Компоновка каркаса

2.         Компоновка каркаса

 

Компоновку поперечной рамы начинают с установки габаритных размеров элементов конструкции в плоскости рамы. Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса h₁ и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущей конструкции покрытия h₂ . Определяем размеры по максимальной грузоподъемности кранов и для большего пролета.

Полезная высота цеха

Н_к+100 – габаритный размер от головки кранового рельса до верхней точки тележки крана.

100 мм – безопасный зазор между верхней точкой тележки крана и стропильной конструкцией.

а – прогиб фермы. Примем а = 300 мм.

В зависимости от максимальной грузоподъемности крана и максимального пролета примем Н_к = 2750 мм, В₁=300 мм. В₁ – часть кранового моста, выступающего за ось рельса.

 мм

Н = 16000+3150=19150 мм. Примем полезную высоту цеха Н = 19,8м

Уточняем h₂:

 мм

Устанавливаем размеры верхней части колонны:

 мм

м.

Примем высоту подкрановой балки мм.

Примем высоту кранового рельса h_кр.р = 200мм.

Устанавливаем размеры нижней части колонны:

мм

 

Общая высота колонны:

мм =19,95 м.

Примем привязку наружной грани колонны к оси "250".

Размеры колонн:

1)     Ширина верхней части колонны из условий жесткости

мм.

Примем мм

Чтобы кран при движении вдоль цеха не задевал колонну расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менее:

мм = 300+(500-250)+75=625 мм® l=750мм

=500-250=250 мм - расстояние от оси до внутренней грани верхней части колонны.

60…75 мм – безопасный зазор между краном и колонной.

2)     Ширина нижней части колонны зависит от Н и Q.

Верхняя часть колонны сплошного сечения, нижняя – сквозного.

Для колонны среднего ряда:

Рис. 2 Разрез производственного здания

3. Сбор нагрузок на поперечную раму каркаса

На поперечную раму здания действуют следующие нагрузки:

1.         Постоянные – от веса ограждающих (кровля, стены) и несущих конструкций (фермы, связи, колонны).

2.      Кратковременные – атмосферные (снеговые, ветровые), технологические (от мостовых кранов, подвесного оборудования, рабочих площадок) и др.

Расчет конструкций по первой группе предельных состояний выполняется на расчетные нагрузки и воздействия. Величины расчетных нагрузок определяются умножением нормативных значений на коэффициенты надежности по нагрузке.

Сбор постоянной нагрузки.

Постоянная нагрузка, действующая на поперечную раму, складывается из веса кровли, стропильных и подстропильных конструкций, системы связей, подвесного потолка, стеновых панелей, колонн и других элементов каркаса.

Табл.3.1 Собственный вес кровли

№ п/п	Вид нагрузки	Ед. измерения	Нормативная нагрузка	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка
1	Стальные волнистые листы	кН/м2	0,21	1,05	0,22
2	Прогоны сквозные l=12м	кН/м2	0,12	1,05	0,126
3	Связи	кН/м2	0,06	1,05	0,063
	Всего	кН/м2	0,39		0,409
8	Собственный вес стропильной фермы	кН/м2	0,139	1,05	0,146
	Итого:	кН/м2	0,529		0,555

Собственный вес стропильной фермы:

q^н – суммарная нормативная равномерно распределенная нагрузка от собственного веса покрытия, снега, технологического оборудования. [кН/м²].

Соликамск – 5 снеговой район. Нормативная снеговая нагрузка - 2,24 кН/м²

В_ф – шаг стропильных ферм. В_ф=12м

a_ф = 1,4 – для малоуглеродистых сталей.

L_ф – пролет фермы. L_ф = 24м.

Погонная постоянная нагрузка:

Узловая нагрузка:

Поскольку оси надкрановой и подкрановой частей колонны не совпадают, от постоянной нагрузки вследствие этого возникает дополнительный момент, приложенный в месте перехода надкрановой части колонны в подкрановую.

Значение момента, действующего на колонны крайнего ряда, от постоянной нагрузки, кНм:

Снеговая нагрузка

При расчете поперечных рам снеговая нагрузка определяется на 1 м² горизонтальной проекции. Величина снеговой нагрузки зависит от снегового района.

S₀ – расчётное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной проекции земли. Соликамск – 5 снеговой район. S₀=3,2 кН/м²

- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.  при

Расчетная погонная снеговая нагрузка на поперечную раму:

где В^ср_рам – шаг средних колонн.

c_e- коэффициент снижения снеговой нагрузки

Узловая снеговая нагрузка на ферму:

- площадь сбора нагрузки на узел фермы.

Значения моментов от снеговой нагрузки:

Рис. 3.1 Схемы загружения поперечной рамы нагрузками: а – постоянной, б - снеговой.

Ветровая нагрузка

Ветровую нагрузку на здания и сооружения рекомендуется учитывать как сумму 2-х составляющих: средней и пульсационной.

W_m – Средняя составляющая ветровой нагрузки учитывается при расчете всех зданий и сооружений. Характер ее распределения зависит от профиля здания.

Величина средней составляющей ветровой нагрузки определяется:

 [кН/м²]

где - коэффициент надежности по нагрузке для ветровой нагрузки.

- нормативное значение ветрового давления. Соликамск –2 ветровой район. Для г. Соликамск

- аэродинамический коэффициент. Зависит от конфигурации здания. Принимается по приложению 4 СНиП "Нагрузки и воздействия". Принимаем для наветренной стороны с_е = 0,8, для подветренной с_е = -0,6.

Скоростной напор ветра увеличивается с высотой от уровня земли. У поверхности земли зависит от наличия разных препятствий.

- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте. Определяется по т.6 СНиП в зависимости от типа местности. У нас В – городские территории, местности равномерно покрытые препятствиями.

Часто действительную эпюру заменяют на расчетную. Иногда для упрощения расчета нагрузку на колонну заменяют эквивалентной равномерно распределенной.

Определение среднего значения коэффициента к на первом и втором участках

1 участок – колонна от обреза фундамента до низа стропильной фермы h₁= 19950мм

2 участок – шатер от низа стропильной фермы до наивысшей точки фермы

 - высота от уровня пола до верхней точки покрытия,

Средний коэффициент на 1^ом и 2^ом участках находят по формуле:

j – участок осреднения

i – участок с одной эпюрой

h_j – 1^ый и 2^ой участки (h₁ и h₂)

На каждом j участке с однозначной эпюрой i определяем осредненный коэф.

tg i - тангенс угла наклона эпюры ветрового давления на участке с однозначной эпюрой.

- протяженность участков с однозначными эпюрами на осредненных участках.

Табл. 3.2

i=1		i=2			i=3		i=4
К5	tg 1		К10	tg 2	К20	tg 3	К40	tg 4
0,5	0		0,65	0,03	0,85	0,02	1,1	0,0125

Средние коэффициенты на участках 1 и 2.

Расчетное значение ветровой нагрузки.

на 1^ом участке:

для наветренной стороны

кН/м²

для подветренной стороны

кН/м²

на 2^ом участке:

для наветренной стороны

кН/м²

для подветренной стороны

кН/м²

Интенсивность нагрузки на участке h₁.

кН/м

кН/м

B_к=6м – шаг поперечных рам.

кН

кН

Рис. 3.2 Схема загружения рамы ветровой нагрузкой:

а – конструктивная схема; б – расчётная схема

Нагрузка от мостовых кранов

При движении мостового крана на крановый рельс передается вертикальная нагрузка от колес мостовых кранов и горизонтальные воздействия.

1. Вертикальная нагрузка от колес мостовых кранов передается в виде сосредоточенных сил D и крановых моментов M_kp. Наибольшее вертикальное усилие нормативное усилие  определяется при крайнем положении тележки на мосту с грузом максимальной грузоподъемности. D и M_kp определяются при наиболее неблагоприятном расположении колес на подкрановой балке.

В многопролетных зданиях вертикальная нагрузка определяется от 4-х кранов (по 2 крана максимальной грузоподъемности в каких-либо пролетах, необязательно соседних, при загружении которых возникают наибольшие усилия в рамах).

Сбор нагрузок сводится к определению D_max – наибольшее давление колес крана на колонну, к которой приближена тележка крана. На другую колонну пролета в это время действует D_min .

