Промышленное здание

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.  

Место строительства  Магадан

Длина цеха, м  180

Шаг колонн, м  6

Пролет цеха, м  24

Кран  Qcr=100, Lcr=22

Отметка г.п.р., м  10.1

Тип кровли  ЖБК 

Характеристика  общих объемно-планировочных  и конструктивных решений

   Здание, является однопролетным одноэтажным производственным зданием, оборудованным двумя мостовыми кранами равной грузоподъемности тяжелого режима работы (7К). Каркас здания – стальной. Колонны – ступенчато-переменного сечения. Сечение верхней части колонны – составной симметричный двутавр. Нижняя часть сквозного сечения, состоящая из двух ветвей: наружная (шатровая) ветвь из составного швеллера, внутренняя (подкрановая) ветвь из прокатного двутавра с параллельными гранями полок; решетка двухплоскостная из уголков. Стропильная ферма – из парных уголков с параллельными поясами, решетка треугольная со стойками.

Здание отапливаемое. Кровля теплая по несущим конструкциям, железобетонная. Состав кровли: пароизоляция из одного слоя рубероида, утеплитель из минераловатных плит,  гидроизоляционный ковер из 3 слоев рубероида, защитный слой из битумной мастики с втопленным гравием толщиной 10 мм. Стеновое ограждение – панели керамзитобетонные шириной 5980мм. 
 
 
 

2. КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ.

   Выполняем компоновку поперечной рамы и определяем ее геометрические размеры. Размеры по вертикали привязываем к отметке уровня пола, принимая ее нулевой. Размеры по горизонтали привязываем к продольным осям здания.  

   Определяем  геометрические размеры мостового  крана, подкрановой балки, подкранового рельса.

   Для мостового крана грузоподъемностью Q_cr=100 т пролетом L_cr=22 м:

• высота крана H_cr=4000 мм;

• величина свеса крана от оси колеса B₁=400 мм;

• тип  подкранового рельса КР120.  

   По  сортаменту крановых рельсов (ГОСТ 4121-76) высота подкранового рельса КР120 h_р=170 мм.  
 

   Температура воздуха наиболее холодных суток  обеспеченностью 0,98 для г. Магадан  составляет T₉₈= – 34°С. При шаге колонн l=6 м принимается марка подкрановой балки Б6Н-6, у которой общая высота составляет h_g=990+60=1050 мм.

   Опорную базу колонны заглубляем на h_g=800 мм; величина привязки продольной разбивочной a=500 мм; предельный прогиб фермы f_u=24000/250=96 мм; высота стропильной фермы H_ф=3150 мм; высота фонаря H_фон=3000 мм.

   Высота  сечения верхней (надкрановой) части  колонны h_в=1000 мм,  размер принимаем с учетом организации прохода в стенке колонны; высота сечения нижней (подкрановой) части колонны h_н=1500мм.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК. 

3.1. Постоянная нагрузка

   Постоянная  нагрузка на поперечную раму формируется из собственного веса конструкций, нагрузки от кровли, нагрузки от стенового ограждения.

   Сбор  нагрузок, действующих на покрытие от кровли и конструкций покрытия (кроме собственного веса фермы), сведён в таблицу.

   Нагрузка  от веса кровли и конструкций покрытия передается в узлах ферм в виде сосредоточенных сил. Сосредоточенная нагрузка в i-ом узле фермы F_пост,i равна:

  ,где 

D_уз,i – грузовое расстояние i-го узла фермы.

q·l – равномерно  распределенная нагрузка по длине  фермы. 

Постоянная нагрузка на покрытие

 

   Нагрузку  от стенового ограждения q_ст определяем без учета остекления только от керамзитобетонных панелей: q_ст=3,85 кН и задаем в виде сосредоточенных нагрузок, приложенных к верхним узлам нижней и верхней частей колонны.

 

где F_вс, F_нс – сосредоточенные нагрузки от веса стенового ограждения, расположенного в пределах верхней и нижней частей колонны соответственно;

M_вс, M_нс – изгибающие моменты, вызванные приложением нагрузок F_вс, F_нс с эксцентриситетами e_вс, e_нс относительно 

центров тяжести верхней и нижней частей колонны соответственно; l_фах – шаг фахверковых стоек.

 

 

 

 

      Схема загружения поперечной рамы постоянной нагрузкой 
 
 
 

3.2. Снеговая нагрузка

   Снеговую  нагрузку определяем для двух вариантов  распределения снега по профилю  покрытия.

   Узловые нагрузки вычисляем:

 

где s_g – расчетное значение веса снегового покрова земли; µ_i – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

   Для г. Магадан , находящемся в V снеговом районе, s_g =3,2 кПа.

      Для зоны С:

     Вариант1:

Схема загружения поперечной рамы первым вариантом снеговой нагрузки 

Вариант2: 

Схема загружения поперечной рамы вторым вариантом  снеговой нагрузки 
 

3.3. Ветровая нагрузка. 

   Ветровая  нагрузка воздействует на поперечную раму с переменной по высоте интенсивностью, для её вычисления используем формулу: 

 

где w₀ – нормативное значение ветрового давления, w₀=0,6 кПа

k_z – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z.

с –  аэродинамический коэффициент.

  ,где  

 

     С наветренной стороны:

     

     

      

     Нагрузка  на фонарь заменена сосредоточенной  силой.

       
 

     С подветренной стороны: 

     С=-0,58

     

     

     Нагрузка  на фонарь заменена сосредоточенной  силой. 

Схема загружения поперечной рамы ветровой нагрузкой 

3.4. Крановая нагрузка 

Крановая нагрузка передается на уступы колонн в виде сосредоточенных вертикальных сил D_max, D_min, моментов M_max, M_min, горизонтальной силы T_max, которую определяем при расчетном положении двух сближенных кранов.

   Для восьмиколесных кранов F_k,max вычисляем как среднее между силами F₁ и F₂:

   

   ,где

    F₁, F₂ – нагрузки.

   Минимальная вертикальная нагрузка на колесе:

  ,где 

   m_к – масса крана с тележкой;

   n₀ – количество колес крана с одной стороны.

   Горизонтальная  нагрузка:

  ,где  

   β=0,05 – для кранов с  гибким подвесом груза;

   m_Т – масса крановой тележки.

   Нагрузки, передаваемые на колонны поперечной рамы:

 

где ψ  – коэффициент сочетания крановых нагрузок; y_i – ордината под крановой нагрузкой; n – количество колес кранов, попадающих на подкрановые балки, опирающиеся на колонну поперечной рамы; e_к – эксцентриситет передачи нагрузок D_max, D_min, равный расстоянию от оси подкрановой ветви до центра тяжести нижней части колонны.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Линия влияния  крановых нагрузок 

Схема загружения поперечной рамы вертикальной крановой нагрузкой 
 
 

Схема загружения поперечной рамы горизонтальной крановой нагрузкой 

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ 

   Площадь поясов стропильной фермы определяем по формуле:  

  ,где  

M_max,ф – максимальный изгибающий момент в середине пролета ригеля как в простой балке

от  расчетной нагрузки, включающей снеговую и постоянную нагрузку на кровлю;

h_ф0=3,05 м – расстояние между центрами тяжести поясов фермы;

R_y,ф – расчетное сопротивление стали стержней фермы по пределу текучести;

k_ф – коэффициент, учитывающий уклон верхнего пояса i и деформативность решетки фермы, при i=0 k_ф=0,9.

Требуемая площадь  одного уголка:

   Для верхнего пояса принимается сечение 2_└ 160х160х10; для нижнего пояса –

   2_└ 125х125х10. 

   Для раскосов принято сечение 2_└ 125х125х8; для стоек – 2_└ 90х90х7. 

   Момент  инерции нижней (подкрановой) части колонны определяем по формуле:

  ,где 

Q_max,ф – перерезывающая сила на опоре ригеля как в простой балке от расчетной нагрузки, включающей снеговую и постоянную нагрузку на кровлю;

   R_y,к – расчетное сопротивление по пределу текучести стали колонны;

k_н – коэффициент, принимаемый при шаге колонн 6м k_н=3,0.