 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
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
Gпф,n = αпф Lпф 2,
где Lпф = В = 12 м – пролет подстропильной фермы, равный шагу колонн;
αпф = 0,044…0,104 – коэффициент веса, определяемый линейной интерполяцией в зависимости от полной величины опорной реакции стропильной фермы R = 100...400 кН.
Реакции стропильной фермы при шаге bф = 6 м
R = gn ВL / 2 = 2,33 · 12 · 30 / 2 = 419,4 кН.
Принимаем αпф = 0,108.
Gпф,n = 0,108 · 122 = 15,55 кН = 1555 кг.
Расход стали на 1 м2 площади цеха
gпф = 2 Gпф,n / (В L) = 2 · 1555 / (12 · 30) = 8,6 кг/м2.
Подкрановые балки
Вес всех элементов, входящих в комплекс подкрановой конструкции (подкрановая балка со связями, тормозная конструкция, подкрановый рельс с деталями крепления), определяют по формуле
Gпб,n = (αпб Lпб + qр) Lпб kпб,
где Lпб – пролет подкрановой балки, равный шагу колонн В;
qр = 1,18 кН/м – вес одного погонного метра подкранового рельса, принимаемый по табл. 1;
kпб = 1,2 – конструктивный коэффициент, учитывающий вес тормозной конструкции, связей и элементов крепления рельса;
αпб – коэффициент, значение которого определяют в зависимости от грузоподъемности главного крюка крана большей грузоподъемности из числа работающих в здании:
αпб = 0,24…0,35 для кранов грузоподъемностью Q max = 20…50 т;
αпб = 0,37…0,47 для кранов грузоподъемностью Q max = 80…200 т.
Для промежуточных значений Q max коэффициент αпб определяется линейной интерполяцией (для крана Q = 100/20 коэффициент αпб = 0,39).
При пролете подкрановой балки 6 м вес подкрановой конструкции
Gпб,n = (0,39 · 6 + 1,18) 6 · 1,2 = 25,34 кН = 2534 кг.
Расход стали на 1 м2 площади цеха
gпб = 2 Gпб,n / (В L) = 2 · 2534 / (6 · 30) = 28,16 кг/м2.
При пролете подкрановой балки 12 м вес подкрановой конструкции
Gпб,n = (0,39 · 12 + 1,18) 12 · 1,2 = 84,38 кН = 8438 кг.
Расход стали на 1 м2 площади цеха
gпб = 2 · 8438 / (12 · 30) = 46,88 кг/м2.
Для третьего варианта (с применением подстропильных ферм) вес подкрановых конструкций и расход стали на 1 м2 площади цеха такой же, что и во втором варианте (при пролете 12 м без подстропильных ферм).
Колонны каркаса
Вес внецентренно-сжатой ступенчатой колонны складывается из веса верхней (надкрановой) Gкв и нижней (подкрановой) Gкн 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
Gк,i = (∑ Fi ρ ψк lк,i / кМ) / Ry,
где ∑ Fi – расчетная продольная сжимающая сила, действующая в пределах рассматриваемого участка колонны и вызываемая совместным действием всех возможных i нагрузок;
ψк – конструктивный коэффициент (ψк = 1,2…1,6 для сплошного сечения надкрановой части колонны,
ψк = 1,7…2,4 для сквозного сечения подкрановой части колонны);
lк,i – длина (верхнего или нижнего) участка колонны определенной конструктивной формы, испытывающего воздействие постоянной по величине нормальной силы;
кМ – коэффициент, учитывающий влияние изгибающего момента на размеры поперечного сечения колонны. В ступенчатой колонне для сплошной надкрановой части кМ = 0,25…0,30; для сквозной подкрановой части, имеющей более развитое сечение, кМ = 0,4…0,5.
Для надкрановой части колонны наибольшую сжимающую продольную силу ∑ Fв определяют от совместного действия:
– веса ограждающих конструкций покрытия gпк;
– веса прогонов gпр;
– веса стропильной фермы со связями gф;
– веса подстропильной фермы (при решении покрытия с подстропильными фермами) gпф;
– веса стенового ограждения, расположенного в пределах надкрановой части колонны и шатра, Gст,в;
– собственного веса надкрановой части колонны (на стадии сравнения вариантов этой величиной можно пренебречь);
– снеговой нагрузки Sg.
Для подкрановой части колонны наибольшую сжимающую продольную силу ∑ Fн определяют от совместного действия:
– наибольшей сжимающей продольной силы в надкрановой части колонны ∑ Fв;
– максимального вертикального давления на колонну от мостовых кранов D max;
– собственного веса подкрановой балки, включающего вес связей и рельса с креплениями, Gпб;
– веса стенового ограждения, расположенного в пределах подкрановой части колонны (от нулевой отметки до уступа), Gст,н;
– собственного веса надкрановой части колонны Gкв;
– собственного веса подкрановой части колонны (на стадии сравнения вариантов этой величиной можно пренебречь).
