Курсовой проект по дисциплине Металлические конструкции включая сварку Тема Проектирование сборных железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания

• Название: Курсовой проект по дисциплине Металлические конструкции включая сварку Тема Проектирование сборных железобетонных конструкций многоэтажного каркасного здания
• Дата: 27.12.2022
• Размер: 2.68 Mb.
• Имя файла: 1b21723659aea0ca9e5f70a89d60712f.docx
• Тип: Курсовой проект; #866275
• страница: 4 из 12

2.4. Выбор схемы связей здания

2.4.1. Связи между колоннами

Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса, его несущую способность и жесткость в продольном направлении, а также устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.Для выполнения этих функций необходим хотя бы один жесткий диск по длине здания и система продольных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск, к последнему.


Рисунок 2.3.1.1. Расположение связей между колоннами.

Вертикальные связи по колоннам воспринимают продольные силы, действующие на каркас здания (ветер, продольные силы торможения крана и другие технологические нагрузки). Подкрановый связевой блок (жесткий диск) по колоннам устраивают в середине здания для того, чтобы температурные деформации были бы симметричными.

2.4.2. Связи по покрытию

Связи между фермами, обеспечивая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают устойчивость сжатых элементов ригеля из плоскости ферм, перераспределение местных нагрузок, приложенных к одной из рам на соседние рамы, удобство монтажа, заданную геометрию каркаса, восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок.



Рисунок 2.4.2.1 Расположение связей по нижним поясам ферм.



Рисунок 2.4.2.2 Расположение связей по верхним поясам ферм.



Рисунок 2.4.2.3 Расположение связей по фонарю.



Рисунок 2.4.2.4 Расположение вертикальных связей между фермами.

3. Расчет поперечной рамы здания

3.1. Расчетная схема рамы

В процессе разработки компоновочной части проекта устанавливается конструктивная схема поперечной рамы (рисунок 2.2.1), которая преобразовывается в расчетную схему (рисунок 3.1.1). Геометрические оси колонн в расчетной схеме принимают проходящими по центрам тяжести сечений верхней и нижней частей колонны. В ступенчатых колоннах крайних рядов оси центров тяжести верхней и нижней частей колонны расположены не на одной оси, поэтому стойка рамы имеет горизонтальный уступ, равный расстоянию между центрами тяжести колонн. Заделка стоек принимается на уровне базы, ось ригеля совмещается с нижним поясом стропильной фермы. Сопряжение ригеля с колоннами принимается жестким или шарнирным.



Рисунок 3.1.1. Пример расчетной схемы поперечной рамы здания (жесткое сопряжение колонн с фундаментом и колонн с ригелем)
Эксцентриситет осей центров тяжести верхней части колонны по отношению к нижней:

е₀= 0.5⋅h_н-0.5h_в (3.1.1)

е₀=0.5⋅1000-0.5⋅450=275 мм.

Соотношения моментов инерции элементов рамы принимаются следующие:

Iн / Iв =5;

Iр / Iн =2
3.2. Сбор нагрузок

3.2.1. Постоянные нагрузки
1) Собственный вес конструкций покрытия.

Состав покрытия и нагрузка от массы конструкций покрытия принимается в соответствии с таблицей 3.2.1.

Таблицей 3.2.1.1. Постоянные нагрузки

Наименование элемента конструкции	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежностипо нагрузке, γf	Расчетная нагрузка, кН/м2
Несущие элементы кровли
Профилированный стальной настил t = 1,6 мм	0.18	1.05	0.189

Продолжение таблицы 3.2.1.1

Металлические конструкции покрытия
Прогоны:- сплошные пролетом 6 м	0.07	1.05	0.0735
Ферма	0.3	1.05	0.315
Конструкция фермы	0.1	1.05	0.105
Связи и перекрытия	0.05	1.05	0.0525
Каркас фонаря	0.08	1.05	0.084
Итого	0.78	1.05	0.819

Расчетная равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы:

q_g= γ_n ⋅ g ⋅ B / cosα (3.2.1.1)

q_g = 1⋅0.819⋅6/1 = 4.914 кН/м²

где g = 0.819кН/м² – расчетная нагрузки от массы конструкций покрытия (кН/м2 );

B = 6м– шаг колонн (ширина грузовой площади, с которой нагрузка собирается на ось ригеля);

α ≈ 0 – угол наклона кровли;

γ_n = 1 – коэффициент надежности по ответственности в соответствии с [4] .
2) Собственный вес ограждающих конструкций и колонн.

В качестве ограждающих конструкций принимаются навесные стеновые панели и блоки остекления. Нагрузки от массы ограждающих конструкций и колонн принимаем равными:

-для колонн = 0.42 кН/мм²

-для стен= 2 кН/м²

-для остекления =0.35 кН/м²
Данные нагрузки собирают в сосредоточенные силы, условно приложенные к низу надкрановой и подкрановой частей колонны по оси сечения. Тогда:

- вес верхней части колонны (20 % от общего веса колонны):

G_в = 0,2 ⋅ γ_{n ⋅} γ_{f ⋅} g_{k ⋅} B _⋅ H₀ (3.2.1.2)

G_в = 0,2 ⋅ 1_⋅ 1,05 _⋅ 0,42 _⋅ 6 _⋅ 16,2 = 20,41 кН

- вес нижней части колонны (80 % от общего веса колонны):

G_н = 0,2 ⋅ γ_{n ⋅} γ_{f ⋅} g_{k ⋅} B _⋅ H₀ (3.2.1.3)

G_н = 0,8 ⋅ 1_⋅ 1,05 _⋅ 0,42 _⋅ 6 _⋅ 16,2 = 81,65 кН

где γ_f – коэффициент надежности по нагрузке от веса металлоконструкций (1,05);

g_к – расход стали на колонны (табл. 2).

- вес навесных панелей и остекления в верхней части, включая вес колонны:

F₁= γ_n⋅B⋅(γ_f⋅ g_ст. ⋅ ( Н_в + Н_ф + Н_пп – h_ост.) +γ_f⋅ g_ост. ⋅ h_ост. ) (3.2.1.4)

F1 = 1⋅6⋅( 1.2 ⋅ 2 ⋅ ( 4,53 + 2,25 + 0,9 – 1.2) + 1.05 ⋅0.35 ⋅ 1.2) = 95,96 кН

где g_ст. , g_ост. – соответственно нагрузка от веса стеновых панелей и остекления;

h_ост.=1.2 – высота остекления (принимаем кратно 1,2м).

Вес навесных панелей и остекления в нижней части, включая вес колонны:

F₂ = γ_n⋅B⋅(γ_f⋅ g_ст. ⋅ ( Н_н -h_ост.) +γ_f⋅ g_ост. ⋅ h_ост. ) (3.2.1.5)

F₂ = 1⋅6⋅( 1.2 ⋅ 2 ⋅ (12,47 – 1.2) + 1.05 ⋅0.35 ⋅ 1.2) = 164,93 кН

Вертикальная составляющая от верхней и нижней части соответственно:
F_в^полн = F₁ + G_в = 95,96 + 20,41 = 116.37 (3.2.1.6)

F_н^полн = F₂ + G_н = 164,93 + 81,65 = 246,58 (3.2.1.7)
3.2.2. Временные нагрузки

1)Снеговая равномерно распределенная нагрузка:

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле:

q_s= γ_f⋅ μ ⋅ S₀ ⋅ B = 1.4⋅1⋅1.1⋅6= 9,24 (3.2.2.1)

где S_g =1,10 – вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое по нормам [6] в зависимости от снегового района РФ; Для хабаровска для по прил. К [6]:



Рисунок 3.2.2.1 Выкопировка таблица К [3]

μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, при одно- и двускатной кровле при уклоне α ≤ 30° μ = 1

где γ_f=1.4– коэффициент надежности по снеговой нагрузке
2)Ветровая равномерно распределенная нагрузка в плоскости рамы Нормативное значение ветровой нагрузки w следует определять как сумму средней W_m и пульсационной W_p составляющих:
w=w_m+ w_p (3.2.2.2)

