Нагрузка от мостовых кранов
Компоновка стального каркаса
Определение вертикальных размеров
Вертикальные размеры:
Расстояние от головки подкранового рельса до низа несущих конструкций покрытия определяется следующим образом:
где Нкр=2750 мм-габаритная высота крана по ГОСТ на кран по таблице [2];
100 мм-конструктивный зазор в мм по ГОСТ;
f=1040 мм-зазор, учитывающий прогибы конструкций покрытия;
.
Отметка головки подкранового рельса определяется по формуле:
где Н0 = 12000 мм- полезная высота цеха;
.
Определяем длину верхней части колонны до низа ригеля по формуле:
где НПБ = 1070 мм-высота типовой подкрановой балки пролётом 36 м для крана грузоподъёмностью 32 т[2];
hр-120 мм-высота подкранового рельса;
.
Длину нижней части колонны определяем по формуле:
где hb=600 мм – высота заглубления базы ниже отметки чистого пола;
Полную высоту колонны находим по формуле:
Высота ригеля фермы на опоре, рекомендуемая по типовым конструкциям по серии 1.460.3-18, Нф=3150 мм.
Горизонтальные размеры:
Высоту поперечного сечения верхней части колонны (рис.1.1) определяем по формуле:
,
Принимаем h2=500 мм. Привязка а=250 мм.
Высоту сечения нижней части колонны найдём из выражения:
Расстояние от разбивочной оси ряда колонн до оси подкрановой балки должно удовлетворять условию:
где В-вылет концевой балки за пределы оси рельса;
с 75+450-конструктивный зазор между торцом мостового крана и внутренней плоскости колонны;
Принимаем . Тогда:
Проектируем нижнюю часть колонны сплошной.
Сбор нагрузок
Постоянная нагрузка на ригель
Расчет настила
Настил подбирается исходя из предельной равномерно распределённой нагрузки и расчётной схемы профилированных листов по ГОСТ 24045-94. Шаг листов настила составляет 3 м.
Принимаем трёхпролётную расчётную схему. Производим сбор нагрузок на настил в табл.1:
Таблица 1 – Определение нагрузки на профилированный настил
Тип и состав покрытия | Ед. изм. | Нормативное значение | f | Расчетное значение |
Гидроизоляция 2слоя техноэласта с посыпкой | кН/м2 | 0,052=0,10 | 1,2 | 0,12 |
Утеплитель – пенопласт ПХВ-1 толщина t=120 мм=0,12 м; =130 кг/м3 | кН/м2 | 0,156 | 1,2 | 0,1872 |
Пароизоляция – 1 слой изопласта | кН/м2 | 0,05 | 1,2 | 0,06 |
Снеговая нагрузка =1 | кН/м2 | 1,26 | 1,43 | 1,8 |
Всего: | кН/м2 | 1,56 | 2,17 |
Принимаем настил НС44-1000-0,7 с нагрузками для трёхпролётной схемы 2,85 кН/м2, вес настила 0,074 кН/м2.
Расчет прогонов
На прогон покрытия действует нагрузка от веса покрытия и веса снегового покрова. Постоянная нагрузка от веса покрытия приведена в таблице 2.
Таблица 2 –Состав покрытия
Тип и состав покрытия | Ед. изм. | Нормативное значение | f | Расчетное значение |
Гидроизоляция 2слоя техноэласта с посыпкой | кН/м2 | 0,052=0,10 | 1,2 | 0,12 |
Утеплитель – пенопласт ПХВ-1 толщина t=120 мм=0,12 м; =130 кг/м3 | кН/м2 | 0,156 | 1,2 | 0,1872 |
Пароизоляция – 1 слой изоспана | кН/м2 | 0,05 | 1,2 | 0,06 |
Профнастил НС44-1000-0,7 | кН/м2 | 0,074 | 1,05 | 0,077 |
Всего: | кН/м2 | 0,38 | 0,442 |
Нормативная линейная нагрузка от веса покрытия на прогон определяется по формуле:
- нормативная нагрузка от веса покрытия,
,
– шаг прогонов;
Расчетная линейная нагрузка от веса покрытия на прогон определяется по формуле:
где - расчетная нагрузка от веса покрытия,
.
Расчетная линейная нагрузка от веса снегового покрова на прогон определяется по формуле:
Нормативная линейная нагрузка от веса снегового покрова на прогон определяется по формуле:
где k=0,7 – коэффициент перехода от расчетного значения снеговой нагрузки к нормативному (п.5.7 [2]).
Суммарная нормативная нагрузка на прогон составляет:
- нормативное значение веса 1 п.м. прогона (принимаем
=0,42 кН/м).
Суммарная расчетная нагрузка на прогон составляет:
- расчетное значение веса 1 м. прогона (принимаем
=0,47кН/м, 1,05 – коэффициент перехода от нормативного значения к расчетному).
В общем случае прогоны, расположенные на скате кровли, работают на изгиб в двух плоскостях. Составляющие нагрузки qxи qy равны:
где -угол наклона кровли к горизонту, =1,146.
;
Расчётные моменты от составляющих qx и qy равны:
;
В соответствии с принятой расчетной схемой прогона (рисунок 6) максимальные расчетные усилия в прогоне:
кН×м
кН
где l=12 м– шаг ферм.
Для климатического района II4 подбираем сталь для прогона. Балки прогона относятся к 3-ой группе конструкций (Приложение В [1]). Здание отапливаемое. Сталь выбираем по таблице В.1 [1]. Принимаем сталь С235, Ry=230 МПа. Предельные относительные прогибы для балок принимаются в зависимости от величины пролета по таблице Е.1 [ 2 ]. При l = 12 м:
fu= l/300=12/300=0,04 м=4 см
Требуемый момент сопротивления из условия обеспечения прочности по нормальным напряжениям:
(20)
где - коэффициент условий работы (таблица 1 [1]);
Ry– расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести.
см3
Требуемый момент инерции сечения прогонов из условия обеспечения жесткости находим по формуле:
см4
По сортаменту (ГОСТ 26020-83) подбираем двутавр №36, геометрические характеристики которого:
- высота сечения h = 360,0 мм,
- толщина стенки tw = 7,5 мм,
- ширина полки bf = 145,0 мм,
- толщина полки tf = 12,3 мм,
- площадь сечения А = 61,9 см2,
- момент инерции I = 13380 см4,
- момент сопротивления W = 743 см3.
Масса профиля g = 48,6 кг/м
Площадь полки Af = tf bf = 17,8 см2.
Площадь стенки Aw = A – 2Af = 26,23 см2
Проверка жесткости
Определяем прогиб балки в середине пролета:
Проверка прочности
Касательные напряжения в опорном сечении балки проверяем по формуле:
(22)
где Rs = 0,58Ry = 0,58×230 = 133,4 МПа;
Выполняем проверку нормальных напряжений:
(23)
Требование прочности выполняется.
Таблица 3–Сбор нагрузок на прогон
Постоянные нагрузки на 1 м2 перекрытия приведены в таблице:
Тип и состав покрытия | Ед. изм. | Нормативное значение | f | Расчетное значение |
Нагрузка на настил | кН/м2 | 1,56 | 2,17 | |
Вес настила Н57-750-0,8 | кН/м2 | 0,074 | 1,05 | 0,077 |
Собственный вес прогона | кН/м2 | 0,0016 | 1,05 | 0,0017 |
Всего: | кН/м2 | 1,64 | 2,25 |
Суммарная линейная нагрузка на прогон при шаге прогонов b = 3 м: нормативная:
Снеговая нагрузка
Снеговая нагрузка на 1 м2 горизонтальной поверхности земли для III снегового района составляет Sg=1,8 кН/м2 (таблица 10.1 [2]).
Так как снеговая нагрузка передается через прогоны в узлы фермы, то она определяется в виде сосредоточенных сил (рисунок 5).
Рассматриваем две схемы приложения снеговой нагрузки: равномерно распределенную по всему пролету (приложение Г.1, схема б, вариант 1 [2]) и равномерно распределенную на половине пролета в соответствии с п. 10.4 [2].
Рисунок 5 – Нагрузка от снега в узлы фермы
Нормативное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:
(8)
где cе- коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов, принимаемый в соответствии с 10.5;
ct = 1 - термический коэффициент, принимаемый в соответствии с 10.10;
m- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с 10.4;
Sg - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемый в соответствии с 10.2.
Для пологих (с уклонами до 12 % или с f/l 0,05) покрытий однопролетных и многопролетных зданий без фонарей, проектируемых в районах со средней скоростью ветра за три наиболее холодных месяца V 2 м/с (см. схемы Г.1, Г.2, Г.5 и Г.6 приложения Г [2]), следует установить коэффициент сноса снега:
где k - принимается по таблице 11.2;
b - ширина покрытия, принимаемая не более 100 м.
кН/м2
Расчетная снеговая нагрузка на 1 м2 покрытия будет вычисляться по формуле:
где f= 1,4 – коэффициент надежности по снеговой нагрузке, принимаемый согласно п. 10.12 [2].
кН/м2
Расчетная линейная нагрузка на ригель:
Узловая нагрузка на прогоны (узлы фермы):
(9)
где – шаг прогонов.
кН -средние прогоны;
кН -крайние прогоны.
Ветровая нагрузка
Расчетное значение ветровой нагрузки w следует определять по формуле:
где wm- нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли;
wm -значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте z.
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле
wm = w0 k(ze)c
где w0 = 0,38— нормативное значение ветрового давления для I ветрового района (табл. 11.1.4 [2]);
k(ze) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze (см. 11.1.5 и 11.1.6 [2]);
Поправочные коэффициенты, учитывающие изменение ветрового давления по высоте для типа местности «В» составят (таблица 4):
Таблица 4 – Поправочные коэффициенты
Z, м | k |
до 5,00 | 0,50 |
9,30 | 0,629 |
17,55 | 0,801 |
Примечание: Высота Z принимается от поверхности земли.
с - аэродинамический коэффициент (см. п. 11.1.7 [2]).
Аэродинамические коэффициенты выбираются по таблице Д.2 приложения Д.1.2 [2] (напор, отсос):
с наветренной стороны:
с заветренной стороны:
с торца:
(Отсос ветра по длине ригеля в запас прочности не учитываем)
Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wp на эквивалентной высоте ze следует определять следующим образом:
где z(ze) - коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.4 [2] или формуле (11.6 [2]) для эквивалентной высоты ze (см. 11.1.5 [2]);
Таблица 5 – Коэффициент пульсации давления ветра
Z, м | z |
до 5,00 | 1,22 |
9,3 | 1,0824 |
17,55 | 0,9543 |
v - коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. 11.1.11 [2]);
Таблица 6 – Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра
С наветренной и подветренной стороны | С торца здания | ||
Z, м | v | Z, м | v |
до 5,00 | 0,58 | до 5,00 | 0,702 |
9,3 | 0,58 | 9,3 | 0,702 |
17,55 | 0,57 | 17,55 | 0,6869 |
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке (п. 11.1.12 [2]).
Расчётная линейная ветровая нагрузка на колонну рамы определяется по формуле:
1. Со стороны напора ветра:
До 5 м.: кН/м2;
кН/м2;
кН/м2;
кН/м.
9,3 м: кН/м2;
кН/м2;
кН/м2;
кН/м.
17,55 м: кН/м2;
кН/м2;
кН/м2;
кН/м.
2. Со стороны отсоса ветра:
До 5 м.: кН/м2;
кН/м2;
кН/м2;
кН/м.
9,3 м: кН/м2;
кН/м2;
кН/м2;
кН/м.
17,55 м: кН/м2;
кН/м2;
кН/м2;
кН/м.
3. Со стороны торца:
До 5 м.: кН/м2;
кН/м2;
кН/м2;
кН/м.
9,3 м: кН/м2;
кН/м2;
кН/м2;
кН/м.
17,55 м: кН/м2;
кН/м2;
кН/м2;
кН/м.
Схема к расчету ветровой нагрузки показана на рисунке 8.
Рисунок 8 – Схема к расчету ветровой нагрузки
Нагрузка от мостовых кранов