Компоновка главного корпуса электростанции, конструирование и расчет элементов каркаса

Санкт государственный политехнический университет Инженерно строительный факультет Пояснительная записка к курсовому проекту

«Компоновка главного корпуса электростанции, конструирование и расчет элементов каркаса»

по дисциплине «Каркасные здания и сооружения»

Выполнил:

студент гр. 4015/2

Подоплелов В.А.

Проверил:

Волкодав И.А.

2009 г.

1. Компоновка главного корпуса

1.1 Выбор вспомогательного оборудования

1.2 Плановая компоновка главного корпуса

1.2.1 Определение количества отделений и назначение их пролетов

1.2.2 Назначение шага колонн и определение длины здания

1.3 Высотная компоновка главного корпуса

1.3.1 Определение отметки обслуживания турбоагрегатов в турбинном отделении

1.3.2 Выбор грузоподъемности и количества мостовых кранов и определение крановых габаритов

1.3.3 Определение отметок головки рельса подкрановой консоли и верха колонн

1.3.4 Высотная компоновка пристройки

1.4 Конструкции каркаса здания

1.4.1 Выбор стропильных конструкций и связей и их описание

1.4.2 Выбор и описание элементов междуэтажных перекрытий, стеновых и опорных панелей

1.4.3 Назначение формы и размеров колонн и ригелей

2. Расчет усилий в элементах каркаса главного корпуса при статических воздействиях

2.1 Выбор и обоснование расчетной схемы и метода расчета

2.2 Нагрузки, действующие на раму каркаса и их сочетания

2.3 Расчет усилий в элементах рамы и построение комбинаций усилий в расчетных сечениях

3. Расчет несущей способности элементов каркаса главного корпуса Литература Приложение 1. Разбивка рамы на узлы и элементы. Составление таблицы по типологии и геометрии Приложение 2. Сбор нагрузок и расчет усилий в элементах рамы П. 2.1 Постоянные нагрузки П. 2.2 Нагрузки от технологического оборудования П. 2.3 Крановые нагрузки П. 2.4 Снеговые нагрузки П. 2.5 Ветровые нагрузки Приложение 3. Результаты расчета усилий в элементах рамы каркаса П. 3.1 Построение сводной таблицы усилий в расчетных сечениях П. 3.2 Комбинации усилий, построение огибающих эпюр М и N

Приложение 4. Расчет несущей способности ступенчатой решетчатой колонны

Данный курсовой проект состоит из трех частей.

Первая часть включает в себя основные вопросы, посвященные разработке плановой компоновки главного корпуса в соответствии с заданием на проектирование и подобранным вспомогательным оборудованием. В данной части определяются основные параметры здания: вспомогательное оборудование, размещение турбоагрегатов в турбинном отделении, назначение пролетов отделений и шага колонн, выбор количества мостовых кранов и их грузоподъемности, назначение стропильных конструкций, междуэтажных перекрытий, стеновых панелей, назначение формы и размеров поперечного сечения колонн и ригелей.

Вторая часть посвящена разработке и обоснованию расчетной схемы несущего элемента каркаса — плоской поперечной рамы. Определяются основные нагрузки, действующие раму каркаса и их сочетания, рассчитываются усилия в элементах рамы, строятся комбинации усилий в расчетных сечениях, производится расчет несущей способности элементов каркаса.

Третья часть работы состоит в конструировании несущих элементов каркаса. В данном курсовом проекте выполняется конструирование ступенчатой колонны крайнего ряда рассматриваемого здания.

1. Компоновка главного корпуса

Главный корпус атомной электростанции в общем случае состоит из реакторного, деаэраторного и турбинного отделений (РО, ДО и ТО), а так же из вентиляционного отделения (ВО) и отделения электроустройств (ЭО).

Объемно-планировочное решение главного корпуса АЭС определяются технологическим процессом, и зависит от многих факторов, основные из которых следующие:

тип и мощность реактора;

тип электростанции;

мощность, тип и количество агрегатов;

система обеспечения безопасности.

К главным корпусам предъявляются следующие требования:

безопасность;

надежность, прочность и долговечность;

удобство эксплуатации;

эстетичность;

экономичность.

Этим требованиям при проектировании главных корпусов отвечает следующие условия:

простота объемно-планировочного решения и уменьшения ступенчатости главного корпуса;

простота планировочного решения и по возможности единая длина различных отделений;

модульная разбивка пролетов, шагов колонн и высот этажей;

расположение тяжелого оборудования на пониженных отметках;

возможность выполнения строительно-монтажных работ прогрессивными методами и ввода эксплуатацию отдельными блоками;

возможность расширения главного корпуса;

обеспечение минимальных удельных площадей застройки и строительного объема здания.

1.1 Выбор вспомогательного оборудования

Основными данными по оборудованию, необходимыми для дальнейших расчетов являются его весогабаритные характеристики. Прежде всего, определяются габариты турбоагрегата, а затем определяются характеристики вспомогательного оборудования (конденсаторы турбин, сепараторы пароперегревателей (СПП), подогреватели низкого и высокого давления (ПНД, ПВД), деаэраторное оборудование).

Данные по весогабаритным характеристикам удобно свести в таблицу.

Таблица 1

1.2 Плановая компоновка главного корпуса

1.2.1 Определение количества отделений и назначение их пролетов

При разработке компоновки главного корпуса, прежде всего, необходимо определить количество отделений и их взаимное расположение.

Главный корпус состоит из следующих отделений: реакторное отделение; турбинное отделение (машинный зал); деаэраторное отделение; этажерка электроустройств. Компоновка выбирается в соответствии с заданием. Плановые размеры отделений главного корпуса определяются типом основного и вспомогательного оборудования и его работой в технологической схеме. В каркасной части основной элемент оборудования — турбоагрегат, расположенный вдоль машинного зала, что и является основным фактором при определении плановых размеров.

В связи с вышеизложенным при определении плановых размеров турбинного отделения необходимо выполнение следующих эксплуатационных условий:

— необходимость капитального ремонта турбин 1 раз в 2 года; необходимость текущего ремонта 1 раз в год. В связи с этим в пределах площади машинного зала должны быть предусмотрены монтажные площадки. При продольном расположении турбоагрегата предусматривается одна монтажная площадка длиной, расположенная торца здания, где — длина технологической секции (определена в пункте 1.2.2.) .

— необходимость ревизии и ремонта главных повышающих трансформаторов. Выполнение этого условия обеспечивается организацией монтажной площадки у постоянного торца здания.

— необходимость организации въездов в машинный зал.

— необходимость ремонта конденсаторов турбин.

— необходимость ремонта СПП, ПВД, ПНД

— удобство обслуживания турбоагрегатов.

В связи с вышеперечисленным при продольном размещении турбоагрегата пролет можно определить следующим образом:

Принимаем

Пролет этажерки электроустройств назначаем 12 м.

Пролет деаэраторного отделения принимаем равным 13.5 м, для АЭС с реактором РБМК-1000.

1.2.2 Назначение шага колонн и определение длины здания

Длина здания зависит от следующих факторов:

1) Количества, размеров и размещения турбоагрегата.

В турбинном отделении в продольном направлении расположен 1 турбоагрегат длиной (см. табл. 1.1.1)

2) Шага колонн в продольном направлении.

Назначается шаг колонн .

4) Количества и длины технологической секции (ТС).

Длина ТС должна и кратна 12 м, следовательно длина технологической секции принимается равной:

5) Наличия поперечных деформационных швов.

Деформационный шов не назначается, так как длина секции не превышает 216 м при металлическом каркасе.

Длина здания

1.3 Высотная компоновка главного корпуса

Для каждого отделения главного корпуса высотная компоновка определяется, прежде всего, габаритами и размещением оборудования, условиями их эксплуатации и монтажа, а так же выбором отметки пола по отношению к планировочной отметке.

1.3.1 Определение отметки обслуживания турбоагрегатов в турбинном отделении

Принимаем отметку пола равной планировочной отметке 0.

Далее из таблицы 1.1.1 выбираем отметку обслуживания и проверяется:

1.3.2 Выбор грузоподъемности и количества мостовых кранов и определение крановых габаритов

Для решения этой задачи необходимо выполнить следующие условия:

анализ данных по максимальным массам монтажных элементов и элементов вспомогательного оборудования (СПП, ПНД, ПВД, испарителя (без воды), масса ротора генератора, максимальная масса монтажных элементов турбины);

предварительно назначить высоту сечения верхней части колонны ;

определить привязку колонн к осям координационной сети a=500 мм.

Максимальная масса 119 т см. таблицу 1.

Выбираем кран марки КМ-125 унифицированный длинно-пролетный. Данные по выбранному крану удобнее представить в табличной форме.

Таблица 2

1.3.3 Определение отметок головки рельса подкрановой консоли и верха колонн

В первую очередь определяется необходимая расчетная высота подъема над отметкой обслуживания:

Нпод. = Нобор. + Нстр. + Нзап где, см. табл. 1.

Нстр. — ориентировочно принимаем равным диаметру СПП Нстр.=3.03 м, см. табл. 1.

Нзап = 1.0 м.

Нпод. = 10.0+3.03+1.0=14.03 м.

Отметка головки рельса предварительно назначается по формуле:

где h — расстояние по высоте от головки рельса до максимального положения основного крюка, по табл.2, h=0.82 м.

Отметка подкрановой консоли предварительно назначается по формуле:

где hр — высота кранового рельса, hр=0.17 м. см. табл. 2;

hп б — высота подкрановой балки, принимается по [2],

ПБУ-12−6шт 840×16 (размеры стенки вставки)

h=137.4 м. (высота тавра), hп б=493+840+493=1824 мм.=1.826 м.;

hор — высота опорного ребра ниже грани нижнего пояса, hор=0.02 м.;

hоп — толщина опорной плиты, hоп=0.02 м.

Согласно ЕМС

Окончательная отметка головки рельса определяется по формуле:

Отметка верха колонны находится по следующей формуле:

(Н, а1 см. табл. 1.3.1)

Высота верхней части колонны определяется по формуле:

Высота нижней части колонны определяется по формуле:

Полная высота колонны определяется по формуле:

Нк = Нв + Нн =6.9 м+27.8 м=34.7 м

1.3.4 Высотная компоновка пристройки

Высотная компоновка этажерки электроустройств принимается исходя из условий равенства всех этажей и из условия расположения на ее этажах вспомогательного оборудования. Этажерка электроустройств (ЭЭ) входит в состав ГК АЭС и длинной стороной примыкает к МЗ.

Принимаем трехэтажную компоновку ЭЭ:

1 этажчистого пола = 0,000;

2 этаж — электроустройства и кабельные каналы, пола = 4,800;

3 этаж — БЩУ, ==12,000;

4 этаж — для трубопроводных коридоров, =15,600.

Отметка верха третьего этажа принята равной отметки обслуживания турбоагрегата, т.к. на этой отметке в ДО находится БЩУ, а ниже располагаются кабельные коридоры и другие вспомогательные устройства.

1.4 Конструкции каркаса здания

По конструктивной схеме ГК электростанции представляет собой промышленное многопролетное многоэтажное каркасное здание, сблокированное из пролетов различной высоты.

Каркас ГК — это совокупность несущих конструкций, связанных в геометрически неизменяемую стержневую систему (раму), воспринимающие следующие виды нагрузок:

нагрузки от собственного веса несущих и ограждающих конструкций;

нагрузки от стационарного технологического оборудования;

от действия мостовых опорных кранов;

от климатических воздействий;

нагрузки от особых воздействий, которые, как правило, являются динамическими.

В рассматриваемом проекте ограничимся нагрузками и воздействиями статического характера.

Рассматривается характерный повторяющийся элемент пространственного каркаса здания — плоская поперечная рама.

1.4.1 Выбор стропильных конструкций и связей и их описание

Для рассматриваемого сооружения в основном принимаются унифицированные фермы по серии УМК 02:

— полигональные фермы, фермы с параллельными поясами, выполненные из стали и унифицированные для пролетов от 18 до 51 метра. Особенностью унификации фермы является одинаковая высота на опоре равная 2100 мм, одинаковым является и уклон 1:10. Начиная с фермы пролетом 36 м, они имеют стропильный подъем.

— для поясов фермы используется низколегированная сталь повышенной прочности марки 14Г2−6, для решетки — СТ3.

Конструкция покрытия Для шага колонн 12 м разработаны укрупненные блоки покрытий с применением облегченного кровельного покрытия из стального профилированного настила и эффективного утеплителя.

Блоки представлены следующих размеров:

длина — 27 — 51 м ширина — 12 м В состав блока входит: 2 унифицированные фермы с системой связей и распорок; кровельные панели полной заводской готовности с кровельным ковром.

1.4.2 Выбор и описание элементов междуэтажных перекрытий, стеновых и опорных панелей

Междуэтажные перекрытия В настоящем проекте междуэтажные перекрытия выполняются сборными, в виде ж/б ребристых плит ПНРС12−3 ребрами вниз, номинальными размерами в плане 123 м (рис.1).

Принята следующая конструкция пола: пол асфальтовый по железобетонной плите:

Рис 1. Медуэтажные перекрытия.

Стены выполняют ограждающую функцию, выполняются в виде стеновых панелей навесного типа. В качестве стеновых панелей используются плиты стеновые ячеистые (г=1050 кгс/м2) ПСЯ-12−18−2 (Рис.2) Основные характеристики:

ПСЯ-12−18−2: 11,97 м х 1,785 м х 0,25 м Рис. 2 Стеновые панели Оконные панели Для оконного заполнения используются стандартные световые панели (рис.3). В данном проекте используются рядовые оконные панели ПДу 1,8−12 с двойным остеклением.

Номинальные размеры панели 1,8 12 м.

Масса панели mп = 1253 кг.

Рис. 3 Световая панель

1.4.3 Назначение формы и размеров колонн и ригелей

Рис. 4 Сечения

Сечение 1−1

Верхняя часть колоны по оси «А»: сечениедвутавр 80Б1.

Габариты 280×791 мм

Сечение 2−2

Сечение нижней части колонны по оси, А и Б составное.

Габариты 1640×791 мм

Сечение 3−3

Габариты 602×3450 мм

Сечение 4−4

Габариты 230×593 мм

Сечение 5−5

Сечение колонны по ряду В Габариты 1280×791 мм

2. Расчет усилий в элементах каркаса главного корпуса при статических воздействиях

2.1 Выбор и обоснование расчетной схемы и метода расчета

Сбору нагрузок и выполнению расчетов плоской поперечной рамы каркаса предшествует построение расчетной схемы, т. е. представление данного реального объекта в виде идеализированной схемы или схематического чертежа, выполненного по геометрическим осям стержней, проходящим через центры тяжести назначенных на предваритёльном этапе сечений элементов.

В приложении П1 показано построение расчетной схемы поперечной рамы каркаса. Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести их сечений. При этом для ступенчатых колонн несовпадение центров тяжести верхней и нижней частей учитывается, в программе SCAD задается как жесткая вставка. Заделка колонн в фундаменты принимается на уровне обреза фундамента, т. е. на уровне верха плиты базы колонны. Сквозной ригель (ферма) в этом случае заменяется сплошным эквивалентной жесткости, ось которого совпадает с осью нижнего пояса фермы. Его опирание на колонны принято шарнирным. Узлы сопряжения ригелей междуэтажных перекрытий этажерки с колоннами жесткие. Следует отметить, что геометрические размеры рамы в расчетной схеме (пролеты отделений и вертикальные размеры) могут отличаться от размеров в конструктивной схеме.

2.2 Нагрузки, действующие на раму каркаса и их сочетания

Поперечные рамы каркаса главного корпуса АЭС проектируются на действие следующих видов нагрузок основных сочетаний:

— собственный вес элементов рамы;

— технологические нагрузки от стационарного оборудования и трубопроводов;

— крановые нагрузки (вертикальные и горизонтальные);

— снеговые нагрузки на покрытие;

— нагрузки от ветрового давления.

Нагрузки от собственного веса элементов рамы являются постоянными, технологические нагрузки относятся к временным длительно действующим, а остальные — к временным кратковременным. Все нагрузки имеют нормативные и расчетные значения. Расчеты элементов рамы на прочность и устойчивость (расчеты по первой группе предельных состояний) выполняются по расчетным нагрузкам, величины которых определяются путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты надежности по нагрузке (коэффициенты перегрузки), установленные нормами. Перечисленные виды воздействий относятся к режиму нормальной эксплуатации зданий главного корпуса.

Для проектирования элементов поперечной рамы усилия в них вычисляются от каждой нагрузки (воздействия) отдельно, в связи с чем сбор нагрузок производится от каждого воздействия в отдельности.

В данном проекте ограничимся рассмотрением одного основного сочетания нагрузок.

Сбор нагрузок на раму каркаса приведен в приложении П2.

2.3 Расчет усилий в элементах рамы и построение комбинаций усилий в расчетных сечениях

Расчет усилий осуществлен МКЭ (методом конечных элементов) в расчетном комплексе SCAD, результаты расчетов приведены в приложении 3.

Будем рассматривать 4 расчетных сечения колонны крайнего ряда.

Мы рассматриваем 1 сочетание нагрузок, для которого будут построены 2 комбинации усилий. Цель построения комбинаций состоит в том, чтобы в назначенных 4 — х сечениях получить максимальные изгибающие моменты и соответствующие им продольные силы.

Для колонны крайнего ряда наиневыгоднейшее является сочетание:

СВ+0.95· ТОД+КК+0.6·СК+0.8·ВК, где СВ — постоянная нагрузка от собственного веса, ТОД — временная длительно действующая нагрузка от стационарного технологического оборудования, ко временным кратковременным нагрузкам относятся: КК — нагрузки от мостовых кранов с полным нормативным значением, СК — снеговая нагрузка с полным нормативным значением, ВК — ветровая нагрузка.

Расчет завершается получением распечатки усилий в узлах элементов рамы, которые необходимо упорядочить. Для этого составлена сводная таблица усилий только в тех сечениях, которые приняты к рассмотрению (сечения 1−1, 2−2, 3−3, 4−4). В таблицу заносятся значения М, N, Q в расчетных сечениях для схемы загружения в соответствии с принимаемым сочетаний ш. Таблица сводных усилий представлена в приложении 3.

После оформления таблицы целесообразно представить полученный результат графически, для чего составляется таблица эпюр усилий на рассматриваемом элементе от каждого вида загружения. В данном случае ограничимся построением только эпюр М и N. Эпюры строятся уже с учетом введения коэффициентов сочетаний шi. Таблица эпюр усилий представлена в приложении 3.2

На основании эпюр усилий от каждого вида нагрузки определяются наиневыгоднейшие суммарные положительных и отрицательных (в алгебраическом смысле) усилия в заданных сечениях рамы при самых неблагоприятных, но физически возможных сочетаниях нагрузок.

Таблицы комбинаций удобно строить, пользуясь данными таблицы эпюр. В случае для расчетного сочетания, учитывающего одну постоянную нагрузку (собственный вес), одну временную длительно действующую (технологические нагрузки) и три временные кратковременные (крановые, снеговые и ветровые нагрузки) строятся две комбинации усилий:

— максимальные и минимальные изгибающие моменты (M+max и M-min) и соответствующие им продольные усилия N;

— максимальные и минимальные продольные усилия (Nmax и Nmin) и соответствующие им изгибающие моменты M+ и M-.

Построенные комбинации сведены в таблицы. Полученные результаты будут использованы при выполнении проверок устойчивости и прочности элементов рамы с целью подбора или уточнения ранее назначенных размеров их поперечного сечения.

3. Расчет несущей способности элементов каркаса главного корпуса

Рассматривается ступенчатая колонна крайнего ряда каркаса здания — ряд А.

Колонна имеет верхнюю часть в виде сплошно двутаврового поперечного сечения и нижнюю часть в виде двухветвевой решетчатой колонны.

По результатам расчета установлено, что 3 сечения колонны испытывают совместное действие сжатия и изгиба (1−1, 2−2, 3−3), сечение 4−4 испытывает центральное сжатие (изгиба и момента нет). В таком случае, несущая способность колонны определяется ее устойчивостью.

Современными нормами в основу расчета ступенчатой колонны положен принцип, состоящий в том, что оценка устойчивости выполняется для каждого участка колонны отдельно, но на анализе устойчивости стержня колонны в целом, являющемся элементом здания каркасного типа.

В варианте, рассматриваемым курсовым проектом, используется следующая схема закрепления концов колонны — стержня по ряду А: нижний край колонны — заделка, верхний край представляет собой не закрепленный край (рис. 3.1)

Рис. 3.1 Схема закрепления краев колонны Для приведенной схемы расчетные длины стержней в плоскости рамы следующие:

lef1=м1· l1 и lef2=м2· l2.

Общая последовательность проверки устойчивости колонны:

определяются наиневыгоднейшие варианты комбинаций для каждого сечения;

формулируются условия закрепления краев и определяются расчетные длины в плоскости рамы и из плоскости;

осуществляется проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости рамы;

проверка устойчивости колонны из плоскости рамы;

осуществляется проверка местной устойчивости стенки и полок стержня, если стержни представляют собой открытый прокатный профиль;

выполняется проверка устойчивости нижней части колонны:

выполняется разбивка панели соединительной решетки проверка устойчивости ветвей колонны в плоскости и из плоскости как центрально сжатых стержней расчет усилий подбор сечений соединительной решетки выполнение расчета устойчивости только в плоскости рамы как сквозного внецентренно-сжатого стержня Расчет устойчивости колонны представлен в приложении 4.

1. Ю. В. Богданов, В. А. Соколов, «Здания и сооружения. Компоновка и расчет элементов главного корпуса ТЭС и АЭС», СПб Издательство Политехнического университета, 2008, 108 с.

2. В. А. Соколов, Д. А. Страхов, Л. Н. Синяков, «Каркасные здания и сооружения. Конструирование и расчет.», СПб Издательство Политехнического университета, 2007 г., 209 с.

3. СНиП II-2−83* «Стальные конструкции»

4. И. П. Купцов, Ю. Р. Иоффе, «Проектирование и строительство тепловых электростанций», Москва Энергоатомиздат, 405 с.

5. СНиП 2.07.01−85 «Нагрузки и воздействия»

Приложение 1

Разбивка рамы на узлы и элементы. Составление таблицы по типологии и геометрии

Схема разбивки рамы на узлы и элементы представлена на рис. П. 1.1.

В данном случае рассмотренная рама представлена 14 конечными элементами, соединенными в 15 узлах.

Расчетная схема настоящей рамы в программном комплексе SCAD будет создаваться с помощью операции — «ввод узлов по координатам», поэтому приводится таблица координат узлов (см. табл. П. 1.1.).

Задание жесткости стержням рамы будет выполняться присвоением каждому стержню своей жесткости, посчитанной вручную (см. п. 1.4.3), поэтому таблица жесткостей стержней не приводится.

Рис. П. 1.1

Таблица П. 1.1 «Координаты»

Приложение 2

Сбор нагрузок и расчет усилий в элементах

П.2.1 Постоянные нагрузки

Рис. П. 2.1

Нагрузки от собственного веса кровельного покрытия, ферм и связей машинного зала где Gбл, — вес монтажного блока полной заводской готовности (Gбл =79 тс);

Lдлина ригеля, (L=44,11м);

yf — коэффициент надежности по нагрузке, (yf =1,1.)

Нагрузка от собственного веса стеновых панелей выше отметки верха колонны по ряду А, Б В пределах высоты опорной части фермы hon и высоты парапета hп, нагрузка от стеновых панелей выше отметки верха колонны по рядам А, Б представляется силами GАст, GБст. Точка приложения этих сил в расчетной схеме — это узлы 3, 10 (см. рис. П. 1.1, П. 2.1), а линия действия проходит по геометрической оси стенового ограждения (стеновые панели толщиной 250 мм). Силы GАст, GБст создают моменты относительно оси верхней части колонны МАст, МБст которые могут быть приложены на уровне подкрановой консоли, т. е. в узлах 2,9 схемы (см. рис. П. 1.1, П. 2.1)

где hon — высота фермы на опоре hon =2,1 м;

hn — высота парапета hn =1,785 м;

yст — объемный вес материала стенового ограждения yст =1050 кгс/м3;

yf=1,1;

еАст — эксцентриситет приложения силы GАсm

Собственный вес стеновых панелей, опирающихся на колонну по ряду А, Б в пределах высоты её верхней части Hв Собственный вес стеновых панелей, опирающихся на колонну по ряду А, Б в пределах высоты её нижней части Hн Собственный вес верхней и нижней частей колонны по ряду А, Б Собственный вес задается для каждой части в виде равномерно распределенной нагрузки, направленной по геометрическим осям их сечений. Погонные расчетные значения этой нагрузки, соответственно, для верхней и нижней частей колонны определяются следующим образом где Акв, Акн — площади поперечного сечения верхней и нижней частей колонны;

yкв, yкн — объемный вес материала (стали) участков колонн (yкв =ykh = 7,85т/м3);

уf — коэффициент надежности по нагрузке, уf =1,05.

Собственный вес подкрановых балок Сосредоточенный момент Собственный вес элементов покрытия этажерки Собственный вес представлен в виде погонной равномерно распределенной нагрузки qпэ, приложенной по длине ригеля покрытия и определяется формулой:

где gnэ (gnэ=85.8 кг/м2) находится в зависимости от принятого при конструировании типа и конструктивного решения элементов покрытия этажерки;

qp (тс/м) — погонная равномерно распределенная нагрузка от собственного веса ригеля;

Ар — площадь поперечного сечения (Ар=135.26см2=0,0135м2)

=7.85т/м3-плотность (объемный вес) материала ригеля.

Погонные равномерно распределенные нагрузки от собственно веса элементов междуэтажных перекрытий Погонные равномерно распределенные нагрузки приложены по длине ригелей междуэтажных перекрытий и определяются формулой:

где gмni (тс/м2) — определяется в зависимости от принятой конструкции междуэтажных перекрытий;

qpi — погонная равномерно распределенная нагрузка от собственного веса ригелей Ар — площадь поперечного сечения (Ар=135.26см2=0.0135м2)

=7.85т/м3-плотность (объемный вес) материала ригеля.

Собственный вес стеновых панелей, опирающихся на колонну по ряду В по всей её высоте Собственный вес колонны по ряду В

П.2.2 Нагрузки от технологического оборудования

Нагрузки от элементов стационарного технологического оборудования Рис.П.2.2

где giрасчетное давление, принимаемое из опыта проектирования для каждого типа, размещаемого на этажах оборудования.

При расчете следует принимать следующие значения:

для кабельных коридоров и этажей электротехнических устройств gi =5 кН/м2

для помещений блочных щитов (БЩУ) gi =4 кН/м2

для трубопроводных коридоров gi =3 кН/м2

П.2.3 Крановые нагрузки

Рис.П.2.3

Вертикальная сила

Горизонтальная сила T

П.2.4 Снеговые нагрузки

Рис.П.2.4

Погонная равномерно распределенная расчетная нагрузка

Погонные нагрузки

Погонная нагрузка

Сосредоточенный момент

П.2.5 Ветровые нагрузки

Рис.П.2.5

Посчитаем фактическую эпюру ветровой нагрузки Замен, получившуюся ступенчатую эпюру на эквивалентную равномерно распределенную Посчитаем сосредоточенные силы При составлении загружения номер 11 распределенные прямолинейные нагрузки меняются местами. Сосредоточенные силы пересчитываются:

Приложение 3

Результаты расчета усилий в элементах рамы каркаса

П.3.1 Построение сводной таблицы усилий в расчетных сечениях

П.3.2 Комбинации усилий, построение огибающих эпюр М и N

Цель построения комбинаций усилий состоит в определении невыгоднейших суммарных положительных и отрицательных (в алгебраическом смысле) усилий в заданных сечениях рамы при самых неблагоприятных, но физически возможных сочетаниях нагрузок. Рассматриваем комбинации усилий M, N. В данном случае для расчетного сочетания строятся четыре варианта комбинаций усилий:

Максимальные и минимальные изгибающие моменты ()и соответствующие им продольные усилия N;

Максимальные и минимальные продольные усилия () и соответствующие им изгибающие моменты ()

Сводная таблица усилий

Таблица с эпюрами Таблица с 1,2 комбинациями

Таблица с 3,4 комбинациями

Огибающие эпюры

Приложение 4

Расчет несущей способности ступенчатой решетчатой колонны

Верхняя часть колонны Критерием выбора невыгоднейшей комбинации является, которые возникают в одной из полок двутавра.

Таким образом для дальнейших расчетов берем:

Нижняя часть Для нижней части колонны невыгоднейшим является максимальной усилие сжатия в ветвях колонны (в каждой ветви колонны по отдельности) Наружная ветвь:

каркас электростанция колонна корпус усилие Подкрановая ветвь:

Максимальное усилие

Определение расчетных участков

— в плоскости рамы

= = 0.25< 0,6;

= = 0.11;

= = 2.8< 3,

Следовательно, обратимся к СНиПу «Стальные конструкции»

Тогда

— из плоскости Расчет устойчивости верхней части колонны:

Радиус ядра сечения

Гибкость стержня

Условная гибкость

Начальный эксцентриситет

Начальный относительный эксцентриситет

Приведенный относительный эксцентриситет По прил. 7 по значениям и mеf находим значение коэффициента снижения несущей способности сплошного сечения при проверке устойчивости:

це = 0.533

Устойчивость обеспечена. Принимаем сечение ВЧ — двутавр 80Б1

Расчет устойчивости нижней части колонны

1) Шаг решетки Принимаем n=19 тогда a=1.39 м.

2) Расчетная длина ветвей в плоскости рамы

3) Расчетная длина из плоскости рамы

4) Проверка устойчивости ветвей колонны.

Геометрические характеристики одинаковые, поэтому достаточно выполнить проверку на max усилие

— в плоскости рамы

— в плоскости рамы Устойчивость обеспечена.

5) Подбор сечений соединительной решетки Стержни решетки — равнополочные уголки, соединенные с ветвями на сварке. В настоящей работе соединение происходит через фасонку.

где Q — максимальная поперечная сила, определяемая по результатам анализа комбинаций усилий в сечении 1−1

Стержни выполняются из стали марки ВСт3пс5. Rу = 2450 кгс/см2

— Задаемся гибкостью: л = 90

— По табл. 5 приложений по значению л находится коэффициент продольного изгиба ц:

ц = 0,612

— Находится требуемая площадь поперечного сечения:

Используем равнополочный уголок 40x5

Принимаем уголок 60x6

Принимаем уголок 56x5

Устойчивость обеспечена, принимаем равнополочный уголок 56×5. Колонные распорки выполняются с использованием уголка 50×5.

Проверка устойчивости НЧ колонны как сквозного сжато-изгибаемого стержня При выполнении этой проверки нижняя часть колонны рассматривается как единый сквозной стержень, состоящий, как отмечено, из двух ветвей (наружной и подкрановой), соединенных в плоскости рамы каркаса. Для выполнения расчета принимаются комбинации усилий в сечении 1−1.

Для сечения 1−1 необходимо принять следующие значения M и N:

— определяется приведенная гибкость сквозного сечения:

Где — гибкость всего стержня нижней части колонны

;

УАр = 2 · Ар = 2 · 5.41 = 10.82 см2,

где Ар — площадь поперечного сечения раскоса.

— условная приведенная гибкость ef = лef · = 93.78 · 0.039 = 3.65

— для каждого варианта комбинаций M и N находится начальный эксцентриситет

;

;

— относительные начальные эксцентриситеты радиус ядра сечения

— коэффициенты по табл. 8 приложений :

— проверка устойчивости в плоскости рамы:

Выводы Условия устойчивости для стержня нижней части колонны удовлетворены. Устойчивость ветвей также будет обеспечена