Стальной каркас одноэтажного промышленного здания (стр. 2 из 5)
γf = 1,4 – коэффициент надежности по нагрузке;
W0 = 0,23 кПа – нормативный скоростной напор, принимаемый в зависимости от места строительства;
с = 0,8 и с` = - 0,6 – аэродинамические коэффициенты зависящие от конфигурации здания;
k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;
В – шаг рам и ширина расчетного блока В1 при наличии промежуточных стоек фахверка;
До 5.000 м k = 0,5
qвн = 1,4·0,23·0,8·0,5·12 = 1,16 кН/м;
qвот = 1,4·0,23·0,6·0,5·12 = 0,73 кН/м.
До 16.200 м k = 0,734
qвн = 1,4·0,23·0,8·0,734·12 = 1,8 кН/м;
qвот = 1,4·0,23·0,6·0,734·12 = 1,12 кН/м.
До 10.000 м k = 0,65
qвн = 1,4·0,23·0,8·0,65·12 = 1,5 кН/м;
qвот = 1,4·0,23·0,6·0,65·12 = 0,93 кН/м.
До 10.000 м k = 0,85
qвн = 1,4·0,23·0,8·0,85·12 = 1,97 кН/м;
qвот = 1,4·0,23·0,6·0,85·12 = 1,23 кН/м.
Скоростной напор возрастает с увеличением высоты. Следовательно , ветровая нагрузка на колонны рамы будет неравномерной. Для упрощения расчета в зданиях высотой более 5 м ветровую нагрузку можно заменить эквивалентной равномерно распределенной по высоте колонны. Величину эквивалентной нагрузки можно определить по формуле
qэкв = 2М/h2, где
М – изгибающий момент в защемлении стойки от эпюры фактического ветрового давления
h – высота стойки (колонны).
qэквн = 2·200,1/16,22 = 1,3 кН/м
qэквот = 2·132,1/16,22 = 0,82 кН/м.
qсрн =1,89кН/м
qсрот = 1,18 кН/м.
Рис.3 (Неравномерность ветрового давления в пределах высоты шатра)
Ветровая нагрузка, действующая в пределах шатра, заменяется сосредоточенной силой, приложенная на уровне низа ригеля рамы.
При наличии промежуточных стоек продольного фахверка сосредоточенные силы Wн и Wот можно определить по формулам
при одной промежуточной стойки фахверка
Wн = qсрн·hm= 3,2·1,89 = 6,05 кН
Wот = qсрн·hm= 3,2·1,18 = 3,78 кН
3. Статический расчет рамы
3.1 Составление таблицы расчетных усилий
Статический расчет производится методом конечных элементов с использованием программы SCAD «Расчет плоских стержневых систем»
В соответствующие графы записываем значения внутренних усилий для четырех сечений колонн на уровнях: заделки, верха нижней части колонны, низа верхней части колонны и сопряжения колонны с ригелем.
Таблица 2
| № | Схема нагрузки и | Вид | Коэф. | ||||||||
| схемы | эпюры моментов | нагрузки | сочет. | 1-1 | 2-2 | 3-3 | 4-4 | ||||
| М, кНм | N, кН | Q, кН | М, кНм | N, кН | М, кНм | N, кН | М, кНм | N, кН | |||
| 1 | Постоян ная | 1 | 205.7 | 559.6 | 20.8 | 38.1 | 559.6 | 159.3 | 484.6 | 269.8 | 484.6 |
| 2 | Временная Снеговая на ригель | 1 0,9 | 68.3 61.5 | 151.2 136.1 | -7.0 -6.3 | -14.0 -12.6 | 151.2 136.1 | -51.8 -46.6 | 151.2 136.1 | -89.0 -80.1 | 151.2 136.1 |
| 3 | Ветровая | 1 | 192.0 | 4.3 | 25.2 | 12.8 | 4.3 | 12.8 | 4.3 | 47.4 | 4.3 |
| (слева направо) | 0,9 | 172.8 | 3.9 | 22.7 | 11.5 | 3.9 | 11.5 | 3.9 | 42.7 | 3.9 | |
| 3` | Ветровая | 1 | 178.1 | 4.3 | 20.7 | -7.8 | 4.3 | -7.8 | 4.3 | -55.1 | 4.3 |
| (справа налево) | 0,9 | 160.3 | 3.9 | -18.6 | -7.0 | 3.9 | -7.0 | 3.9 | -49.6 | 3.9 | |
| 4 | Попереч-ное тор-можениекранов(на лев.ст) | 1 0,9 | 441.3 397.2 | 5.6 5 | -49.3 -44.4 | -135.4 -121.8 | 5.6 5 | -135.4 -121.8 | 5.6 5 | 0.4 0.36 | 5.6 5 |
| 4` | Попереч- ное тор- можение кранов (на пр.ст) | 1 0,9 | -301 -270.9 | 5.6 5 | -25.6 -23 | -1.3 -1.2 | 5.6 5 | -1.3 -1.2 | 5.6 5 | 134.4 121 | 5.6 5 |
| 5 | Вертика- льное давление кранов (тележка слева) | 1 0,9 | -59.8 -53.8 | 1346.8 1212.1 | -74.9 -67.4 | -936.8 -843.1 | 1346.8 1212.1 | 423.2 380.9 | 13.2 11.9 | 25.9 23.3 | 13.2 11.9 |
| 5` | Вертика- льное давление кранов (тележка слева) | 1 0,9 | 637.3 573.6 | 359.5 323.6 | -74.9 -67.4 | -239.5 -215.6 | 359.5 323.6 | 106.6 95.9 | 13.2 11.9 | -290.8 -261.7 | 13.2 11.9 |
3.2 Составление таблицы сочетания усилий
Таблица 3
| Коэф. сочет. | Обозначение данных | 1- 1 | 2- 2 | 3- 3 | 4- 4 | |||||
| М, кНм | N, кН | Q, кН | М, кНм | N, кН | М, кНм | N, кН | М, кНм | N, кН | ||
| Номер схем | 1,3* | 1,3 | ||||||||
| загружения | ||||||||||
| 1 | усилия | 383,8 | 563,9 | -41,5 | -25,3 | 563,9 | ||||
| Номер схем | 1,23*,4,5* | 1,3,4,5* | ||||||||
| загружения | 1398,3 | 1028,2 | -157,5 | -173,7 | 505,4 | |||||
| 0,9 | усилия | |||||||||
| Номер схем | 1,3 | 1,4,5 | 1,3* | 1,3* | ||||||
| загружения | ||||||||||
| 1 | усилия | 13,7 | 563,9 | 4,4 | -1110,3 | 1912 | -167,1 | 489 | -324,9 | 489 |
| Номер схем | 1,3,4,5 | 1,2,3*,4,5 | 1,2,3* | 1,2,3*,4*,5* | ||||||
| загружения | ||||||||||
| 0,9 | усилия | 376,3 | 1780,6 | -109,9 | -1022,6 | 1916,7 | -212,9 | 624,6 | -540,2 | 641,5 |
| Номер схем | 1,4,5 | 1,3 | ||||||||
| загружения | ||||||||||
| 1 | усилия | 587,2 | 1912 | -1,45 | -25,3 | 563,9 | ||||
| Номер схем | 1,2,3*,4,5 | 1,3,4,5* | ||||||||
| загружения | 770,9 | 1916,7 | -157,5 | -173,7 | 505,4 | |||||
| 0,9 | усилия | |||||||||
| Номер схем | 1,3 | 1,4,5 | 1,2 | 1,2 | ||||||
| загружения | ||||||||||
| 1 | усилия | 13,7 | 563,9 | 4,4 | -1110,3 | 1912 | -211,1 | 635,8 | -358,8 | 635,8 |
| Номер схем | 1,3,4,5 | 1,2,3*,4,5 | 1,2,3* | 1,2,3*,4*,5* | ||||||
| загружения | ||||||||||
| 0,9 | усилия | 376,3 | 1780,6 | -109,9 | -1022,6 | 1916,7 | -212,9 | 624,6 | -540,2 | 641,5 |
4. Расчет и конструирование подкрановой балки
4.1 Нагрузки на подкрановую балку
Наибольшее вертикальное усилие на колесе
Fmaxн = 470 кН.
Вес тележки и крана
G = 620 кН
Тип кранового рельса
КР-100
Нормативная горизонтальная нагрузка на колесо крана
Ткн = 0,5f(Qк + Gт)/n0 = 0,5·0,1(500 + 620)/4 = 28 кН
Расчетные значения усилий на колесе крана определяем с учетом коэффициента надежности по назначению γн = 0,95
Fк = γн·n·nc·k1·Fкн = 0,95·1,1·0,95·1,1·380 = 380,4 кН;
Tк = γн·n·nc·k2·Tкн = 0,95·1,1·1·0,95·28 = 28 кН.
4.2 Определение расчетных усилий
Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Загружаем линию влияния момента в среднем сечении, устанавливая краны невыгоднейшим образом.
Расчетный момент от вертикальной нагрузки
Мх = α·М = 1,05·2143 = 2250,5 кН·м, где
Мy = М(Tk/Fk) = 342 кН·м, где
α = 1,05 – учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке.
Расчетный момент от горизонтальной нагрузки
М = Тк·∑уi = 2143 кН·м.
Для определения максимальной поперечной силы загружаем линию влияния поперечной силы на опоре.
Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил:
Qх = α·Fк·∑уi = 685,6 кН·м, где
4.3 Подбор сечения балки
Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6 мм и швеллера № 36.
Значение коэффициента β определим по формуле
β = 1 + 2(Му/Мх)·(hб/hт) = 1 + 2(342/2250,5)·(1,5/1,5) = 1,3,
где hб ≈ l/8 = 12/8 = 1,5 м – высота балки;
hт = hн = 1,5 м – ширина сечения тормозной конструкции.
Wхтр = Мх·β/γ·R = 2250,5·1,3/1,05·260 = 10716,7 см3.
Задаемся tст = 10
Оптимальная высота балки
hопт = k√(Wхтр/ tст) = 1.1√(10716.7/10) = 114 см.
Минимальная высота балки: