Расчетно-архитектурное строительство

1.

ВВЕДЕНИЕ

Данный дипломный проект выполнен, как проработки инженерно-технических решений по намеченному к строительству в России среднесортному стану на Калужском электрометаллургическом заводе. Некоторые из приводимых в проекте технических решений по согласованию с институтом ДПСК, который проектирует металлоконструкции, должны войти в состав проекта КМ. Строительство цеха намечается на 2007;2008 гг.

Принятая в дипломном проекте расчетная схема рамы найдёт отражение в реальном проекте. В частности подобраны сечения стропильных ферм и ПБ, на которые разработаны чертежи КМД, которые могут быть использованы при изготовлении металлоконструкций.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Среднесортный стан, здание для которого проектируется в данном диплом проекте, предназначен для производства фасонных профилей, а именно:

— балок от № 8 до № 36 по DIN 1025−5, EN 19−57, DIN 1025−1, ГОСТ 8239–89;

— балок широкополочных от № 10 до № 40 по ГОСТ 26 020–83;

— швеллеров от № 8 до № 36 по ГОСТ 8240–97 У и П;

— уголков равнополочных от № 7 до № 16 по ГОСТ 8509–93.

Объем производства 1000 тыс. т/год проката в пакетах прямоугольного сечения длиной 12 — 24 м, максимальной массой до 15 т.

Среднесортный стан представляет собой современный технологический комплекс оборудования, поставляемого фирмой SMS MEER, Германия.

В состав стана входят следующие отделения и участки:

1) склад литой заготовки, пролет Л₁ — Е;

2) участок нагревательной печи с шагающими балками, пролет Н — Е;

3) участок рабочих клетей стана в составе двух непрерывных групп клетей, пролет С₁ — D₁;

4) участок холодильника, пролет С — D;

5) участок правки и резки готового проката, пролеты С — D, ВC₁ и В — С;

6) участок штабелирования и обвязки пакетов, пролет В — С;

7) участок отгрузки со складом готовой продукции, пролет, А — В. Оборудование стана размещается в многопролетном здании с поперечными и продольными пролетами.

Все оборудование стана, включая нагревательную печь с примыкающим оборудованием загрузки-разгрузки заготовок, располагается на рабочей площадке с отметкой «+5.000 м».

Склады заготовок и готовой продукции размещаются на отметке «±0.000». Подача литой заготовки к нагревательной печи стана:

· при горячем посаде (до 50% объема производства) непосредственно с линии МНЛЗ;

· при холодном посаде со склада литой заготовки (пролет Е — Л1 электромостовым краном грузоподъемностью — 32 тс на загрузочную решетку печи, расположенную на отметке +5.000 м.

К зданию стана пристраивается главное электропомещение. В блоке со зданием стана сооружается вальцетокарная мастерская. Отстойник окалины размещается в открытой эстакаде в непосредственной близости от здания стана. Здание бытового обслуживания работников среднесортного стана, связанное со зданием стана теплым переходом, также размещается в непосредственной близости от здания стана.

Здание стана состоит из следующих пролетов:

Ш пролета Л₁ — Е склада литой заготовки шириной 30 м, длиной 150 м, пристроенный параллельно пролету Л — К склада литой заготовки ЭСПЦ;

Ш печного пролета НЕ шириной 28 м, длиной 69 м, расположенного параллельно пролету Л₁ — Е;

Ш станового пролета С₁ — D₁ шириной 30 м, длиной 108 м, расположенного перпендикулярно пролету Н — Е;

Ш пролета С — D холодильника шириной 30 м, длиной 144 м, расположенного за становым пролетом со смещением осей рядов на 8000 мм;

Ш пролета B — C₁ поперечного транспортера шириной 28 м, длиной 137 м, расположенного параллельно пролету С₁ — D₁.

Ш пролета В — B₁ мастерской подготовки клетей, расположенной в пролете В — C₁ здания стана на отметке ±0.000;

Ш пролета В — С правки, резки, штабелирования и обвязки пакетов шириной 36 м, длиной 216 м, расположенного параллельно пролету С — D холодильника;

Ш пролета, А — В склада готовой продукции шириной 36 м, длиной 277 м, расположенного параллельно пролетам В — С и В — С₁.

Все пролеты здания, включая склады литой заготовки и готовой продукции, отапливаемые.

По санитарной классификации проектируемый цех относится к классу IV.

Согласно нормам пожарной безопасности Российской Федерации НПБ 105−03 производство на среднесортном стане в целом относится к категории Г по пожарной опасности.

Категории пожароопасности отдельных встроенных помещений и сооружений в соответствующих заданиях будут оговорены заказчиком в дальнейшем, на момент написания данного отчета неизвестны.

Работа стана предусмотрена по непрерывному трехсменному графику.

По условиям естественной освещенности все пролеты здания могут быть отнесены согласно СНиП 23−05−95 РФ таблица 1 к VI разряду, а пролет Е — Л₁ склада литой заготовки к IX разряду.

Для отдельных участков, где по условиям работы требуется большая освещенность, проектом предусмотрено местное освещение.

3. АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1 Общая часть.

Объект строительства — Часть здания среднесортного прокатного стана Калужского электрометаллургического завода — расположен на территории Калужской области (Российская Федерация), в зоне:

Ш снегового района — III:

Значение снеговой нагрузки следующее:

s₀ = 1,0 кН/м².

Расчет снеговой нагрузки на раму каркаса приведен в п. 5.2.2.

Ш ветрового района — I (тип местности «А»).

Значение ветровой нагрузки следующее:

w₀ = 0,23 кПа Расчет ветровой нагрузки на раму каркаса приведен в п. 5.2.3.

Ш климатического района — IIВ:

— среднегодовая температура воздуха здесь составляет +3,3 °C, но при этом не опускается ниже -34 °C в самые холодные сутки года и достигает значения +21 °C в теплое время года;

— количество осадков, выпадающее в период с ноября по март составляет 213 мм, а с апреля по октябрь — 441 мм;

— средняя скорость ветра за три зимних месяца превышает 5 м/с;

— нормативная глубина промерзания грунта составляет 1, 45 м.

3.2 Объёмно-планировочное решение.

Здание среднесортного прокатного стана имеет следующие размеры в плане: длина — 378 м, ширина — 116 м. Ширина пролётов здания варьируется от 20 м до 36 м. Шаг колонн, в основном, — 12 м, а также в одиночных случаях — 36 м (между пролетами A — B и B — C), что обусловлено технологическими требованиями.

С 1-ой по 8-ю оси здание имеет 2 пролета по 36 метров в осях A, B, C, с 8-ой по 20-ю — 3 пролёта (36, 36 и 30 м), с 20-ой по 24-ю — 4 пролёта (36, 20, 24 36 м), с 24-ой по 30-ю — 3 пролёта (20, 24, 36 м). А также одни из пролётов здания расположен перпендикулярно к остальным пролётам здания в осях H — E имеет ширину 30 м и длину в осях 120 м.

Высота здания 21,6 м (без учёта фонаря), отметка верха фонаря — 24,0 м.

Ниже приведена схема здания с указанием расположения технологических отделов здания:

Рис. 3.2.1. Схема расположения технологических отделов в здании Фонари по зданию выполняют, в основном, аэрационную функцию и расположены соответственно требованиям технологического процесса, производимого в соответствующей части здания: холодильное отделение, пролёт отделки, становый пролёт, пролёт накопительного транспортера, печной пролёт.

Каждый пролёт здания оснащён кранами нормального и тяжелого режимов работы (5К, 7К, А5) количеством от 1 до 3;

— Склад готовой продукции — 3 крана грузоподъёмностью 20 т;

— Пролёт отделки — 1 кран грузоподъёмностью 20/5 т;

— Холодильное отделение — 1 кран грузоподъёмностью 32/5 т;

— Становый пролёт — 2 крана грузоподъёмностью 50/10 т;

— Пролёт подготовка клетей — 2 крана грузоподъёмностью 50/10 т;

— Печной пролет — 1 кран грузоподъёмностью 16/3,2 т;

— Пролёт накопительного транспортера — 1 кран грузоподъёмностью 10 т;

Температурный шов располагается по номерной оси — 20.

Пространственная жёсткость обеспечивается связями по поясам ферм и между колоннами. Принята шарнирная схема рамного каркаса.

3.3 Конструктивное решение.

Для удобства конструктивные элементы здания сведены в таблицу 3.3.1.

Таблица 3.3.1. «Спецификация элементов».

3.4 Теплотехнический расчет стенового ограждения.

Требуемое сопротивление теплопередаче стеновых ограждающих конструкций (сэндвич-панели) отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по формуле:

где n = 1 — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по табл. 3* СНиП II-3−79*;

t_в = 20С — расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005−88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений;

t_н = -27С — расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23₀₁_99;

t^н = 6,72 — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 2* СНиП II-3−79* в зависимости от температуры точки росы t_р = 13,28 С (принимаемой по приложению 1 Пособия к СНиП II-3−79**) и t_в = 20С;

_в = 8,7 — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4 СНиП II-3−79*.

Сопротивление теплопередаче R_o, м²С/Вт, ограждающей конструкции следует определять по формуле.

.

где R_к — термическое сопротивление ограждающей конструкции, м²С/Вт, определяемое однородной (однослойной) по формуле.

R_к = R₁ + R₂ + … + R_n,.

где R₁, R₂, …, R_n — термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м² С/Вт, определяемые по формуле где — толщина слоя, м;

— расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м С),.

_н = 23 Вт/(м С) — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции.

Сэндвич-панель состоит их трёх слоёв:

— стальной лист С18−1000−0.7 по ГОСТ 24 045–94 толщиной = 0,7 мм и с коэффициентом теплопроводности = 58 Вт/(м С).

— утепляющий слой пенополиуретан с коэффициентом теплопроводности = 0,041 Вт/(м С).

— стальной лист С18−1000−0.7 по ГОСТ 24 045–94 толщиной = 0,7 мм и с коэффициентом теплопроводности = 58 Вт/(м С).

м = 26 мм Принимаем пенополиуретановый утеплитель толщиной 100 мм в соответствии с конструкцией оконных переплетов и обеспечения жесткости «сэндвич"_панелей.

4. РАСЧЁТНО-КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ.

4.1 Компоновка каркаса.

Основными элементами стального каркаса производственного здания, воспринимающего почти все действующие нагрузки, являются плоские поперечные рамы, образованные колоннами и ригелями — стропильными фермами. На плоские поперечные рамы опираются продольные элементы: подкрановые балки, ригели, а также связи.

Из-за сложности здания в плане в данной работе рассматривается расчет только одной трёхпролётной рамы повторяющейся в осях 8 — 20 (далее расчетная рама):

м Расчетная рама оборудована опорными мостовыми электрическими и магнитными кранами, опирающимися на разрезные подкрановые балки. Компоновка каркаса определяется технологическими и архитектурными требованиями, условиями эксплуатации здания, климатическими условиями, типами и материалами ограждающих и несущих конструкций и др. и была определена заказчиком в виде технологических чертежей.

4.1.1 Характеристика кранов расчетной рамы.

1) В осях A — B (склад готовой продукции) используется 3 магнитных крана:

— Грузоподъёмность — 20 т;

— Вес крана — 59 т;

— Вес тележки — 22 т;

— Пролет моста крана — L_к = 34 м;

— Режим работы — 7К;

— Подвес — гибкий Рис. 4.1.1.1. Схема опирания крана склада готовой продукции на рельсовый путь.

2) В осях B — C (пролёт отделки) используется 1 магнитный кран:

— Грузоподъёмность — 20/5 т;

— Вес крана — 41,1 т;

— Вес тележки — 8 т;

— Пролет моста крана — L_к = 34 м;

— Режим работы — 5К;

— Подвес — гибкий Рис. 5.1.1.2. Схема опирания крана пролёта отделки на рельсовый путь.

3) В осях C — D (холодильник) используется 1 магнитный кран:

— Грузоподъёмность — 32/5 т;

— Вес крана — 38,5 т;

— Вес тележки — 8 т;

— Пролет моста крана — L_к = 28 м;

— Режим работы — 5К;

— Подвес — гибкий Рис. 5.1.1.3. Схема опирания крана пролёта холодильника на рельсовый путь Таблица 4.1.1.1. «Данные по кранам».

Минимальные давления катков F_min находим из уравнения проекций сил на вертикальную ось. Горизонтальная нагрузка F_гор, возникающая при торможении тележки крана, передается на одну сторону кранового пути и распределяется равномерно между всеми колесами крана. Для кранов с гибким подвесом груза коэффициент К_Т=0,05 суммы подъемной силы крана и силы тяжести тележки (на тележке половина тормозных катков), для кранов с жестким подвесом груза коэффициент К_Т=0,1 суммы этих же сил (на тележке все катки тормозные).

Минимальные давления катков и горизонтальные давление катков (количество катков на концевой балке n = 2):

Кран № 1:.

;

;

Кран № 2:.

;

;

Кран № 3:.

;

;

Рис. 5.1.1.4. Условные обозначения отметок и величин рамы каркас.

4.1.2 Вертикальные размеры каркаса.

Их определяют по заданной отметке головки подкранового рельса ГР.

Отметка низа фермы НФ ГР + НК + d, где:

НК — высота крана большей грузоподъемности (т.е. № 3);

d = 0,45 м — зазор между краном и фермой (но не менее 0,35 м).

Верх колонны принимают на 0,15 м ниже нижнего пояса фермы в узле опирания на колонну.

При назначении горизонтальных размеров колонн учитывают: габаритные размеры кранов, привязку наружной грани колонны к разбивочной оси а, размер л, требования к жесткости колонн в плоскости рамы, наличие проходов вдоль подкрановых путей, размеры двутавров верхних частей колонн.

Значения л принимаем равным 1 м Привязку крайних колонн к разбивочной оси прнимаем равной, а = 500 мм, для средних колонн выбираем центральную привязку.

С учетом принятых размеров, а и л :

— ширина нижней части крайней колонны b_н = л + а. Из условия требуемой жесткости нижней части b_н должно быть не менее h/20.

— ширина нижней части средней колонны при кранах одинаковой грузоподъемности в пролетах b'_н=2*л.

— ширина оголовка b_в для колонны крайнего ряда должна быть не менее 1/8…1/12 высоты верхней части колонны hв.

— ширина оголовка b'_в для колонн средних рядов должна быть не менее 1/6…1/8 высоты h_в.

Верхние части колонн проектируем из широкополочных или сварных двутавров высотой сечения 400.1200 мм.

В соответствии с данными заказчика отметка головки рельса ГР = 14,5 м, шаг колонн В = 12 м.

Расчёт Минимальная отметка низа фермы:

НФ = ГР + НК+d = 14,50 + 2,750 + 0,45 = 17,7 м, где d — зазор между краном и фермой.

Отметка верха колонны:

ВК = НФ — 0,15 = 17,7 — 0,15 = 17,55 м Отметку верха колонны можно на приводить к унифицированной, так как в качестве стенового ограждения будут использованы сэндвич-панели, требования к креплению которых не является критичным.

Предварительно принимаем высоту подкрановой балки: h_пб = В/6 = 2,0 м Подкрановая консоль имеет предварительную отметку отметку:

ПК = ГР — h_пб = 14,5 — 2,0 = 12,5 м Заглубление колонны ниже уровня чистого пола: НК = -0,15.-0,6 м.

Полная высота колонны:

h = ВК — НК = 17,55 — (-0,15) = 17,7 м Высота нижней и верхней частей колонны:

h_н = ПК — НК = 12,5 — (-0,15) = 12,65 м.

h_в = ВК — ПК = 17,55 — 12,5 = 5,05 м Расстояние от верха колонны до уровня головки подкранового рельса:

h_с = ВК — ГР = 17,55 — 14,5 = 3,05 м.

4.1.3 Горизонтальные размеры каркаса.

Крайние колонны:.

Ширина нижней части колонны:

b_н = л + а = 1,000+ 0,500 = 1,500 м Принятая ширина удовлетворяет условию:

b_н h/20 = 17,7/20 = 0,89 м.

Ширина верхней части колонны должна быть:

b_в h_в/8.h_в/12 = 5,05/8.5,05/12 = (0,63.0,42) м Принимаем b_в = 0,58 м Зазор между краном и внутренней гранью верхней части колонны:

а_к = b_н — b_в — В₁ = 1,50 — 0,58 — 0,300 = 0,62 м > 0,5 м.

(на обоих крайних колоннах будет организован проход людей для технического обслуживания крана).

Средние колонны:.

Ширина нижней части колонны:

b'_н = 2*л = 2*1,00 = 2,00 м Ширина верхней части колонны:

b'_в = h_в/6…h_в/8 = 5,05/6.5,05/8 = (0,84…0,63) м Принимаем b'_в = 0,69 м Зазор между краном и ограждением ходового мостика:

а_к = (b'_н — b'_в — 0.5)/2) = 2,0 — 0,71 — 0,5)/2 = 0,395 м > 0,075 м.

4.1.4 Конструкции покрытия, ограждающие конструкции Покрытие состоит из кровли (трёхслойные панели), прогонов, стропильных и подстропильных ферм, фонарей и связей.

Тип кровли зависит от температурного режима здания: для отапливаемых зданий — теплая кровля, а для зданий с излишними тепловыделениями — холодная кровля.

Конструкция кровли влияет на выбор очертания покрытия. Применение различных видов покрытий, их долговечность, нагрузки на покрытие и допустимый наклон приведены в табл. 1 ДБН В.2.6.-14−95. Для рулонных кровель с защитным слоем из гравия наклон должен быть не более 10%.