Вес ступенчатой колонны при шаге В = 6 м(1-ый вариант)
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. 2).
Высота верхней части колонны
Н′в = Н 2 + h′б + hр = 4400 + 1000 + 200 = 5600 мм.
Продольная сжимающая сила
∑ Fв = (gпк + gпр + gф + Sg) BL / 2 + Gст,в =
= (1,43 + 0,0684 · 1,05 + 0,224 · 1,05 + 1,2) 6 · 30 / 2 + 94,5 = 358,85 кН,
где Gст,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 курсовом проекте, где теплотехнические и конструктивные расчеты панелей не производят, для отапливаемых зданий приняты панели из ячеистого бетона с условной расчетной нагрузкой от веса стен на 1 м2 поверхности стены gст = 250…330 кг/м2 и толщиной tст = 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 gст = 150…200 кг/м2 и толщиной tст = 150…200 мм (большая величина для большего шага колонн).
Приняв gст = 250 кг/м2 = 2,5 кН/м2, определяют вес стенового ограждения:
Gст,в = gст [ H′в (1 – α) + Hш ] 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
Gк,в = (∑ Fв ρ ψк lк,в / кМ) / Ry =
= (358,85 · 78,5 · 1,5 · 5,6 / 0,25) / (24 · 104) = 3,94 кН = 394 кг,
здесь приняты: ψк = 1,5; lк,в = H′в = 5,6 м; кМ = 0,25.
2. Подкрановая часть колонны.
Высота нижней части колонны
Н′н = Н 0 – Н′в + Hф = 19800 – 5600 + 600 = 14800 мм,
Продольная сжимающая сила
∑ Fн = ∑ Fв + D max + Gпб + Gст,н + Gк,в =
= 358,85 + 1246,65 + 25,34 + 106,5 + 3,94 = 1741,3 кН,
где вес стенового ограждения, расположенного в пределах подкрановой части колонны от нулевой отметки, равен:
Gст,н = gст (Hн – Hф) (1 – α) В =2,5 (14,8 – 0,6) (1 – 0,5) 6 = 106,5 кН;
D max – вертикальное давление на колонну от двух сближенных мостовых кранов наибольшей грузоподъемности (в цехе, обслуживаемом одним краном, – от одного крана). Вертикальное давление определяется по линии влияния опорной реакции подкрановой балки (рис. 5). Невыгодное расположение кранов на балке: одно колесо ставят на колонну, другие приближают на минимально возможное расстояние к колонне.
где Fk, max– максимальное нормативное давление на колесо крана, приводимое в стандартах на краны:
Fk 1, max = 450 кН и Fk 2,max = 480 кН для крана Q = 100/20(см. табл. 1);
yi – ордината линии влияния опорной реакции подкрановой балки;
n – число колес двух кранов, передающих нагрузку через подкрановые балки на рассматриваемую колонну;
γf = 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.
Вес подкрановой части колонны
Gк,н = (∑ Fн ρ ψк l′к,н / кМ) / Ry =
= (1741,3 · 78,5 · 2 · 14,8 / 0,45) / (24 · 104) = 37,46 кН = 3746 кг,
здесь ψк = 2; l′к н = H′н = 14,8 м; кМ = 0,45.
Вес ступенчатой колонны
Gк = Gк,в + Gк,н = 394 + 3746 = 4140 кг.
Расход стали на 1 м2 площади цеха
gк = 2 Gк / (ВL) = 2 · 4140 / (6 · 30) = 46 кг/м2.
Вес ступенчатой колонны при шаге В = 12 м(2-ой вариант)
1. Надкрановая часть колонны.
Продольная сжимающая сила
∑ Fв = (gпк + gпр + gф + Sg) BL / 2 + Gст,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:
Gст,в = gст [ Hв (1 – α) + Hш ] В =2,5 [6,3 (1 – 0,5) + 3,5] 12 = 199,5 кН.
Вес надкрановой части колонны
Gк,в = (∑ Fв ρ ψк lк в / кМ) / Ry =
= (726,9 · 78,5 · 1,5 · 6,3 / 0,25) / (24 · 104) = 8,99 кН = 899 кг,
где lк в = Hв = 6,3 м.
2. Подкрановая часть колонны.
Продольная сжимающая сила
∑ Fн = ∑ Fв + D max + Gпб + Gст,н + Gк,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:
Рис. 5. Схемы загружения линии влияния опорной реакции подкрановых балок нагрузками от колес мостовых кранов:
а – при шаге колонн 6 м; б – при шаге колонн 12 м
Gст,н = gст (Hн – Hф) (1 – α) В =2,5 (14,1 – 0,6) (1 – 0,5) 12 = 202,5 кН;
Вес подкрановой части колонны
Gк,н = (∑ Fн ρ ψк lк,н / кМ) / Ry =
= (3132,75 · 78,5 · 2 · 14,1 / 0,45) / (24 · 104) = 64,21 кН = 6421 кг.
Вес ступенчатой колонны
Gк = Gк,в + Gк,н = 899 + 6421 = 7320 кг.
Расход стали на 1 м2 площади цеха
gк = 2 Gк / (ВL) = 2 · 7320 / (12 · 30) = 40,67 кг/м2.
Вес ступенчатой колонны при шаге В = 12 м с применением подстропильных ферм (3-ий вариант)
1. Надкрановая часть колонны.
Продольная сжимающая сила
∑ Fв = (gпк + gпр + gф + Sg) BL / 2 + Gст,в + Gпф =
= (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
Gк,в = (∑ Fв ρ ψк lк,в / кМ) / Ry =
= (744,49 · 78,5 · 1,5 · 6,3 / 0,25) / (24 · 104) = 9,2 кН = 920 кг.
2. Подкрановая часть колонны.
Продольная сжимающая сила
∑ Fн = ∑ Fв + D max + Gпб + Gст,н + Gк,в =
= 744,49 + 2109,98 + 84,38 + 202,5 + 9,2 = 3150,55 кН.
Вес подкрановой части колонны
Gк,н = (∑ Fн ρ ψк lк,н / кМ) / Ry =
= (3150,55 · 78,5 · 2 · 14,1 / 0,45) / (24 · 104) = 70,69 кН = 6459 кг.
Вес ступенчатой колонны
Gк = Gк,в + Gк,н = 920 + 6459 = 7379 кг.
Расход стали на 1 м2 площади цеха
gк = 2 Gк / (ВL) = 2 · 7379 / (12 · 30) = 41кг/м2.
2.3. Выбор оптимального варианта компоновочной схемы
Каркаса здания
После определения веса основных конструктивных элементов каркаса и расхода стали на 1 м2 площади цеха по каждому из элементов подсчитывают количество монтажных единиц всех типов, общий расход стали на каркас и общий расход стали на 1 м2 площади здания по каждому из рассматриваемых вариантов, результаты подсчетов заносятся в табл. 7.
Во избежание грубых ошибок при сравнении вариантов полученные результаты следует сравнивать с укрупненными показателями расхода стали на основные конструктивные элементы каркаса и на каркас в целом, приведенными в табл. 8.
Для дальнейшей разработки принимают вариант, имеющий существенно меньший (отличающийся более чем на 5%) суммарный расход стали. В том случае, когда суммарный расход стали отличается незначительно, для разработки принимают вариант, имеющий меньшее количество монтажных элементов.
Таблица 7
Основные показатели по вариантам
| Вид конструктивного элемента | Вариант 1 (В = 6 м) | Вариант 2 (В = 12 м) | Вариант 3 (В = 12 м – с подстропильными фермами) | |||||||||
| Вес элемента, т | Кол– во, шт. | Вес всех элементов, т | Расход стали, кг/м2 | Вес элемента, т | Кол– во, шт. | Вес всех элементов, т | Расход стали, кг/м2 | Вес элемента, т | Кол– во, шт. | Вес всех элементов, т | Расход стали, кг/м2 | |
| Прогоны | 0,125 | 49,5 | 6,84 | 0,429 | 84,9 | 11,92 | 0,125 | 49,5 | 6,84 | |||
| Стропильные фермы | 4,03 | 149,1 | 22,4 | 6,018 | 114,3 | 16,7 | 4,03 | 149,1 | 22,4 | |||
 Подстропильные фермы
| – | – | – | – | – | – | – | – | 1,555 | 56,0 | 8,6 | |
| Подкрановые балки | 2,534 | 182,4 | 28,16 | 8,438 | 303,8 | 46,88 | 8,438 | 303,8 | 46,88 | |||
| Колонны | 4,14 | 306,36 | 7,32 | 278,16 | 40,67 | 7,379 | 280,4 | 41,0 | ||||
| Итого | – | 687,4 | 103,4 | – | 781,2 | 116,2 | – | 838,8 | 125,7 |
Площадь здания 30 ´ 216 = 6480 м2. Третий вариант как по расходу стали, так и по количеству
Расход стали на 1 м2 площади здания: монтажных элементов уступает второму варианту.
Вариант 1 – 687400 / 6480 = 106,1 кг/м2; Первый вариант предпочтительнее второго по расходу ста-
Вариант 2 – 781200 / 6480 = 120,6 кг/м2; ли на 1 м2 площади здания (на 12%), но значительно (почти в
Вариант 3 – 838800 / 6480 = 129,4 кг/м2. 2 раза) уступает по количеству монтажных элементов.
Таблица 8
Поиск по сайту: