Последовательность расчета.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННыЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Утверждено

на заседании кафедры

«Промышленное и гражданское строительство и сопротивление материалов».

Протокол №____ от__________

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовому проекту

по дисциплине

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

для студентов

строительных специальностей

Мариуполь

2001

Методические указания к курсовому проекту работам по дисциплине «Металлические конструкции» / сост. Голобоков В.С. – Мариуполь: ПГТУ, 2001 – 56 с

Составлено и оформлено В.С. Голобоковым

Расчетно-проектировочные работы по дисциплине «Металлические конструкции» составлены с целью выработать у студентов навыки самостоятельного решения практических задач по выбору основных параметров строительных конструкций зданий и сооружений, расчету их основных элементов на прочность, жесткость, устойчивость и долговечность.

Методические указания включают в себя: исходные данные на курсовое проектирование, методические указания по выполнению расчетной части проекта по главам, примеры выполнения отдельных расчетов, справочные данные и выписки из действующих строительных норм и правил (СНиП). В работе охвачены основные темы курса, предусмотренные программой курса «Металлические конструкции» для студентов строительных специальностей.

ГЛАВА 1

ВЫБОР КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

 ПРОЛЕТНОГО ТИПА

РАЗДЕЛ 1.1

Исходные данные и условие расчета:

Для заданного производственного цеха определить размеры здания в плане и по высоте, построить схематический план здания.

Методические указания к выполнения расчета.

Для выбора конструктивной схемы здания необходимо располагать следующими исходными данными (таблицы П.1 и П.2 Приложения):

- размерами технологической площадки под размещаемое оборудование;

- грузоподъёмностью мостовых кранов и режимом их работы;

- наибольшей высотой технологического оборудования от уровня пола и его монтажной характеристикой;

- длиной стеновых панелей и плит покрытия;

- назначением цеха.

Последовательность расчета.

1. По наибольшей высоте технологического оборудования и его монтажной характе- ристике определить высоту пролета цеха.

2. По размерам технологической площадки определить величину пролета, а также длину цеха.

3. Выбрать сетку колонн и рассчитать температурные швы.

4. Построить схематический план цеха на листе формата А3.

Пример выполнения расчета:

Исходные данные:

Наибольшая высота технологического оборудования (Н_об), м …………………5

Коэффициент монтажа оборудования по наибольшей высоте (k _м)…..……….0,8

Грузоподъёмность мостовых кранов (Q), т ….………….…..………………50/10

Режим работы кранов …………………………………..………………….средний

Назначение здания ………………………………………цех металлоконструкций

Длина стеновых панелей и плит покрытия, (Т), м ...…………………………….12

Схема технологической площадки (размеры в метрах):

Решение.

1. Определение высоты пролета.

Минимально необходимая высота пролета:

Нmin  = Hоб  + kоб) + Hст  + Hк + Нкр + ,

где Ноб – наибольшая высота технологического оборудования. По исходным данным   Ноб = 5,0 м;

k_об – коэффициент монтажа оборудования по наибольшей высоте. По исходным данным k_об = 0,8;

Н_ст – высота стропильных устройств при максимальном натяжении. Высоту стро- пильных устройств Н_ст принимают в зависимости от конкретных размеров мон- тируемого оборудования, технологии производства и конструкции стропиль- ных устройств. При отсутствии данных рекомендуется пользоваться ориентиро- вочными значениями Н_ст = 1,5…3,0 м. Большие значения принимают для тяже- лых кранов (до 250 т), меньшие – для легких кранов (от 5 т) Принимаем для кранов Q = 50 т H_ст = 2,5 м;

Н_к – высота от крюковой подвески крана до головки кранового рельса. По табл. П.3 принимаем H_к = 300 мм;

Н_кр – высота крана от головки кранового рельса до верхней точки тележки. По табл. П.3 принимаем Н_кр = 3150 мм;

 - минимальный зазор между тележкой крана и нижней поверхностью несущей конструкции покрытия (по табл. П.6). Для кранов грузоподъёмностью Q = 50/10 т  = 100 мм.

Таким образом

 Нmin =  + 2,5 + 0,3 + 3,15 + 0,1 = 15,05 м.

