Определение усилий в колоннах рамы.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Тюменская Государственная Архитектурно-Строительная

Академия

 

кафедра «Строительные конструкций»

 

Курсовой проект на тему:

«Проектирование одноэтажного промышленного здания»

Выполнил:

ст-т ФДО ПГС (ускор.)

Агафонов В.Н.

Проверил:

ТЮМЕНЬ, 2003

Исходные данные

Здание – одноэтажное промышленное из сборных железобетонных элементов с мостовым крановым оборудованием.

- величина пролета поперечной рамы – 30м;

- ширина здания – 60м;

- вид ригеля – арка;

- продольный шаг колонн крайнего ряда – 6м;

- продольный шаг колонн среднего ряда – 12м;

- отметка низа стропильной конструкции – 12,6м;

- грузоподъемность крана – 50/10;

- пролет крана: 30-1,5=28,5м;

- расстояние от уровня головки подкранового рельса до верха консоли колонны – 1,2м.;

- место строительства – г. Сургут;

- тип местности – А;

- тип грунта – супесь: ; ;

- бетон для колонны – класса В30;

- бетон для фундамента – класса В12,5;

- бетон напрягаемых элементов – класса В45;

- арматура ненапрягаемых элементов – класса А-III,А-I;

- арматура напрягаемых элементов – класса Вр-II;

- глубина заложения фундамента – 2,5м.

 

Компоновка поперечной рамы.

В качестве основной несущей конструкции покрытия выбрана арка пролетом 30м с предварительно напряженной затяжкой.

Устройство фонарей не предусмотрено.

Плиты покрытия предварительно напряженные железобетонные ребристые размером 3´12м. Подкрановые балки железобетонные предварительно напряженные, высотой 1,2м и 1,4м.

Наружные стеновые панели навесные.

Колонны ряда проектируем сквозными двухветвевыми.

 - высота подкрановой балки;

 - высота подкранового рельса с прокладками;

 - расстояние от уровня чистого пола до верха фундамента;

 - зазор между краном и низом стропильной конструкции;

 - зазор между краном и боковой поверхностью колонны;

 - отметка низа стропильной конструкции;

;

;

;

;

.

Глубина заделки колонн в стакан фундамента:

;

 принимаем .

Расстояние между осями подкрановых путей и разбивочными осями .

Размеры сечения колонны крайнего ряда:

- надкрановая часть: h´b = 50´60см.

- подкрановая часть: h´b = 50´120см.

Размеры сечения колонны среднего ряда:

- надкрановая часть: h´b = 50´60см.

- подкрановая часть: h´b = 50´140см.

Соединение колонн с балкой выполняется сваркой закладных деталей и в расчетной схеме поперечной рамы считается шарнирным.

Привязку принимаем 250мм.

Сбор нагрузок на раму.

 

3.1 Постоянные нагрузки.

Нагрузка от веса покрытия приведена в табл.1.

Нагрузка от веса покрытия                           таблица1

Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кгс/м2	gf	Расчетная нагрузка, кгс/м2
- ребристая плита покрытия	205	1,1	225,5
- пароизоляция (пергамин)	5,0	1,1	6,5
- утеплитель (пенобетонные плиты), d= 120мм, r= 500 кг/м3.	60	1,2	72
- цементная стяжка	40	1,3	52
- трехслойный рулонный ковер	15	1,2	18
ИТОГО:	325		374

 

Линейная распределенная нагрузка от покрытия:

g_кр=374´12=4488 кгс/м.

Расчетное опорное давление арки:

- от покрытия F_кр=4488´30/2= 67320 кгс;

- от арки F_а=(15000/2)1,1=11622 кгс;

Расчетная нагрузка от веса покрытия с учетом коэффициента надежности по назначению здания g_н <0,95:

- на крайнюю колонну F_п1=(F_ср + F_а)g_н= (67320 + 11622)´0,95= 75000 кгс.

- на среднюю колонну F_п2 = 2F_п1 = 2*75000= 150000 кгс.

Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления, передаваемая на колонну выше отметки 7,8м:

F_ст1 =(250´3,6 + 40´2,4)´6´1,1´0,95 = 6245 кгс;

- то же, передаваемая непосредственно на фундаментную балку:

               F_ст2 =(250´4,2 + 40´3,6)´6´1,1´0,95 = 7486 кгс;

Расчетная нагрузка от веса подкрановых балок для крайней колонны:

F_пб = 5750´1,1´0,95 = 6009 кгс;

Расчетная нагрузка от веса подкрановых балок для средней колонны:

F_пб = 10750´1,1´0,95 = 11250 кгс.

Расчетная нагрузка от веса колонн:

1. средняя колонна:

- надкрановая часть: F_к1 = 0,5´0,6´4,4´2500´1,1´0,95 = 3450 кгс;

- подкрановая часть: F_к2 = (2´0,3´0,5´8,35´2500´1,1´0,95) + (0,8´0,5´0,8´2500´1,1´0,95) + (0,4´0,8´0,5´3´2500´1,1´0,95) + (0,2´0,5´0,8´2500´1,1´0,95) = 8850 кгс;

2. крайняя колонна:

- надкрановая часть: F_к1 = 0,5´0,6´4,4´2500´1,1´0,95 = 3450 кгс;

- подкрановая часть: F_к2 = (2´0,25´0,5´8,35´2500´1,1´0,95) + (0,8´0,5´0,7´2500´1,1´0,95) + (0,4´0,7´0,5´3´2500´1,1´0,95) + (0,2´0,5´0,7´2500´1,1´0,95) =7465 кгс.

3.2 ,Временные нагрузки

3.2.1. Снеговая нагрузка

 

 

Рис.3 К расчету снеговой нагрузки.

 

Рассматриваем наиболее нагруженные промежуточные рамы с грузовой площадью 30x12м.

Кратковременная снеговая нагрузка.

Временная снеговая нагрузка для IV района по весу снегового покрова на горизонтальную проекцию кровли при угле её наклона менее 25^о согласно табл.4[4]:

- нормативная S_ser= 150 кгс/м²;

- расчетная S= 150´1,4 = 210 кгс/м²;

Линейная распределенная нагрузка от снега:

q_сн = g_f mg_n s_ob= 0,95´1,4´1,0´150´12 = 1882 кгс/м.

Расчетные снеговые нагрузки на колонну:

- на колонну F_сн1= 2´1882´30/2=56460 кгс;

Длительная снеговая нагрузка.

Вариант действия длительной части нагрузки не рассматриваем.

 

 

3.2.2 Ветровая нагрузка

 

         Рис. 4 К расчету ветровой нагрузки

 

Нормативный скоростной напор ветра для II района, согласно табл.5[СНиП]:

g_о = 30 кгс/м²;

Тип местности – А;

При условии Н/2l=12,75/2´30=0,213<0,5 значение аэродинамического коэффициента для наружных стен принять:

- с наветренной стороны с_e = 0,8

- с подветренной стороны c_e3 = -0,6;

Коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте:

- для 10м: к=1;

- для 20м: к=1,25;

линейная распределенная нагрузка:

           g_В = кс_еg_o =30´0,8´к = 24к

где: g_n= 0,95 – коэффициент надежности;

Тогда:

При высоте до 10м - g_В10 = 24´1 = 24 кгс/м²;

При высоте 20м - g_В20 = 24´1,25 = 30 кгс/м²;

По линейной интерполяции:

на высоте 12,6м – g₁ =

на высоте 13,8м – g₂ = ;

Переменную по высоте ветровую нагрузку с наветренной стороны заменяем равномерно распределенной, эквивалентной по моменту в заделке консольной балки длиной 12,6м:

 

С подветренной стороны:

g_э^/ = g_э ´0,6/0,8 = 21,93´0,6/0,8 = 16,45 кгс/м²;

Расчетная равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонны до отметки 12,6м при коэффициенте надежности по нагрузке g_f = 1,4 и коэффициенте надежности по назначению g_n = 0,95:

- с наветренной стороны:

;

- с подветренной стороны:

;

Расчетная сосредоточенная ветровая нагрузка выше отметки 12,6м:

 

3.2.3. Крановая нагрузка

Вес поднимаемого груза – 50000 кг;

Пролет крана – 30-1,5 = 28,5м;

Согласно стандарту на мостовые краны:

- база крана - М = 6650мм;

- расстояние между колесами – К = 5250 мм;

- вес тележки – 18000 кг;

- F_n,max = 49000 кг;

-  F_n,min = 14500 кг.

Расчетное максимальное давление на колесо крана при g_f = 1,1:

    F_max = F_n,max g_f  g_n = 49000´1,1´0,95=51205 кгс;

Расчетное минимальное давление на колесо крана при g_f = 1,1:

    F_min = F_n,min g_f  g_n = 14500´1,1´0,95=15153 кгс;

Расчетная поперечная тормозная сила на одно колесо:

    ;

Вертикальная крановая нагрузка на крайние колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетания g_i=0,85:

    D_max = F_max´g_i´åy_i = 51205´0,85´(1,0 + 0,77 + 0,13)=82696 кгс;

где: åy_i – сумма ординат линии влияния от давления двух подкрановых балок на крайнюю колонну;

 

 

    D_min = F_min´g_i´åy_i = 15153´0,85´(1,0 +0,77 +0,13)=24472 кгс;

Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении:

    H = H_max´g_i´åy_i = 1777´0,85´(1,0 +0,77 +0,13)=2870 кгс.

 

Для средней колонны.

Вертикальная крановая нагрузка на крайние колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетания g_i=0,85:

    D_max = F_max´g_i´åy_i = 51205´0,85´(1,0 + 0,88 + 0,56+0,45)=125785 кгс;

где: åy_i – сумма ординат линии влияния от давления двух подкрановых балок на крайнюю колонну;

 

 

    D_min = F_min´g_i´åy_i = 15153´0,85´(1,0 + 0,88 + 0,56+0,45)=37223 кгс;

Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении:

    H = H_max´g_i´åy_i = 1777´0,85´(1,0 + 0,88 + 0,56+0,45)=4365 кгс.

 

 

Определение усилий в колоннах рамы.

4.1 Общие положения

Расчет рамы выполняем методом перемещений.

Расчетная схема рамы показана на рис. 5.Неизвестным является горизонтальное перемещение D₁ верха колонн. Основная система имеет горизонтальную связь, препятствующую этому перемещению (рис.6).

 

 

Рис. 5 Расчетная схема рамы.

 

 

Рис. 6 Основная система рамы.

 

Каноническое уравнение метода перемещений имеет вид:

        c_dimt₁₁ D₁ + R_1p;

где: c_dim – коэффициент, учитывающий пространственный характер работы;
     R_1p – реакция верха колонн от внешнего воздействия;

Подвергаем основную систему единичному перемещению D₁=1 и вычисляем реакцию верхнего конца колонн R_D по формулам прил. 12[1].

Для средней двухветвевой колонны при числе панелей п = 4:

          J_В = bh³/12 = 50´60³/12 = 900000 см⁴;

                                      J_H = bhс²/2 = 50´30´110²/2 = 9075000см⁴;

                                      J_С = 50´30³/12 = 112500 см⁴;

                                      a = Н_в /Н = 4,4/12,75 = 0,345;

;

;

Для крайней двухветвевой колонны при числе панелей п = 4:

          J_В = bh³/12 = 50´60³/12 = 900000 см⁴;

                                      J_H = bhс²/2 = 50´25´95²/2 = 5640625 см⁴;

                                      J_С = 50´25³/12 = 65105 см⁴;

                                      a = Н_в /Н = 4,4/12,75 = 0,345;

;

;

Суммарная реакция:

t₁₁ = åR_D = 2´7,4´10^-3Е_В +4,9´10³Е_В =19,7´10^-3Е_В;

После нахождения из канонического уравнения перемещения D₁ определяем упругую реакцию: R_е = R₁ + D₁R_D;

Усилия M N, Q в сечении колонны определяются как для консольной балки, загруженной нагрузкой и опорной реакцией.

Расчетными являются четыре сечения по длине колонны (рис.5)

Принимаем, что М>0, если растягиваются левые волокна; Q>0, если она поворачивает отсеченную часть по часовой стрелке; реакция положительна, если она направлена влево.

4.2 Усилия в стойках рамы от постоянной нагрузки.

В верхней части (сечение 1-1) крайней колонны действует продольная сила

F_п =75000 кгс с эксцентриситетом е_о=100мм, которая создает момент

М₁=75000´0,1 = 7500 кгс´м;

 

Рис. 7 К расчету колонны.

 

В подкрановой части действуют следующие силы:

- F_п1= 75000 кгс с эксцентриситетом е_о1 = 0,2м;

- F_ст1= 6245 кгс с эксцентриситетом е_ст1 = 0,75м;

- F_к1= 3450 кгс с эксцентриситетом е_к1 = 0,3м;

- F_пб= 6009 кгс с эксцентриситетом е_о = 0,4м;

Эти силы создают момент:

М₂ = -F_п1´е_о1 – F_ст1´е_ст1 – F_к1´е_к1 + F_пб´е_пб =

=-(75000´0,2 + 3450´0,3 + 6245´0,5) + 6009´0,4 = -16754 кгс´м.

По расчетным формулам прил.12[1] определим реакцию верхнего конца левой колонны:

;

Определение усилий в сечениях колонн удобно производить в табличной форме. Результаты расчетов рамы по каждому виду её загружения сводим в таблицы.

Загружение 1

Постоянная нагрузка

 

 

	ев,м	еН,м
Fп1= 75000кгс	0,1	0,2
Fп2= 150000кгс	-	-
Fст1= 6245кгс	0,45	0,75
Fcт2= 7486кгс	-	0,75
Fк1кр=3450кгс	0,0	0,1
Fк2кр=8850кгс	-	-
Fк1ср= 3527кгс	-	-
Fк2ср= 7465кгс	-	-
Fпбкр= 6009кгс	-	0,4
Fпбср= 11250кгс	-	-

 

 

таблица 2

Расчетные величины	колонны
	По оси А	По оси Б	По оси С
R1,кгс	-175,3	0,0	175,3
R1р=åR1,кгс	-175,3+175,3=0
D1=-R1р/t11	0
Rе, кгс	-175,3	0,0	175,3
Миз, кгс´м:
М1-1	М1 =7500	0,0	-7500
М2-2	М1+Rе´4,4-Fст1´еВ=3920	0,0	-3920
М3-3	М1-М2+Rе´4,4 = -10025	0,0	10025
М4-4	М1- М2+Rе´12,75= -11490	0,0	11490
Q, кгс:
Q1-1	175,3		-175,3
Q2-2	175,3		-175,3
Q3-3	175,3		-175,3
Q4-4	175,3		-175,3
N, кгс:
N1-1	Fп1 =75000	Fп2 =150000	75000
N2-2	Fп1+Fк1+Fст1=84695	Fп2+Fк1=153527	84695
N3-3	Fп1+Fк1+Fст1 +Fпб=90704	Fп2+Fк1+2Fпб=176027	90704
N4-4	Fп1+ Fк1+ Fст1+ Fпб+ Fст2+ +Fк2=107040	Fп2+Fк1+2Fпб+Fк2= 183492	107040

4.3 Загружение 2

Снеговая нагрузка

 

	ев,м	еН,м
Fсн1=56460кгс	0,1	0,2
Fсн2=112920кгс	-	-
М1=56460´0,1=5646кгс´м
М2=56460´0,2=10163кгс´м

 

 

таблица 3

Расчетные величины	колонны
	По оси А	По оси Б		По оси С
R1,кгс	-754	0,0		754
R1р=åR1,кгс	-754+754=0
D1=-R1р/t11	0
Rе, кгс	-754		0,0	754
Миз, кгс´м:
М1-1	М1=5646		0,0	-5646
М2-2	М1+Rе´4,4=2328		0,0	-2328
М3-3	-М2+Rе´4,4= - 13481		0,0	13481
М4-4	-М2+Rе´12,75= - 19776,5		0,0	19776,5
Q, кгс:
Q1-1	-754		0,0	754
Q2-2	-754		0,0	754
Q3-3	-754		0,0	754
Q4-4	-754		0,0	754
N, кгс:
N1-1	56460		112920	56460
N2-2	56460		112920	56460
N3-3	56460		112920	56460
N4-4	56460		112920	56460

 

 

4.4 Загружение 3

Крановая нагрузка: D_max на левой колонне

 

	еН,м
Dmax=82696кгс	0,4
Dmin=37223кгс	0,75
Мmax=33078кгс´м
Мmin=27918кгс´м

 

таблица 4

Расчетные величины	колонны
	По оси А	По оси Б	По оси С
R1,кгс			0,0
R1р=åR1,кгс	2062-1626=436
D1=-R1р/t11	-436/(3,5´19,7´10-3ЕВ)= -6,3´103/ЕВ
Rе, кгс	2062-(6,3´10-3/ЕВ)4,9´103ЕВ= 2031	-1626-(6,3´10-3/ЕВ)7,4´103ЕВ=  -1673	-(6,3´10-3/ЕВ)4,9´103ЕВ= -31
Миз, кгс´м:
М1-1	0,0	0,0	0,0
М2-2	-Rе´4,4 = - 8936	7361	136
М3-3	Мmax-Rе´4,4=24142	-20557	136
М4-4	Мmax-Rе´12,75=7183	-6588	395
Q, кгс:
Q1-1	-2031	1673	31
Q2-2	-2031	1673	31
Q3-3	-2031	1673	31
Q4-4	-2031	1673	31
N, кгс:
N1-1	0	0	0
N2-2	0	0	0
N3-3	82696	37223	0
N4-4	82696	37223	0

 

 

4.5 Загружение 4

Крановая нагрузка: D_max на средней колонне

 

	еН,м
Dmax=125785кгс	0,75
Dmin=24472кгс	0,4
Мmax=94339кгс´м
Мmin=9789кгс´м

 

таблица 4

Расчетные величины	колонны
	По оси А	По оси Б	По оси С
R1,кгс			0,0
R1р=åR1,кгс	610-5493= -4883
D1=-R1р/t11	-4883/(3,5´19,7´10-3ЕВ)= -70,8´103/ЕВ
Rе, кгс	610-(70,8´10-3/ЕВ)4,9´103ЕВ= 263	-5493-(70,8´10-3/ЕВ)7,4´103ЕВ=  -6017	(70,8´10-3/ЕВ)4,9´103ЕВ=  347
Миз, кгс´м:
М1-1	0,0	0,0	0,0
М2-2	-Rе´4,4 = - 1157	26475	-1527
М3-3	Мmin-Rе´4,4=8632	-67864	-1527
М4-4	Мmin-Rе´12,75=6436	-17622	-4425
Q, кгс:
Q1-1	-263	6017	-347
Q2-2	-263	6017	-347
Q3-3	-263	6017	-347
Q4-4	-263	6017	-347
N, кгс:
N1-1	0	0	0
N2-2	0	0	0
N3-3	24472	125785	0
N4-4	24472	125785	0

 

 

 

4.6 Загружение 5

Крановая нагрузка: Н на левой колонне

Н=2870кгс

 

таблица 5

Расчетные величины	колонны
	По оси А	По оси Б	По оси С
R1,кгс		0,0	0,0
R1р=åR1,кгс	1895
D1=-R1р/t11	-1895/(3,5´19,7´10-3ЕВ)= -27,5´103/ЕВ
Rе, кгс	1895-(27,5´10-3/ЕВ)4,9´103ЕВ= 1760	-(27,5´103/ЕВ)7,4´103ЕВ=  -204	-(27,5´10-3/ЕВ)4,9´103ЕВ=  -135
Миз, кгс´м:
М1-1	0,0	0,0	0,0
М2-2	-Rе´4,4+Н(4,4-3,1) = - 4013	898	594
М3-3	-4013	898	594
М4-4	-Rе´12,75+Н(12,75-3,1) = 5256	2601	1722
Q, кгс:
Q1-1	-1760	204	135
Q2-2	1110	204	135
Q3-3	1110	204	135
Q4-4	1110	204	135

 

4.7 Загружение 6

Крановая нагрузка: Н на средней колонне

 

Н=4365кгс

 

таблица 5

Расчетные величины	колонны
	По оси А	По оси Б	По оси С
R1,кгс	0,0		0,0
R1р=åR1,кгс	2514
D1=-R1р/t11	-2514/(3,5´19,7´10-3ЕВ)= -36,5´103/ЕВ
Rе, кгс	-(36,5´10-3/ЕВ)4,9´103ЕВ=  - 179	2514-(36,5´10-3/ЕВ)7,4´103ЕВ=  2244	-(36,5´10-3/ЕВ)4,9´103ЕВ=  - 179
Миз, кгс´м:
М1-1	0,0	0,0	0,0
М2-2	788	-4200	788
М3-3	788	-420	788
М4-4	2283	13512	2283
Q, кгс:
Q1-1	179	-2244	179
Q2-2	179	2121	179
Q3-3	179	2121	179
Q4-4	179	2121	179

 

 

4.8 Загружение 7

Ветровая нагрузка: ветер слева направо

W =345кгс

g = 175кгс/м

g/ = 131кгс/м

 

таблица 6

Расчетные величины	колонны
	По оси А	По оси Б	По оси С
R1,кгс	R1*=940	0	R1**=704
R1р=åR1,кгс	940+704-345=1299
D1=-R1р/t11	-1299/(3,5´19,7´10-3ЕВ)= -19´103/ЕВ
Rе, кгс	940-(19´10-3/ЕВ)4,9´103ЕВ= 847	-(19´10-3/ЕВ)7,4´103ЕВ=  -141	704-(19´10-3/ЕВ)4,9´103ЕВ= 611
Миз, кгс´м:
М1-1	0,0	0,0	0,0
М2-2	-2033	428	-1420
М3-3	-2033	428	-1420
М4-4	3425	1169	2857
Q, кгс:
Q1-1	-847	141	-611
Q2-2	-77	141	-35
Q3-3	-77	141	-35
Q4-4	1385	141	1060

 

R^*₁ = ;

R^**₁ = ;

 

---

Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 223; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!