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки W_m в зависимости от эквивалентной высоты z_e над поверхностью земли следует определять по формуле:
w_m= w₀⋅k(z_e)⋅c(3.2.2.3)

где w₀ = 0.38 – нормативное, значение ветрового давления для III ветрового района по таблице 11.1 [6];

k = 0,819 – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z_e, определяется по интерполяции таблицы 11.2 [6].
Таблица 3.2.2.1 Интерполяция k

интерпол "k"
10	0.65
19.35	0.819
20	0.85

с – аэродинамический коэффициент. С наветренной стороны c₁ = 0,8; С подветренной c₂=0,5.

-с наветренной стороны:

w_m^0.8 = 0,38⋅0,819⋅0.8 = 0,249 кН/м²;

-с подветренной стороны:

w_m^0.5 = 0,38⋅0,819⋅0.5 = 0,156 кН/м²;

Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки w_p на эквивалентной высоте z_e = h при расчете одноэтажных производственных зданий высотой до 36 м при отношении высоты к пролету менее 1,5, размещаемых в местностях типа, допускается определять по формуле:

w_p= w_m⋅ζ(z_e)⋅ ν(3.2.2.4)

гдеζ(z_e) = 0,929 – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z_e определяется по интерполяции таблицы 11.4 [6] .

Таблица 3.2.2.2 Интерполяция ζ(z_e)

интерпол "ζ(ze)"
10	1.06
19.35	0.929
20	0.92

v = 0,655 – коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра, определяется по интерполяции таблица 11.6 [6]

-с наветренной стороны:

w_p^0.8 = 0,235 ⋅ 0,929⋅0,655 = 0,152 кН/м²

-с подветренной стороны:

w_p^0.5 = 0,147 ⋅ 0,929⋅0,655 = 0,095 кН/м²

Таким образом, ветровая равномерно распределенная нагрузка в плоскости рамы:

-с наветренной стороны:

w^0.8= 0,249 + 0,152 = 0,401 кН/м²

-с подветренной стороны:

w^0.5= 0,156 + 0,095 = 0,250 кН/м²

Линейная равномерно распределенная нагрузка от ветра на колонны рамы при c₁ и с₂:

q_w1,2 = γ_n⋅γ_f⋅w_1,2 ⋅ B(3.2.2.5)

где γ_f = 1,4 коэффициент надежности по ветровой нагрузке

-с наветренной стороны:

q_w^0.8 = 1,4⋅0,401⋅6 = 3,365 кН/м²

-с подветренной стороны:

q_w^0.5 = 1,4⋅0,250⋅6 = 2,103 кН/м²

Ветровая нагрузка, действующая от отметки расчетной оси ригеля до верхней отметки здания, заменяется сосредоточенными силами, приложенными в узлах сопряжения ригеля с колоннами.

F_w1,2 = γ_n⋅γ_f⋅w_1,2 ⋅ B⋅ (H_ф+H_фан) (3.2.2.6)

-с наветренной стороны:

F_w^0.8 = 3,365 ⋅ 6 ⋅ ( 2,25 + 3,85) = 20,527 кН/м²

-с подветренной стороны:

F_w^0.5 = 2,103 ⋅ 6 ⋅ (2.25 + 3,85)= 12,829 кН/м²
3) Нагрузка от мостовых кранов



Рисунок 3.2.2.2. Схема принятого мостового крана

Вертикальная сила F_к, зависящая от веса крана, веса груза и положения тележки на крановом мосту, передается катком крана на рельс, подкрановую балку и далее на колонну. Максимальная нормативная сила, действующая на колонну от одного катка, F_кⁿ = 380кН (приложение 2 [7]) возникает при максимально возможном приближении тележки крана с грузом Q = 50т к колонне. Вес крана с тележкой G_k = 475кН, вес тележки Gт = 132 кН. На другой ряд колонн с катков крана передаются меньшие силы F_к:


Рисунок 3.2.2.3. Линии влияния


Рисунок 3.2.2.4 К расчету крановой нагрузки
F’_k= (Q+G_к)/n₀-F_kⁿ(3.2.2.7)

F’_k= (500 + 475)/2 – 380 = 107.5 кН

где Q – грузоподъемность крана;

G_к – вес крана с тележкой;

n₀ – количество катков крана с одной стороны (приложение 2 [7]).

Силу продольного торможения крана вдоль здания F_кп (рис. 8,а) учитывают при расчете тормозных упоров в конце нитки подкрановых балок. Расчет поперечной рамы однопролетного цеха ведется на нагрузки от двух кранов, которые располагают так, чтобы на рассчитываемую раму передавалась наибольшая нагрузка (рис. 8,в). с учетом веса подкрановой балки и временной нагрузки на тормозные конструкции определяют по формулам:

D_max/min= γ_{n⋅ (} γ_{f1 ⋅}Ψ ⋅ Fⁿ_max/min⋅ ∑y_i+ γ_{f2 ⋅}g_{пб ⋅}B_⋅L/2 + γ_f3 ⋅ g_m ⋅ b_m ⋅ B) (3.2.2.8)

где Ψ = 0.85 – коэффициент сочетания при учете нагрузки от двух кранов для группы режима работы крана 1К-6К (0,85) и 7К-8К (0,95);

∑y_i= 1+0,8+0,067 = 1,867 – сумма ординат линий влияния (см. рисунок 3.2.2.2);

g_пб = 0,58 кН – расход стали на подкрановые конструкции (табл. 2);

g_m = 1.5кН – временная нагрузка на тормозные конструкции;

b_m =1м – ширина тормозной конструкции, принимаемая равной высоте сечения нижней части колонны;

γ_f1 = 1,2; γ_f2 = 1,05; γ_f3 = 1,3 – коэффициенты надежности по нагрузке от мостовых кранов, собственного веса металлоконструкций, временной равномерно распределенной нагрузки на тормозной конструкции, соответственно.

D_max= 1 ⋅ ( 1,2 ⋅ 0.85 ⋅ 380 ⋅ 1,867 + 1,05 ⋅ 0,58 ⋅ 24/2 ⋅ 6 + 1,3 ⋅ 1.5 ⋅ 1 ⋅ 6 )= 779,45 кН

D_min= 1 ⋅ ( 1,2 ⋅ 0.85 ⋅ 107,5 ⋅ 1,867 + 1,05 ⋅ 0,58 ⋅ 24/2 ⋅ 6 + 1,3 ⋅ 1.5 ⋅ 1 ⋅ 6 )= 260,52кН

Горизонтальная сила T_к, возникает из-за торможения тележки, перекоса крана, распирающего действия катков при движении по рельсам. Сила T_к может быть направлена внутрь или из пролета и приложена к любому ряду колонн. Нормативное значение силы T_кⁿ , передаваемое краном с гибким подвесом груза на поперечную раму, определяется по формуле:

T_кⁿ =  μ ⋅ (Q+G_т)/n₀ (3.2.2.9)

T_кⁿ= 0.05 ⋅ ( 500 + 132) / 2 = 15,8 кН

где G_т = 132 кН – масса тележки крана (приложеине 2 [7]).

Горизонтальные нагрузки на колонны с учетом веса подкрановой балки и временной нагрузки на тормозные конструкции определяют по формуле:

T = γ_n⋅γ_{f1 ⋅}Ψ ⋅T_к^n⋅∑y_i(3.2.2.10)

T =1⋅ 1.2 ⋅ 0.85 ⋅ 1,867 ⋅ 10.8 = 22,99 кН

Силы D_max, D_min передаются по оси подкрановой балки с эксцентриситетом по отношению к центру тяжести нижней части колонны. Моменты от вертикального давления кранов определяют по формулам:

M_max/min = D_max/min ⋅ e_k = D_max/min ⋅ 0,5·h_н (3.2.2.11)

где e_k – эксцентриситет приложения крановой нагрузки, равный 0,5·h_н
M_max = 863,68 ⋅ 0,5 ⋅ 1 = 389,72 кНм

M_min = 260,52 ⋅ 0,5 ⋅ 1 = 130,26 кНм