Расчет нагрузки на поперечную раму каркаса одноэтажного промышленного здания

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Запорізька державна інженерна  академія

 

Кафедра міського будівництва та господарства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

 

з дисципліни:

 

«ОСНОВИ ПРОЕКТНОЇ СПРАВИ ТА КОНСТРУЮВАННЯ»

 

 

 

 

 

 

Виконав:

студент групи ПЦБ-11о        Я.І. ****

 

 

 

Перевірив:

О.І. *****

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м. ****

2012 р.

Завдання №15

 

Визначити навантаження на поперечну  раму каркасу одноповерхової двопрольотної  промислової будівлі при наступних  даних:

1. Довжина будівлі – 78 м;
2. Ширина прольоту – 36 м;
3. Крок колон: крайніх – 6 м; середніх – 6 м;
4. Кількість кранів – 4 шт.; вантажопідйомність кранів – 125/20 т;
5. Тип ригелю – ферма; тип покрівлі – Б;
6. Тепловий режим цеху – опалюваний;
7. Матеріал конструкції каркасу – метал;
8. Довжина колони: підкранова – 12,8 м; над кранова – 5,3 м;
9. Перерізи колон:

крайньої:  нижня частина – 50*30 см;

верхня частина – 30*50 см;

середньої: нижня частина – 70*200 см;

верхня частина – 40*70 см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Розрахункова та конструктивна схема рами

 

 

 

 

Малюнок 1 – Схеми рами:

а – конструктивна;

б – розрахункова;

в – до визначення ексцентриситетів крайньої колони;

г –  до визначення ексцентриситетів середньої колони.

 

 

 

 

 

2. Визначення ексцентриситетів

 

Ексцентриситети для металевих колон визначаються за наступними формулами:

 

e1 = 0,45 * hн = 0,45 * 1,3 = 0,585 м.

e2 = hн – 0,5 * hв – e1 = 1,3 – 0,5 * 0,5 – 0,585 = 0,465 м.

e3 = 0,45 – 0,5 * hв = 0,45 – 0,5 * 0,5 = 0,2 м.

e4 = 0,5 * hн’= 0,5 * 2 = 1,0 м.

e5 = 0,2 м.

 

Відстань між координаційною віссю та геометричною віссю нижньої частини колони визначається за формулою:

 

d = 0,55 * hн – 0,25 = 0,55 * 1,3 – 0,25 = 0,465 м.

 

3. Постійні навантаження

 

1. Навантаження від покриття

 

Тип, склад покриття та їх характеристичні значення приведені у таблиці 1.

 

Таблиця 1 – Навантаження від ваги конструкцій покриття

 

Вид навантаження	Нормативне, кН/м2	Коефіцієнт γf	Розрахункове, кНм2
Гравійний захист	0,3	1,3	0,4
Гідроізоляція	0,15	1,3	0,2
Стяжка	0,3	1,3	0,39
Утеплювач (пінопласт)		1,2	0,03
Пароізоляція	0,05	1,3	0,065
Профільований настил	0,13	1,05	0,14
Прогони	0,05	1,05	0,055
Зв’язки покриття	0,04	1,05	0,045
Кроквяна ферма	0,1	1,05	0,105
qп			1,43

 

Навантаження на колону від покриття становить:

 

Pп = qп * B * (L / 2) * γf = 1,13 * 6 * 36 / 2 * 0,95 = 146,72 кН,

 

де  qп – розрахункове навантаження 1 м² покриття;

В – крок рам;

L – прольот рами.

 

Навантаження від власної ваги металевих колон визначаємо за наступними формулами:

 

Pкн = qкн. * Hн * γf * γn = 4 * 12,8 * 1,1 * 0,95 = 53,5 кН;

Pкв = qкв * Hв * γf * γn = 2 * 5,3 * 1,1 * 0,95 = 11,08кН;

Pкн’ = qкн’ * Hн * γf * γn = 6 * 12,8 * 1,1 * 0,95 = 80,26 кН;

Pкв’ = qкв’ * Hв * γf * γn= 3 * 5,3 * 1,1 * 0,95 = 16,62 кН,

 

де Нн, Нв – відповідно, довжина нижньої і верхньої частини колони; 

γf – коефіцієнт надійності за навантаженням; γf = 1,0;

γn – коефіцієнт надійності будинку за призначенням; γn = 0,95.

 

3.4. Навантаження від  огороджуючих  конструкцій

 

Значення навантажень від огороджуючих конструкцій визначаємо за формулами:

 

Pст1 = qст * Hст1 * B * γf * γn = 2,36 * 0,8 * 6 * 1,1 * 0,95 = 11,84 кН

Pст2 = qст * (Hст2 – Hок) * B * γf * γn + qок * Hок * B * γf * γn = 2,36 * (8,8 – 0,8) * * 6 * 1,1 *0,95 + 0,5 * 1,2 * 6 * 1,1 * 0,95 = 122,14 кН,

де Нок = 1,2 м;

Нст = 0,8 м;

qст = 2,36 кН/м²;

qок = 0,5 кН/м².

 

3.5. Формування схеми  завантаження від постійних навантажень

 

Знайдемо значення постійних навантажень:

 

P1 = Pкн + Pст1 = 53,5 + 11,84 = 65,34 кН

P2 = Pкн’ = 80,26 кН

P3 = Pп + Pкв + Pст2 = 146,72 + 11,08 + 122,14 = 279,94 кН

P4= 2 * Pп + Pкв’ = 2 * 146,72 + 16,62 = 310,06 кН

 

Ригель покриття опирається на колону з ексцентриситетом, тому необхідно  урахувати додатково момент:

 

M3 = Pп * e3 = 146,72 * 0,2 = 29,34 кН*м.

 

 

Малюнок 2 – Завантаження металевої рами постійними навантаженнями:

а – конструктивна схема;

б – розрахункова схема.

 

4. Навантаження від  снігу

 

Навантаження від снігу  визначається наступною формулою:

 

Sm= S0 * C * γfm = 1,74 * 1 * 1,04 = 1,81 кН/м² ,

 

де  S0 – маса снігового покрову на 1 м² горизонтальної проекції, S0 = 1,74 кН/м²;

 С = Cr * Calt * μ = 1,

де Сr – коефіцієнт експлуатації,  Сr = 1;

Сalt – коефіцієнт географічної висоти, Сalt = 1;

μ – коефіцієнт переходу від ваги снігу на поверхню землі до снігового  навантаження на покрівлю, μ = 1.

 

Знайдемо рівномірно розподілене  навантаження:

 

Pсн = Sm * B * L / 2 * γn = 1,81 * 6 * 36 / 2 * 0,95 = 185,71 кН

 

Тоді згинальний момент буде:

 

Mсн = Pсн * e3 = 185,71 * 0,2 = 37,14 кН.

 

5. Навантаження від  вітру

 

Навантаження від вітру визначається наступною формулою:

 

Wm = W0 * C * γfm

 

де С = Caer * Ch * Calt * Cdir * Crel * Cd,

де   Caer – аеродинамічний коефіцієнт, Caer = Се = 0,8;

Сh – коефіцієнт висоти будівлі; Сh⁵ = 0,5; Сh¹⁰ = 0,65; Сh²⁰ = 0,85 Сh⁴⁰ = 1,0;

Calt – коефіцієнт географічної висоти; Calt = 1,0;

Cdir – коефіцієнт напрямку вітру; Cdir = 1,0;

Crel – коефіцієнт рельєфу; Crel = 1,0;

Cd – коефіцієнт динамічності, Cd = 1,0.

γfm – коефіцієнт надійності по межі значень вітрового навантаження; γfm = 1,035

W0 – нормативний швидкісний напір тиску вітра, W0 = 0,36 кН/м².

 

Визначимо статичну складову вітрового  навантаження:

 

q⁵ = W0 * Сe * Сh⁵ * B * γfm * γn = 0,36 * 0,8 * 0,5 * 6 * 1,035 * 0,95 = 0,849 кН/м²

q^12,8 = W0 * Сe * Сh^12,8 * B * γfm * γn = 0,36 * 0,8 * 0,703 * 6 * 1,035 * 0,95 =

= 1,196 кН/м²

q^18,1 = W0 * Сe * Сh^18,1 * B * γfm * γn = 0,36 * 0,8 * 0,805 * 6 * 1,035 * 0,95 =

=1,369 кН/м²

q^21,6 = W0 * Сe * Сh^21,6 * B * γfm * γn = 0,36 * 0,8 * 0,857 * 6 * 1,035 * 0,95 =

= 1,458 кН/м²

q^5’ = W0 * Сe * Сh^5’ * B * γfm * γn =0,36 * 0,408 * 0,5 * 6 * 1,035 * 0,95 =

= 0,433 кН/м²

q^12,8’ = W0 * Сe * Сh^12,8’ * B * γfm * γn = 0,36 * 0,408 * 0,703 * 6 * 1,035 * 0,95 =

= 0,609 кН/м²

q^18,1’ = W0 * Сe * Сh^18,1’ * B * γfm * γn =0,36 * 0,408 * 0,805 * 6 * 1,035 * 0,95 =

= 0,698 кН/м²

q^21,6’ = W0 * Сe * Сh^21,6’ * B * γfm * γn = 0,36 * 0,408 * 0,857 * 6 * 1,035 * 0,95 =

= 0,743 кН/м² ,

 

де  Сe³ = 0,408 – коефіцієнт, що залежить від геометричних параметрів (H0/L0)/(B0/L0) = ([12,8 + 8,8] /72) / (78/72) = 1,083

 

Вітрове навантаження на ділянці від низу ригеля до найбільш високої точки будівлі визначається наступними формулами:

 

W = (qнф + qвп) * Hп / 2 = (1,458 + 1,369) * 3,5 / 2 = 4,95 кН;

W’ = (qнф’ + qвп’) * Hп / 2= (0,743 + 0,698) * 3,5 / 2 = 2,52 кН,

 

де Hп = H0 – Hк = 21,6 – 18,1 = 3,5 м.

 

 

Малюнок 3 – Завантаження рами від вітру:

а – схема завантаження;

б – розрахункова схема.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Навантаження від  мостових кранів

 

6.1. Схема крану та лінії впливу

 

 

 

Малюнок 4 – Лінії впливу опорного тиску на колону вiд кранового навантаження

 

 

6.2. Визначення вертикальних  навантажень

 

Знайдемо вертикальні навантаження:

 

Дmax = Nn * γf * γn * ∑Fmax * Уі + Gпб * B * γf * γn = 0,7 * 1,1 * 0,95 *(550 * (0,47  + 0,54) + 580 * (0,93 + 1) + 550 * (0,75 + 0,68) + 580 * (0,3 + 0,22) + 9 * 6 * 1,1 * 0,95 =

= 2077,56 кН;

Дmin = Nn * γf * γn * ∑Fmіn * Уі + Gпб * B * γf * γn = 0,7 * 1,1 * 0,95 * (145 * (0,47 + 0,54 + 0,75 + 0,68) + 115 * (0,93 + 1 + 0,3 + 0,22) + 9 * 6 * 1,1 * 0,95 = 521,33 кН,

 

де Nn – коефіцієнт поєднання, Nn = 0,7;

γf – коефіцієнт надійності щодо кранового навантаження, γf = 1,1;

Fmax – максимальний нормативний тиск колеса крана, Fmax = 550, 580 кН;

∑Уі – сумма ординат ліній впливу для опорного тиску на колону,

У1 = 5 600 / 12 000 = 0,47;

У2 = 6 500/12 000 = 0,54;

У3 = 1100 / 12 000 = 0,93;

У4 = 1;

У5 = 9 050 / 12 000 = 0,75;

У6 = 8 150 / 12 000 = 0,63;

У7 = 3 550 / 12 000 = 0,30;

У8 = 2 650 / 12 000 = 0,22;

Fmіn – найменший тиск колеса крану, Fmіn = (Q + Gк) / Nк – Fmax = (1 250 +           1 530)/4 – 550 (580) = 145 (115) кН,

 

де Q – вантажопідйомність крану, Q = 1 250 кН;

Gк – маса крана з візком, Gк = 1 530 кН;

Nк – кількість колес з одного боку крана, Nк = 4.

6.3. Визначення додаткових моментів

 

Значення додаткові моменти  за наступними формулами:

 

Mmax = Дmax * e1 = 2077,56 * 0,585 = 1215,38 кН*м;

Mmin = Дmin * e1 = 521,33 * 0,585 = 304,98 кН*м;

 

для середніх колон:

 

Mmax’ = Дmax * e4 = 2077,56 * 1 = 2077,56 кН*м;

Mmin’ = Дmin * e4 = 304,98 * 1 = 304,98 кН*м.

 

6.4. Визначення горизонтального  тиску

 

Знайдемо горизонтальний тиск від  сил поперечного гальмування  візка крану:

 

Tmax = Nn * γf * γn * Tk * ∑Уі = 0,85 * 1,1 * 0,95 * 41 * (0,47 + 0,54 + 0,93 + 1 + 0,75 + 0,68 + 0,3 + 0,22) = 178,08 кН,

 

де Тк – горизонтальний тиск одного колеса крана,

Tk = f * (Q + Gв) * nк = 0,1 * (390 + 1250)/4 = 41 кН;

Gв – маса візка крана, Gв = 390 кН;

f – коефіцієнт тертя, для кранів з жорстким підвісом  f = 0,1;

Nn – коефіцієнт поєднання, Nn = 0,85

 

6.5. Формування схем  навантаження від кранів 

 

 

 

 

 

Малюнок 5 – Схема завантаження рами вiд мостових кранiв:

                         а – вертикальним опорним тиском;

                         б – поперечним гальмуванням.