Колонны каркаса

Подкрановые балки

Подстропильные фермы

Нормативное значение собственного веса подстропильной фермы пролетом 12 м при действии одной сосредоточенной силы (опорной реакции стропильной фермы) в середине пролета определяют по формуле

G_пф,n = α_пфL_пф ²,

где α_пф = 0,044 – 0,104 – коэффициент веса, определяемый линейной интерполяцией в зависимости от полной величины опорной реакции стропильной фермы R = 100 – 400 кН;

L_пф = В = 12 м – пролет подстропильной фермы, равный шагу колонн.

Реакции стропильной фермы при шаге b_ф = 6 м

R = g_nВL /2 = 2,33 · 12 · 30 / 2 = 419,4 кН.

Принимаем α_пф = 0,108.

G_пф,n = 0,108 · 12² = 15,55 кН = 1555 кг.

Расход стали на 1 м² площади цеха

g_пф = 2 G_пф,n /(ВL) = 2 · 1555 / (12 · 30) = 8,6 кг/м².

Вес всех элементов, входящих в комплекс подкрановой конструкции (подкрановая балка со связями, тормозная конструкция, подкрановый рельс с деталями крепления), определяют по формуле

G_пб,n = (α_пб L_пб + q_р) L_пбk_пб,

где α_пб – коэффициент, значение которого определяют в зависимости от грузоподъемности главного крюка крана большей грузоподъемности из числа работающих в здании:

α_пб = 0,24 – 0,35 для кранов грузоподъемностью Q _max = 20 – 50 т;

α_пб = 0,37 – 0,47 для кранов грузоподъемностью Q _max = 80 – 200 т;

L_пб – пролет подкрановой балки, равный шагу колонн В;

q_р = 1,18 кН/м – вес одного погонного метра подкранового рельса, принимаемый по табл. 6.2;

k_пб = 1,2 – конструктивный коэффициент, учитывающий вес тормозной конструкции, связей и элементов крепления рельса.

Для промежуточных значений Q _max коэффициент α_пб определяется линейной интерполяцией (для крана Q = 100/20 коэффициент α_пб = 0,39).

При пролете подкрановой балки 6 м вес подкрановой конструкции

G_пб,n = (0,39 · 6 + 1,18) 6 · 1,2 = 25,34 кН = 2534 кг.

Расход стали на 1 м² площади цеха

g_пб = 2 G_пб,n /(ВL) = 2 · 2534 / (6 · 30) = 28,16 кг/м².

При пролете подкрановой балки 12 м вес подкрановой конструкции

G_пб,n = (0,39 · 12 + 1,18) 12 · 1,2 = 84,38 кН = 8438 кг.

Расход стали на 1 м² площади цеха

g_пб = 2 · 8438 / (12 · 30) = 46,88 кг/м².

Вес внецентренно-сжатой ступенчатой колонны складывается из веса верхней (надкрановой) G_кв и нижней (подкрановой) G_кн частей колонны. Так как в ступенчатых колоннах одноэтажных производственных зданий конструктивные решения и величина действующей нормальной силы в верхней и нижней частях колонны значительно отличаются, определение веса этих частей выполняют отдельно.

Нормативную величину собственного веса участка колонны постоянного сечения на стадии вариантного проектирования колонны определяют по формуле

G_к,i = (∑ F_iρψ_кl_к,i / к_М)/ R_y,

где ∑ F_i – расчетная продольная сжимающая сила, действующая в пределах рассматриваемого участка колонны и вызываемая совместным действием всех возможных i нагрузок;

ψ_к – конструктивный коэффициент (ψ_к = 1,2 – 1,6 для сплошного сечения надкрановой части колонны,

ψ_к = 1,7…2,4 для сквозного сечения подкрановой части колонны);

l_к,i – длина (верхнего или нижнего) участка колонны определенной конструктивной формы, испытывающего воздействие постоянной по величине нормальной силы;

к_М – коэффициент, учитывающий влияние изгибающего момента на размеры поперечного сечения колонны. В ступенчатой колонне для сплошной надкрановой части к_М = 0,25 – 0,30; для сквозной подкрановой части, имеющей более развитое сечение, к_М = 0,4 – 0,5.

Для надкрановой части колонны наибольшую сжимающую продольную силу ∑ F_в определяют от совместного действия:

– веса ограждающих конструкций покрытия g_пк;

– веса прогонов g_пр;

– веса стропильной фермы со связями g_ф;

– веса подстропильной фермы (при решении покрытия с подстропильными фермами) g_пф;

– веса стенового ограждения, расположенного в пределах надкрановой части колонны и шатра, G_ст,в;

– собственного веса надкрановой части колонны (на стадии сравнения вариантов этой величиной можно пренебречь);

– снеговой нагрузки S_g.

Для подкрановой части колонны наибольшую сжимающую продольную силу ∑ F_н определяют от совместного действия:

– наибольшей сжимающей продольной силы в надкрановой части колонны ∑ F_в;

– максимального вертикального давления на колонну от мостовых кранов D _max;

– собственного веса подкрановой балки, включающего вес связей и рельса с креплениями, G_пб;

– веса стенового ограждения, расположенного в пределах подкрановой части колонны (от нулевой отметки до уступа), G_ст,н;

– собственного веса надкрановой части колонны G_кв;

– собственного веса подкрановой части колонны (на стадии сравнения вариантов этой величиной можно пренебречь).

Вес ступенчатой колонны при шаге В = 6 м

1. Надкрановая часть колонны.

При шаге колонн 6 м высота подкрановой балки под краны грузоподъемностью Q _max = 100 т – h′_б = В /6 = 6000 / 6 = 1000 мм (принята по табл. 6.3).

Высота верхней части колонны

Н′_в = Н ₂ + h′_б + h_р = 4400 + 1000 + 200 = 5600 мм.

Продольная сжимающая сила

∑ F_в = (g_пк + g_пр + g_ф + S_g) BL /2 + G_ст,в =

= (1,43 + 0,0684 · 1,05 + 0,224 · 1,05 + 1,2) 6 · 30 / 2 + 94,5 = 358,85 кН,

где G_ст,в – вес стенового ограждения, расположенного в пределах надкрановой части колонны и шатра.

Постоянные нагрузки от стенового ограждения определяют по весовым показателям принятых навесных панелей.

В рассматриваемом примере для отапливаемых зданий приняты панели из ячеистого бетона с условной расчетной нагрузкой от веса стен на 1 м² поверхности стены g_ст = 250 – 330 кг/м² и толщиной t_ст = 300 – 400 мм (большая величина для районов строительства с более низкими расчетными температурами воздуха); для неотапливаемых зданий приняты сборные железобетонные панели с расчетной нагрузкой от веса стен g_ст = 150 – 200 кг/м² и толщиной t_ст = 150 – 200 мм (большая величина для большего шага колонн).

Приняв g_ст = 250 кг/м² = 2,5 кН/м², определяем вес стенового ограждения:

G_ст,в = g_ст [ H′_в (1 – α) + H_ш ] В =2,5 [5,6 (1 – 0,5) + 3,5] 6 = 94,5 кН,

где α = 0,5 – коэффициент, учитывающий наличие в стене оконных проемов.

Вес надкрановой части колонны

G_к,в = (∑ F_вρψ_кl_к,в / к_М)/ R_y =

= (358,85 · 78,5 · 1,5 · 5,6 / 0,25) / (24 · 10⁴) = 3,94 кН = 394 кг,

здесь приняты: ψ_к = 1,5; l_к,в = H′_в = 5,6 м; к_М = 0,25.

2. Подкрановая часть колонны.

Рис. 7.2. Схемы расположения колес одного крана на рельсе

Продольная сжимающая сила

∑ F_н = ∑ F_в + D _max + G_пб + G_ст,н + G_к,в =

= 358,85 + 1246,65 + 25,34 + 101,25 + 3,94 = 1736 кН,

где вес стенового ограждения, расположенного в пределах подкрановой части колонны от нулевой отметки, равен:

G_ст,н = g_ст (H_н – H_ф) (1 – α) В =2,5 (14,1 – 0,6) (1 – 0,5) 6 = 101,25 кН;

D _max – вертикальное давление на колонну от двух сближенных мостовых кранов наибольшей грузоподъемности (в цехе, обслуживаемом одним краном, – от одного крана). Схема расположения колес одного крана на рельсе показана на рис. 7.2. D _max определяется по линии влияния опорной реакции подкрановой балки (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема загружения линии влияния опорной реакции подкрановых балок нагрузками от колес мостовых кранов:

а – при шаге колонн 6 м; б – при шаге колонн 12 м

Невыгодное расположение кранов на балке: одно колесо ставят на колонну, другие приближают на минимально возможное расстояние к колонне.

где γ_f = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок;

ψ – коэффициент сочетаний, равный ψ = 0,85 при учете двух кранов с режимами работы 1К – 6К; ψ = 0,95 при учете двух кранов с режимами работы 7К – 8К и ψ = 1 при учете одного крана.

F_{k, max}– максимальное нормативное давление на колесо крана, приводимое в стандартах на краны:

F_{k 1, max} = 450 кН и F_{k 2,max} = 480 кН для крана Q = 100/20(см. табл. 6.2);

y_i – ордината линии влияния опорной реакции подкрановой балки;

n – число колес двух кранов, передающих нагрузку через подкрановые балки на рассматриваемую колонну.

Вес подкрановой части колонны

G_к,н = (∑ F_нρψ_кl_к,н / к_М)/ R_y =

= (1736 · 78,5 · 2 · 14,1 / 0,45) / (24 · 10⁴) = 35,58 кН = 3558 кг,

здесь ψ_к = 2; l_{к н} = H_н = 14,1 м; к_М = 0,45.

Вес ступенчатой колонны

G_к = G_к,в + G_к,н = 394 + 3558 = 3952 кг.

Расход стали на 1 м² площади цеха

g_к = 2 G_к /(ВL) = 2 · 3952 / (6 · 30) = 43,91кг/м².

Вес ступенчатой колонны при шаге В = 12 м

1. Надкрановая часть колонны.

Продольная сжимающая сила

∑ F_в = (g_пк + g_пр + g_ф + S_g) BL /2 + G_ст,в =

= (1,43 + 0,119 · 1,05 + 0,167 · 1,05 + 1,2) 12 · 30 / 2 + 199,5 = 726,9 кН,

где вес стенового ограждения, расположенного в пределах надкрановой части колонны и шатра, равен:

G_ст,в = g_ст [ H_в (1 – α) + H_ш ] В =2,5 [6,3 (1 – 0,5) + 3,5] 12 = 199,5 кН.

Вес надкрановой части колонны

G_к,в = (∑ F_вρψ_кl_{к в} / к_М)/ R_y =

= (726,9 · 78,5 · 1,5 · 6,3 / 0,25) / (24 · 10⁴) = 8,99 кН = 899 кг,

где l_{к в} = H_в = 6,3 м.

2. Подкрановая часть колонны.

Продольная сжимающая сила

∑ F_н = ∑ F_в + D _max + G_пб + G_ст,н + G_к,в =

= 726,9 + 2109,98 + 84,38 + 202,5 + 8,99 = 3132,75 кН,

здесь вес стенового ограждения, расположенного в пределах подкрановой части колонны от нулевой отметки, равен:

G_ст,н = g_ст (H_н – H_ф) (1 – α) В =2,5 (14,1 – 0,6) (1 – 0,5) 12 = 202,5 кН;

Вес подкрановой части колонны

G_к,н = (∑ F_нρψ_кl_к,н / к_М)/ R_y =

= (3132,75 · 78,5 · 2 · 14,1 / 0,45) / (24 · 10⁴) = 64,21 кН = 6421 кг.

Вес ступенчатой колонны

G_к = G_к,в + G_к,н = 899 + 6421 = 7320 кг.

Расход стали на 1 м² площади цеха

g_к = 2 G_к /(ВL) = 2 · 7320 / (12 · 30) = 40,67 кг/м².

Вес ступенчатой колонны при шаге В = 12 м с применением подстропильных ферм

1. Надкрановая часть колонны.

Продольная сжимающая сила

∑ F_в = (g_пк + g_пр + g_ф + S_g) BL /2 + G_ст,в + G_пф =

= (1,43 + 0,0684 · 1,05 + 0,224 · 1,05 + 1,2) 12 · 30 / 2 + 199,5 + 15,55 · 1,05 =

= 744,49 кН.

Вес надкрановой части колонны

G_к,в = (∑ F_вρψ_кl_к,в / к_М)/ R_y =

= (744,49 · 78,5 · 1,5 · 6,3 / 0,25) / (24 · 10⁴) = 9,2 кН = 920 кг.

2. Подкрановая часть колонны.

Продольная сжимающая сила

∑ F_н = ∑ F_в + D _max + G_пб + G_ст,н + G_к,в =

= 744,49 + 2109,98 + 84,38 + 202,5 + 9,2 = 3150,55 кН.

Вес подкрановой части колонны

G_к,н = (∑ F_нρψ_кl_к,н / к_М)/ R_y =

= (3150,55 · 78,5 · 2 · 14,1 / 0,45) / (24 · 10⁴) = 70,69 кН = 6459 кг.

Вес ступенчатой колонны

G_к = G_к,в + G_к,н = 920 + 6459 = 7379 кг.

Расход стали на 1 м² площади цеха

g_к = 2 G_к /(ВL) = 2 · 7379 / (12 · 30) = 41кг/м².

Дата добавления: 2014-01-13