Расчетное усилие D_max можно определить по линии влияния опроных реакций подкрановой балки при наиболее невыгодном расположении кранов на балках.

- коэффициент надежности по нагрузке для подкрановых конструкций.

- максимальное нормативное вертикальное давление колес мостовых кранов, принимается по ГОСТ.

- ордината линии влияния.

- коэффициент сочетания. Зависит от количества кранов и режима работы. Принимаем - при учете 4-х кранов, Режим работы 3К

- собственный вес подкрановых конструкций для крайних колонн.

- собственный вес подкрановых конструкций для средних колонн.

На другой ряд колонн будет передаваться минимальное вертикальное давление:

- минимальное нормативное вертикальное давление колес мостовых кранов, принимается по ГОСТам

где Q – грузоподъемность крана, кН

- полный вес крана с тележкой, кН

- число колес крана с 1-ой стороны.

Давления D_max, D_min передаются по осям подкрановых балок, которые установлены с эксцентриситетом по отношению к оси нижней части колонны. Поэтому на поперечную раму передаются крановые моменты М^кр_max, M^кр_min (кНм).

е_к – расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны.

Для крайних колонн . b_H – ширина нижней части крайней колонны. Примем

Для средних колонн . =750 мм

2. Горизонтальные воздействия – это поперечное и продольное торможение кранов. Поперечное торможение возникает от инерционных сил при торможении тележки. Сила Т_поп определяется от 2-х сближенных для совместной работы кранов в пролете или от 2-х кранов в разных пролетах, но установленных в одном створе. Сила поперечного торможения передается на уровне тормозных конструкций и может быть направлена как внутрь рассматриваемого пролета так и наружу. Определение величины давления на колонну от сил поперечного торможения производится через линию влияния. Часто принимается та же линия влияния, что для D_max и для D_min.

Расчетная горизонтальная сила Т_поп определяется :

- принимается от 2-х кранов, режим работы 3К

- коэффициент трения при гибком подвесе.

- отношение числа тормозных колес тележки к числу колес тедлежки.

- вес тележки, кН

Табл.3.3 Характеристики кранов

Кран Q1=30т Режим работы 3К	Кран Q2=15т Режим работы 3К

В пролете работает 2^а крана грузоподъемностью Q₁=30т и Q₂=15т линии влияния от двух сближенных кранов показана на рис. 3.3 На рисунке показана установка крановой нагрузки в наиболее невыгодное положение, поэтому расчет ведем именно при этом положении кранов.

 

 

 

 

 

Рис 3.3 Схема загружения подкрановых балок для определения D_max(D_min)

Определение наибольшего и наименьшего давления колес крана на крайние колонны.

=1,1; =1,05; =0,7

B_к = 12м – шаг колонн (длина подкрановой балки).

L₁=24м;

Q₁=30т ,Q₂=15т – грузоподъемность кранов.

2;  - число колес с одной стороны.

Определение моментов, возникающих в крайних колоннах от крановой нагрузки.

Принимаем e_к=(0.5-0.6)*1000=500-600 →600мм

Определение наибольшего и наименьшего давления колес крана на средние колонны.

Для определения крановой нагрузки воспользуемся той же линией влияния.

=1,1; =1,05; =0,7

B_к = 12м – шаг колонн (длина подкрановой балки).

L₁=24м; L₂=18м;

Q₁=30т ,Q₂=15т – грузоподъемность кранов.

2;  - число колес с одной стороны.

Определение моментов, возникающих в средних колоннах от крановой нагрузки.

Принимаем e_k==750мм

Определение силы поперечного торможения.

=1,1 – коэффициент надежности по нагрузке.

- принимается от 2-х кранов, режим работы 3К

Нормативное значение , передаваемое на поперечную раму:

- коэффициент трения при гибком подвесе.

- отношение числа тормозных колес тележки к числу колес тележки.

2;  - число колес с одной стороны.

G_т – вес тележки.

G_т1 =87кН; G_т2 = 37кН.

Рис. 3.5 Схемы загружения вертикальной крановой нагрузкой (4-7) и силой поперечного торможения (8-10)