Назначение формы и размеров колонн и ригелей

На данном этапе назначение формы и размеров колонн и ригеля рассматривается как предварительное, так как усилия в элементах каркаса от действующих нагрузок пока еще не определены. Схема поперечной рамы каркаса с указанием типов применяемых сечений показана на рис.4. Для формирования сечений колонн в курсовом проекте использован сортамент нормальных двутавров типа Б в соответствии с [5].

Рис.4.

Для верхней части колонны примем сечение в виде двутавра, высота сечения h_в которого принята в зависимости от шага основных рам (В_к =12м) и грузоподъемности мостового крана (Q=125 тс) и составляет 750 мм (рис.4, сеч.1-1). Геометрические характеристики сечения двутавра №80Б^х представленны в табл.3.

Примем для нижней части колонны составное сечение, состоящее из ветвей (наружной и подкрановой), которые соединяются стержнями колонной решетки из уголковых профилей. На этапе предварительного назначения сечений допускается для ветвей принять тот же двутавр, что и для верхней части. Высота сечения нижней части колонны h_н (рабочая) определяется по зависимости:

, (8)

где - привязка колонны к разбивочной оси здания. При h_в=750мм привязка = 500 мм;

- расстояние между разбивочной осью колонны и осью подкрановой балки. При грузоподъемности крана более 75 тс =1000 мм;

- ширина полки наружной ветви колонны.

м

Геометрические характеристики составного сечения 2-2 определяются по формулам сопромата.

Площадь составного сечения нижней части колонны равна:

= 2∙174=348 см².

где А_л, А_п- соответственно площади сечения левой и правой ветви нижней части колонны.

Моменты инерции и моменты сопративления относительно осей х и у определяются по зависимостям

,

,

,

Табл.3.

№ сеч.	Сечение	Характеристики сечений
1-1 №80Бх		А=174см², Iy=166600cм4, Ix=4690cм4, Wx=349см³, Wy=4240см³.
2-2 №80Бх		А=348 см² Ix=333200cм4 Iy=1618532cм4 Wx=4091 см³ Wy=41184см3
3-3		см4

Для подобранных на предварительном этапе сечений нижней и верхней частей колонны по соображениям жесткости должны выполняться следующие соотношения:

и , (9)

где h_нк - полная высота сечения.

После назначения высоты сечения верхней и нижней частей колонны необходимо убедиться, что верхняя часть колонны не мешает проходу крана, т.е. что

, (10)

где В₂ - вынос моста крана, т.е. величина, на которую торец крана выступает за ось подкрановой балки [ 2, прил. табл. 1];

с₁- минимальный зазор между торцом крана и внутренней гранью верхней части колонны, принимаемый не менее 75 мм в соответствии с требованием [3];

- ширина полки нижней ветви колонны.

Сквозной ригель (ферму) заменим условным сплошным стержнем с эквивалентным моментом инерции равный:

(11)

где I_н - момент инерции сечения нижней части ступенчатой колонны относительно оси у.

см²

Расчет усилий в элементах каркаса здания при статических воздействиях

Выбор и обоснование расчетной схемы и метода расчета

Сбору нагрузок и выполнению расчетов плоской поперечной рамы каркаса предшествует построение расчетной схемы.

Расчетной схема представляет собой схематический чертеж, выполненный по геометрическим осям стержней, проходящим через центры тяжести назначенных на предваритёльном этапе сечений элементов.

На рис.5 показан конструктивной и расчет­ной схем поперечной рамы каркаса. Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести их сечений. При этом для ступенчатых колонн несовпадение центров тяжести верхней и нижней частей учитывается в даль­нейшем при подсчете вертикальных нагрузок. Заделка колонн в фундаменты принимается на уровне обреза фундамента, т.е. на уровне низа плиты базы колонны. Сквозной ригель (ферма) в этом случае заменяется сплошным эквивалентной жесткости, ось которого совпадает с осью ниж­него пояса фермы. Его опирание на колонны принято шарнирным.

Расчет принятой схемы загружения производится методом конечных элементов (МКЭ), в варианте перемещений. Этот метод в рамках принятой расчетной схемы для стержневых систем считается достаточно точ­ным, [6].

Рис.4. Расчетная схема плоской рамы

Нагрузки действующие на раму каркаса и их сочетание

Постоянные нагрузки

При расчете поперечной рамы каркаса главного корпуса к постоянным нагрузкам относятся собственный вес кровельного покрытия, ферм и связей, вес панелей навесного стенового ограждения, вес колонн и подкрановых балок, а также вес ригелей, плит и элементов междуэтажных перекрытий .

1. Нагрузки от собственного веса кровельного покрытия, ферм и связей.

Значения сил G_П^А, G_П^Б и момента G_П^Б в случае применения крупноблочных конструкций определяются следующим образом:

, (12)

где – вес монтажного блока полной заводской готовности;

– коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый здесь равным 1,1.

=0.5·74тс·1,1=40,7 тс.

2. Собственный вес стеновых панелей выше отметки верха колонны в пре­делах высоты h_оп и высоты парапета h_п. Сила и определяется по формуле:

, (13)

где - высота фермы на опоре;

- высота парапета;

- объемный вес материала стенового ограждения;

.

тс.

Моменты этих сил и будут равны:

, (14)

где и - эксцентриситеты приложения сил и .

тс∙м

3. Собственный вес навесных панелей стенового ограждения в пределах высоты Н_в. Предполагается, что эта нагрузка распределяется равномерно по высоте с расчетными значениями погонной нагрузки для левой колонны:

. (15)

тс/м.

Так как эта нагрузка приложена с эксцентриситетом относительно оси сечения верхней части колонны, равным для левой колонны , то в пределах высоты будут действовать распределенные моменты

. (16)

тс∙м/м

4. Собственный вес стеновых панелей в пределах высоты . Погонная нагрузка для левой колонны определяется зависимостью

. (17)

Так как в пределах высоты эксцентриситет равен , то

. (18)

тс∙м/м

5. Собственный вес верхней и нижней частей колонны задается для каждой части в виде равномерно распределенных нагрузок, направленных по геометрическим осям их сечений. Погонные расчетные значения этой нагрузки, соответственно, для верхней и нижней частей колонны по ряду А определяются по формулам:

; , (19)

где , - площади поперечного сечения верхней и нижней частей колонны;

, - плотность (объемный вес) материала (стали) участков колонн ( );

- коэффициент надежности по нагрузке, который можно принять равным .

тс/м,

тс/м.

6. Собственный вес подкрановых балок. Силы G^А_пб = G^Б_пб передаются на отметке подкрановых консолей по линии действия, совпадающей с осями подкрановых ветвей колонн и равны:

, (20)

тс.

Силы и создают сосредоточенные моменты, т.к. по отношению к оси нижней части колонны приложены с эксцентриситетами .

. (21)

тс∙м.

7. Сосредоточенные моменты , приложенные на уровне подкрановых консолей определяются по формуле:

; . (22)

Далее, найденные силы, моменты и погонные нагрузки с учетом направлений их действия суммируются в соответствующих узлах и на соответствующих элементах:

· узлы 5 и 6: тс.

· узлы 3 и 4: тс∙м.

· элементы 1 и 3: тс/м

· элементы 2 и 4: тс/м

Результаты расчета нагрузок от собственного веса элементов рамы представлены в таблице загружений (табл. 4) в строки, соответствующие первому загружению.

Крановые нагрузки

1. Наибольшая расчетная сила на консоль:

D_max=γ_fn_CΣ(P_Kmaxy_i),(23)

где γ_f – коэффициент надежности по нагрузке, равный 1.1;

n_C – коэффициент сочетаний, равный 0.85 для двух сдвинутых кранов легкого и среднего режимов работы;

y_i – ордината линии влияния под силой P_Kmax, определяемая из подобия треугольников (см. рис.5).

D_max=γ_fn_C(P₁y₁+P₁y₂+P₁y₃+P₁y₄+P₁y₅+P₁y₆+P₁y₇+P₁y₈), (24)

D_max=1,1*0,85ּ(61,8ּ1+61,8ּ0,925+58,8ּ0,8+58,8ּ0,725+61,8ּ0,3+61,8ּ0,225+58,8ּ0,5+58,8ּ0,425)= 276,26тс.

На другой ряд колонн также будут передаваться силы, но зна­чительно меньшие (Прил.2.2). Расчетную силу D_min можно определить по формуле:

D_min=νD_max, (25)

ν= ,(26)

где :

(P₁+P)=n_ОP_Кmax.(27) ν= , (28) D_min=0,47ּ276,26тс=129,8тс.

Силы D_max и D_min приложены по оси подкрановой балки на уровне подкрановой консоли и поэтому не только сжимают нижнюю часть колонны, но и передают на нее сосредоточенные моменты:

M_max^A= M_max^Б=D_maxe_ПБ^А; (29)

M_min^A= M_min^Б= D_mine_ПБ^Б;(30)

M_max^A= M_max^Б=276,3тсּ0,68м=187,88тсּм;

M_min^A= M_min^Б= 129,8тсּ0,68м=88,26тсּм;

2. Горизонтальная сила T.

Полную расчетную горизонтальную силу Т можно определить с помощью линии влияния при тех же схемах расположения колес (рис.6):

T=γ_fn_CT_KΣy_i,(31)

где T_K – нормативная горизонтальная сила, приходящаяся на одно колесо одного крана, определяемая для кранов с гибким подвесом груза формулой:

T=0.05(Q+G_тел)/n₀,(32)

T= 2,05тс.(33)

Результаты подсчета крановых нагрузок также заносятся в таблицу 4 в строки, отведенные для второго загружения. Расчетные загружения представленны в Прил.2.2.

Рис.5.

Снеговые нагрузки

Снеговые нагрузки определяются по рекомендациям Норм [5] для заданного района строительства с учетом повышения снегового давления на покрытие в местах перепада высот и у парапетов.

1. Погонная равномерно-распределнная нагрузка q_СН. приложенная по пролету L определяется формулой:

, (35)

где _g- расчетная снеговая нагрузка на горизонтальной поверхности земли; определяется по Нормам в зависимости от снегового района;

- коэффициент перехода снегового давления от поверхности земли на поверхность покрытия здания; для плоских кровель и кровель с уклоном менее коэффициент ;

- для снеговой нагрузки в данном случае принимается равным 1,4 [5].

q_сн.=1ּ0,1т/м²ּ1,4ּ12=1,68т/м.

2. Ордината погонной нагрузки q'_СН. у парапетов в местах образования, так называемых, "снеговых мешков" определяется следующим образом:

, (36)

где - коэффициент перехода снегового давления от поверхности земли на покрытие у парапета; определяется в зависимости от высоты парапета и величины по формуле

, (37)

при этом если , то , а зона действия «снегового мешка» принимается равной . Если , то принимается .

μ₁=200ּ1/100кг/м²=2,

q'_сн=2ּ0,1т/м²ּ1,4ּ12=3,36т/м.

Зона действия "снегового мешка", принимается равной b₁=2h_П=2м.

4. Узловые силы по рядам А и Б. Силы принимаются приложенными в узлы на уровне верха колонн, действуют по оси сечения их верхних частей и определяются по формуле

, (38)

где для сил и в соответствии со схемой на рис. П.7, можно записать

; . (39)

G_сн= 1,68т/м ּ42,0м/2=35,28т,

G_сн.1=(3,36т/м -1,68т/м)2м/2=1,68т,

G_сн^A= 35,28т+1,68т=36,96т.

Нагрузки заносятся в строки восьмого загружения таблицы 4.

Ветровые нагрузки

Ветровая нагрузка, передаваемая стенами здания на элементы каркаса, определяется в общем случае как сумма средней и пульсационной составляющих [5]. В курсовом проекте рассматривается только статическая составляющая, соответствующая установившемуся ветровому напору.

1. Фактическую эпюру ветровой нагрузки представить в виде ступенчатой по принципу осреднения в пределах выделенных по высоте здания участков. Тогда расчетную ветровую нагрузку на каждом участке можно определить по формуле

, (40)

где - нормативное значение скоростного напора, принимаемое в соответствии с указаниями Норм [5];

с – аэродинамический коэффициент (коэффициент лобового сопротивления), равный для наветренной стороны здания 0,8, а для подветренной зоны (зоны «отсоса») – 0,6 (таким образом, суммарный коэффициент при обдуве плоских поверхностей получается равным 1,4);

- коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 1,4;

- коэффициенты, учитывающие изменение скоростного напора по высоте;

- число участков осреднения, принимающее в данном случае значения . Аналогично определяется с подветренной стороны при .

q₁=0,8ּ0,023тс/м²ּ12мּ1,4(0,75+0,75)/2=0,23тс/м,

q₂=0,8ּ0,023тс/м²ּ12мּ1,4(0,75+1,0)/2=0,27тс/м,

q₃=0,8ּ0,023тс/м²ּ12мּ1,4(1,0+1,18)/2=0,34тс/м,

q’₁=0,6ּ0,023тс/м²ּ12мּ1,4(0,75+0,75)/2=0,17тс/м,

q’₂=0,6ּ0,023тс/м²ּ12мּ1,4(0,75+1,0)/2=0,20тс/м,

q’₃=0,6ּ0,023тс/м²ּ12мּ1,4(1,0+1,125)/2=0,25тс/м,

3. Ступенчатая эпюра ветрового давления заменяется эквивалентной равномерно распределенной по всей высоте с ординатами (наветренная сторона) и (подветренная сторона). При этом следует руководствоваться равенством моментов в заделке при ступенчатой и равномерно распределенной эпюрах. Полученная погонная нагрузка прикладывается к элементам поперечной рамы по высоте, как показано на рис..

,(41)

,

, (42)

.

3. Сосредоточенные силы , учитывающие ветровое давление на поперечную раму в пределах опорной части фермы и парапетов, т.е. элементов, не попавших в расчетную схему, допускается прикладывать в верхние узлы рамы.

, (44)

. (43)

W^A=0,23(2,1+1)+0,17тс/мּ1м=0,88тс,

W^Б=0,23тс/мּ1м +0,17(2,1+1)=0,76тс.

При ветре справа указанные параметры определяются аналогично. Результаты записываются в строки таблицы 4, соответствующие 9 и 10 загружениям.

Таблица 4.

№ п/п	Номера узлов и элементов	Вид нагрузки	Схема приложения	Номер схемы загружения	Численные значения,тс(тсּм)	Примечание
	1э	сила	распред.		3,76
	1э	момент	распред.		3,14
	3у	сила	узловая		5,11
	3у	момент	узловой		0,22
	2э	сила	распред.		3,57
	2э	момент	распред.		1,19
	5у	сила	узловая		51,3
	3э	сила	распред.		3,76
	3э	момент	распред.		-3,14
	4у	сила	узловая		5,11
	4у	момент	узловая		-0,22
	4э	сила	распред.		3,57
	4э	момент	распред.		-1,19
	6у	сила	узловая		51,3
	3у	сила	узловая		276,26
	3у	момент	узловой		-187,88
	4у	сила	узловая		129,8
	4у	момент	узловой		88,26
	3у	сила	узловая		129,8
	3у	момент	узловой		-88,26
	4у	сила	узловая		276,26
	4у	момент	узловой		187,88
	3у	сила	узловая		2,05
	3у	сила	узловая		-2,05
	4у	сила	узловая		2,05
	4у	сила	узловая		-2,05
	5у	сила	узловая		36,96
	6у	сила	узловая		36,96
	1э	сила	распред.		-0.23
	2э	сила	распред.		-0.23
	5у	сила	узловая		-0,88
	3э	сила	распред.		-0.17
	4э	сила	распред.		-0.17
	6у	сила	узловая		-0,76
	1э	сила	распред.		0.17
	2э	сила	распред.		0.17
	5у	сила	узловая		-0,76
	3э	сила	распред.		0.23
	4э	сила	распред.		0.23
	6у	сила	узловая		-0,88

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: