Нагрузки, действующие на поперечную раму одноэтажного промышленного здания.

Компоновка поперечной рамы и определение нагрузок

Компоновку поперечной рамы производим в соответствии с требованиями типизации конструктивных схем одноэтажных промышленных зданий. Находим высоту надкрановой части колонн, принимая высоту подкрановой балки 0,8 м (по приложению XII) для шага колонн 6 м., а кранового пути 0,15 м с учетом минимального габарита приближения крана к стропильной конструкции 0,1 м и высоты моста крана грузоподъемностью 32/5 т H_k – 2,75 м (по приложению XV):

Высоту подкрановой части колонн определяем но заданной высоте до низа стропильной конструкции 12 м и отметки обреза фундамента – 0,150 м.:

Н₂ = 2,75 + 0,8 + 0,15 + 0,1 = 3,8 м => принимаем Н₂ = 3,9 м

Н₁ = 12 - 3,9 + 0,15 = 8,25 м.

Расстояние от верха колонны до уровня головки подкранового рельса соответственно будет равно:

у = 3,9 - 0,8 - 0,15 = 2,95 м.

Для назначения размеров сечений колонн по условию предельной гибкости вычислим их расчетные длины в соответствии с требованиями табл. 32 [2]. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1. Расчетные длины колонн (l₀)

Часть колонны	При расчёте в плоскости поперечной рамы	В перпендикулярном направлении
При учёте нагрузок от крана	Без учёта нагрузок от крана
Подкрановая Н₁= 8,25 м.	1,5∙Н₁=1,5∙8,25=12,375 м	1,2∙(Н₁+Н₂) = 14,58 м.	0,8∙Н₁= 6,6 м.
Над крановая Н₂= 3,9 м.	2∙Н₂=2∙3,9=7,8м	2,5∙Н₂= 9,75 м.	1,5∙Н₂= 5,85 м.

Согласно требованиям п. 5.3 [2], размеры сечений внецентренно сжатых колонн должны приниматься такими, чтобы их гибкость l₀/r (l₀/h)в любом направлении, как правило, не превышала 120 (35). Следовательно, по условию максимальной гибкости высота сечения подкрановой части колонн должна быть не менее 14,58/35 = 0,417 м, а над крановой – 9,75/35 = 0,279 м. С учетом требований унификации для мостовых кранов грузоподъемностью более 30 т принимаем поперечные сечения колонн в над крановой части 400×600 мм. В подкрановой части для крайних колонн назначаем сечение 400×800 мм, и для средней – 400×600 мм. В этом случае удовлетворяются требования по гибкости и рекомендации по назначению высоты сечения подкрановой части колонны в пределах:

(1/10...1/14)Н₁= (1/10...1/14)8,25 = 0,825...0,589 м.

В соответствии с таблицей габаритов колонн (приложение V) и назначенными размерами поперечных сечений принимаем для колонн крайнего ряда по оси А номер типа опалубки 5, а для колонн среднего ряда по оси Б – 9.

Стропильную конструкцию по заданию принимаем в виде сегментной раскосной фермы типа ФС-18 из тяжелого бетона. По приложению VI назначаем марку конструкции 2ФС-18, с номером типа опалубочной формы 2, с максимальной высотой в середине пролета равной; h_ферм = 2.45 + 0.18/2 +0.2/2 = 2.64 м., и объемом бетона 2,42 м³.

По приложению XI назначаем тип плит покрытия размером 3×6 м (номер типа опалубочной формы 1 высота ребра 300 мм, приведенная толщина с учетом заливки швов бетоном 65,5 мм).

Толщина кровли (по заданию тип 5), согласно приложению XIII, составляет 140 мм. По заданию проектируем наружные стены из сборных навесных панелей. В соответствии с приложением XIV принимаем панели из ячеистого бетона марки по плотности D800 толщиной 200 мм. Размеры остекления назначаем по приложению XIV с учетом грузоподъемности мостовых кранов.

Результаты компоновки поперечной рамы здания представлены на рис. 1.

Рис.1. Фрагмент плана одноэтажного трехпролётного промышленного здания и поперечный разрез.

Определяем постоянные и временные нагрузки на поперечную раму: постоянные нагрузки, распределенные по поверхности от веса конструкции покрытия заданного типа (рис. 2) приведены в табл. 2.

Таблица 2. Постоянные нагрузки на 1 м² покрытия:

Элемент совмещённого покрытия	Нормативная нагрузка [кН/м²]	Коэффициент γ_с	Расчётная нагрузка [кН/м²]
Кровля:
Слой гравия, втопленного в битум	0,16	1,3	0,208
Трехслойный рубероидный ковёр	0,09	1,3	0,117
Цементная стяжка (δ = 25 мм)	0,27	1,3	0,351
Ячеистый бетон	0,03	1,3	0,39
Пароизоляция (рубероид 1 слой, 0,03 мм.)	0,03	1,3	0,039
Ребристые плиты покрытия размером 3х6 м с учётом заливки швов (δ = 65,5 мм, ρ = 25 кН/м³)	1,75	1,1	1,925
ФС-18 (V_б=2,42 м³, пролёт 18 м, шаг колонн 6 м, бетон тяжелый)	0,6534	1,1	0,7187
Итого			3,748

С учетом коэффициента надежности по назначению здания γ_n = 1 (класс ответственности I) и шага колонн в продольном направлении 6 м, расчетная постоянная нагрузка на 1 м ригеля рамы будет равна:

G = 3,748·1·6=22,4922 кН/м.

Нормативная нагрузка от 1 м² стеновых панелей из бетона на пористом заполнителе марки D 800 при толщине 200 мм составит 8,8·0,2 = 1,76 кН/м², где ρ= 8,8 кН/м³ – плотность бетона на пористом заполнителе, определяемая согласно п. 2.13 [3].

Нормативная нагрузка от 1 м² остекления в соответствии с приложением XIV равна 0,5 кН/м².

Расчетные нагрузки от стен и остекления оконных переплетов производственного здания:

на участке между отметками 11,4 и 13,8 м G₁ = 27,8784 кН;

на участке между отметками 7,8 и 11,4м G₂ = 21,5892 кН

на участке между отметками 0,0 и 7,8 м G₃ = 35,7192 кН;

Расчетные нагрузки от собственного веса колонн из тяжелого бетона (ρ = 25 кН/м³):

Колонна по оси А, подкрановая часть с консолью:

G₄₁= (0,8·8,25+0,5·0,6+0,5²/ 2)·0,4·25·1,1·1 = 77,275 кН;

Над крановая часть:

G₄₂ = 0,4·0,6·3,9·25·1,1·1 = 25,74кН;

итого

G₄ = G₄₁+G₄₂= 103,015 кН.

Колонна по оси Б, подкрановая часть с консолями:

G₅₁= (0,8·8,25+2·0,6·0,65+0,65²)·0,4·25·1,1·1 = 94,9025 кН;

над крановая часть:

G₅₂ = 0,6·0,4·3,9·25·1,1·1= 25,74 кН;

итого

G₅= G₅₁+G₅₂= 120,6425 кН.

Расчетная нагрузка от собственного веса подкрановых балок (по приложению XII) и кранового пути (1,5 кН/м) будет равна: G₆ =(35+1,5·6) ·1,1·1 = 48,4 кН

Временные нагрузки:снеговая нагрузка для расчета поперечной рамы принимается равномерно распределенной во всех пролетах здания. Для заданного района строительства

(г. Братск) по [7] определяем нормативное значение снегового покрова s_o = 1 кПа (район III) и соответственное полное нормативное значение снеговой нагрузки s = s_o·μ = 1·1 = 1,0 кПа (при определении коэффициента μ не следует учитывать возможность снижения снеговой нагрузки с учетом скорости ветра). Коэффициент надежности для снеговой нагрузки γ_f = 1,4. Тогда расчетная нагрузка от снега на 1 м ригеля рамы с учетом класса ответственности здания соответственно будет равна P_sn = 1·1,4·6·1= 8,4 кН/м. Длительно действующая часть снеговой нагрузки согласно п. 1.7 [7] составит P_sn,l = P_sn·k= 0,3·8,4 = 2,52 кН/м.

Крановые нагрузки: по приложению XV находим габариты и нагрузки от мостовых кранов грузоподъемностью Q = 32 т : ширина крана В_к = 6,3 м; база крана А_к = 5,1 м; нормативное максимальное давление колеса крана на подкрановый рельс Р_мaх,п = 235 кН; масса тележки G_T = 8,7 т; общая масса крана G_к = 28,0 т;

Нормативное минимальное давление одного колеса крана на подкрановый рельс (при 4 колесах):

Р_мin,п= 0,5(Q + Q_к) – Р_мaх,п= 0,5(313,9 + 28·9,81) – 235 = 59,3 кН.

Нормативная горизонтальная нагрузка на одно колесо крана, направленная поперек кранового пути и вызываемая торможением тележки, при гибком подвесе груза будет равна:

Т_п= 0,5·0,05(Q + Q_т) = 0,5·0,05(313,9 + 8,7·9,81) = 9,98 кН.

Расчетные крановые нагрузки вычисляем с учетом коэффициента надежности по нагрузке y_f = 1,1 согласно п. 4.8 [7].

Определим расчетные нагрузки от двух сближенных кранов по линии влияния (рис.3) без учета коэффициента сочетания Ψ:

Рис. 3 Линия влияния давления на колонну и установка крановой нагрузки в не выгодное положение.

максимальное давление на колонну

D_мaх= Р_мaх,п·γ_f ·Σ_у·γ_n = 235·1,1·1,95·1=504,075 кН, где Σ_у–

сумма ординат линии влияния,

Σ_у =1+0,8+0,15 = 1,95;

минимальное давление на колонну

D_min= Р_min,п·γ_f ·Σ_у·γ_n = 59,3·1,1·1,95·1=127,1985 кН.

тормозная поперечная нагрузка на колонку

Т= Т_п·γ_f ·Σ_у·γ_n = 9,98·1,1·1,95·1 = 21,4071 кН.

Ветровая нагрузка: Пенза расположена в II ветровом районе по скоростным напорам ветра. Согласно п. 6.4 [7] нормативное значение ветрового давления равно w₀=0,3 кПа. Для заданного типа местности В с учетом коэффициента k (см. табл 6 [7]) получим следующие значения ветрового давления по высоте здания:

на высоте до 5 м w_n1= 0,5·0,3 = 0,15 кПа;

на высоте 10 м w_n2= 0,65·0,3 = 0,195 кПа;

на высоте 20 м w_n3= 0,85·0,3 = 0,255 кПа.

Согласно рис. 4, вычислим значения нормативного давления на отметках верха колонн и покрытия:

на отметке 13,2м w_n4=0,195+[(0,255–0,195)/(20–10)](12–10)=0,207 кПа;

на отметке 15,3м w_n5 = 0,195 + [(0,255 – 0,195)/(20 – 10)](15,08 – 10) = 0,225 кПа. Переменный по высоте скоростной напор ветра заменяем равномерно распределенным, эквивалентным по моменту в заделке консольной балки длиной 6 м:

кПа

Рис. 4 К определению эквивалентного нормативного значения ветрового давления.

Для определения ветрового давления с учетом габаритов здания находим по прил. 4 [7] аэродинамические коэффициенты с_е = 0,8 и с_е3 = – 0,4; тогда с учетом коэффициента надежности по нагрузке, γ_f = 1,4 и шага колонн 6 м получим:

расчетную равномерно распределенную нагрузку на колонну рамы с наветренной стороны w₁= 0,177·0,8·1,4·6·1= 1,18944 кН/м;

то же, с подветренной стороны w₂ = 0,177·0,4·1,4·6·6 = 0,5947 кН/м;

расчетная сосредоточенная ветровая нагрузка от давления ветра на ограждающие конструкции выше отметки 12 м.:

·γ_f··L·γ_n=

= (0,207+0,225)/2(15,8 – 12)·(0,8+0,4)·1,4·6·1 = 6,706 кН.

Расчетная схема поперечной рамы с указанием мест приложения всех нагрузок приведена на рис.5. При определении эксцентриситета опорных давлений стропильных конструкций следует принимать расстояния сил до разбивочных осей колонн в соответствии с их расчетными пролетами по приложениям VI – X.

Рис. 5 Расчетная схема поперечной рамы.

5. Формирование ветровой нагрузки на одноэтажное промышленное здание. Формирование крановой нагрузки на промышл. здание.