Конструктивный расчет колонны

Компановка каркаса одноэтажного промздания

Компановка поперечной рамы

Габаритная высота мостового крана для грузоподъемности Q=50 т будет [прил1(1)]. Тогда расстояние от головки подкранового рельса до низа несущих конструкций будет равно:

где – зазор, учитывающий прогиб конструкций покрытия;

100 мм – конструктивный зазор;

Длина верхней части колонны (от уступа до низа ригеля) будет равно:

При заглублении базы на 1000 мм ниже отметки чистого пола:

Полная высота колонны:

Высоту фермы на опоре ( в осях поясов) для пролета L=24 м принимаем равной

Для обеспечения поперечной жесткости каркаса высота поперечного сечения колонн должна быть:

Принимаем

Расстояние от разбивочной оси ряда колонн до оси подкрановой балки должно удовлетворять условию:

вылет концевой балки за пределы оси рельса [прил1(1)];

конструктивный зазор между торцом мостового крана и внутренней плоскостью колонны;

Принимаем ;

Тогда высота сечения (от внешнего ряда до оси подкрановой балки) нижней части колонны будет:

Предварительная схема компановки изображена на рис. 1.

Рисунок 1- Компановочная схема поперечной рамы

Компановка вертикальных и горизонтальных связей

Согласно табл. 42[1] для неотапливаемого здания, расположенного в климатическом районе II₅, имеем наибольшую длину температурного блока равную 200 м. По заданию требуется запроектировать здание в один температурный блок с шагом рам B=6 м. Тогда принимаем здание длиной в осях 198 м, т.е. кратно шагу рам. Число шагов- 33.

Согласно табл. 42[1] наибольшее расстояние от торца здания до оси ближайшей вертикальной связи 75 м. Тогда по длине здания принимаем 2 вертикальные связи между колоннами. Связи двойные, располагаются в плоскостях шатровой и подкрановой ветвей.

Вертикальные связи между поясами ферм ставим по буквенным крайней и средней оси в крайних связевых блоках у торцов здания и в осях расположения вертикальных связей между колоннами.

В уровне верхних поясов фермы раскрепляются прогонами. Сами прогоны закреплены от смещения поперечными горизонтальными связями в верхнем уровне поясов ферм в крайних связевых блоках и в осях расположения вертикальных связей между колоннами.

Горизонтальные поперечные и продольные связи располагаются в уровне нижних поясов ферм между двумя крайними цифровыми и буквенными осями по периметру здания.

Согласно п.13.18 [1] , в связи с тем, что длина здания, равная 198 м, больше 144 м, нужно дополнительно поставить промежуточные горизонтальные поперечные связи. Принимаем 2 дополнительные поперечные связи в осях расположения вертикальных связей между колоннами.

В уровне нижних поясов ферм посередине пролета в каждом шаге ставим растяжку между фермами (элемент «р» на рисунке 2).

Компановка произведена в соответствии с рекомендациями и указаниями п.13.15-13.19 [1].

Схема расположения вертикальных и горизонтальных связей представлена на рис.2.

Сбор нагрузок на одну поперечную раму

Собственный вес настила

Предварительно принимаем собсвенный вес настила равным

– коэффициент надежности по нагрузке табл.1 [1].

Собственный вес покрытия

Определение собственного веса конструкции покрытия ведется в табличной форме. Результаты расчета представлены в таблице 1.

Рисунок 3- Разрез кровли

Таблица 1

Собственный вес конструкции покрытия над настилом

Состав покрытия	Ед. изм.	Нормативная нагрузка,		Расчетная нагрузка,

Гидроизоляция - 2слоя изопласта	кН/м²	0,05∙2=0,10	1,3	0,13
Утеплитель- плиты минераловатные ЗАО «Минеральная вата» γ=40 кг/м³=0,4кН/м² V_{утеплителя}=0.053 м³/м² при заполнении утеплителем шагов гребня профнастила	кН/м²	0,021	1,3	0,028
Пароизоляция – 1 слой изопласта	кН/м²	0,05	1,3	0,065
Профнастил Н75-750-0,8	кН/м²	0,155	1,05	0,163
Итого:	кН/м²	0,326		0,386
Сплошные прогоны пролетом 6м [ №27 ]	кН/м	0,272	1,05	0,286

Приводим всю распределенную нагрузку к сосредоточенным силам, приложенным в узлах стропильной фермы.

Где шаг прогонов

Собственный вес всех элементов конструкции,в т.ч. фермы вычисляется автоматически в программном обеспечении SCAD.

Временная нагрузка

Снеговая нагрузка

2.2.1.1 Снеговая нагрузка на весь пролет

Полное расчетное значение снеговой нагрузки S составляет 1,2 кН/м²

(по табл.4 [2])

Рисунок 4- Схема загружения снеговой нагрузкой на всем пролете

2.2.1.2 Снеговая нагрузка на половину пролета

Схема загружения представлена на рисунке 5.

Рисунок 5- Схема загружения снеговой нагрузкой на половине пролета

Ветровая нагрузка

Значение ветровой нагрузки для производственного здания высотой 16,05 м определяется ( п.п 6.2, 6.3 [2]) по формуле:

Где - нормативное значение ветрового давления, табл.5 [2]

коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, табл.6 [2]

аэродинамический коэффициент, п.6.6 [2]

с наветренной стороны

γ_f = 1.4- коэф. надежности по ветровой нагрузке

с подветренной стороны

Все полученные данные сводим в таблицы 4 и 5.

Таблица 4

Значения ветровой нагрузки с наветренной стороны

Обозначение	Высота, м		Расчетное значение,
		0,5	1,613
		0,5	1,613
		0,65	2,097
	16,05	0,771	2,49

Таблица 5

Значения ветровой нагрузки с подветренной стороны

Обозначение	Высота, м		Расчетное значение,
		0,5	-1,209
		0,5	-1,209
		0,65	-1,572
	16,05	0,771	-1,86

Схема загружения представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема загружения рамы ветровой нагрузкой

Крановая нагрузка

2.2.3.1 Давление крана

Определяем наибольшее давление передаваемое на колонну:

Где коэффициент надежности по нагрузке для кранов;

коэффициент сочетания нагрузок при учете 2-х кранов;

давление на колонну от собственного веса подкрановой балки;

максимальное (минимальное) давление от одного колеса крана;

ордината линии влияния опорной реакции колонн, рис.7;

полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке;

ширина тормозной площадки для

Рисунок 7- Определение ординат линий влияния

Минимальное нормативное давление колеса крана:

Где вес крана с тележкой;

грузоподъемность крана

Определяем моменты, вызванные приложением сил с эксцентриситетом по отношению к геометрической оси сечения нижней части колонны.

Где , тогда:

2.2.3.2 Торможение крана

нормативное значение горизонтальной силы, приходящейся на 1 колесо крана.

Где коэффициент, учитывающий характер закрепления груза;

вес подкрановой тележки;

Схема загружения представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Схема крановых нагрузок

Статический расчет

Геометрическая схема

В качестве геометрической схемы принят вариант поперечной рамы со сквозной колонной. Маркировка узлов и маркировка элементов представлены на рис. 10, 11.

Расчетная схема поперечной рамы представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 – Расчетная схема поперечной рамы

Рисунок 10 – Маркировка узлов

Рисунок 11 – Маркировка элементов

Типы конечных элементов

Для максимального приближения работы расчетной схемы к работе реальной конструкции принимаем 5 тип конечных элементов, так-как этот тип более полно отвечает реальной работе конструкции, чем элемент 4.

Рисунок 12- Маркировка типов конечных элементов,шарниры

Типы жесткостей

Предварительно задаемся жесткостью элементов:

Ферма:

1. Верхний пояс - сечение из 2-х уголков 100×14 с фасонкой толщиной 10 мм;

2. Нижний пояс – сечение из 2-х уголков 70×10 с фасонкой толщиной 10 мм;

3. Стойки – сечение из 2-х уголков 50×8 с толщиной фасонки 10 мм;

4. Пролетные раскосы - сечение из 2-х уголков 70×10 с фасонкой толщиной 10 мм;

5. Опорные раскосы - сечение из 2-х уголков 100×10 с фасонкой толщиной 10 мм;

6. Шпренгели - сечение из 2-х уголков 50×8 с толщиной фасонки 10 мм;

Нижняя часть колонны:

Принимаем сечение, состоящее из сварного швеллера (внешняя ветвь) и двутавра 40Б1 (внутренняя ветвь). Сечение представлено на рисунке 13.

Рисунок 13 – Сечение нижней части колонны

Верхняя часть колонны:

Принимаем сечение из сварного двутавра, рис.15

Рисунок 15 – Сечение верхней части колонны

Все типы жесткостей представлены на рис. 16.

Рисунок 16 – Маркировка типов жесткости

Связи

Так как в расчете используется схема общего вида, то необходимо наличие связей не только в базах колонн (X,Y,Z,U_X, U_Y ,U_Z), но и наличие раскреплений верхнего и нижнего поясов фермы прогонами и продольными связями (Y), связи в уровне опирания подкрановой балки на колонну(Y).