Каркасные здания и сооружения, конструирование и расчет элементов каркаса

Эта сила считается приложенной к головке подкранового рельса и на этом же уровне тормозными конструкциями передается на колонну, поровну распределяясь между колесами моста крана. При этом принимается в запас, что она приложена на уровне подкрановой консоли только к одной стойке, причем к той, где действует Dmax.
Полную горизонтальную силу Т можно определить с помощью линии влияния при тех же схемах расположения колес:

T = y1 * nc * Tk * Σy = 1.05 * 1 * 1.65 * 1.37 = 2.35

где Тк – нормативная горизонтальная сила, приходящаяся на одно колесо крана, определяемая для кранов с гибким подвесом груза формулой:

Tk = (0.05 * (Q + Gtel))/nc = (0.05 * (50 * 18))/1 = 1.65

3. Продольная горизонтальная сила возникает от трения колес об рельс и от сил торможения моста крана вдоль здания и при расчете плоской поперечной рамы каркаса не рассчитывается.
Снеговые нагрузки:
Снеговые нагрузки определяются в соответствии с рекомендациями методических указаний, для заданного района строительства с учетом повышения снегового давления на покрытие в местах перепада высот и у парапетов.
1. Погонная равномерно- распределнная нагрузка qsn. приложенная по пролету, определяется формулой:

qsn = м * Sk * y2 * Bk = 1 * 340 * 1.4 * 6 = 2.856

где Sk - расчетная снеговая нагрузка на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, определяется в зависимости от снегового района 340кг/м2;
м - коэффициент перехода снегового давления от поверхности земли на поверхность покрытия здания; для плоских кровель и кровель с уклоном менее коэффициент равен 1;
у2 - для снеговой нагрузки в данном случае принимается равным 1,4;
2. Ордината погонной нагрузки qsn1 у парапетов в местах образования, так называемых, "снеговых мешков" определяется следующим образом:

qsn1 = ((200 * hp)/S) * Sk * y2 * Bk = ((200 * 0.6)/500) * 0.34 * 1.4 * 6 = 0.363

где первый множитель - коэффициент перехода снегового давления от поверхности земли на покрытие у парапета.
3. Узловые силы по рядам А и Б. Силы принимаются приложенными в узлы на уровне верха колонн, действуют по оси сечения их верхних частей и определяются по формуле:

Gsn = (qsn * Lp)/2 = (2.856 * 33)/2 = 47.124
Gsn1 = (qsn1 – qsn)*Bk/2 = (0.685 – 2.856)*6/2 = 1.314

Ветровые нагрузки:
Ветровая нагрузка, передаваемая стенами здания на элементы каркаса, определяется в общем случае как сумма средней и пульсационной составляющих. В курсовом проекте рассматривается только статическая составляющая, соответствующая установившемуся ветровому напору.
1. Фактическую эпюру ветровой нагрузки представить в виде ступенчатой по принципу осреднения в пределах выделенных по высоте здания участков. Тогда расчетную ветровую нагрузку на каждом участке можно определить по формуле
,
где q0 - нормативное значение скоростного напора, принимаемое в соответствии с указаниями равным 38;
с – аэродинамический коэффициент (коэффициент лобового сопротивления), равный для наветренной стороны здания 0,8, а для подветренной зоны (зоны «отсоса») – 0,6 (таким образом, суммарный коэффициент при обдуве плоских поверхностей получается равным 1,4);
- коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 1,4;
- коэффициенты, учитывающие изменение скоростного напора по высоте;
- число участков осреднения, принимающее в данном случае значения . Аналогично определяется с подветренной стороны при .
q1=0,8ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(0,75+0,75)/2=0,38тс/м,
q2=0,8ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(0,75+1,0)/2=0,44тс/м,
q3=0,8ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(1,0+1,18)/2=0,56тс/м,
q’1=0,6ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(0,75+0,75)/2=0,28тс/м,
q’2=0,6ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(0,75+1,0)/2=0,33тс/м,
q’3=0,6ּ0,038тс/м2ּ12мּ1,4(1,0+1,125)/2=0,40тс/м,
Ступенчатая эпюра ветрового давления заменяется эквивалентной равномерно распределенной по всей высоте с ординатами (наветренная сторона) и (подветренная сторона). При этом следует руководствоваться равенством моментов в заделке при ступенчатой и равномерно распределенной эпюрах, тс/м.
,
q = [2 * (0.38 * 5 * 2.5 + 0.44 * 5 * 7.5 + 0.56 * 6.8 * 13.4)]/16.82 = 0.41
,
q` = [2 * (0.28 * 5 * 2.5 + 0.33 * 5 * 7.5 + 0.45 * 6.8 * 13.4)]/16.82 = 0.33

3. Сосредоточенные силы , учитывающие ветровое давление на поперечную раму в пределах опорной части фермы и парапетов, т.е. элементов, не попавших в расчетную схему, допускается прикладывать в верхние узлы рамы.
,
.
WA = 0.41 * (3.15 + 0.6) + 0.33 * 0.6 = 1.74
WB = 0.41 * 0.6 + 0.33 * (3.15 + 0.6) = 1.48
При ветре справа указанные параметры определяются аналогично. Результаты записываются в строки таблицы 4, соответствующие 9 и 10 загружениям.





















Расчет каркаса на статические воздействия

Основные размеры геометрической схемы:
- расчетный пролет:
= 33 + 2 * 0.25 - 1.63 = 31.87
- высота нижней части колонны:
Нн=12.3
- высота верхней части колонны:
Hв=4.5
- эксцентриситет верхней и нижней части колонны:
e = 0.5 * Hn – 0.5 * Hv = 0.5 * 12.3 – 0.5 * 4.5 = 3.9

Таблица 2.Значения продольной и изгибной жесткостей элементов
№ элемента Iy, см4 F, см2 EF, т EIy, т·м2 1 1618532 348 730800 339891 2 166600 174 365400 34986 3 1618532 348 730800 339891 4 166600 174 365400 34986 5 6474128 174 (Fригеля=F2) 365400 1359566










Таблица 3. Загружения рамы
№
п/п Номера узлов и
элементов Вид
нагрузки Схема
приложения Номер схемы загружения Численные значения,тс(тсּм) Примечание 1 1э сила распред. 1 3,76   2 1э момент распред. 1 3,14   3 3у сила узловая 1 5,11   4 3у момент узловой 1 0,22   5 2э сила распред. 1 3,57   6 2э момент распред. 1 1,19   7 5у сила узловая 1 51,3   8 3э сила распред. 1 3,76   9 3э момент распред. 1 -3,14   10 4у сила узловая 1 5,11   11 4у момент узловая 1 -0,22   12 4э сила распред. 1 3,57   13 4э момент распред. 1 -1,19   14 6у сила узловая 1 51,3   15 3у сила узловая 2 276,26   16 3у момент узловой 2 -187,88   17 4у сила узловая 2 129,8   18 4у момент узловой 2 88,26   19 3у сила узловая 3 129,8   20 3у момент узловой 3 -88,26   21 4у сила узловая 3 276,26   22 4у момент узловой 3 187,88   23 3у сила узловая 4 2,05   24 3у сила узловая 5  -2,05   25 4у сила узловая 6  2,05   26 4у сила узловая 7  -2,05   27 5у сила узловая 8 36,96   28 6у сила узловая 8 36,96   29 1э сила распред. 9  -0.23   30 2э сила распред. 9  -0.23   31 5у сила узловая 9  -0,88   32 3э сила распред. 9  -0.17   33 4э сила распред. 9  -0.17   34 6у сила узловая 9  -0,76   35 1э сила распред. 10 0.17   36 2э сила распред. 10 0.17   37 5у сила узловая 10  -0,76   38 3э сила распред. 10 0.23   39 4э сила распред. 10 0.23   40 6у сила узловая 10  -0,88  
Определение наиневыгоднейших комбинаций усилий и построение огибающих M, N и Q

В рамках расчета предполагается рассмотреть одно из основных сочетаний, в котором нагрузки от собственного веса элементов рамы каркаса являются постоянными, а остальные относятся к кратковременным. Именно такое сочетание приводит к наиневыгоднейшим комбинациям усилий в сечениях колонн крайних рядов зданий каркасного типа.

Рисунок 4. Постоянные нагрузки

Рисунок 5. Крановые нагрузки














Рисунок 6. Схема загружения от действия крановых нагрузок 4, 5,6 и 7



Рисунок 7. Снеговые нагрузки
















Рисунок 8. Ветровая нагрузка














Приложение 4. Сводная таблица усилий в расчетных сечениях
  № сх. Коэф. 1-1 2-2 3-3 4-4 ψ M N Q M N Q M N Q M N Q 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Постоянные 1 1 -1 -48,2 -1,2 1 -26,7 -1,2 2 -26,7 -1,2 0 -15 -1,2 Крановые нагрузки 2 1 -0,3 -72,2 2,5 28,8 -72,2 2,5 -12,7 0 2,5 0 0 2,5 Dmax Dmin Mmax Mmin 0.8 -0,2 -57.8 2 23 -57,8 2 -10,2 0 2 0 0 2 полная 0.6                         Крановые нагрузки   1 -17,2 -41,5 2,2 8,6 -41,5 2,2 -11,3 0 2,2 0 0 2,2 Dmin Dmax 3 Mmin Mmax   0.8 -13,7 -33,2 1,8 6,9 -33.2 1,8 -9 0 1,8 0 0 1,8 полная   0.6                         Крановые нагрузки 4 1 -16,8 0 1,7 3,4 0 1,7 3,4 0 -0,7 0 0 -0,7 Левая стойка Т вправо 0.8 -13,4 0 1,4 2,7 0 1,4 2,7 0 -0,6 0 0 -0,6   0.6                         Крановые нагрузки 5 1 16,8 0 -1,7 -3,4 0 -1,7 -3,4 0 0,7 0 0 0,7 Левая стойка Т влево 0.8 13,4 0 -1,4 -2,7 0 -1,4 -2,7 0 0,6 0 0 0,6   0.6                         Крановые нагрузки 6 1 -11,3 0 0,7 -3,4 0 0,7 3,4 0 0,7 0 0 0,7 Правая стойка Т вправо 0.8 -9 0 0,6 -2.7 0 0,6 2,7 0 0,6 0 0 0,6   0.6                         Крановые нагрузки 7 1 11,3 0 -0,7 3,4 0 -0,7 -3,4 0 -0,7 0 0 -0,7 Правая стойка Т влево 0.8 9 0 -0,6 2.7 0 -0,6 -2,7 0 -0,6 0 0 -0,6   0.6                         Снеговая нагрузка 8 1 0 -3,9 0 0 -3,9 0 0 -3,9 0 0 -3,9 0 0.8                         0.6 0 -2,3 0 0 -2,3 0 0 -2,3 0 0 -2,3 0 Ветровая нагрузка 9 1 60,3 0 -6,1 9.3 0 -2,6 9,3 0 -2,6 0 0 -1,5 (ветер слева) 0.8                           0.6                         Ветровая нагрузка 10 1 -57,1 0 5,2 -11,1 0 2,7 -11,1 0 2,7 0 0 1,8 (ветер справа) 0.8                           0.6                        


























Таблица 6. Расчетные усилия в сечениях для и

Расчетные усилия 1-1 2-2 3-3 4-4 M N M N M N M N NN схем 1,2,5,8,9 1,2,5,8,9 1,2,4,9 1,2,4,9 1,8,9 1,8,9 1,8 1,8 и соотв. -1 -48,2 1 -26,7 2 -26,7 0 -15 -0,2 -57,8 23 -57,8 0 0 0 0 13,4 0 2,7 0 0 0 0 0 0 -2,3 0 0 0 -2,3 0 -2,3 60,3 0,0 9,3 0 9,3 0 0 0   72,5 -108,3 36 -84,5 11,3 -29 0 -17,3 NN схем 1,3,6,10 1,3,6,10 1,3,6,8,10 1,3,6,8,10 1,2,5,10 1,2,5,10 1,8 1,8 и соотв. N -1 -48,2 1 -26,7 2 -26,7 0 -15 -13,7 -33,2 6,9 -33,2 -10,2 0,0 0 0 -9 0 -2,7 0 -2,7 0,0 0 0 0 0 0 -2,3 0 0,0 0 -2,3 -57,1 0 -11,1 0,0 -11,1 0,0 0 0   -80,8 -81,4 -5,9 -62,2 -22 -26,7 0 -17,3 (N) 72,5 -108,3 36 -84,5 11,3 -29 0 -17,3 (N) -80,8 -81,4 -5,9 -62,2 -22 -26,7 0 -17,3

Таблица 7. Расчетные усилия в сечениях для и

Расчетные усилия 1-1 2-2 3-3 4-4 M N M N M N M N NN схем 1,2,5,8,9 1,2,5,8,9 1,2,4,8,9 1,2,4,8,9 1,8,9 1,8,9 1,8 1,8
и соотв. -1 -48,2 1 -26,7 2 -26,7 0 -15 -0,2 -57,8 23 -57,8 0 0 0 0 13,4 0 2,7 0 0 0 0 0 0 -2,3 0 -2,3 0 -2,3 0 -2,3 60,3 0,0 9,3 0 9,3 0 0 0   72,5 -108,3 36 -86,8 11,3 -29 0 -17,3 NN схем 1,3,6,8,10 1,3,6,8,10 1,3,6,8,10 1,3,6,8,10 1,2,5,8,10 1,2,5,8,10 1,8 1,8
и соотв. -1 -48,2 1 -26,7 2 -26,7 0 -15 -13,7 -33,2 6,9 -33,2 -10,2 0,0 0 0 -9 0 -2,7 0 -2,7 0,0 0 0 0 -2,3 0 -2,3 0 -2,3 0 -2,3 -57,1 0 -11,1 0,0 -11,1 0,0 0 0 Σ -80,8 -83,7 -5,9 -62,2 -22 -29,1 0 -17,3   72,5 -108,3 36 -86,8 11,3 -29 0 -17,3     -80,8 -83,7 -5,9 -62,2 -22 -29,1 0 -17,3  
Заключение

В рамках данного курсового проекта был произведен расчет металлического каркаса однопролетного промышленного здания. На основании требований технического задания, были разработаны объемно- планировочные и конструктивные решения, была выбрана расчетная схема с предварительным назначением сечений элементов и параметров каркаса, после чего был произведен сбор нагрузок, моделирование и расчет каркаса в программе SCAD.




















Список использованной литературы

Лекции по дисциплине «Металлические каркасные здания и сооружения»
Соколов В.А., Страхов Д.А, Синяков Л.Н. Каркасные здания и сооружения. Конструирование и расчет производственных зданий каркасного типа. СПб, изд-во Политехн. Ун-та, 2007
Шерешевский И.А. Конструирование промышленных зданий. М., Архитектура-С, 2005
СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. М., Минстрой РФ, 1996
СНиП II-23-81* Стальные конструкции. М., Минстрой РФ, 2004
Каркасные здания и сооружения. Расчет усилий с помощью программы SCAD. Методические указания/Константинов И.А., Соколов В.А., СПб, изд-во Политехн. ун-та, 2006












2