 + 120 + 138,8 = 1086,9 кН;

N_{IV – IV} = N_{III – III} + G₃ = 1086,9 + 93,6 = 1180,5 кН; 

- в колонне  по ряду Б:

М_{I – I} = М_{II – II} = М_{III – III} = М_{IV – IV} = М₁ = 0 кН;

Q = 0 кН;

N_{II – II} = G₆ + G₇ + G₈ = 1613 + 115,8 + 36,1 = 1750,4 кН;

N_{III – III} = N_{II – II} + G₁₀ = 1750,4 + 277,5 = 2027,9 кН;

N_{IV – IV} = N_{III – III} + G₉ = 2027,9 + 70 = 2097,9 кН. 

Загружение рамы-блока снеговой нагрузкой 

Реакции верха колонны ряда А в основной системе:

где М₁ = S₁ · e₁ = 307,8 · 0,035 = 10,77 кН;

М₂ = - S₂ · e₂ = - 307,8 · 0,14 = - 43,09 кН∙м;

Суммарная реакция в основной системе:

Перемещение верха колонн в заданной системе:

Упругие реакции верха колонн в заданной системе:

- колонны  ряда А или В:

- колонны  ряда Б:

Усилия  в сечениях колонн:

- в колонне  ряда А или В:

М_{I – I} = М₁ = 10,77 кН · м;

М_{II – II} = М₁ + В_е,l · H₁ = 10,77 - 1,51 · 4,05 = 4,65 кН · м;

М_{III – III} = М_{II – II} + М₂ = 4,65 + (-43,09) = - 38,44 кН · м;

М_{IV – IV} = М₁ + М₂ + В_е,l · H = 10,77 + (-43,09) - 1,51 · 12,75 = -51,57 кН · м;

Q = - В_е,l = 1,51кН;

Проверка: (М_{III – III} - М_{IV – IV}) / 8,7 = (-38,44+51,57)/8,7 = 1,51 кН;

N_{II – II} = N_{III – III} = N_{IV – IV}  = S₁ = 307,8 кН; 

- в колонне  ряда Б:

М_{I – I} = М_{II – II} = М_{III – III} = М_{IV – IV} = М₁ = 0 кН;

N_{II – II} = N_{III – III}  = N_{IV – IV}  = S₂ = 615,6 кН. 

Загружение рамы-блока крановой нагрузкой 

Давление  D_max,l на крайней колонне.

Вертикальное  давление D_max,l = 668,2 кН приложено с эксцентриситетом е₃ = 0,4 м, создавая момент М_max = M₂ = 668,2 · 0,4 = 267,3 кН · м. Одновременно на средней колонне действует давление D_min,l = 186,6 кН с эксцентриситетом е₄ = λ = 0,75 м, создавая момент М_min = M₂ = -186,6 · 0,75 = -140 кН · м.

Реакция верха левой стойки рамы-блока  в основной системе:

Реакция верха средней стойки рамы-блока  в основной системе:

Суммарная реакция в основной системе:

Перемещение верха колонн в заданной системе:

где с_dim = 3,4 – при шаге колонн 12 м;

Упругие реакции верха колонн в заданной системе:

- колонны  ряда А:

- колонны  ряда Б:

Усилия  в сечениях колонн:

- в колонне  по ряду А:

М_{I – I} = 0;

М_{II – II} = В_е,l · H₁ = -24,35 · 4,05 = -98,6 кН · м;

М_{III – III} = М_{II – II} + М₂ = -98,6 + 267,3 = 168,7 кН · м;

М_{IV – IV} = М₂ + В_е,l · H = 267,3 – 24,35 · 12,75 = -43,2 кН · м;

Q = - В_е,l = 24,35 кН;

Проверка: (М_{III – III} - М_{IV – IV}) / 8,7 = (168,7+43,2)/8,7 = 24,35 кН;

N_{II – II} = 0;

N_{III – III} = N_{IV – IV} = D_max,l = 668,2 кН; 

- в колонне  по ряду Б:

М_{I – I} = 0;

М_{II – II} = В_е,m · H₁ = 12,1 · 4,05 = 49 кН · м;

М_{III – III} = М_{II – II} + М₂ = 49 – 140 = -91 кН · м;

М_{IV – IV} = М₂ + В_е,m · H = -140 +12,1 · 12,75 = 14,3 кН · м;

Q = - В_е,m = -12,1 кН;

Проверка: (М_{III – III} - М_{IV – IV}) / 8,7 = (-91 – 14,3)/8,7 = -12,1 кН;

N_{II – II} = 0;

N_{III – III}  = N_{IV – IV}  = D_min,l = 186,6 кН. 

Горизонтальная  тормозная сила Т_l у ряда А: