Компоновка поперечной рамы.
Общие данные
Здание неотапливаемое, двухпролетное. Район строительства г. Иркутск. Здание состоит из четырех температурных блоков длиной 48 м. Пролет здания – 21 м., шаг колонн – 12 м.
Покрытие здания – утепленное. Плиты покрытия железобетонные размером 3х12 м. Стропильные конструкции – железобетонные сегментные фермы пролетом 21 м. Устройство светоаэрационных фонарей не предусматривается, цех оснащен лампами дневного света.
Каждый пролет здания оборудован двумя мостовыми кранами с грузоподъемностью 16т. Отметка верха кранового рельса 11.4 м, высота кранового рельса 150 мм.
Подкрановые балки разрезные железобетонные, предварительно напряженные, высотой 1,4 м.
Наружные стены – панельные: нижняя панель самонесущая, выше – навесные.
Для обеспечения пространственной жесткости здания в продольном направлении предусмотрены стальные вертикальные связи по колоннам портального типа. Место установки связей – середина температурного блока в пределах одного шага колонн на высоту от пола до низа подкрановых балок.
Жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается защемлением колонн в фундаментах и размерами сечений колонн, назначенными в соответствии с рекомендациями.
Жесткость диска покрытия в горизонтальной плоскости создается крупноразмерными железобетонными плитами покрытия, приваренными не менее чем в 3-х точках к стропильным конструкциям. Швы между плитами должны быть замоноличены бетоном класса не менее В10.
Геометрия и размеры колонн.
Для крайних колонн:
Расстояние от пола до головки подкранового рельса НI=11.4м. Высота надкрановой части ступенчатой колонны определяется из условия:
Нв= Нп.б.+Нр+Нкр+δ= 1.4+0,15+2.3+0,1=3.95м
Высота подкрановой части колонн:
Нн = Нг.к.р.- Нр-Нп.б.+а1=11.4-0,15-1.4+0,15=10м
Полная высота колонны при минимальном значении δ:
Нк= Нн + Нв = 10+3.95=13.95м.
Тогда габаритный размер здания Н=Нк-а1=13.95-0.15=13.8м, что кратно модулю 0,6 м. Для средних колонн:
Расстояние от пола до головки подкранового рельса НI=15м. Высота надкрановой части ступенчатой колонны определяется из условия:
Нв= Нп.б.+Нр+Нкр+δ= =3.95м
Высота подкрановой части колонн:
Нн = Нг.к.р.- Нр-Нп.б.+а1=15-0.15-1.4+0.15=13,6м
Полная высота колонны при минимальном значении δ:
Нк= Нн + Нв =13.6+3.95=17.55м.
Тогда габаритный размер здания Н=Нк-а1=17.55-0.15=17.4м, что кратно модулю 0,6 м.
Привязка колонн: В нашем случае шаг В=12м, грузоподъемность Q =16т, Нк=17.55м, т. е. В 
, Нк>16.2 м. Значит, привязка к оси будет равна 250 мм.
Типы колонн:
Размер сечений колонн:
- крайних: в подкрановой части hн= (1/9)·Нн– для кранов грузоподъёмностью 16т.
Тогда hн=(1/9)·Нн=10/9=1.11м. Принимаем hн=1.1 м (кратно 100 мм).
Т.к. hн>0,9м, то колонну принимаем двухветвевой.
В надкрановой части:
hв=λ+«δ» - Вкр- δкр = 0.75+0.25-0.26-0.06=0.68 м,
где: λ=0,75м – привязка кранового пути к разбивочной оси;
«δ»=0.25м – привязка осей крайних колонн к разбивочным осям;
Вкр=0,26м – расстояние от оси кранового рельса до торца крана;
δкр=0,06м – минимально допустимый зазор между торцом крана и гранью колонны.
Полученное значение округляется в меньшую сторону кратно 100 мм.
Принимаем hв=0,6м.
Ширина колонны «b» принимается большей из 3-х значений, кратно 100 мм:
b=Нк/ 30 = 13.95/ 30 = 0,465 м
b=Нн/ 20 =10 / 20 = 0,5 м
b≥0,5м – для шага колонн 12 м.
Принимаем b=0.5м.
-средних:hн=13.6/9=1.5м.
hв=0,6м – из условия опирания стропильных конструкций.
b=Нк/ 30 = 17.55/ 30 = 0.585 м
b=Нн/ 20 = 13.6/ 20 = 0.68 м
b≥0,5м – для шага колонн 12 м.
Принимаем b=0.7м.
Размеры сечений ветвей двухветвевых колонн (в плоскости рамы) примем равными для крайних hc=250мм, а для средних колонн hc=300мм.
Определение нагрузок на раму.
Постоянные нагрузки.
Нагрузка от веса покрытия Таблица 1
| Элементы покрытия | Источник | Нормативная нагрузка, Па | Коэфф. надежности по нагрузке | Расчетная нагрузка, Па |
| Рулонный ковер | 1,3 | |||
| Цементно-песчаная стяжка | 1,3 | |||
| Плитный утеплитель | 1,2 | |||
| Пароизоляция | 1,3 | |||
| Железобетонные ребристые плиты покрытия размером в плане 3 х 6 м | Приложение 21 | 1,1 | ||
| Итого: g |
Расчетное опорное давление фермы:
- от покрытия Gп= g · B · (L/2)=3.316*12*21/2=417.8кН;
- от фермы Gф = (110/2)·1.1=60.5кН.
Расчетная нагрузка на крайнюю колонну от веса покрытия с учетом коэффициента надежности по назначению здания γn=1;
G1=(417.8+60.5) ·1=478.3кН; на среднюю G2=2·G1=2·478.3=956.6кН.
Здание состоит из четырёх температурных блоков длиной по 48 м.
Нижняя стеновая панель самонесущая, вышерасположенные – навесные.
Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления на участке между отметками 10.2…13,2 м.
G w1 =(g 1 h w1 + g 2 h w2)Bγfγn=(2,15·1.2+0,4*1.8) ·12·1,1·1=43.56кН;
На участке между отметками 13,2…15,0 м.
G w2 =2.15*1.8*12*1.1*1=51.08 кН;
Где: 10.2 м – отметка низа стеновой панели, расположенной над консолью колонны;
13.2 и 15.0 м – отметки соответственно нижней и верхней поверхности вышерасположенной стеновой панели.
Расчетная нагрузка от веса подкрановых балок и кранового пути.
Вес подкрановой балки пролетом 12м –115кН, а кранового пути 1,5 кН/м. Следовательно, расчетная нагрузка на колонну:
Gс.в.=(115+1,5·12) ·1,1*1=146.3кН.
Расчетная нагрузка от веса колонн:
Крайние колонны:
- надкрановая часть Gс1,t= 0.5·0.6·3.95*25·1,1·1=32.6кН;
- подкрановая часть Gс1,b=[0.5*0.25*10*2+(1.25+2*0.4)*0.5*(1.1-2*0.25)]*25*1.1*1=
=85.66кН.
Средние колонны:
- надкрановая часть Gс2,t= 0.7*0.6*3.95*25*1.1*1=45.6кН;
- подкрановая часть Gс2,b=[0.7*0.3*13.6*2+(1.25+3*0.4)*0.7*(1.5-2*0.3)]*25*1.1*1=
=199.2кН.
Временные нагрузки
Снеговая нагрузка. Район строительства – г. Иркутск, относящийся ко 2 району по весу снегового покрова, для которого S q =1200 Н/м2. Расчетная снеговая нагрузка при S q =1,2;
- на крайние колонны Psn,1 = S qB(L/2) γn=1.2*12(21/2) ·1=151.2кН;
- на средние колонны Psn,2 =2·151.2=302.4кН.
Крановая нагрузка. Вес поднимающего груза Q = 160кН (грузоподъемность 16т). Пролет крана 21-2·0,75=19.5 м. База крана M = 5600 мм, расстояние между колесами К = 4400 мм, вес тележки Gn =55кН, Fn,max =135кН, Fn,min =53 кН. Расчетное максимальное давление колеса крана при γf=1,1.
Fmax= Fn,max ·γf·γn=135·1,1·1=148.5 кН;
Fmin= Fn,min ·γf·γn=53·1,1·1=58.3кН;
Расчетная поперечная тормозная сила на одно колесо:
Hmax=(Q+Gn)/20·0,5 γf·γn= (160+55)/20·0,5·1,1·1=5.91кН;
Вертикальная крановая нагрузка на колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетаний γi=0,85;
Dmax=Fmaxγi·∑у=148.5·0,85·3.066=387.01кН;
Dmin=Fminγi·∑у=53·0,85·3.066=138.12кН;
Где ∑у =0.633+1+0.9+0.533=3.066– сумма ординат линий влияния давления двух подкрановых балок на колонну.
Вертикальная нагрузка от четырех кранов на среднюю колонну с коэффициентом сочетаний γi=0,7 равна:
2Dmax=2·148.5·0,7·3.066=637.4кН;
на крайние колонны: Dmin=58.3·0,7·3.066=125.1 кН,
Горизонтальная крановая нагрузка от 2-х кранов при поперечном торможении:
Нкран.=Нmaxγi∑у=5.91·0,85·3.066=15.4кН.
Горизонтальная сила поперечного торможения приложена к колонне на уровне верха подкрановой балки на отметкеНп.б.= 11.25 м. Относительное расстояние по вертикали от верха колонны до точки приложения тормозной силы
Нк – Нп.б. = 13.8– 11.25 = 2.55 м:
- для крайних колонн β1 = 2.55/ 13.95 =0.183;
- для средних колонн β2 = 2.55/ 17,55 = 0.145.
Ветровая нагрузка. г.Иркутск расположен в 3 районе по ветровому давлению, для которого wo =380 Н/м2. Для местности типа В коэффициент к, учитывающий изменение ветрового давления по высоте здания, равен
на высоте 5 м ----- 0,5; W1 = 190Н/м2;
то же 10 м ----- 0,65; W2 = 247 Н/м2;
то же 20 м ----- 0,85; W3 = 323 Н/м2;
то же 40 м -----1,1; W4 = 418 Н/м2;
На высоте 13,8 м в соответствии с линейной интерполяцией
W5=W2+(W3-W2)/10·(13.8-10)=247+(323-247)/10·3.8=275.9 Н/м2;
На уровне парапета (отм. 15,0м)
W6=W2+(W3-W2)/10·(15-10)=247+(323-247)/10·5=285 Н/м2;
Переменное по высоте ветровое давление заменим равномерно распределенным, эквивалентным по моменту в заделке консольной стойки длиной 13,8 м:
W е = 2M act / H 2 = 2[ 190· (13.82/2) + 57·3.8(10+1,9) + 0,5·57·5(5+2/3·5) + 0,5·28.9·3.8(10+2/3*3.8)]/13.82=236.77Н/м2;
При условии L b /L= 192/(2·21)=4.6> 2 и H/L=13.8/(2·21)=0.3<0,5,значение аэродинамического коэффициента для наружных стен согласно приложения 4 принято:
- с наветренной стороны c e =0.8, с подветренной c eз = -0.4(здесь L b и L соответственно длина и ширина здания). Расчетная равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонны до отметки Н=13.8 м при коэффициенте надежности по нагрузке γf=1,4:
- с наветренной стороны q1=We·B·γf·γn·c e =236.77*12*1,4·1·0,8= 3182.2Н/м;
- с подветренной стороны q2=We·B·γf·γn·c eз =236.77*12*1,4·1·0,4= 1591.1Н/м;
Расчетная сосредоточенная ветровая нагрузка между отметками 13,8 м и 15,0 м:
W=(W6+W5)/2· (15-Н) В·γf·γn·(c e+ c eз)= (285+275.9)/2·(15-13.8)*12·1,4·1·(0.8+0.4)=6777Н =6.78кН.