Учебники 80225
.pdfФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра строительных конструкций, оснований и фундаментов имени профессора Ю.М. Борисова
24-2018
РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ С МОСТОВЫМИ КРАНАМИ НА ЭВМ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для подготовки студентов, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство», специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений»
всех форм обучения
Воронеж 2018
УДК 624.012.35 ББК 38.53
Составитель канд. техн. наук, доц. А.Э. Поликутин
Расчет поперечной рамы железобетонного промышленного здания с мостовыми кранами на ЭВМ: методические указания для подготовки студентов обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство», специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений» всех форм обучения. / ФГБОУ ВО “Воронежский государственный технический университет”; сост. А.Э. Поликутин.
Воронеж, 2018. - 27 с.
В методических указаниях приведены правила и последовательность компоновки поперечной рамы промышленного железобетонного здания с мостовыми кранами, сбора нагрузок, создания расчетной схемы, анализа результатов расчета на ЭВМ.
Предназначено для подготовки студентов по направлению 08.03.01 «Строительство», специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений» всех форм обучения, руководителей и консультантов ВКР, а также для инженеров-проектировщиков проектных институтов.
Ил. 20. Табл. 8. Библиогр.: 3 назв.
УДК 624.012.35 ББК 38.53
Рецензент канд. техн. наук, доц. С.Н. Колодежнов
Печатается по решению учебно-методического совета Воронежского государственного технического университета
©ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018
1
ВВЕДЕНИЕ
Впроцессе изучения дисциплины «Железобетонные и каменные конструкции» предполагается выполнение курсового проекта (КП-2),
вкотором разрабатываются несущие строительные конструкции одноэтажного производственного здания с мостовыми кранами.
С целью определения усилий в колоннах здания необходимо выполнить статический расчет поперечной рамы с учетов всех возможных комбинаций действующих нагрузок и воздействий (в том числе и от мостовых кранов). Данные методические указания предназначены в помощь обучающимся по составлению расчетной схемы поперечной рамы здания, сбору нагрузок и воздействий и определению усилий с учетом возможных комбинаций различных загружений на ЭВМ на примере ПК Лира-САПР (при этом допускается использование иных расчетных программных комплексов).
Результаты расчета поперечной рамы здания с мостовыми кранами, полученные с применением специализированных расчетных комплексов, представляются в виде снимков экрана (скриншотов, screenshot) или иными способам и в составе: расчетная схема, жёсткостные характеристики, загружения (с указанием номеров различных загружений), эпюры усилий (продольные, поперечные, изгибающие моменты), деформации рамы, а также в виде таблицы сочетания усилий для четырех сечений колонны по высоте. Указанные результаты расчета прикладываются к пояснительной записке курсового проекта КП-2 в соответствующий раздел.
Втексте методического указания приведены авторские рисунки.
1
1. КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ
Каркас одноэтажного промышленного здания представляет собой пространственную систему, состоящую из защемленных в фундаментах колонн, объединенных (в пределах температурного блока) стропильными и подстропильными конструкциями, плитами покрытия, связями и т.д. Данная пространственная система расчленяется на поперечные и продольные плоские рамы, каждая из которых воспринимает горизонтальные и вертикальные нагрузки и воздействия.
Продольная рама включает один продольный ряд колонн в пределах температурного блока, плиты покрытия или прогоны, подстропильные конструкции, связи и подкрановые балки. Продольная рама обеспечивает жесткость здания в продольном направлении и воспринимает нагрузки от продольного торможения кранов и от ветра, действующего на торец здания и на торцы фонарей.
Поперечные рамы являются основным элементом каркаса и образуются из колонн и стропильных конструкций. Поперечная рама воспринимает нагрузку от массы покрытия, снега, мостовых кранов, стен, ветра и обеспечивает жесткость в поперечном направлении.
Компоновка поперечной рамы выполняется на основе исходных данных на проектирование конструкций одноэтажного промышленного здания (задание к КП-2). Примерные исходные данные представлены на рис. 1.
Схематичное изображение поперечной рамы здания представлено на рис. 2.
Тип сечения колонн принимается в зависимости от высоты здания, шага колонн и грузоподъемности крана.
При высоте здания до 10,8 м, В=6 м и грузоподъемности крана до 30 т принимаем сплошные колонны сечением шириной b=400 мм, высотой h=380 мм, при “нулевой” привязке, или высотой h=600 мм, при привязке колонн 250
мм(для надкрановой части колонны), h=600-800 мм для подкрановой части.
Вдругих случаях применяются сквозные колонны, ширина сечения b=500 мм, высотой h=380 мм, при “нулевой” привязке, или высотой h=600 мм, при привязке колонн 250 мм (для надкрановой части колонны), для подкрановой части колонны высота сечения h=1000 мм – “нулевая” привязка, h=1300…1400мм – привязка 250мм. Высоту сечения ветви колонны принимаем a=250 или 300 мм. При больших крановых нагрузках возможно увеличение размеров поперечного сечения колонны.
2
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
на проектирование конструкций одноэтажного промышленного здания
1.Место строительства – Тверь
2.Схема здания
3.Назначение здания – Сборочный цех
4.Пролет L, м – 30; количество пролетов m = 2;
5.Шаг поперечных рам В, м – 12;
6. |
Длина здания |
|
= В х n, где n = 8; |
, м = 12.65 |
7. |
|
головки подкранового рельса |
||
Отметка верха зд |
|
|
8.Грузоподъемность крана, т = 20/5
9.Режим работы крана – 4К-6К
10.Количество кранов в пролете, шт. – 3
11.Расчетное давление на грунт, MПа – 0.25
12.Тип стропильной конструкции – Ферма сегментная
13.Класс бетона по прочности на сжатие:
Фундамента………………… |
В20 |
Колонны……………………. |
В25 |
Плиты……………………….. |
В30 |
Стропильной конструкции… |
В30 |
Рис. 1. Исходные данные для проектирования
Рис. 2. Поперечная рама
Ветви сквозной колонны соединяют распорками, устанавливаемыми с шагом 2-3 м, при этом расстояние от пола до первой распорки должно составлять не менее 1.8 м в свету (с целью обеспечения возможности прохода). Ширину сечения распорок назначают равной ширине сечения колонн, высоту се-
3
чения распорок принимают равной 400 мм. Сечения сплошной (а), сквозной (б) колонны и распорки (в) показаны на рис. 3.
а) |
б) |
|
в) |
|
Рис. 3. Сечения: а) – сплошной колонны, б) – сквозной колонны, |
||
|
в) – распорки |
|
|
|
Размеры поперечного сечения средней колонны |
||
|
принимаются следующие: ширина соответствует ши- |
||
|
рине сечения крайних колон, а высота принимается в |
||
|
1,5 раза больше высоты сечения крайних колонн (или |
||
|
по иным указаниям, при необходимости уточняются |
||
|
расчетом). |
|
|
|
Общая высота колонны складывается из высот |
||
|
верхней (надкрановой) и нижней (подкрановой) частей, |
||
|
см. рис. 4: |
H = H . . +H . . |
|
|
нч |
вч |
Высота верхней части колонны:
Рис. 4. Вертикальная компоновка колонны
Hв.ч. = 100+Hк + пб + ,
где Hк – высота крана, принимается по таблице 1; 100 – минимальный зазор между стропильной конструкцией и мостовым краном;
– высота кранового рельса (см. таб. 2);
пб – высота сечения подкрановой балки (при шаге поперечных рам В=6м пб = 0.8 −1 м, при В=12мпб = 1.2 − 1.4 м. пб принимается кратной 100мм).
Высота нижней части колонны:
Hн.ч. = H − ( + пб)+150,
где H – отметка головки рельса;
150 – расстояние от обреза фундамента до отметки чистого пола (0.000). Расстояние в плане от разбивочной оси здания до оси подкрановой балки
принимается равным 750 мм.
4
Таблица 1 Нагрузки и габариты мостовых кранов среднего режима работы
Грузо- |
Про- |
Основные габариты, мм |
|
Давление |
Масса, т |
|||||
подъем- |
лет |
Шири- |
|
База |
Высота |
За- |
|
|
крана с |
|
|
|
колеса, |
тележ- |
|||||||
ность кра- |
крана |
на мо- |
|
кра- |
крана, |
зор, |
|
Рn,max, кН |
ки |
тележ- |
на, Q, т |
Lк , м |
ста, В |
|
на, К |
Н |
В1 |
|
|
|
кой |
|
|
|
|
Краны с одним крюком |
|
|
|
|||
|
10,5 |
5000 |
|
3500 |
|
|
|
70 |
|
13,6 |
5 |
16,5 |
|
1650 |
230 |
|
82 |
2,2 |
18,1 |
||
|
|
|
|
|||||||
22,5 |
6500 |
|
5000 |
|
101 |
25 |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
28,5 |
|
|
|
|
115 |
|
31,2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
10,5 |
|
|
4400 |
|
|
|
115 |
|
17,5 |
10 |
16,5 |
6300 |
|
1900 |
260 |
|
125 |
4 |
21 |
|
22,5 |
|
145 |
27 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
28,5 |
|
|
5000 |
|
|
|
170 |
|
34,8 |
|
10,5 |
|
|
4400 |
|
|
|
145 |
|
20 |
15 |
16,5 |
6300 |
|
2300 |
260 |
|
165 |
5,3 |
25 |
|
22,5 |
|
185 |
31 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
28,5 |
|
|
5000 |
|
|
|
210 |
|
41 |
|
|
|
Краны с двумя крюками |
|
|
|
||||
|
10,5 |
|
|
4400 |
|
|
|
155 |
|
22,5 |
15/3 |
16,5 |
6300 |
|
2300 |
260 |
|
175 |
7 |
26,5 |
|
22,5 |
|
190 |
24 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
28,5 |
|
|
5000 |
|
|
|
220 |
|
43,5 |
|
10,5 |
|
|
4400 |
|
|
|
175 |
|
23,5 |
20/5 |
16,5 |
6300 |
|
2400 |
260 |
|
195 |
8,5 |
28,5 |
|
22,5 |
|
220 |
36 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
28,5 |
|
|
5000 |
|
|
|
255 |
|
46,5 |
|
10,5 |
|
|
5000 |
|
|
|
255 |
|
35 |
30/5 |
16,5 |
6300 |
|
2750 |
300 |
|
280 |
12 |
42,5 |
|
|
|
|
||||||||
22,5 |
|
2100 |
|
315 |
52 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
28,5 |
|
|
|
|
|
345 |
|
62 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
10,5 |
|
|
|
|
|
|
365 |
|
47 |
50/10 |
16,5 |
6760 |
|
5250 |
3150 |
300 |
|
425 |
18 |
56,5 |
22,5 |
|
|
465 |
66,5 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
28,5 |
|
|
|
|
|
|
500 |
|
78 |
Рис. 5. Обозначения основных габаритов крана (пояснение к табл. 1)
5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
Рельсы крановые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тип |
Высота |
Ширина |
Ширина |
Площадь |
Момент инерции, |
|
Масса |
|||
рельса, |
головки, |
подошвы, |
сечения, |
|
см |
4 |
|
|||
рельса |
|
|
|
1 п.м., кг |
||||||
Ix |
|
|
Iy |
|
||||||
|
мм |
мм |
мм |
мм |
|
|
|
|
||
КР 70 |
120 |
70 |
120 |
67,3 |
1081,99 |
|
|
327,16 |
|
52,8 |
КР 80 |
130 |
80 |
130 |
81,13 |
1547,4 |
|
|
482,39 |
|
63,52 |
КР 100 |
150 |
100 |
150 |
113,32 |
2864,73 |
|
|
940,98 |
|
88,96 |
КР 120 |
170 |
120 |
170 |
150,44 |
4923,79 |
|
|
1694,83 |
|
118,1 |
Очертание и габариты сегментной фермы приведены на рис. 6.
Рис. 6. Очертание и габариты сегментной фермы
Расчетный пролет фермы L0=L-2·150-2·25,
где L – номинальный пролет фермы (расстояние между разбивочными осями – пролет здания);
25 мм – монтажный зазор с каждой стороны фермы; 150 мм = 300/2 – половина величины (длины) опирания фермы на колон-
ну.
Высота фермы в середине пролета: Hф=(1/9…1/7)L0, принимается кратной
100 мм.
Ширину сечений элементов фермы принимаем одинаковой, для удобства создания опалубки под конструкцию.
При В=6 м ширину сечений фермы принимаем 200-250 мм, при В=12 м – 300-350 мм. Высота сечения верхнего и нижнего поясов фермы принимается равной ширине, а раскосов – 0.5-0.7 от ширины.
Расчетная схема поперечной рамы здания представлена на рис. 7. Поскольку оси надкрановой и подкрановой частей крайних колонн не
совпадают, в расчетной схеме крайние колонны представлены вертикальными смещенными (на величину, равную расстоянию между осями надкрановой и подкрановой частей колонн) стержнями, соединенными в уровне уступа колонны горизонтальным стержнем бесконечной жесткости (с жесткой вставкой).
6
Поскольку центр тяжести эпюры давления опоры фермы на колонну не совпадает с осью надкрановой частью колонны, в расчетной схеме верхний узел стержня, моделирующего надкрановую часть колонны, и крайний (опорный) узел фермы соединяем между собой горизонтальным стержнем бесконечной жесткости (с жесткой вставкой).
Рис. 7. Расчетная схема поперечной рамы
Далее этапы компоновки поперечной рамы промышленного здания с мостовыми кранами для создания ее расчетной схемы рассмотрим на примере.
Исходные данные для примера приведены на рис. 1 и 2. Пролет здания 30 м, количество пролетов 2. Основные несущие конструкции покрытия – сегментные фермы. Плиты покрытия железобетонные предварительно напряженные ребристые с номинальными размерами 3х12 м.
Надкрановая часть колонны принята сплошной, шириной 500 мм, высотой сечения 600 мм (т.к. привязка колонны к разбивочной оси здания 250 мм). Подкрановая часть колонн сквозная – двухветвевая: для крайних рядов шириной 500 мм, общей высотой сечения 1300 мм, высота сечения ветви колонны 350 мм; для средних рядов колонны шириной 500 мм, общей высотой сечения 2000 мм, высота сечения ветви колонны 550 мм.
Режим работы крана 4К-6К. Количество кранов в пролете 3. Грузоподъемность кранов 20/5 тс (20 тс – основной крюк, 5 тс – вспомогательный). Высота крана на опоре согласно таб. 1 (Hкр) составляет 2400 мм. Высоту подкрано-
вой балки принимаем равной 1400 мм. Высота верхней части колонны:
7
в.ч. = 100+2400+1400+150 = 4050 мм,
Для унификации размеров примем н.ч. = 4100 мм, увеличив монтажный зазор с=150 мм.
Отметка верха головки подкранового рельса H = 12.65 м Высота нижней части колонны:
н.ч. = 12650 −(150+1400)+150 = 11250 мм
Стропильная железобетонная ферма пролетом 30 м (рис. 8). Расчетная длина фермы = 30000 −350 = 29650 мм. Высота фермы Hф==3,5 м.
Ширина поясов фермы 350 мм, высота сечения верхнего и нижнего пояса 350 мм, ширина раскосов и стоек фермы 350 мм, высота сечения раскосов и стоек 170 мм.
Рис.8. Геометрические размеры стропильной фермы
Расчетная схема полученной поперечной рамы приведена рис. 9.
Рис.9. Расчетная схема поперечной рамы
8