Округляем найденное значение до ближайшего большего из унифицированного ряда высот пролетов производственных зданий (табл. П.7.), получаем требуемую высоту пролета

Н = 16,2 м.

2. Определение величины пролета и длины цеха.

Длина (L₀) и наибольшая ширина (B₀) технологической площадки (см. схему технологической площадки в исходных данных):

L₀ = 10 + 45 + 15 + 17 + 20 + 25 + 12 + 20 + 10 + 50 + 50 = 274 м

B₀ = 5 + 10 – 4 + 14 = 25 м

Минимальный расчетный пролет моста крана:

B_{кр 0} = B₀ + b₀,

где b₀ - минимальная ширина просвета между осью внутренних ветвей колонн и грани- цей технологической площадки. Размер b₀ принимают равным 0,75…1,0 м. Боль- шие значения соответствуют тяжелым кранам и большим пролетам, меньшие – легким кранам и малым пролетам. Принимаем b₀ = 1 м.

Тогда

В_{кр 0} = 25 +  = 27 м .

Пролет моста крана определяем, как ближайшее большее значение из табл. П.3.

В_кр = 28,5 м.

Пролет здания (расстояние между осями продольных рядов колонн) принимаем, как ближайшее большее из нормального ряда величин, кратных 6 м:

В = 30 м.

Минимальная длина пролета (расстояние между осями колонн крайних поперечных рам здания)

L₁ = L₀ + _L L₀ ,

где - коэффициент, учитывающий удлинение пролета цеха в сравнении с длиной техно- логической площадки. Для большинства зданий I - VI групп ; мень- шие значения – для длинных пролетов (св. 200 м); большие – для коротких (до 200 м). При этом удлинение пролета _L L₀ не должно быть меньше 20 м. Принимаем _L = 0,1.

Тогда удлинение пролета 

_L L₀ =   = 27,4 м,

что больше 20 м, а минимальная длина пролета:

L₁ = 274 + 27,4 = 301,4 м

По длине панелей (см. исходные данные) задаем величину шага установки колонн:

T = 12 м.

Учитывая кратность длины пролета шагу установки колонн, определяем

L = 300 м

3. Расчет температурных швов.

Проектируемое здание относится к группе отапливаемых зданий, так как t_в < 16 ⁰С (группа 1, табл. П.8.).

По табл. П.9. предельная длина (L_to) и предельная ширина (B_to) температурной секции (температурного отсека)

L_to = 230 м;        B_to = 150 м.

Так как L > L_to , то необходимы температурные швы, число которых

Принимаем ближайшее меньшее целое: n_to = 1.

Число температурных секций N_to = 2.

Расчетная длина температурных секций

 м.

Так как L_to  должна быть кратна шагу установки колонн, то корректируем длины первой (L_{1 to}) и второй (L_{2 to}) температурной секций

L_{1 to} = 144 м,   L_{2 to} = 156 м .

Продольные температурные швы для однопролетных зданий не применяют.

Во избежание применения дополнительных (доборных) элементов стенового ограждения или нестандартных стеновых панелей, расстояние между осями торцевой и второй от торца рам применяем на 500 мм меньше установленного шага.

Расстояние между осями примыкающих к температурному шву колонн и осью температурного шва равно 500 мм.

Число колонн в продольном ряду:

N₀ =

Строим схематический план расположение колонн (рис.1).

Рис. 1.

РАЗДЕЛ 1.2.

Исходные данные и условия расчета:

Используя исходные данные и результаты решения задачи 1.1, для заданного произ- водственного здания выполнить конструктивную компоновку поперечных рам цеха и выбрать схемы их связей.

Решение.

1. Выбор ригеля и типа фонарной конструкции.

В качестве ригеля используем трапецеидальную стропильную ферму. Высота фермы на опоре h₀  (рис.2) унифицирована для пролетов 18 – 42 м (табл.П.18), принимаем h₀  = 2200 мм. Размер панели по верхнему поясу также унифицирован и равен 3000 мм.

Высоту фермы в середине пролета определяем уклоном верхнего пояса:  или . Для места строительства (г.Львова, 1-й снеговой район, табл. П.10) рекомендованы пологие покрытия (уклон ). Поэтому для пролета 30 м (табл.П.18): Н_ф = 3450 мм.

Решетку фермы принимаем треугольной системы с дополнительными стойками и первым восходящим раскосом.

Для выбора типа фонарной конструкции определим интенсивность тепловыделения технологических процессов в цехе.

Цех металлоконструкций относится к группе зданий 1 (табл. П.8.), в которых           t_в < 16 ^оС, поэтому процессы тепловыделения в цехе не являются интенсивными. Выби- раем светоаэрационный фонарь (табл. П.15).

При пролете здания  30 м ширина фонаря В_ф = 12 м, высота проёмов - 2 1,5 м.

По таблице П.16 марка фермы фонаря: ФСФ – 11. Высота фермы фонаря h_ф = 4370 мм.

Рис. 2.

 2. Определение габаритных размеров подкрановой балки и колонн.

 Определяем высоту подкрановой балки в опорном сечении Н_п.б. (табл. П.19): для мостовых кранов грузоподъёмностью Q_кр = 50/10 т,  шаге установки колонн Т = 12 м

Н_п.б. = 1450 мм.

Расстояние от уровня пола до головки кранового рельса (рис. 2)

h₁ = H –  – H_кр ,

где Н – высота пролета от уровня пола. По исходным данным Н = 16,2 м.

 – зазор между верхом габарита крана и низом покрытия. По табл.  = 100 мм.

Н_кр – габаритный размер крана по высоте. Н_кр = 3150 мм.

Таким образом

h₁ = 16,2 - 0,10 - 3,15 = 12,95 м

Высота нижней (подкрановой) части колонн от уровня пола:

h_н = h₁ – h_кр.р. – H_п.б. = 12,95 – 0,13 – 1,45 = 11,37 мм

где h_кр.р. - высота кранового рельса. Для кранов Q = 50/10 т (табл. П.3) применяют специ- альный крановый рельс КР-80, высота которого (табл. П.21) h_кр.р. = 130 мм.

Учитывая величину заглубления для колонн кранов грузоподъёмностью Q = 50/10 т (табл. П.22) h_з = 0,4 м, получаем длину нижней части колонн:

H_н = h_н + h_з = 11, 37 + 0,4 = 11,77 м.

Длина верхней части колонн:

Н_в = Н – h_н = 16,2 – 11,37 = 4,83 м.

Длина надколонника (h₀) для жесткого соединения ригеля с колоннами равна высоте фермы ригеля в опорном сечении: h₀ = 2200 мм.

Расчетная длина колонн:

Н_к = Н_н + Н_в = 11,72 + 4,88 = 16,6 м.

Ширину верхней части колонны b_в  для кранов Q 125 т среднего режима работы принимаем b_в = 500 мм.

Предварительное условие устойчивости верхней части колонн:

b_в H_в , то есть 500  4880 = 407 выполняется.

Ширина нижней части колонны:

b_н =   + а,

где - расстояние между разбивочной осью колонны и осью подкрановой балки:

мм.

Величину а выбираем с учетом следующих условий:

а) по предварительному условию жесткости колонны

а > мм;

б) по условию проходимости крана

а > B₁ + c₁ + b  -  = 300 + 60 + 500 – 750 = 110 мм.

Так как величина а должна быть кратна 250 мм, то условиям а) и б) удовлетво- ряет величина а = 250 мм.

Таким образом

b_в = 750 + 250 = 1000 мм.

     3. Построение компоновочной схемы поперечной рамы цеха.

По выбранным размерам подкрановых балок, ригеля, фонаря и колонн строим компоновочную схему поперечной рамы цеха на листе формата А4 (рис.2)

     4. Выбор схем связей шатра здания.

 В плоскости верхних поясов ферм принимаем только поперечные связи, число которых

n_п.ф. = ,

где L_c - предельное расстояние между соседними поперечными связями. L_c = 60 м.

Т - шаг установки колонн Т = 12 м,

N_t – число температурных швов.

n_п.ф.= .

Округляя до ближайшего целого числа, получим n_п.ф. = 6.

Поперечные связи по верхним поясам ферм размещаем на торцах здания, а также на торцах температурных секций.

Для удержания промежуточных стропильных ферм применяем распорки,

максимальное расстояние между которыми определяем по формуле

_пред ,

где i_y - радиус сечения верхнего пояса относительно вертикальной оси. Для его ориентировочного определения используем сечение верхнего пояса унифици- рованных стропильных ферм НФ 30-710 (табл. П.18), верхний пояс которых (уголки ) имеют i_y = 9,45 см.

_пред - предельная гибкость верхних поясов стропильных ферм. Для всех типов трапецеидальных ферм _пред = 220.

Таким образом

см = 20,79 м

Число распорок

Округляем до ближайшего большего числа

Вычерчиваем на листе формата А3 схему связей по верхним поясам (рис.3).

Рис.3.

Связи по нижним поясам стропильных ферм размещаем по контуру цеха и темпера- турных отсеков, а также в рамах, имеющих поперечные связи по верхним поясам ферм (рис.4).

Рис.4.

Для фонаря выбираем только поперечные связи (рис.5).

Рис.5.

Так как пролет здания равен 30 м, то для шатра применяем один ряд вертикальных связей по средней (коньковой) стойке. При заданном шаге колонн Т = 12 м  вертикаль- ную связь проектируем в виде фермы с параллельными поясами. Решетка фермы – треугольная. По длине здания вертикальные связи устанавливаем в местах, где разме- щены поперечные горизонтальные связевые фермы (рис.6).

Рис.6.

5. Выбор связей между колоннами.

В верхней (надкрановой) части колонн при жестком сопряже- нии ригеля с колоннами применяют две вертикальные связи: верх- нюю в плоскости шатра и нижнюю между нижними поясами стро- пильных ферм и тормозными балками.

При шаге колонн 6 м верхнюю вертикальную связь проекти- руют в виде креста или двухпанельной фермочки одинаковой высо- ты со стропильными фермами на опоры, нижнюю – в виде креста или диагонали. При шаге колонн 12 м и более верхнюю связь проектируют в виде фермы, нижнюю – в виде креста.

Вертикальные связи в верхней части колонн устанавливают у торцов зданий, у температурных швов и в средней части темпера- турного отсека, как правило, между осями, где поставлены попе- речные связи шатра.

В нижней части колонн связи устанавливают между подкра- новой балкой и базой колонны. При шаге колонн 6 м и Н_н < 9 м целесообразно проектировать связь в виде одного креста, а при Н_н > 9 м – в виде двух крестов. При шаге колонн 12 м  и более её следу- ет проектировать в виде портала, но возможно также применение и крестовой связи.

В верхней (надкрановой) части колонн применяем две вертикальные связи (рис.7):

- верхнюю в плоскости шатра - в виде фермы;

- нижнюю между нижними поясами стропильных ферм и тормозными балками – в виде креста.

В верхней части колонн вертикальные связи устанавливаем у торцов здания и в средней части температурной секции между осями, где поставлены поперечные связи шатра.

В нижней части колонн связи устанавливаем в виде креста между подкрановой балкой и базой колонны.

Рис.7.

ГЛАВА 2

РАСЧЕТ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ

РАЗДЕЛ 2.1.

Исходные данные и условие расчета:

Для заданного производственного здания (табл. П.1 и П.2) определить основные конструктивные параметры подкрановой балки. В расчетах использовать результаты решения задач 1.1 и 1.2.

Решение.

1. Предварительный выбор основных параметров подкрановых балок.

По табл. П.19 и П.20 для мостовых кранов грузоподъёмностью 100/20 т, установ- ленных в зданиях пролётом 30 м, при шаге колонн 12 м основные габариты подкрановых балок:

Высота в опорном сечении (Н_п.б.), мм ………………..…….. 1850

Высота стенки (h _с), мм..………………………….…..……… 1790

Ширина поясов (b _п), мм …………………………………360 - 800

Толщина стенки ( _с), мм …………………………………….14-20

Толщина поясов ( _п), мм ………………………………..….20-28

2. Определение найневыгоднейшего положения грузов на подкрановой балке.

По табл. П.5 находим основные характеристики крана :

Ширина крана (b_кр), мм …………………………………….…8800

Тогда

 мм.

Принимаем толщину шва h _ш = 10 мм.

7. Определение веса подкрановой балки.

Вес подкрановой балки

 кН,

где  - строительный коэффициент, принимаемый для сварных балок с поперечными ребрами жесткости равным 1,2;

F - площадь поперечного сечения подкрановой балки:

 мм²;

l - длина балки, равная 12 м;

 кН/м³  - объёмный вес стали.

ГЛАВА 3

РАЗДЕЛ 3.1.

Исходные данные и условие расчета:

Для заданного производственного здания (табл. П.1 и П.2) составить расчетную схему поперечной рамы и собрать действующие на неё нагрузки. В расчетах использо- вать результаты решения заданий 1 и 2.

Последовательность расчета.

1. Построить расчетную схему поперечной рамы.

2. Определить собственный вес конструкций покрытия.

3. Рассчитать снеговую нагрузку.

4. Найти вертикальное давление колес мостовых кранов.

5. Определить горизонтальное давление колес мостовых кранов.

6. Рассчитать ветровую нагрузку.

7. Установить соотношение моментов инерции верхних и нижних частей стоек (колонн) и ригеля (стропильной фермы).

8. Составить сводную таблицу нагрузок на поперечную раму

Пример выполнения расчета:

Исходные данные:

Место строительства ……………………………………….………….г. Казань

Назначение здания ……………………………….ремонтно-механический цех

Высота здания (Н_зд), м ……………………………………………………….21,5

Пролет здания (В), м …………………………………………………………...24

Высота пролета (Н), м ………………………………………………………..16,2

Шаг установки колонн (Т), м………………………………………….……….12

Ширина светоаэрационного фонаря (В_ф), м ………………………………….12

Грузоподъёмность мостовых кранов(Q_кр), т ……………………………….. .15

Количество мостовых кранов в пролете ……………………………………….4

Пролет моста крана (В_кр), м ………………………………………………….22,5

Режим работы кранов ………………………………………………….…средний

Высота подкрановой балки в опорном сечении (Н_п.б.), мм .………………1050

Высота подкранового рельса (h_п.р.), мм ………………………………………120

Уровень головки подкранового рельса (Н_п.р.), м …………………………..13,37

Вес подкрановой балки (G_п.б.), кН …………………………………………….150

Длина верхней части колонны (Н_в), мм …………………...……………..…4000

Длина нижней части колонны (Н_н), мм ……………………………………12600

Ширина нижней части колонны (b_н), мм …………………...………………1000

Решение.

1. Построение расчетной схемы поперечной рамы.

Принимаем поперечную раму здания, как П-образную симметричную раму со стой- ками, жестко защемленными в опорах, и ригелем, жестко соединенными со стойками (рис.12).

Стойки по высоте состоят из двух частей: верхней Н_в и нижней Н_н, в пределах кото- рых их жесткости J_в и J_н постоянны. Жесткость ригеля J_р по длине В также постоянна.

Рис. 12.

2. Расчет собственного веса конструкций покрытия.

Собственный вес стропильной фермы со связями получаем по эмпирической формуле:

 кН/м²;

где  коэффициент веса фермы, принимаемый при нагрузке от 1,5 до 4,0  кН/м² для ферм 30 – 36 м в пределах 0,6 – 0,9; для ферм 18 - 24 м  Для больших значений пролета и нагрузки принимается больший коэффициент.  

В -  пролет фермы, равный 24 м.

Приближенное значение нагрузки от веса фонарной конструкции:

 кН/м²;

где - коэффициент веса фонаря, равный 0,5,

В_фон – пролет фонаря, равный 12 м.

Ремонтно-механический цех относится к относится к группе зданий 1, поэтому для светоаэрационного фонаря вес переплетов с остекленением (g_пер) и вес бортовой стенки (g _б.с.) принимаем по рекомендациям: g _пер = 0,04 – 0,06 кН/м² и g _б.с.= 0,06 – 0,08 кН/м²; для средних по величине пролетов  

g _пер = 0,05 кН/м² и g _б.с. = 0,07 кН/м².

Для аэрационных фонарей вес переплетов и вес бортовой стенки не учитывают.

Вес 1 м² рубероидной кровли на битумной мастике с выравнивающим асфаль- товым слоем:

 кН/м²;

где n - число слоев для кровли со светоаэрационными фонарями n = 3. Для кровли с аэрационным фонарем n = 4;

h _руб, h _в.с. – толщина одного слоя рубероида со слоем битумной мастики и толщина выравнивающего слоя: h _руб = 5 мм; h _в.с. = 20 мм;  

   - объёмный вес рубероида и асфальтовой смеси, равный соответственно 13 кН/м³ и 18 кН/м³.

Вес 1 м² утеплителя определяется по формуле:

 кН/м².

где  - толщина и удельный вес утеплителя.

Толщину утеплителя определяет из теплотехнического расчета.

Ремонтно-механический цех относится к группе зданий I (табл. П.8), поэтому его кровля нуждается в утеплителе.

По табл.П.10 принимаем наружную температуру однодневки для района г.Казани . По табл. П.12 находим требуемое сопротивление теплопередачи ограждаю- щих конструкций, используя метод интерполяции. Для покрытия   По данным табл.П.13 находим ближайшее большее значение R₂ = 0,87, что соответствует толщине утеплителя h_y = 90 мм. Материал утеплителя – пеносиликат (  кН/м³).

Вес 1 м² плит покрытия находим как

 кН/м²,

где Р_п.п  - вес одной плиты. Для шага колонн Т = 12 мм унифицированная ширина плиты 3 м. По табл.П.14 для беспрогонной конструкции кровли выбираем плиту марки   (вес плиты – 68 кН);

F_{n . n} – площадь плит покрытия.  м².

Интенсивность погонной постоянной расчетной нагрузки на ригель в конечном итоге определяем по формуле:

 кН/м

где n – коэффициент перегрузки от собственного веса, равный 1,1.

Опорная сила давления ригеля от постоянной нагрузки на одну стойку рамы:

 кН.

3. Расчет снеговой нагрузки.

Величина снеговой нагрузки на 1 м² площади горизонтальной проекции кровли:

 кН/м²,

где р_о -  вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли в зависимости от района строительства. Для г. Казани (III снеговой район, табл. ), р_о= 1 кН/м²,

с - коэффициент профиля кровли: для светоаэрационных фонарей с шириной проёма

12 м с = 1,2.

РАЗДЕЛ 3.2.

Исходные данные и условие расчета:

Для заданного производственного здания (табл.П.1 и П.2.) рассчитать внутренние силовые факторы в поперечной раме от внешних нагрузок, определенных при решении задачи 3.1. и найти расчетные усилия в её характерных сечениях.

Последовательность расчета.

1. Установить соотношения моментов инерции верхних и нижних частей стоек и ригеля и выбрать характерные сечения рамы.

2. Построить эпюры изгибающих моментов, продольных и поперечных сил для рамы от постоянных нагрузок и определить внутренние усилия в её характерных сечениях.

3. Определить внутренние усилия в характерных сечениях рамы от снеговой нагрузки.

4. Построить эпюры изгибающих моментов, продольных и поперечных сил для рамы от крановых моментов и вертикальной крановой нагрузки и определить внутренние уси- лия в характерных сечениях рамы.

5. Построить эпюры изгибающих моментов, продольных и поперечных сил для рамы от сил поперечного торможения кранов и определить внутренние усилия в её характер- ных сечениях с учетом пространственной жесткости каркаса.

6. Построить эпюры изгибающих моментов, продольных и поперечных сил для рамы от ветровой нагрузки и определить внутренние усилия в характерных сечениях рамы.

7. Составить сводную таблицу усилий в стойках рамы.

8. Составить таблицу расчетных усилий для рамы с учетом основных и дополнительных сочетаний.

Пример решения расчета:

Исходные данные:

Длина здания (по осям крайних поперечных рам) (L), м ………………….144

Пролет здания (В), м …………………………………………………………...18

Шаг установки колонн (Т), м………………………………………….……….12

Грузоподъёмность мостовых кранов(Q_кр), т ……………………………..100/20

Пролет моста крана (В_кр), м ………………………………………………….16,5

Нормативная сила давления колеса крана на рельс (Р_max), кН ……………..385

Высота подкрановой балки в опорном сечении (Н_п.б.), мм .………………1050

Вес подкрановой балки (G_п.б.), кН …………………………………………….150

Длина колонны (до высоты пролета) (Н), м …………………………………19,0

    в том числе: длина верхней части колонны (Н_в), м……….….…..……6,0

                            длина нижней части колонны (Н_н), м…………...……...13,0

Ширина верхней части колонны (b_в), мм .……………………………………500

Ширина нижней части колонны (b_н), мм..…………………...………………1000

Постоянная нагрузка от покрытия (q_n), кН/м …………………………..……44,7

Снеговая нагрузка (q_сн), кН/м …………………………………………………20,2

Вертикальная сила давления колес крана,

                максимальная (D_max) кН …………………………………………2602

                минимальная (D_min) кН …………………………………………...984

Сила поперечного торможения кранов (P^Г), кН ……………………………..99,4

Моменты от D_max, кН м ……………………………………………………….1464

                  D_min, кН м ………………………………………………………...553

Ветровая нагрузка: активное давление (q_в), кН/м ……………………………5,44

                             отсос ( ), кН/м ………………………………………….4,08

                             сосредоточенная сила ветра на шатер здания:

                                       с наветренной стороны (W₀), кН …...…………….45,94

                                       с заветренной стороны ( ), кН …………………34,46

Решение.

1. Выбор соотношений моментов инерции элементов рамы и определение её характерных сечений.

По заданным геометрическим размерам колонн и пролету здания строим расчетную схему поперечной рамы и обозначаем действующие на неё нагрузки (рис.14).

Рис.14.

По графикам (рис.15) выбираем соотношения моментов инерции

;        

Для ведения дальнейших расчетов намечаем четыре сечения:

I – I - у основания колонны (стойки);

II – II - у подкранового пояса нижней части колонн;

III – III - у подкранового пояса верхней части колонн;

IV – IV - у сопряжения верхней части колонн с ригелем.

                                        легкая (неутепленная);                                    утепленная кровля.

Рис.15.

2. Построение эпюр изгибающих моментов, поперечных и продольных сил от постоянных нагрузок и определение внутренних усилий в характерных сечениях.

Строим расчетную схему рамы (рис.16). В данной раме 6 реактивных усилий (по 3 в каждой жесткой заделке). Следовательно, рама (6 – 3 = 3) трижды статически неопределима.

                Рис.16.

Основную систему получаем, разрезав ригель в коньковом (срединном) сечении и заменив внутренние силовые факторы неиз- вестными усилиями Х₁  и  Х₂ и моментом Х₃  (рис.17).

                          Рис.17.

Составляем систему канонических уравнений:

Определяем перемещения (коэффициенты и свободные члены) канонических урав- нений. Для этого нагружаем основную систему последовательно силами  (рис.18,а),  (рис.18, б),  (рис.18, в) и внешней нагрузкой q_n (рис.18, г), строим соответствующие эпюры изгибающих моментов (рис.18 , д, е, ж, з).

Для определения коэффициента  перемножим эпюру «М₁» саму на себя, получим:

,

где       м² ,          м,

             м² ,                 м,

             м²,   м,

J_н= 8 J_в.

После подстановки найдем

Аналогично определим и другие коэффициенты:

;   ;

;

Рис.18.

Рис. 19.

Канонические уравнения приобретают вид:

Откуда     Х₁ = 11,3 кН;  Х₂ = 0 кН;    Х₃ = -1704 кН;

Строим эпюры изгибающих моментов, продольных и поперечных сил от равномерно распределенной нагрузки q_n, приложенной к ригелю.

Эпюра “ M_x” (рис.20, а):

ригель: М_{х max} = X₃ = 1704  кН м, кН м.

стойки:  кН м;

             а)

Эпюра “ Q_x” (рис.20, б):

ригель:

;

правая стойка:

левая стойка:

б)

Эпюра “ N_x” (рис.20, в):

ригель:

правая стойка:

левая стойка:

в)

Рис.20.

В ступенчатых стойках рамы из-за смещения центров тяжестей сечений верхней и нижней частей возникают изгибающие моменты:

где N_x – продольная сила в стойках рамы от собственного веса покрытия,

е – смещение центров тяжестей верхней и нижней частей колонн:

Для учета момента М_ст строим расчетную схему, оставляя основную систему преж- ней, (рис.19, а). Строим эпюру изгибающих моментов от внешней нагрузки (рис.19, б) и используя систему канонических уравнений, для которых свободные члены равны:

;  

получаем систему линейных уравнений:

Решая систему, найдем Х₁ = -7,6 кН, Х₃ = - 15,9 кН м, (Х₂ = 0).

Строим эпюры “ M_x”, “ N_x”, “ Q_x” для поперечной рамы от момента М_ст (рис.21, а,б,в, ):

       а)                                              б)                                             в)

Рис.21.

 Просуммировав значения эпюр от вертикальной нагрузки по ригелю и от смещения центров тяжестей стоек, получим суммарные значения внутренних силовых факторов в каждом характерном сечении (табл.2).

Таблица 2.

Значения  М _x, Q_x, N_x  от вертикальной нагрузки по ригелю в характерных сечениях.

Строим суммарные эпюры M_x, Q_x, N_x (рис.22, а,б,в):

            а)                                        б)                                               в)

Рис.22.

3. Определение усилий в поперечной раме от снеговой нагрузки.

Значения изгибающих моментов, продольных и поперечных сил от снеговой нагрузки получим умножением значений M_x, Q_x, N_x   от постоянной нагрузки на переходной коэффициент:   и сведем в таблицу 3.

Таблица 3.

Значения М_х, Q_x, N_x от снеговой нагрузки в характерных сечениях рамы

4. Определение усилий в поперечной раме от крановых моментов.

В найневыгоднейшем положении мостовые краны нагружают стойки рамы максимальной и минимальной силой давления колес кранов (D_max D_min), а также моментами M_max и M_min от вертикальных сил давления колес кранов D_max и D_min , приложенных на уровне подкрановых площадок в месте перехода нижней части колонн в верхнюю.

Составляем расчетную схему рамы, нагруженной крановыми моментами (рис.19, в), используя выбранную ранее основную систему. В системе канонических уравнений ко- эффициенты  остаются прежними; находим лишь свобод- ные члены уравнений перемножением грузовой эпюры моментов (рис.19, г) на эпюры от единичных сил (рис.18, д,е,ж)

Коэффициент пространственной жесткости каркаса при действии местных (крановых) нагрузок:

где  - коэффициент;

 - сумма нормативных сил давлений колес четырёх кранов на один рельс. Каждый кран опирается на один рельс четырьмя колесами. Поэтому =  кН,

т - коэффициент условий работы; для однопролетных зданий с продольными фонарями т = 0,9;

N - число рам в жестком блоке. При длине здания в 144 м  и шаге колонн 12 м N = 13,

l ₂ -  расстояние между вторыми от торцов здания рамами l ₂ = 120 м,

п - число пар рам, равноудаленных от центра тяжести жесткой кровли. Центр тяжести кровли находится в её середине. При длине здания 144 м и шаге колонн 12 м   п = 4;

l_i  - расстояние между каждой парой рам, равноудаленных от центра тяжести кровли.

Таким образом

Поэтому корректируем величину горизонтальных смещений основной системы под действием крановых моментов:

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица П.1.

Исходные данные на выполнение расчетно-проектировочных работ

Таблица П.3.

Краны мостовые электрические общего назначения грузоподъёмностью от 5 до 50 т.

(выборка из ГОСТ 3352 - 54, ТУ 24-69-344-79, ТУ 24-9-454(455)-76 и др.)

 Краны с одним крюком для среднего режима работы

Краны с двумя крюками для среднего режима работы

Таблица П.4.

Краны мостовые электрические общего назначения грузоподъёмностью от 5 до 50 т.

(выборка из ГОСТ 3352 - 54, ТУ 24-69-344-79, ТУ 24-9-454(455)-76 и др.)

 Краны с одним крюком для тяжелого режима работы

Краны с двумя крюками для тяжелого режима работы

Таблица П.5.

Краны мостовые электрические общего назначения грузоподъёмностью от 75 до 250 т.

(выборка из ГОСТ 3352 - 54, ТУ 24-69-344-79, ТУ 24-9-454(455)-76 и др.)

Краны среднего режима с нормальной высотой подъёма

Таблица П.6

Минимальный зазор между тележкой крана и нижней поверхностью несущей конструкции покрытия

Таблица П.7

Высоты пролетов одноэтажных производственных зданий, м.

Таблица П.8.

Ориентировочная разбивка зданий по группам в зависимости от внутренней   расчетной температуры и относительной влажности воздуха

А.  Производственные здания и помещения

Металлоконструкций

Механические цехи

Модельные

Отделки проката

Дробильно-сортиро- вочные