1 КОМПАНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ

1. Общие сведения

Проектируется промышленное здание в городе Новосибирск. Здание имеет 1 пролет величиной l=30 м; длина здания L=72м; шаг рам В=6 м; два мостовых крана грузоподъемностью Q=20 т. Нормативный вес снегового покрова для данного района (IV) р₀ = 2.4 кН/м². Нормативная ветровая нагрузка на здание для III ветрового района ₀ =0,38 кН/м², тип местности В, нормативное давление на грунт 0,3 МПа. Принимается нулевая привязка к осям здания, т.к. грузоподъемность мостовых кранов Q ≤ 30 т, шаг колонн В=6 м и высота помещения Н ≤ 16,2 м.

Здание состоит из поперечных рам. Каждая рама состоит из колонн, жестко заделанных в фундамент, шарнирно-опирающегося ригеля и плит покрытия. Вся эта конструкция должна обеспечивать жесткость поперечной раме.

Продольная рама состоит из колонн, подкрановых балок, плит покрытия и связей. Жесткость обеспечивается связями и плитами покрытия.

2. Компоновка конструктивных элементов поперечной рамы

- Покрытие

Рисунок 2 – Схема покрытия

Покрытие состоит из предварительно напряженной ребристой плиты покрытия 3х6 м. Плиты опираются в узлы и привариваются к узлам фермы не менее чем в трех точках. Швы между плитами замоноличиваются.

- Стропильная ферма

Рисунок 3 – Размеры стропильной фермы

Ферма с параллельными поясами. Пролет фермы 30 м, масса 18 т.

- Стеновые панели

Длина панели l =6 м; высота 1,2 и 1,8 м; толщина 0,3 м. Стеновые панели принимаются навесными из керамзитобетона.

Рисунок 4 – Стеновые панели

- Крановый рельс

Устанавливается на подкрановую балку. При принимается КР-70 с высотой рельса, равной 150 мм и массой m=52,8 кг на 1 п.м.

• Подкрановые балки

Высота подкрановой балки принимается в зависимости от шага колонн и грузоподъемности. При и В=6 м высота равна 1 м. Подкрановые балки разрезные, железобетонные.

Рисунок 5 – Подкрановая балка

- Фундамент стаканного типа под отдельно стоящие колонны одноэтажных зданий на естественном основании.

- Мостовой кран

Высота крана Н_кр=2,4 м при Q=20т, расстояние от оси кранового рельса до края мостового крана В₁=260 мм.

Пролет крана определяется по формуле:

(1)

где λ – расстояние от оси здания до кранового рельса, λ= 750 мм.

- Колонны

Таблица 1 – Подбор сечения колонны

Параметр	Q=20 т, В=6 м
Тип колонны	сквозная
Ширина сечения колонны b, мм	500
Высота сечения верхней части колонны h1, мм	400
Высота сечения нижней части колонны h2, мм	1200
Высота сечения ветви hвет, мм	200
Высота сечения промежуточной
распорки hрасп, мм	400
Шаг распорок S, мм	2000
Привязка колонн к осям здания	"0"

Высота сечения верхней части колонны h₁ ≤ 750-В₁-60=750-260-60=430, принимаем h₁=400 мм.

1.3 Высотные отметки поперечной рамы

Грузоподъемность крана Q=20 т и его высота Нкр = 2,4 м. Отметка уровня верха кранового рельса УГКР = 9,3 м

Определяем высоту подкрановой части колонны:

Н₂ = УГКР-h_р-h_п/б +0,15 (2)

Н₂ = 9,3 -0,15-1+0,15 = 8,3 м;

Определяем высоту надкрановой части колонны:

Н₁=h_p+ h_п/б +Н_кр+a₁; (3)

где ∆а ≥ 100 мм, принимаем ∆а = 100 мм

Н₁==0,15+1+2,4+0,1=3,65 м

Полная высота колонны:

Н=Н₁+Н₂=3,65+8,3=11,95 м

Тогда высота помещения:

Н_пом=Н-0,15=11,95+0,15=11,8 м

Высота помещения должна быть кратна 1,2. Это условие не выполняется, значит, необходимо увеличить высоту помещения. Принимаем Н_пом=12 м

Тогда, Н=Н_пом+0,15=12+0,15=12,15 м

Н₁=Н-Н₂=12,15-8,3=3,85 м

2 СБОР НАГРУЗОК НА РАМУ

Нагрузки, действующие на раму:

а) Постоянные – собственный вес основных несущих конструкций (колонн, балок покрытия);

б) Временные: - ветровая

- снеговая

- крановая

2.1 Постоянные нагрузки

2.1.1 Нагрузки от покрытия и схема нагрузок

Рисунок 2.1 – Нагрузки от покрытия

Нагрузку на колонну от покрытия собираем с соответствующей грузовой площади. Тогда величина будет вычисляться по формуле:

_(2.1)

где - вес фермы, 180кН.

- коэффициент надежности по нагрузке. Для железобетонной фермы значение ;

- вес 1 м² конструкции покрытия. Значение вычисляем в таблице 2.1;

- коэффициент надежности по назначению здания. Для промышленного здания .

Таблица 2.1 – Нагрузки на раму от собственного веса покрытия

Нагрузка	Нормативная нагрузка, кН/м^2	g f	g n	Расчетная нагрузка, кН/м^2
1.      Собственный вес ребристой плиты покрытия 3х6 м	1,57	1,1	1	1,727
2.      Пароизоляция (1 слой рубероида)	0,048	1,3	1	0,062
3.      Утеплитель минер. вата t = 150 мм,  = 200 кг/м^3	0,6	1,1	1	0,66
4.      Цементно-песчаная стяжка стяжка	0,06	1,3	1	0,078
5.     Гидроизоляционный ковёр из 3х слоёв рубероида на битумной мастике	0,09	1,3	1	0,117
ВСЕГО:	2,368			2,644

Величина нагрузки на колонну от покрытия составит:

Величина момента:

_(2.2)

где е_п – эксцентриситет действия нагрузки. Величина эксцентриситета между нижней и верхней частями колонны:

мм.

Рисунок 2.2 – Расчётная схема нагрузок от покрытия

2.1.2 Нагрузки от собственного веса колонны

Рисунок 2.3 – Нагрузки от собственного веса колонны

Подсчитаем нагрузку от надкрановой части колонны.

_(2.3)

где h₁ - высота сечения надкрановой части колонны;

- удельный вес бетона, кН/м³;

- коэффициент надежности по нагрузке. Для железобетона ;

- коэффициент надежности по назначению здания. Для промышленного здания .

Подсчитаем нагрузку от нижней части колонны.

Рисунок 2.4 – Расчётная схема нагрузок от собственного веса колонн

2.1.3 Нагрузка от стенового ограждения

Нагрузка от стенового ограждения надкрановой части колонны:

_(2.4)

_{где Нпан1-высота от верха стены до уровня крановой консоли;}

_{tпан – толщина панели, tпан=30 см.}

.

Нагрузка от стенового ограждения подкрановой части колонны:

.

Схема определения эксцентриситета действующей силы и схема нагрузок представлены на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Нагрузки от стенового ограждения вверху

2.1.4 Нагрузка от подкрановых конструкций

Рисунок 2.7 – Нагрузки от подкрановых конструкций

Нагрузка от крановых конструкций определяется по формуле:

_(2.5)

_{где Gпб – вес подкрановой балки Gпб=42 кН;}

_gр – собственный вес одного метра рельса, для рельса КР-70 g_р = 0,53 кН;

_{’f – коэффициент надёжности по нагрузке для стали ’f = 1,05;}

_{В – длина подкрановой балки, м.}

Величина момента:

_(2.6)

_{Величина эксцентриситета приложения нагрузки}

мм.

Рисунок 2.8 – Расчётная схема нагрузок от подкрановых конструкций

Суммируем постоянные нагрузки:

Общая схема постоянных нагрузок получается путём сложения всех действующих на раму сил и моментов в каждом сечении отдельно с учётом знаков. Таким образом, получается:

,

,

,

.

Рисунок 2.10 – Общая расчётная схема действия постоянных нагрузок

2.2 Временные нагрузки

2.2.1 Снеговая нагрузка

Нагрузка от снега определяется по формуле:

_(2.7)

_{где S – расчётное значение снеговой нагрузки на 1 м2, для г. Новосибирск}

_{(IV снеговой район) S = 2.4 кПа [2];}

_{µ – коэффициент, учитывающий профиль кровли, µ = 1.}

кН.

Величина момента:

_(2.8)

_{Величина эксцентриситета приложения нагрузки}

мм.

кН∙м.

Рисунок 2.11 – Расчётная схема снеговых нагрузок

2.2.2 Ветровая нагрузка

Рисунок 2.12– Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка определяется по формуле:

_(2.9)

_где - нормативное значение ветровой нагрузки на 1 м² (определяется по карте ветровых районов), для г. Новосибирск (III ветровой район) [2]

k – коэффициент, учитывающий распределение ветрового давления по высоте,

k₁₀ = 0,65, k₂₀ = 0,85 (тип местности В);

с – аэродинамический коэффициент, учитывающий форму поверхности для активной стороны с = 0,8, для пассивной с’ = 0,6;

- коэффициент надежности по нагрузке, ;

- коэффициент надежности по назначению здания. Для промышленного здания .

Определяем ветровую нагрузку на отметке 10,0 м

Интерполяцией определяем ветровую нагрузку на отметке верха колонны 12 м

Интерполяцией определяем ветровую нагрузку на отметке парапета 15.6 м

Находим сосредоточенную силу, действующую с активной стороны:

(2.10)

где Н₁=15,6-12=3,6м

Находим сосредоточенную силу, действующую с пассивной стороны:

(2.11)

Величина эквивалентной распределённой нагрузки определяется, исходя из условия равенства момента в заделке колонны при действии ветровой и эквивалентной нагрузки. Этот момент определяется по формуле (2.12).

, (2.12)

где .

.

Эквивалентная распределённая нагрузка определяется по формуле (2.13).

. (2.13)

.

Соответственно: .

Схема нагрузки от ветра представлена на рисунке 2.13

Рисунок 2.13 - Схема нагрузки от ветра