Каркасные здания и сооружения, конструирование и расчет элементов каркаса

Эта сила считается приложенной к головке подкранового рельса и на этом же уровне тормозными конструкциями передается на колонну, поровну распределяясь между колесами моста крана. При этом принимается в запас, что она приложена на уровне подкрановой консоли только к одной стойке, причем к той, где действует Dmax.

Полную горизонтальную силу Т можно определить с помощью линии влияния при тех же схемах расположения колес:

T = y1 * nc * Tk * Σy = 1.05 * 1 * 1.65 * 1.37 = 2.35

где Тк — нормативная горизонтальная сила, приходящаяся на одно колесо крана, определяемая для кранов с гибким подвесом груза формулой:

Tk = (0.05 * (Q + Gtel))/nc = (0.05 * (50 * 18))/1 = 1.65

3. Продольная горизонтальная сила возникает от трения колес об рельс и от сил торможения моста крана вдоль здания и при расчете плоской поперечной рамы каркаса не рассчитывается.

Снеговые нагрузки:

Снеговые нагрузки определяются в соответствии с рекомендациями методических указаний, для заданного района строительства с учетом повышения снегового давления на покрытие в местах перепада высот и у парапетов.

1. Погонная равномернораспределнная нагрузка qsn. приложенная по пролету, определяется формулой:

qsn = м * Sk * y2 * Bk = 1 * 340 * 1.4 * 6 = 2.856

где Sk — расчетная снеговая нагрузка на 1 м² горизонтальной поверхности земли, определяется в зависимости от снегового района 340кг/м2;

м — коэффициент перехода снегового давления от поверхности земли на поверхность покрытия здания; для плоских кровель и кровель с уклоном менее коэффициент равен 1;

у2 — для снеговой нагрузки в данном случае принимается равным 1,4;

2. Ордината погонной нагрузки qsn1 у парапетов в местах образования, так называемых, «снеговых мешков» определяется следующим образом:

qsn1 = ((200 * hp)/S) * Sk * y2 * Bk = ((200 * 0.6)/500) * 0.34 * 1.4 * 6 = 0.363

где первый множитель — коэффициент перехода снегового давления от поверхности земли на покрытие у парапета.

3. Узловые силы по рядам, А и Б. Силы принимаются приложенными в узлы на уровне верха колонн, действуют по оси сечения их верхних частей и определяются по формуле:

Gsn = (qsn * Lp)/2 = (2.856 * 33)/2 = 47.124

Gsn1 = (qsn1 — qsn)*Bk/2 = (0.685 — 2.856)*6/2 = 1.314

Ветровые нагрузки:

Ветровая нагрузка, передаваемая стенами здания на элементы каркаса, определяется в общем случае как сумма средней и пульсационной составляющих. В курсовом проекте рассматривается только статическая составляющая, соответствующая установившемуся ветровому напору.

1. Фактическую эпюру ветровой нагрузки представить в виде ступенчатой по принципу осреднения в пределах выделенных по высоте здания участков. Тогда расчетную ветровую нагрузку на каждом участке можно определить по формуле

где q0 — нормативное значение скоростного напора, принимаемое в соответствии с указаниями равным 38;

с — аэродинамический коэффициент (коэффициент лобового сопротивления), равный для наветренной стороны здания 0,8, а для подветренной зоны (зоны «отсоса») — 0,6 (таким образом, суммарный коэффициент при обдуве плоских поверхностей получается равным 1,4);

— коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 1,4;

— коэффициенты, учитывающие изменение скоростного напора по высоте;

— число участков осреднения, принимающее в данном случае значения. Аналогично определяется с подветренной стороны при .

q1=0,8ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(0,75+0,75)/2=0,38тс/м,

q2=0,8ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(0,75+1,0)/2=0,44тс/м,

q3=0,8ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(1,0+1,18)/2=0,56тс/м,

q'1=0,6ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(0,75+0,75)/2=0,28тс/м,

q'2=0,6ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(0,75+1,0)/2=0,33тс/м,

q'3=0,6ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(1,0+1,125)/2=0,40тс/м, Ступенчатая эпюра ветрового давления заменяется эквивалентной равномерно распределенной по всей высоте с ординатами (наветренная сторона) и (подветренная сторона). При этом следует руководствоваться равенством моментов в заделке при ступенчатой и равномерно распределенной эпюрах, тс/м.

q = [2 * (0.38 * 5 * 2.5 + 0.44 * 5 * 7.5 + 0.56 * 6.8 * 13.4)]/16.82 = 0.41

q` = [2 * (0.28 * 5 * 2.5 + 0.33 * 5 * 7.5 + 0.45 * 6.8 * 13.4)]/16.82 = 0.33

3. Сосредоточенные силы, учитывающие ветровое давление на поперечную раму в пределах опорной части фермы и парапетов, т. е. элементов, не попавших в расчетную схему, допускается прикладывать в верхние узлы рамы.

.

WA = 0.41 * (3.15 + 0.6) + 0.33 * 0.6 = 1.74

WB = 0.41 * 0.6 + 0.33 * (3.15 + 0.6) = 1.48

При ветре справа указанные параметры определяются аналогично. Результаты записываются в строки таблицы 4, соответствующие 9 и 10 загружениям.

Расчет каркаса на статические воздействия

Основные размеры геометрической схемы:

— расчетный пролет:

= 33 + 2 * 0.25 — 1.63 = 31.87

— высота нижней части колонны:

Нн=12.3

— высота верхней части колонны:

Hв=4.5

— эксцентриситет верхней и нижней части колонны:

e = 0.5 * Hn — 0.5 * Hv = 0.5 * 12.3 — 0.5 * 4.5 = 3.9

Таблица 2. Значения продольной и изгибной жесткостей элементов

№ элемента Iy, см4 F, см2 EF, т EIy, т· м2 1 1 618 532 348 730 800 339 891 2 166 600 174 365 400 34 986 3 1 618 532 348 730 800 339 891 4 166 600 174 365 400 34 986 5 6 474 128 174 (Fригеля=F2) 365 400 1 359 566

Таблица 3. Загружения рамы

№

п/п Номера узлов и элементов Вид нагрузки Схема приложения Номер схемы загружения Численные значения, тс (тсּм) Примечание 1 1э сила распред. 1 3,76 2 1э момент распред. 1 3,14 3 3у сила узловая 1 5,11 4 3у момент узловой 1 0,22 5 2э сила распред. 1 3,57 6 2э момент распред. 1 1,19 7 5у сила узловая 1 51,3 8 3э сила распред.

1 3,76 9 3э момент распред. 1 -3,14 10 4у сила узловая 1 5,11 11 4у момент узловая 1 -0,22 12 4э сила распред. 1 3,57 13 4э момент распред. 1 -1,19 14 6у сила узловая 1 51,3 15 3у сила узловая 2 276,26 16 3у момент узловой 2 -187,88 17 4у сила узловая 2 129,8 18 4у момент узловой 2 88,26 19 3у сила узловая 3 129,8 20 3у момент узловой 3 -88,26 21 4у сила узловая 3 276,26 22 4у момент узловой 3 187,88 23 3у сила узловая 4 2,05 24 3у сила узловая 5 -2,05 25 4у сила узловая 6 2,05 26 4у сила узловая 7 -2,05 27 5у сила узловая 8 36,96 28 6у сила узловая 8 36,96 29 1э сила распред. 9 -0.23 30 2э сила распред. 9 -0.23 31 5у сила узловая 9 -0,88 32 3э сила распред.

9 -0.17 33 4э сила распред. 9 -0.17 34 6у сила узловая 9 -0,76 35 1э сила распред. 10 0.17 36 2э сила распред. 10 0.17 37 5у сила узловая 10 -0,76 38 3э сила распред. 10 0.23 39 4э сила распред. 10 0.23 40 6у сила узловая 10 -0,88

Определение наиневыгоднейших комбинаций усилий и построение огибающих M, N и Q

В рамках расчета предполагается рассмотреть одно из основных сочетаний, в котором нагрузки от собственного веса элементов рамы каркаса являются постоянными, а остальные относятся к кратковременным. Именно такое сочетание приводит к наиневыгоднейшим комбинациям усилий в сечениях колонн крайних рядов зданий каркасного типа.

Рисунок 4. Постоянные нагрузки

Рисунок 5. Крановые нагрузки Рисунок 6. Схема загружения от действия крановых нагрузок 4, 5,6 и 7

Рисунок 7. Снеговые нагрузки

Рисунок 8. Ветровая нагрузка Приложение 4. Сводная таблица усилий в расчетных сечениях

№ сх. Коэф. 1−1 2−2 3−3 4−4 ψ M N Q M N Q M N Q M N Q 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Постоянные 1 1 -1 -48,2 -1,2 1 -26,7 -1,2 2 -26,7 -1,2 0 -15 -1,2 Крановые нагрузки 2 1 -0,3 -72,2 2,5 28,8 -72,2 2,5 -12,7 0 2,5 0 0 2,5 Dmax Dmin Mmax Mmin 0.8 -0,2 -57.8 2 23 -57,8 2 -10,2 0 2 0 0 2 полная 0.6 Крановые нагрузки 1 -17,2 -41,5 2,2 8,6 -41,5 2,2 -11,3 0 2,2 0 0 2,2 Dmin Dmax 3 Mmin Mmax 0.8 -13,7 -33,2 1,8 6,9 -33.2 1,8 -9 0 1,8 0 0 1,8 полная 0.6 Крановые нагрузки 4 1 -16,8 0 1,7 3,4 0 1,7 3,4 0 -0,7 0 0 -0,7 Левая стойка Т вправо 0.8 -13,4 0 1,4 2,7 0 1,4 2,7 0 -0,6 0 0 -0,6 0.6 Крановые нагрузки 5 1 16,8 0 -1,7 -3,4 0 -1,7 -3,4 0 0,7 0 0 0,7 Левая стойка Т влево 0.8 13,4 0 -1,4 -2,7 0 -1,4 -2,7 0 0,6 0 0 0,6 0.6 Крановые нагрузки 6 1 -11,3 0 0,7 -3,4 0 0,7 3,4 0 0,7 0 0 0,7 Правая стойка Т вправо 0.8 -9 0 0,6 -2.7 0 0,6 2,7 0 0,6 0 0 0,6 0.6 Крановые нагрузки 7 1 11,3 0 -0,7 3,4 0 -0,7 -3,4 0 -0,7 0 0 -0,7 Правая стойка Т влево 0.8 9 0 -0,6 2.7 0 -0,6 -2,7 0 -0,6 0 0 -0,6 0.6 Снеговая нагрузка 8 1 0 -3,9 0 0 -3,9 0 0 -3,9 0 0 -3,9 0 0.8 0.6 0 -2,3 0 0 -2,3 0 0 -2,3 0 0 -2,3 0 Ветровая нагрузка 9 1 60,3 0 -6,1 9.3 0 -2,6 9,3 0 -2,6 0 0 -1,5 (ветер слева) 0.8 0.6 Ветровая нагрузка 10 1 -57,1 0 5,2 -11,1 0 2,7 -11,1 0 2,7 0 0 1,8 (ветер справа) 0.8 0.6

Таблица 6. Расчетные усилия в сечениях для и

Расчетные усилия 1−1 2−2 3−3 4−4 M N M N M N M N NN схем 1,2,5,8,9 1,2,5,8,9 1,2,4,9 1,2,4,9 1,8,9 1,8,9 1,8 1,8 и соотв. -1 -48,2 1 -26,7 2 -26,7 0 -15 -0,2 -57,8 23 -57,8 0 0 0 0 13,4 0 2,7 0 0 0 0 0 0 -2,3 0 0 0 -2,3 0 -2,3 60,3 0,0 9,3 0 9,3 0 0 0 72,5 -108,3 36 -84,5 11,3 -29 0 -17,3 NN схем 1,3,6,10 1,3,6,10 1,3,6,8,10 1,3,6,8,10 1,2,5,10 1,2,5,10 1,8 1,8 и соотв. N -1 -48,2 1 -26,7 2 -26,7 0 -15 -13,7 -33,2 6,9 -33,2 -10,2 0,0 0 0 -9 0 -2,7 0 -2,7 0,0 0 0 0 0 0 -2,3 0 0,0 0 -2,3 -57,1 0 -11,1 0,0 -11,1 0,0 0 0 -80,8 -81,4 -5,9 -62,2 -22 -26,7 0 -17,3 (N) 72,5 -108,3 36 -84,5 11,3 -29 0 -17,3 (N) -80,8 -81,4 -5,9 -62,2 -22 -26,7 0 -17,3

Таблица 7. Расчетные усилия в сечениях для и

Расчетные усилия 1−1 2−2 3−3 4−4 M N M N M N M N NN схем 1,2,5,8,9 1,2,5,8,9 1,2,4,8,9 1,2,4,8,9 1,8,9 1,8,9 1,8 1,8

и соотв. -1 -48,2 1 -26,7 2 -26,7 0 -15 -0,2 -57,8 23 -57,8 0 0 0 0 13,4 0 2,7 0 0 0 0 0 0 -2,3 0 -2,3 0 -2,3 0 -2,3 60,3 0,0 9,3 0 9,3 0 0 0 72,5 -108,3 36 -86,8 11,3 -29 0 -17,3 NN схем 1,3,6,8,10 1,3,6,8,10 1,3,6,8,10 1,3,6,8,10 1,2,5,8,10 1,2,5,8,10 1,8 1,8

и соотв. -1 -48,2 1 -26,7 2 -26,7 0 -15 -13,7 -33,2 6,9 -33,2 -10,2 0,0 0 0 -9 0 -2,7 0 -2,7 0,0 0 0 0 -2,3 0 -2,3 0 -2,3 0 -2,3 -57,1 0 -11,1 0,0 -11,1 0,0 0 0 Σ -80,8 -83,7 -5,9 -62,2 -22 -29,1 0 -17,3 72,5 -108,3 36 -86,8 11,3 -29 0 -17,3 -80,8 -83,7 -5,9 -62,2 -22 -29,1 0 -17,3

Заключение

В рамках данного курсового проекта был произведен расчет металлического каркаса однопролетного промышленного здания. На основании требований технического задания, были разработаны объемнопланировочные и конструктивные решения, была выбрана расчетная схема с предварительным назначением сечений элементов и параметров каркаса, после чего был произведен сбор нагрузок, моделирование и расчет каркаса в программе SCAD.

Лекции по дисциплине «Металлические каркасные здания и сооружения»

Соколов В.А., Страхов Д. А, Синяков Л. Н. Каркасные здания и сооружения. Конструирование и расчет производственных зданий каркасного типа. СПб, изд-во Политехн. Ун-та, 2007

Шерешевский И. А. Конструирование промышленных зданий. М., Архитектура-С, 2005

СНиП 2.

01.07−85* Нагрузки и воздействия. М., Минстрой РФ, 1996

СНиП II-23−81* Стальные конструкции. М., Минстрой РФ, 2004

Каркасные здания и сооружения. Расчет усилий с помощью программы SCAD. Методические указания/Константинов И.А., Соколов В. А., СПб, изд-во Политехн. ун-та, 2006