Пояснительную записку следует начинать с полного перечня исходных данных, принимаемых по табл. 1, 2, 3.
При выполнении проекта рекомендуется пользоваться нормативно-техническими документами [1,2,3] и учебными пособиями [4,5,6,7,8,9,].
Расчеты и конструирование железобетонных конструкций производить в соответствии с СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции» [3].
При подсчете нагрузок рекомендуется пользоваться
СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» [2].
Все расчеты необходимо иллюстрировать схемами, эпюрами усилий, эскизами сечений и узлов проектируемых конструкций.
В поперечном разрезе здание представляет собой однопролетную раму, состоящую из стоек, защемленных на уровне верха фундаментов и шарнирно связанных по верху ригелями. Ригели рам рассматриваются в расчете как абсолютно жесткие (недеформируемые) стержни. Расчет ригелей в такой системе можно выполнять независимо от расчета рамы.
В поперечном направлении пространственная жесткость здания обеспечивается поперечными рамами. В продольном – продольными рамами, образованными теми же колоннами и, связанными с ними подкрановыми балками и жестким диском покрытия.
Расчету подлежит одна из промежуточных рам, так как торцевые рамы являются менее нагруженными.
При компоновке поперечной рамы определяют:
-
размеры по высоте надкрановой и подкрановой частей ступенчатой колонны;
-
тип колонны и размеры поперечных сечений частей колонны;
-
привязку колонн к разбивочным осям здания.
Размеры колонны по высоте определяют, исходя из заданной отметки верха подкранового рельса – (рис.1).
Высота верхней (надкрановой) части колонны определяется из выражения
,
где – высота подкрановой балки вместе с рельсом ; где -высота подкрановой балки; принимается равной 1,4 м при шаге колонн 12 м и 1,0 м при шаге колонн 6 м; 0,15 м – высота кранового рельса с прокладками; – высота крана над головкой рельса (рис.1 и прил.1); – зазор между низом конструкции покрытия и верхом тележки крана – 0,15 м.
Высота нижней (подкрановой) части колонны
,
где и – см. выше;
– расстояние от верхнего обреза фундамента до уровня чистого пола (рис.1) принимается для всех курсовых проектов равным 0,15м. Полная высота колонны . Высоту колонны следует привести в соответствии с унифицированной высотой помещения от уровня пола до низа несущей конструкции покрытия кратной 1,2 м. В частности высота помещения может быть 9,6; 10,8; 12; 13,2 м. Тогда высоту колонны до заделки в фундамент принимаем 9,75; 10,95; 12,15; 13,35 м, изменяя .
Колонны принимаются сплошными прямоугольного сечения.
Сечение верхней части колонны, при шаге колонн 6м, рекомендуется принимать равным см. Высота сечения нижней части обычно назначается в пределах , кратной 20 см. Ширину сечения нижней части принимаем равной ширине верхней части колонны, т.е. см.
При шаге колонн 12 м сечение верхней части колонны принимают 60 50 см, нижней – 80 50 см.
Разбивочные оси здания при шаге колонн 6м проходят по наружным граням колонн (нулевая привязка); при шаге колонн 12 м и высоте от пола до низа несущих конструкций покрытия 12-14,4 м наружные грани колонн рекомендуется смещать с продольных осей на 250 мм наружу (рис.3). Геометрические оси торцовых колонн смещаются от поперечных разбивочных осей внутрь здания на 500 мм (рис.1).
Расстояние от осей подкрановых балок до разбивочных осей колонн принимается равным 750 мм (рис.3).
Здание отапливаемое. Наружные стены панельные, навесные. Опираются на опорные столики колонн, на отметке верха консоли колонн. Стеновые панели и остекление ниже этой отметки, также навесные, опираются на фундаментную балку.
Поперечная рама рассчитывается на следующие виды нагрузок:
а) постоянную от веса несущих конструкций (плит и ригелей покрытия, подкрановых балок, колонн) и ограждающих конструкций (кровли, стяжки, теплоизоляции, пароизоляции и также навесных и стеновых панелей и остекления);
б) временную (крановую, снеговую, ветровую) СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» [2].
Постоянная, снеговая и крановая нагрузки передаются на колонну не центрально, а с эксцентриситетом (рис.3).
Р
ис.3. Узлы рамы:
а – опирания ригеля на колонну при шаге колонн 6 м и нулевой привязке осей; б – то же, при шаге колонн 12 м и смещении продольных осей внутрь здания; в – опирания подкрановой балки на консоль колонны при шаге колонн 6 м.
Нормативные нагрузки от веса несущих сборных железобетонных конструкций, а также веса стеновых панелей и остекления могут приниматься по табл.4, 5, 6.
Нагрузка от кровли принимается ориентировочно 400-500 Н/м
2 для холодной кровли и 900-1500 Н/м
2 для утепленной кровли.
Таблица 4Нормативные нагрузки от веса плитпокрытий (с учетом заливки швов)
Тип плит:
|
Размеры в плане, м
|
Нормативная нагрузка на горизонтальную проекцию покрытия, Н/м2
|
Ребристые
|
3 6
1,5 6
3 12
|
1570
1750
1700-2050
|
Ребристые
сводчатые
типа КЖС
|
3 18
3 24
|
2000
2250
|
Таблица 5Нормативная нагрузка от веса стропильныхи подстропильных конструкций, а такжежелезобетонных подкрановых балок
Тип конструкции
|
Пролет, м
|
Шаг, м
|
Вес элемента, кН
|
Стропильные фермы
|
18
24
|
6
12
6
12
|
45
60-78
92
149
|
Стропильные балки
|
12
18
24
|
6-12
6-12
6-12
|
41
91
150-165
|
Подстропильные фермы
|
12
|
-
|
113
|
Подстропильные балки
|
12
|
-
|
120
|
Железобетонные подкрановые балки
|
6
12
|
Для кранов грузоподъемностью
15-50 т
|
42
115
|
Таблица 6Нормативная нагрузка от веса стеновыхпанелей и остекления
Наименование элемента
|
Характеристика здания
|
Длина элемента, м
|
Нормативная нагрузка от веса элемента, Н/м2
|
Стеновые панели
|
Отапливаемое
Не отапливаемое
|
6
12
6
12
|
1800-2800
2200-3200
1700
2150
|
Остекление
|
-
|
-
|
400
|
Коэффициенты надежности по нагрузке от веса несущих конструкций и остекления принимаются равными 1,1 от веса изоляционных, выравнивающих и отделочных слоев – 1,2 или 1,3.
Вертикальные и горизонтальные нагрузки от кранов принимаются в соответствии с Приложением 1. Горизонтальная сила поперечного торможения крана считается приложенной к стойке на уровне верха подкрановой балки. Горизонтальная сила от продольного торможения кранов обычно учитывается только при расчете стоек коротких цехов, где в одном ряду расположено менее 6-7 стоек; в нашем расчете эта сила не учитывается. Коэффициент надежности для крановых нагрузок принимается равным 1,1. При учете двух кранов для групп режимов работы кранов 1К-6К нагрузки от них умножаются на коэффициент сочетаний
Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяется по формуле ,
где - расчетное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли;
- коэффициент перехода. При угле наклона покрытия к горизонту
Нормативное значение снеговой нагрузки определяется умножением расчетного значения на коэффициент 0,7.
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки определяется по формуле ,
где - нормативное значение ветрового давления;
- коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте;
с - аэродинамический коэффициент.
Неравномерную по высоте здания ветровую нагрузку приводят к равномерно распределенной, эквивалентной по моменту в заделке колонны.
Ветровое давление, действующее на часть стены выше колонн, передается раме в виде сосредоточенной силы .
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке принимается равным 1,4 При проектировании, кроме того, учитывают степень ответственности здания умножением расчетной нагрузки на коэффициент надежности по назначению .
Цель статического расчета рамы – определить максимальные усилия в колонне (изгибающие моменты, продольные и поперечные силы), после чего подобрать ее сечение и арматуру. Расчетную схему рамы принимают с шарнирным соединением ригеля с колонной и жестким соединением колонны с фундаментом (см. рис.4).
Статический расчет рамы целесообразно выполнять на ЭВМ с использованием стандартной программы «Лира». Для ручного счета рамы, когда ригели находятся на одном уровне по высоте, наиболее удобен метод перемещений (деформаций) с одним неизвестным - горизонтальным перемещением плоской загружаемой рамы. Вводя по направлению неизвестного горизонтального перемещения стержень-связь, получим основную систему.
Расчет рамы на постоянную и снеговую нагрузки сводится (ввиду отсутствия горизонтального смещения) к расчету шарнирно опертых вверху не смещаемых стоек. Расчет на крановые и ветровую нагрузки выполняется с учетом горизонтального смещения рамы.
Моменты в стойке, защемленной внизу и шарнирно опертой вверху, определяют так, как в консольной балке, загруженной рассматриваемой нагрузкой и соответствующей ей реакцией на верхнем конце в уровне сопряжения стойки с ригелем.
Значения реакций в каждой колонне основной системы от различных внешних нагрузок и от единичного перемещения можно определить по формулам, приведенным в прил. 2.
Расчет сводится к определению горизонтальных упругих реакций , где находится из канонического уравнения .
Здесь - суммарная реакция верха колонн поперечной рамы от единичного перемещения; - сумма реакций верха колонн от нагрузки (положительные реакции направлены в сторону неизвестного перемещения). Коэффициент , характеризующий пространственную работу каркаса, для различных загружений, кроме крановой нагрузки, равен единице. Для крановой нагрузки при шаге рам 12 м , при шаге рам 6 м .
Получив значения и значения нагрузок, действующих на колонну, находят и в сечениях колонны отдельно для каждого загружения.
Расчетными являются четыре сечения по длине колонн: I-I – на уровне верха колонн; II-II – непосредственно над крановой консолью; III-III непосредственно под крановой консолью; IV-IV – на уровне верха фундамента (рис. 5).