Принимаем для кровли данного здания 4% уклон. Покрытием будут служить профилированные сэндвич-панели.

Схема стропильной ферм дана на рис. 4.1.4.1. Данная ферма с параллельными поясами с уклоном в 4%. Длины панелей, за исключением опорных, приняты d = 3000 мм. Размеры опорных панелей d_о увязаны с шириной надколонников, к которым присоединяются фермы, поэтому их длина на 200 мм меньше остальных панелей и равна d_о = 2800 мм. Ширина надколонников на колоннах средних рядов равна 2*200 мм = 400 мм, на колоннах крайних рядов мм.

Отметку верха покрытия вычисляют с учетом толщины кровли — t = 0,65 м для теплой кровли.

Рис. 4.1.4.1. Схема стропильной фермы (36 м).

Расчетный пролет стропильной фермы L_ф.

L_ф = L-2*200 = 36 000 — 2*208 =35 584 мм .

Отметка верха покрытия (без учета фонаря):

ВП = НФ + h_ф + m + i*L/2 = 17,7 + 3,150 + 0,65 + 0,04*35,6/2 = 22,212 м, где i = 0,04 — угол наклона в сотых единицы.

Отметка верха покрытия фонаря:

ВПФ = (ВП — m) + h_ф + m = (22,212 — 0,65) + 2,1 + 0,65 = 24,312 м.

Выполнение стеновое ограждение предусмотрено из сэндвич-панелей и оконных переплетов, Типы и размеры панелей обусловлены температурно-влажностным режимом здания и наличием к поставщиков.

Цокольную часть принимаем из панелей высотой 1,2 м. Первый ярус остекления не должен составляет 4,8 м по высоте, нагрузка от него передается на колонны через ригели из гнуто-сварного профиля, установленные с шагом по высоте не превышающем 2,4 м. Высота двух последующих ярусов остекления составляет 2,4 м. Нагрузка от них передается аналогично первому ярусу осеткления.

4.1.5 Схемы связей Назначение связей — обеспечить пространственную жесткость каркаса, его неизменяемость при монтаже и эксплуатации, устойчивость сжатых элементов, воспринять ветровые и крановые нагрузки и передать их на фундаменты.

Схемы связей по покрытию и их сечения применены по типовой серии 1.460.2₁₀/88 (выпуск 1, части 1 и 2).

Вертикальные связи между фермами образуют вместе с поперечными связями по нижним поясам ферм жесткие связевые блоки. Такие блоки проектируют по концам температурного отсека (СНиП II-23−81* «Стальные конструкции» табл. 42) каркаса и в месте расположения дополнительной поперечной связевой фермы по нижним поясам стропильных ферм. Остальные стропильные фермы прикрепляют к связевым блокам распорками по осям колонн, прогонами по верхним поясам ферм и растяжками по нижним поясам ферм. Вертикальные связевые фермы, входящие в связевые блоки, обязательно ставят между надколонниками и по осям распорок верхних поясов ферм.

Связи по нижним поясам ферм состоят из растяжек, продольных и поперечных ферм (связи I типа) или только из поперечных ферм (связи второго типа).

Связи I типа обязательны:

— в зданиях с мостовыми кранами группы режима работы 7К-8К.

— в зданиях отметкой низа фермы более 24 м,.

— в зданиях с кровлей по железобетонным плитам при кранах Q > 50 т (В = 6 м) и Q> 20 т (Н — 12 м),.

— в зданиях с кровлей по профилированному настилу при Q < 10 т (однои двух пролётные здания) и при Q >10 т (при количестве пролетов более двух).

При действии крановой нагрузки (торможение тележки крана) связи I типа обеспечивают совместную работу плоских поперечных рам.

В остальных случаях применяют связи второго типа.

Дополнительную поперечную связевую ферму назначают при длине температурного отсека более 144 м. (120 м при расчетной температуре ниже -40 °С) и устанавливают и середине температурного блока. Продольные связевые фермы в одно-, двухи трех пролетных зданиях размещают вдоль крайних рядов колонн, а при большем числе пролетов не реже чем через два пролета (через один пролет при кранах тяжелого и весьма тяжелого режимов работы).

Связи по колоннам устанавливают выше и ниже подкрановых балок для восприятия нагрузки от продольного торможения кранов и ветровой нагрузки с торцов здания.

4.2 Определение нагрузок на раму каркаса.

Раму каркаса рассчитываем отдельно на каждую из нагрузок, а затем рассматриваем их возможные сочетания и комбинации.

4.2.1 Постоянные нагрузки К постоянным нагрузкам относят нагрузки от кровли и стен, собственный вес конструкций.

Нагрузки от конструкций покрытия Состав кровли определяется температурно-влажностным режимом здания и принятой конструкцией кровли. В курсовом проекте температурный режим здания и состав кровли определены заданием.

Таблица 4.2.1.1. «Нагрузки от конструкций покрытия».

4.2.2 Снеговая нагрузка Нормативное значение снеговой нагрузки на I м² горизонтальной проекции покрытия вычисляют по формуле.

s_Н = s_о* м.

где s_о — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной проекции здания для данного (III) снегового района;

Таблица 4.2.2.1. «Нормативное значение s_о».

Для пролёта B - C:.

м — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, зависящий от конфигурации. При наличии фонаря расчет ведем соответственно п.п. 4.1, 4.3 и приложения 3 СНиП 2.01.07−85* по варианту 1 (п. 3, приложение 3). Ведём расчет для зоны С, так как в дальнейшем в целях упрощения проекта до уровня «учебного» будет рассчитана только одна ферма, которая предусматривает размещение фонаря:

;

.

Таким образом:

;

кН/м²; кН/м².

Рис. 4.2.2.1. Схема покрытия с фонарём (сверху) и эпюра распледиления снеговой нагрузки (снизу) Расчетное значение снеговой нагрузки равно.

s = s_Н*г_f .

Коэффициент надежности по нагрузке г_f зависит от отношения нормативной нагрузки g_Н к нагрузке s_о. Если величина отношения g_Н /s_о менее 0,8, то г_f = 1,6. В остальных случаях г_f =1,4.

g_н = 1,52 кН/м², кН/м², кН/м².

> 0,8, значит г_f =1,4.

> 0,8, значит г_f =1,4.

Расчетное значение снеговой нагрузки.

кН/м²,.

кН/м²,.

Расчетное давление фермы пролета B — C на колонну от снеговой нагрузки.

кН.

Для фермы пролёта A - B (без фонаря) коэффициент м = 1, поэтому.

s_Н = s_о = 1,0 кН/м².

> 0,8, значит г_f =1,4.

кН/м²,.

Расчетное давление фермы пролета A — B на колонну от снеговой нагрузки.

кН.

Для фермы пролёта C - D.

; ,.

Таким образом:

;

кН/м²; кН/м².

g_н = 1,52 кН/м², кН/м², кН/м².

> 0,8, значит г_f =1,4.

> 0,8, значит г_f =1,4.

Расчетное значение снеговой нагрузки.

кН/м²,.

кН/м²,.

Расчетное давление фермы пролета C — D на колонну от снеговой нагрузки.

кН.

4.2.3 Ветровая нагрузка на расчетную раму Вычисление ветровых нагрузок производим в соответствии с СНиП 2.01.07₈₅*. В целях упрощения расчет ветровой нагрузки на покрытия не производится.

Нормативные значения ветровой нагрузки на стеновое ограждение с наветренной (w ^z_e) и подветренной (w ^z_en) стороны на высоте z над поверхностью земли определяем по формулам:

w ^z_e = w_o * k_z * c_e,.

w ^z_en = w_o * k_z * c_en.

где w _o — нормативное значение ветрового давления, определяемое в зависимостиот ветрового района по табл. 4.2.3.1;

Таблица 4.2.3.1. «Нормативное значение ветрового давления».

Для I снегового района w _o = 0,23 кПа.

k_z — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте и определяемый по табл. 4 приложения для типов местности А, В, С;

Для типа местности «А» коэффициенты k_z равны:

c_e и c_en — аэродинамические коэффициенты, соответственно с наветренной и подветренной стороны, принимаемы по приложению 4.

В соответствии с приложением 4, п. 2 и п.5: c_e = +0,8; c_en = -0,44.

Определяем нормативные значения ветровой нагрузки с наветренной и подветренной стороны на разной высоте над поверхностью земли:

Вычислим значения расчётной ветровой нагрузки с наветренной и подветренной стороны на расчётную вертикальную полосу стены шириной равной половине шага колонн В/2 = 6 м:

р^z_{w е} = г_f * w ^z_е * B;

р^z_{w еn} = г_f * w ^z_еn * B,.

где г_f = 1,4 — коэффициент надежности по нагрузке.

р⁵_{w е} = 1,4 * 138 * 6 = 1159,2 Н/м;

р⁵_{w еn} = -1,4 * 75,9 * 6 = -637,56 Н/м;

р¹⁰_{w е} = 1,4 * 184 * 6 = 1545,6 Н/м;

р¹⁰_{w еn} = -1,4 * 101,2 * 6 = -850,08 Н/м;

р²⁰_{w е} = 1,4 * 230 * 6 = 1932 Н/м;

р²⁰_{w еn} = -1,4 * 126,5 * 6 = -1062,6 Н/м;

р⁴⁰_{w е} = 1,4 * 276 * 6 = 2318,4 Н/м;

р⁴⁰_{w еn} = -1,4 * 151,8 * 6 = -1275,12 Н/м;

Ветровая нагрузка, действующая на боковой фасад, воспринимается колоннами каркаса. При расчете рамы нагрузку с ограждающих конструкций, расположенных выше отметки верха колонны ВК = 17,55 м, заменяют сосредоточенной ветровой нагрузкой W, нагрузки с ограждающих конструкций, расположенных ниже отметки ВК, передают на колонны в виде равномерно распределенных нагрузок по высотным участкам от 0 да 5 м, от 5 до 10 м и т. д. (см. рисунок 4.2.3.1.).

На рисунке 4.2.3.1. средние значения ветрового давления посчитаны графическим методом и выделены подчеркиванием.

Рис. 4.2.3.1. Схема разбиения здания по высоте на расчетные участки для определения ветровой нагрузки Таблица 4.2.3.2 «Средние значения ветрового давления по высотным участкам стен».

Для расчета рамы приведенные в данной таблице значения следует вводить в программу «Лира 9.0», как распределенную нагрузку.

Сосредоточенную нагрузку W собираем с наветренной и заветренной сторон (моментов, создаваемым ей пренебрегаем, используя только ее горизонтальную составляющую). Как видно из рисунка 4.2.3.1, на грузовое поле W (площадь стены выше отметки верха колонны ВК) приходятся 2 высотных участка, поэтому:

— для наветренной стороны (см. рис. 4.2.3.1):

Н = 4,62 кН.

Н = 4,32 кН.

W = W₁ + W₂ = 4,62 + 4,32 = 8,94 кН.

— для заветренной стороны:

Н = 2,54 кН.

Н = 2,29 кН.

W = W₁ + W₂ = 2,54 + 2,29 = 4,83 кН.

4.2.4 Крановые нагрузки На раму каркаса воздействуют вертикальные и горизонтальные крановые нагрузки (рис.7). При учете одного крана нагрузки от него принимают в полном размере. При учете двух кранов нагрузки от них снижают умножением на коэффициенты сочетания крановых нагрузок ш_к = 0,85 (ш_к = 0,95 для кранов тяжелого и весьма тяжелого режимов работы), при учете четырех кранов коэффициенты принимают соответственно ш_к= 0,7 (ш_к = 0,8). Горизонтальные нагрузки определяют от одного или от двух кранов в одном пролете в одном створе.

Рис. 4.2.4.1. Схема нагружения рамы крановой нагрузкой.

Наибольшее D_max наименьшее D_min и горизонтальное F_гор давления крановой нагрузки на колонну определяют по линиям влияния опорных реакций колонн при одной и той же установке катков.

Давление на колонну среднего ряда B оси n (рис. 4.2.4.1) определяют по линии влияния реакции опоры n, нагруженной одним краном большей грузоподъемности или двумя кранами. Критический груз (зачернен) находим с помощью известного в строительной механике графического построения. Вычисляем значения максимального D_max, минимального D_min и горизонтального F_гор давлений на колонны с учетом коэффициента надежности по нагрузке г_f = 1,1. При расчете колонн заранее трудно установить, что более невыгодно — нагружение одним краном с ш_к = 1,0, или двумя кранами с ш_к = 0,85 (0,95), или четырьмя кранами с ш_к = 0,7 (0,8). Это требует или расчета рамы на все возможные нагружения кранами или предварительного анализа нагрузок.

Рассмотрим нагрузки на колоны пролёта A — B от кранов (№ 1, табл. 4.1.1.1.) указанного пролета (створа), считая, что на колонну расчетной рамы по оси n действуют:

1 кран:.

Рис. 4.2.4.2. Загружение колонны типовой (для расчетной рамы) оси одним краном Коэффициент сочетаний крановых нагрузок n_c здесь не учтён, так как рассматриваться нагрузка от одного крана и ш_к = 1,0.

кН;

кН;

кН.

2 крана:.

Рис. 4.2.4.3. Загружение колонны типовой (для расчетной рамы) оси двумя кранами Коэффициент сочетаний крановых нагрузок для данного случая — учет нагрузки от двух кранов тяжелого режима работы — равен ш_к = 0,95.

кН;

кН;

кН Наиболее не выгодным является загружение двумя кранами, поэтому принимаем его к дальнейшему расчету.

Рассмотрим нагрузки на колоны пролёта B — C от крана указанного пролета, считая, что на колонну расчетной рамы по оси n действует один кран (№ 2, табл. 4.1.1.1.):

Рис. 4.2.4.4. Загружение колонны типовой (для расчетной рамы) оси одним краном Коэффициент сочетаний крановых нагрузок n_c здесь не учтён, так как рассматриваеться нагрузка от одного крана и ш_к = 1,0.

кН;

кН;

кН Рассмотрим нагрузки на колоны пролёта C — D от крана указанного пролета, считая, что на колонну расчетной рамы по оси n действует один кран:

Рис. 4.2.4.5. Загружение колонны типовой (для расчетной рамы) оси одним краном Коэффициент сочетаний крановых нагрузок n_c здесь не учтён, так как рассматривается нагрузка от одного крана и ш_к = 1,0.

кН;

кН;

кН.

4.3 Статический расчет рамы каркаса.

4.3.1 Расчетная схема рамы Расчет рамы выполняется с помощью программы Лира 9.0, поэтому расчетную схему рамы компонуем с оптимизацией относительно нюансов различия компьютерного расчета от ручного.

При компоновке каркаса разработана конструктивная схема рамы, т. е. определены габаритные размеры элементов рамы, типы отдельных стержней рамы (сплошные или решетчатые) и выбран способ узловых сопряжений.

Расчетную схему рамы устанавливают по конструктивной схеме. В расчетной схеме вычерчивают схематический чертеж по геометрическим осям стержней. За геометрическую ось элемента обычно принимают линию, проходящую через центры тяжести его сечений. При шарнирных сопряжениях, ригелей (стропильных ферм) с колоннами за геометрическую ось ригеля приникают линию, соединяющую верхние концы колонн. Защемление колонн в фундаменте считают жестким.

Вертикальные нагрузки приложены с эксцентриситетами по отношению к геометрическим осям колонн, поэтому эти нагрузки задаём в программном пакете с помощью жёстких вставок.

4.3.2 Статический расчёт рамы Расчёт рамы произведен в программе Лира 9.0, но из-за объёмности результатов не помещен в пояснительную записку и может быть предоставлен по требованию.

Ниже (в п. 4.3.3.) приведены схемы рамы с эпюрами M и N значения на этих эпюрах не приводятся в целях уменьшения масштаба схем.

4.3.3 Схемы загружений рамы Загружения, введенные для расчёта в программном пакете следующие:

Загружение 1. Постоянная нагрузка:

1) от собственного веса покрытия (приводим к расчетной сосредоточенной нагрузке на колонны):

кН,.

кН,.

кН,.

кН,.

2) от собственного веса подкрановой балки и рельсов.

Предварительно зададимся двутавром 60Б1 по ГОСТ 26 020–83 массой m_пб = 81 кг/м.

Р_пб = B*m_пб*g = 12*81*9,81 = 9,54 кН;

Но так как данная нагрузка приложена не по центру сечения колонны, то задаём еще и дополнительный момент:

M = P_пб * e₁,.

где е₁ = 1 м — эксцентриситет приложения нагрузок для всех колонн расчетной рамы.

M = 9,54 * 1 = 9,54 кН*м, но моменты на средних колоннах можно.

не задавать, так как они гасят друг друга.

3) от собственного веса колонн;

4) от собственного веса стенового ограждения (сэндвис-панели):

q_стен = q_лист*2 + q_утепл = 0,205*2 + 0,179 = 0,6 кН/м².

Приводим данную нагрузку к сосредоточенной и приложенной в следующих точках (момент создаваемы данной нагрузкой не учитываем из-за его незначительности):

— точка на колонне симметричная точке опирания подкрановой балки относительно оси колонны:

P_стен¹ = ПК*B* q_стен = 12,5*12*0,6 = 90 кН.

— к верху верней части колонны:

P_стен² = h_в*B* q_стен = 5,05*12*0,6 = 36,4 кН Рис. 4.3.3.1. Эпюры моментов для загружения 1.

Рис. 4.3.3.2. Эпюры продольных усилий для загружения 1.

