Стальной каркас одноэтажного промышленного здания

Стальной каркас одноэтажного промышленного здания

Исходные данные для расчёта:

1. Шаг пролёта L - 12м

. Шаг колонн В - 6м

. Отметка головки кранового рельса d_кр = 9,0м

. Высота фермы на опоре h_оп = 2,25м

. Уклон верхнего пояса фермы α = 3

. Зазор между тележкой крана и фермы а = 0,3

. Заглубление колонны в грунт h_ф = 0,6

. Тип решётки фермы:

. Снеговой район 2 - S₀ = 0,9

. Нормативная снеговая нагрузка S₀ (кH/м²)-1,5

. Ветровой район 1а

. Нормативный скоростной набор W₀ = 0,17кH/м²

13. Тип кровли: железобетон

. Мостовой кран:

- грузоподьемность Q = 125/20

- пролет крана L = 10 м

- давление колеса Р₁ = 396 и Р₂ = 426

- количество колес с одной стороны n = 4

- вес тележки σ_т = 43

- вес крана σ_{кр т} = 90

- высота крана Н_к = 4,0м

- вылет консоли крана В₁ = 0,4

 - С₁ = L - L_к = 2,0

 - высота рельса h_p = 170мм

1. Компоновка конструктивной схемы каркаса

Установление основных размеров

Нам заданы:

Нулевая отметка на уровне пола здания d₀ = 0,00 м

Отметка головки кранового рельса d_кр = 9,0м

Принимаем отметку d_ф = - 0,6 м

Зазор между тележкой крана и фермы а = 0,3

а = ∆_в + ∆_доп. = 0,1 + (0,2…..0,4) = 0,1 + 0,2 = 0,3 - условие выполняется

∆_в = 0,1 м - обязательный зазор

∆_доп. = 0,2….0,4 м - дополнительный зазор на погиб фермы и подвеску связей

Дана высота крана Н_к = 4,0м

h₂ = H_к + а = 4,2 +0,4 = 4,6 - кратное 0,2 , где

Н_к = 4,2 кратное 0,6

Находим отметку низа ригеля

d_р = d_кр + h₂ = 9,0 + 4,6 = 13,6м - принимаем кратно 0,6 d_р = 13,8м

h₂ = d_р - d_кр = 10,8 - 9,6 = 1,2м

каркас нагрузка балка ферма

Определяем высоту подкрановой балки

h_н.б = 1/8 В = 1/8 × 6 = 0,75м

Рассчитываем высоту балки

h_б = h_р + h_н.б = 0,17 + 0,75 = 0,92м

где h_p = 170мм - высота рельса (исходные данные)

Определяем высоту нижней части колонны

h_н = d_кр - d_ф - h_б = 9,6 +0,6 - 0,92 = 7,48м

Фонаря нет.

Увязка размеров рамы по ширине в₀ = 500мм, т.к. Q > 80т

λ = 1250мм = 1,25м - расчет от оси подкрановой балки до оси привязки здания

Определяем ширину верхней части колонны:

в_в ≥ 1/12 × h_в = 1/12 × 5,72 = 0,5м

Принимаем кратно 0,25 - в_в = 0,25м

Ширина нижней части колонны:

Зазор между краном и колонной

С = λ - (в_в - в_в) - В₁ = 1,25 - (0,25 - 0,5) - 0,4 = 1,1м

С = 1,1 ≥ 0,075м - условие выполняется

2.Нагрузки и воздействия на каркас

Постоянные нагрузки

q_н = 2,62 кН/м² q_р = 2,92 кН/м²

Расчётная постоянная нагрузка на 1м длины покрытия

кН/м²

γ_n = 0,95 - коэффициент надежности по назначению здания

q_p = 2,92кН/м²

В = 6м

Cos α = cos 3 = 1

Реакция опора колонны

 кН

Вес верхней части колонны

G_в = 0,95 × 1,05 × 0,2 × К × В × Н = 0,95 × 1,05 × 0,2 × 0,7 × 13,2 × 6 = 8,54 кН

К = 0,7 кН/м²

Н = h_в+ h_н = 5,72 + 7,48 = 13,2 м

Вес нижней части колонны

G_в = 0,95 × 1,05 × 0,8× К × В × Н = 0,95 × 1,05 × 0,8× 0,7 × 13,2 × 6 = 44,24 кН

Поверхностная масса стен: 1200 кг/м²

Поверхностная масса остекления: 35 кг/м²

Высота остекления - 2,4 м

Усилие от верхней части колонны (кН)

Усилие от нижней части колонны

Момент от постоянной нагрузки

 кНм

Рассчитываем снеговые нагрузки:

кН/м

Реакция опоры колонны:

 кН

Момент от снеговой нагрузки

 кНм

Нагрузки от мостовых кранов:

Вес подкрановой балки

 кН

Где:  кН/м - вес 1м балки ;

Максимальное давление крана на колонну:

кН

где:  - коэффициент условия работы

 - коэффициент надежности

кН - максимальное давление на колесо крана

 - сумма ординат под колёсами крана.

Минимальное нормативное давление

 кН

Вес крана с тележкой:  кН

Минимальное давление крана на колонну:

 кН

Эксцентриситет давления крана на колонну:

Сосредоточенный момент, возникающий в подкрановой части колонны:

 кН∙м

 кН∙м

Нормативное давление на 1 колесо крана:

 кН

 - при гибком подвесе груза

 - вес тележки

 - количество колес с 1-й стороны

Горизонтальное давление на колонну, передаваемое на уровне тормозных конструкций:

 кН

.Ветровые нагрузки

Ветровой поток вызывает давление с наветренной стороны и отсос с подветренной высоты здания. При расчёте с наветренной стороны нагрузки принимаются с аэродинамическим коэффициентом , а с подветренной стороны .

где: - коэффициент, учитывающий изменение напора ветра в зависимости от высоты и типа местности.

Для местности типа Б: ; ; .

С наветренной стороны:

 кН/м

 кН/м

 кН/м

 кН/м

 кН/м

С подветренной стороны:

 кН/м

 кН/м

 кН/м

 кН/м

 кН/м

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка

 кН/м

 кН/м

Расчетная величина сосредоточенной силы на уровне нижнего пояса фермы.

 кН

 кН

 кН

. Статический расчет поперечной рамы

Экономическое уравнение:

Жесткость верхней части колонны

Моменты от поворота узлов на угол φ = 1

Моменты от нагрузки на стойку

Коэффициенты экономического уравнения:

Моменты от фактического угла поворота:

Моменты окончательной эпюры:

Т.к. , то  в ригеле равна нулю.

Расчёт на снеговую нагрузку

Экономическое уравнение:

Моменты от поворота узлов на φ = 1

Моменты от нагрузки на стойку

Коэффициенты экономического уравнения:

Моменты от фактического угла поворота:

Моменты окончательной эпюры:

Расчёт на вертикальную нагрузку от мостовых кранов

Экономическое уравнение:

Момент на левой стойке, когда тележка с грузом находится максимально близко к стойке.

Реакция верхних концов стоек:

Смещение плоской рамы:

Определяем коэффициент пространственной работы

- кол-во колёс с одной стороны крана

Определяем смещение рамы под нагрузкой от мостовых кранов

Строим окончательную эпюру:

Расчёт на горизонтальное воздействие мостовых кранов.

Каноническое уравнение:

Окончательная эпюра М_ок

При поперечном действии крановой нагрузки эпюра продольных сил нулевая.

Расчёт на действие от ветровой нагрузки

Грузовая эпюра с наветренной стороны:

Грузовая эпюра с подветренной стороны:

Окончательная эпюра:

Эпюра продольных сил N - нулевая.

Сумма моментов относительно точки А.

Тоже с подветренной стороны:

Эпюра продольных сил нулевая.

. Расчёт и конструирование стержня колонны

Определяем наиболее неблагоприятные сочетания в 1 и 2 сечениях.

) М = - 450,68 кН м; N = - 751 кН

) М= -130,69 кН м; N = -751 кН

Где в_в - ширина верхней части колонны.

Следовательно, принимаем:

М = -450,68 кН∙м;

N = -751 кН

Расчётные длины верхней и нижней частей колонны.

 кН

 кН

Определяем коэффициент приведения расчётной длины для подкрановой части колонны:

Коэффициент приведения расчётной длины для верхней части колонны:

Расчётные длины в плоскости рамы для нижней и верхней частей колонны

м

м

Расчётные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей колонны

м

м

Конструирование и расчёт верхней части колонны:

В_ст 3_пс 6-2 - марка стали мПа

Тип сечения: двутавр

cм²

м

По сортаменту принимаем двутавр:

40 Ш2

А = 133 см² ; в = 300 мм ; см⁴ ; см³ ; см ; см

Проверка общей и местной устойчивости верхней части колонны:

Гибкости стержня:

Условная гибкость:

 - условие выполняется.

Проверка общей устойчивости колонны в плоскости действия момента.

, где

- коэффициент влияния формы сечения

см

Устойчивость стержня колонны:

кН/см²

Недонапряжение:

 - условие выполняется.

Расчёт и конструирование нижний части колонны:

Подкрановая ветвь: Наружная ветвь:

Сечение 3-3 N₁ = 1721,77 кН M₁ = 316,96 кН∙м

Сечение 4-4 N₂ = 2434,01 кН M₂ = 141,80 кН∙м

Подбор сечения подкрановой части сквозной колонны:

Задаёмся см

м

м

м

Усилие в ветвях колонны:

 кН

 кН

Определяем требую площадь сечения ветвей:

 см²

По сортаменту подбираем двутавр:

№ 40 Б1

А^ф = 61,25 см² ; см⁴ ; см³ ; см ; см

Для наружной ветви принимаем:

мм

мм

мм

Требуемая площадь полки сварного швеллера:

см²

см²

Ширина полки сварного швеллера

см

Проверяем условие:

 - условие не выполняется, следовательно увеличиваем толщину полки.

мм

 см²

см

 - условие не выполняется, следовательно увеличиваем толщину полки мм

см

Фактическая площадь сварного швеллера:

см

Расстояние от наружной грани до центра тяжести ветви.

см

см

Моменты инерции сечения:

см⁴

см⁴

см⁴

Определяем радиус инерции:

см

см

Проверка ветвей колонны на устойчивость как, центрально-сжатых стержней.

кН/м² кН/м² - условие выполняется.

Наружная ветвь:

кН/м² кН/м² - условие выполняется.

Подбор сечения элементов решетки колонны.

см

м

см

 кН

кН

Стержень 1-2

кН

см²

Принимаем уголок равнополочный: 75х6 мм

А^ф = 8,78 см² ; см ; см

Определяем максимальную гибкость:

 - условие выполняется.

Стержень 1-3.

см²

Принимаем уголок равнополочный: 45х5 мм

А^ф = 4,29 см² ; см ; см

Определяем максимальную гибкость:

кН/м² - условие выполняется.

Проверка устойчивости колонны, как единого стержня составного сечения.

см³

Моменты инерции всего сечения:

см⁴

см

Приведенная гибкость относительно оси Х

Относительные эксцентриситеты:

см

кН/м²

кН/м²

Вывод: все условия выполняются, следовательно, прочность колонны обеспечивается.