3. Расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания

3.1 Данные для проектирования фермы.

Требуется рассчитать и сконструировать предварительно напряженную сег­ментную ферму для кровли крайнего пролета одноэтаж­ного двухпролетного здания пролетом 28 м при шаге ферм 7 м. Схема фермы и основные гео­метрические размеры применительно к типовым фермам. Размеры панелей приняты под плиты покрытий шириной 2,8 м. Предвари­тельно напряженный нижний пояс армируется стержневой арматурой клас­са S800 с электротермическим натяжением на упоры (f_pd=640МПа, E_s=19^.10⁴ МПа). Верхний пояс и элемен­ты решетки (раскосы и стойки) армируются сварными каркасами из стали класса S500 (f_yd=f_ywd=435 МПа, E_s=2^.10⁵ Мпа, хомуты класса S500). Ферма изготовляется из бетона класса C20/25 (f_cd=19,5 Мпа, f_ck=1,3 МПа, E_c=31^.10³ МПа, f_ctd=24,5 МПа), бетонирование поясов и решетки выполняется одновременно, твердение бетона с пропариванием.

3.2 Данные для проектирования сплошной колонны крайнего ряда.

Расчетные характеристики материалов принимают по таблицам СНБ:

Для бетона тяжелого класса C16/20: =10,67МПа, = 0,87МПа, =31000МПа.

Для арматуры класса S500: 435МПа,=20000МПа.

3.3 Определение нагрузок на раму.

Постоянные нагрузки

Ши­рину панелей принимаем 2,8 м с таким расчетом, чтобы ребра плит покрытия опирались в узлы верхнего пояса. Высота фермы в середине пролета с учетом типовых форм принята 3200 мм, что составляет Н/L=3,2/28=1/8,75. Ширина сечения поясов b x h = 25 x 22. Сечение раскосов принято 220 x 150 мм.

Распределение снеговой нагрузки в пролете фермы рассмотрено в двух вариантах: кратковременно действующая, длительно действующая с коэффициентом 0,3 – для г. Краснополья

Таблица 3.1 – Подсчет нагрузок на покрытие

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка кН/м²	Коэфф. надёжности по нагрузке	Расчётная нагрузка кН/м²
1. Постоянная, от веса покрытия: 2. Собственный вес фермы (11,2/28):	2,65 4	1,35 1,35	3,58 5,4
Итого:	6,65		8,98
Временная от снега:	1,2	1,5	1,8

Узловая постоянная нагрузка на ферму:

кН;

кН.

Узловая временная нагрузка на ферму:

;

кН;

Расчётная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления передаваемая на колонну выше отметки 10,8 м:

(3.1)

где - вес 1 м² стеновых панелей (панели керамзитобетонные );

q - вес 1 м² остекления (q = 0,4 кН/м²)

Эксцентриситет нагрузки от веса стеновых панелей и остекления для верхней части колонны 0,45м, для нижней 0,55м.

Расчётная нагрузка от веса стеновых панелей, предаваемая на фундаментную балку:

Расчётная нагрузка от веса подкрановых балок:

(3.2)

где g - вес подкрановой балки;

Расчётная нагрузка от веса колонн определяется по формуле:

(3.3)

где - вес соответствующей части колонны.

Крайние колонны подкрановая часть:

Крайние колонны надкрановая часть:

Временные нагрузки

Снеговая нагрузка

Нормативная узловая снеговая нагрузка на крайние колонны определяется по формуле:

F_sk S_о∙μ∙d·γ_n∙γ_f (3.4)

где S_o — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемая в зависимости от района строительства. Для города Краснополье нормативное значение снеговой нагрузки S_o = 1,2 кПа

μ — коэффициент, учитывающий конфигурацию покрытия; для расчета рамы принимается μ = 1;

γ_f — коэффициент надежности по временной нагрузке, принимаем γ_f = 1,5;

Узловая временная нагрузка на ферму:

;

кН;

Ветровая нагрузка

Скоростной напор ветра для города Краснополье, с высотой стены до 10м от поверхности земли k=1; w₀ =300 Н/м2; то же высотой до 20м при коэффициенте, учитывающем изменение скоростного напора по высоте k=0,85.

(3.5)

В соответствии с линейной интерполяцией -нагрузка на высоте 14,4 м

То же на высоте 17,6 м

Переменный по высоте скоростной напор ветра заменяем равномерно распределённым, эквивалентным по моменту в заделке колонны длиной 14,4 м.

(3.6)

При условии Н/(2·L)=20,0/(2·28)=0,36< 0,5 значение аэродинамического коэффициента для наружных стен с наветренной стороны с_е =+0,8, с подветренной стороны с_е’=-0,6

Расчётная равномерно распределённая нагрузка колонны до отметки 14,4:

(3.7)

с наветренной стороны

с подветренной стороны

Расчётная сосредоточенная ветровая нагрузка выше отметки 14,4 м

Крановая нагрузка

Вес поднимаемого груза Q=150 кН, пролёт крана Lк=28-2·0,75=26,5 м, база крана грузоподъёмностью 15/3 т. В=6,3 м, расстояние между колёсами К=5 м, вес тележки Gт=7,0 кН, вес крана с тележкой Gк=30,5 кН, максимальное давление на колесо крана F_max=190 кН.

Рисунок 3.1 - Линия влияния давления на колонну

Расчётное максимальное давление на колесо крана

F_max = F_{m ax}ⁿ· (3.9)

F_max=190·1,1·0,95=198,55 кН

Минимальное давление колес крана можно определить по формуле

F_min = (Q + G)/n₀  F_max,

где G — полный вес крана с тележкой;

F_minⁿ =(150+340)/2-190=55 кН

Расчётное минимальное давление на колесо крана находим по формуле

F_min =55·1,1·0,95=57,48 кН

Расчётная поперечная тормозная сила на одно колесо.

(3.9)

Вертикальная крановая нагрузка на колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетаний

D_max = 0,85∙∑F_max∙y_i; (3.10)

на противоположную колонну:

D_min = 0,85∙∑F_min∙y_i, (3.11)

где 0,85 —коэффициент сочетаний при совместной работе двух кранов для групп режимов работы кранов 1К–6К;

F_max — наибольшее вертикальное давление колес на подкрановую балку;

D_max=0,85198,55(0,1+0,814+1+0,286) = 371,29 кН;

D_min=0,8557,48(0,1+0,814+1+0,286)=107,49 кН.

Расчетное горизонтальное давление на колонну от двух сближенных кранов при поперечном торможении равно:

Т=0,85∙Т_max∙∑ y_i (3.12)

Т=0,855,75 ·(0,1+0,814+1+0,286)=10,75 кН

Расчет выполняем по максимальному усилию в нижнем поясе N_sd=2061,3.

Требуемую площадь рабочей арматуры рассчитываем по формуле:

; (3.13)

f_pd=640 МПа [1, изм.1,4, таб.6.6]

Принимаем в качестве напрягаемой арматуру S800 4Æ32 с мм²; назначаем ширину и высоту нижнего пояса b=220 мм h=250 мм.

Для моделирования преднапряжения на стержни арматутры накладывается эквивалентное тепловое воздействие, величина которого вычисляется по формулам:

где -деформации вызванные предварительным напряжением с учётом его потерь;

-коэффициент линейного расширения арматурной стали, град^-1.