Загружение 2. Снеговая нагрузка Задается распределенной по участкам фонаря и покрытия по фермам (см. п. 4.2.2).

Снеговую нагрузку приложенную к фонарю считаем снеговой нагрузкой, приложенной к ферме на соответствующем участке.

Приводим снеговую нагрузку к сосредоточенной на колонны (см. п. 4.2.2.):

кН,.

кН,.

кН,.

кН, Рис. 4.3.3.3. Эпюры моментов для загружения 2.

Рис. 4.3.3.4. Эпюры продольных усилий для загружения 2.

Загружение 3. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте A — B.

(Максимальная нагрузка на колонну А).

1) вертикальные:

D_max = 781 кН; D_min = 253 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = - D_min * е₁ = - 253 * 1 = - 253 кН м;

М_max = D_max * е₂ = 781 * 0,75 = 586 кН м.

Рис. 4.3.3.5. Эпюры моментов для загружения 3.

Рис. 4.3.3.5. Эпюры моментов для загружения 3.

Загружение 4. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте A — B.

(Максимальная нагрузка на колонну B).

1) вертикальные:

D_max = 781 кН; D_min = 253 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = D_min * е₁ = 253 * 0,75 = 189 кН м;

М_max = - D_max * е₂ = - 781 * 1 = - 781 кН м.

Рис. 4.3.3.7. Эпюры моментов для загружения 4.

Рис. 4.3.3.8. Эпюры продольных усилий для загружения 4.

Загружение 5. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте B — C.

(Максимальная нагрузка на колонну B).

1) вертикальные:

D_max = 381 кН; D_min = 161 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = - D_min * е₁ = - 161 * 1 = - 161 кН м;

М_max = D_max * е₁ = 381 * 1 = 381 кН м.

Рис. 4.3.3.9. Эпюры моментов для загружения 5.

Рис. 4.3.3.10. Эпюры продольных усилий для загружения 5.

Загружение 6. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте B — C.

(Максимальная нагрузка на колонну C).

1) вертикальные:

D_max = 381 кН; D_min = 161 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = D_min * е₁ = 161 * 1 = 161 кН м;

М_max = - D_max * е₁ = - 381 * 1 = - 381 кН м.

Рис. 4.3.3.11. Эпюры моментов для загружения 6.

Рис. 4.3.3.12. Эпюры продольных усилий для загружения 6.

Загружение 7. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте C — D.

(Максимальная нагрузка на колонну C).

1) вертикальные:

D_max = 472 кН; D_min = 144 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = - D_min * е₂ = - 144 * 0,75 = - 108 кН м;

М_max = D_max * е₁ = 472 * 1 = 472 кН м.

Рис. 4.3.3.13. Эпюры моментов для загружения 7.

Рис. 4.3.3.14. Эпюры продольных усилий для загружения 7.

Загружение 8. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте C — D.

(Максимальная нагрузка на колонну D).

1) вертикальные:

D_max = 472 кН; D_min = 144 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = D_min * е₁ = 144 * 1 = 144 кН м;

М_max = - D_max * е₂ = - 472 * 0,75 = - 354 кН м.

Рис. 4.3.3.15. Эпюры моментов для загружения 8.

Рис. 4.3.3.16. Эпюры продольных усилий для загружения 8.

Горизонтальные нагрузки направленные слева направо (см разрез 4−4, лист 4) принимаем положительными, а справа налево — отрицательными.

Загружение 9. Горизонтальная нагрузка в пролёте A — B.

(Усилие на колонну А) Т = -27 кН Рис. 4.3.3.17. Эпюры моментов для загружения 9.

Рис. 4.3.3.18. Эпюры продольных усилий для загружения 9.

Загружение 10. Горизонтальная нагрузка в пролёте A — B.

(Усилие на колонну B).

Т = 27 кН Рис. 4.3.3.19. Эпюры моментов для загружения 10.

Рис. 4.3.3.20. Эпюры продольных усилий для загружения 10.

Загружение 11. Горизонтальная нагрузка в пролёте B — C.

(Усилие на колонну B).

Т = -13 кН Рис. 4.3.3.21. Эпюры моментов для загружения 11.

Рис. 4.3.3.22. Эпюры продольных усилий для загружения 11.

Загружение 12. Горизонтальная нагрузка в пролёте B — C.

(Усилие на колонну C).

Т = 13 кН Рис. 4.3.3.23. Эпюры моментов для загружения 12.

Рис. 4.3.3.24. Эпюры продольных усилий для загружения 12.

Загружение 13. Горизонтальная нагрузка в пролёте С — D.

(Усилие на колонну С) Т = -18 кН Рис. 4.3.3.25. Эпюры моментов для загружения 13.

Рис. 4.3.3.26. Эпюры продольных усилий для загружения 13.

Загружение 14. Горизонтальная нагрузка в пролёте С — D.

(Усилие на колонну D).

Т = 18 кН Рис. 4.3.3.27. Эпюры моментов для загружения 14.

Рис. 4.3.3.28. Эпюры продольных усилий для загружения 14.

Загружение 15. Ветровая нагрузка (ветер слева).

1) активная (распределенная по высотным участкам, горизонтальная сосредоточенная на ферму);

2) пассивная (распределенная по высотным участкам, горизонтальная сосредоточенная на ферму);

Рис. 4.3.3.29. Эпюры моментов для загружения 15.

Загружение 16. Ветровая нагрузка (ветер справа).

1) активная (распределенная по высотным участкам, горизонтальная сосредоточенная на ферму);

2) пассивная (распределенная по высотным участкам, горизонтальная сосредоточенная на ферму);

Рис. 4.3.3.31. Эпюры моментов для загружения 16.

Рис. 4.3.3.32. Эпюры продольных усилий для загружения 16.

4.4 Расчёт и конструирование стропильной фермы (пролёт A - B).

4.4.1 Нагрузки на ферму Сбор нагрузок выполняем соответственно исходных данных, основываясь на п. 4.2.1 «Постоянные нагрузки».

Ветровой нагрузкой на покрытие, определяемой по СНиП «Нагрузки и воздействия», пренебрегая из-за большого количества расчетов и малой значимости данной нагрузки по сравнению с снеговой нагрузкой, собственным весом и весом конструкции покрытия.

Таблица 4.4.1.1. «Нагрузки на ферму пролетом 36 метров «.

Расчет фермы на усилия в стержнях выполняем с помощью программного комплекса «Лира 9.0». Задаем схему фермы, указываем условия закрепления — шарнирное, задаемся предварительными жесткостями стержней (руководствуясь опытом проектирования), а также узловой нагрузкой, учитывая:

— нагрузкой от покрытия:

кН/м;

— снеговой нагрузкой:

кН/м;

— сосредоточенной нагрузкой от площадок обслуживания (см. схему фермы и чертежи):

кН Вычисляем данное значения принимая.

максимальную нагрузку от двух человек.

между двумя соседними колоннами шага).

Приводим нагрузку к узловой:

где.

q — расчетное значение постоянной нагрузки от покрытия, кН/м;

d₁ — длина первой и последней панели фермы, м;

d₂ — длина панели фермы, м;

В — шаг установки ферм, м.

Рис. 5.4.1.1. Расчетная схема фермы.

4.4.2 Расчет фермы. Результаты Производим расчет в программе «Лира 9.0». Вычисленные значения N представлены в таблице 4.4.2.1. Положительные значения соответствуют растянутым стержням, отрицательные — сжатым.

Таблица 4.4.2.1. «Значения продольных сил N, а стержнях фермы».

В зависимости от усилия в опорном раскосе (N = 707,314 кН) принимаем толщины фасонок (по таблице 8.7, [6]): t_ф = 1,4 см.

4.4.3 Материал и расчётные длины элементов фермы Материал элементов фермы — сталь по ГОСТ 27 772–88*:

— стержни — сталь С245,.

— фасонки и опорный фланец — сталь С255.

l_x — расчётная длина элемента в плоскости, перпендикулярной оси х;

l_y — расчётная длина элемента в плоскости, перпендикулярной оси y;

l₁ — расстояние между точками закрепления;

[] - предельная гибкость элементов фермы;

Таблица 4.4.3.1. «Расчетные длины стержней фермы и их гибкости».

l* - подбирается по = 200.

4.4.4 Подбор сечений стержней.

Рис. 4.4.4.1. Схема сечения поясов (данная или зеркальная относительно оси «X»).

4.4.4.1 Верхний пояс Расчёт элементов верхнего пояса ведём, как центрально сжатых по максимальному усилию в стержнях по формуле:

.

где N — продольное усилие в стержне;

— коэффициент надежности по назначению;

— коэффициент продольного изгиба;

— расчетное сопротивление стали;

— коэффициент условий работы Проверку прочности выполняем по формуле:

.

где A₁ — площадь сечения одного уголка Принимаем к расчёту только стержень с максимальным продольным усилием, так сечение нижнего пояса является неизменным по всей длине:

Стержень № 9: N₉ = -1589 кН, [] = 120, l_x = 3 м, l_y = 3 м Задаёмся = 0,5.

см².

см².

По сортаменту принимаем 220×16 с A = 68,6 см², i_x = 6,02 см, i_y = 9,56 см,.

z₀ = 6,81 см Проверка прочности Слишком большой запас прочности — задаёмся = 0,7.

см².

см².

По сортаменту принимаем 160×16 с A = 49,1 см², i_x = 4,89 см, i_y = 7,18 см,.

z₀ = 4,55 см.

Проверка прочности Условие выполняется.

4.4.4.2 Нижний пояс Расчёт элементов нижнего пояса ведём, как центрально растянутых по формуле:

Проверку прочности выполняем по формуле:

Принимаем к расчёту только стержень с максимальным продольным усилием, так сечение верхнего пояса является неизменным по всей длине:

Стержень № 3.

N₃ = 1546 кН, [] = 400, l_x = 6 м, l_y = l₁ = 18 м.

см².

см².

По сортаменту принимаем 140×12 с A = 32,5 см², i_x = 4,31 cм, i_y = 6,3 см, z₀ = 3,9 см Проверка прочности Условие выполняется.

4.4.4.3 Опорный раскос Расчёт опорного раскоса ведём, как центрально сжатого (см. расчет верхнего пояса фермы).

Стержень № 38(36).

N₃₈₍₃₆₎ = -704,3 кН, [] = 150, l_x = 0,5*l = 0,5*423 = 212 cм, l_y = l = 423 cм Задаёмся = 0,5.

см².

см².

По сортаменту принимаем 160×10 с A = 31,43 см², i_x = 4,96 см,, i_y = 7,05 см,.

z₀ = 4,3 см.

Проверка прочности.

Слишком большой запас прочности — задаёмся = 0,7.

см².

см².

По сортаменту принимаем 125×9 с A = 22 см², i_x = 3,86 см, i_y = 5,63 см.

z₀ = 3,4 см Проверка прочности Условие выполняется.

4.4.4.4 Раскосы.

[]_р = 400, []_сж = 150, l_x = 0,8*444 = 355 см, l_y = 444 см.

Стержень № 26 (является растянутым).

N₂₆ = 579 кН.

см².

см².

По сортаменту принимаем 90×7 с A = 12,3 см², i_x = 2,77 см, i_y = 4,21 см,.

z₀ = 2,47 см.

Проверка прочности Условие выполняется.

Стержень № 27 (является центрально сжатым).

N₂₇ = -468 кН Задаёмся = 0,5.

см².

см².

По сортаменту принимаем 125×10 с A = 24,3 см², i_x = 3,85 см, i_y = 5,66 см,.

z₀ = 3,45 см.

Проверка прочности Условие выполняется.

Стержень № 28 (является растянутым).

N₂₈ = 320,2 кН.

см².

см².

По сортаменту принимаем 70×5 с A = 6,86 см², i_x = 2,16 см, i_y = 3,38 см.