1 Компоновка конструктивной схемы одноэтажного промышленного здания

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

ВВЕДЕНИЕ

Промышленные здания проектируются одноэтажными и многоэтажными. В настоящее время в отечественной промышленности наибольшее распространение получили одноэтажные промышленные здания. Их доля в общем объёме промышленных зданий составляет 70%.

Характерной особенностью одноэтажных промышленных зданий является наличие мостовых или подвесных кранов значительной грузоподъёмности. Такие здания широко распространены в металлургии, машиностроительной, строительной и других отраслях промышленности. В большинстве случаев одноэтажные промышленные здания решаются по каркасной схеме.

Пространственный каркас здания условно разделяют на поперечные и продольные рамы.

Основным элементом здания является поперечная рама, состоящая из колонн, жестко защемленных в фундаменте, ригелей в виде балок, ферм или арок и покрытия по ним в виде плит.

В продольную раму входит ряд колонн в пределах температурного блока, а также горизонтальные конструкции покрытия, подкрановые балки, вертикальные связи, распорки между колоннами.

Данный курсовой проект предусматривает проектирование основных несущих железобетонных конструкций одноэтажного промышленного здания.

При разработке конструктивной части проекта необходимо решить следующие задачи:

1) выполнить компоновку конструктивной схемы здания;

2) выполнить статический расчет поперечной рамы здания;

3) выполнить расчет и конструирование колонны здания;

4) выполнить расчет и конструирование основной несущей конструкции покрытия (двухшарнирная арка);

5) выполнить расчет и конструирование фундамента под колонну здания

1 Компоновка конструктивной схемы одноэтажного промышленного здания

В задачу компоновки конструктивной схемы здания входят:

– выбор сетки колонн и системы привязок их к разбивочным осям;

– определение внутренних габаритов здания;

– компоновка покрытия;

– разбивка здания на температурные блоки;

– выбор системы связей, обеспечивающих пространственную жесткость здания;

– выбор типа колонн и определение размеров их сечения.

1.1 Выбор сетки колонн

Сетка колонн увязывается с технологией производственного процесса и выбирается на основании технико-экономического анализа.

В курсовом проекте сетка колонн принимается по заданию на проектирование, 18х12 м, где 18 м – пролёт здания, 12 м – шаг колонн в продольном направлении.

1.2 Выбор системы привязок колонн к разбивочным осям

С целью обеспечения типизации элементов каркаса принимается следующие системы привязок колонн крайних рядов к продольным разбивочным осям:

– «нулевая», когда наружные грани колонн совмещаются с продольными разбивочными осями, – применяется в зданиях без мостовых кранов либо в зданиях, оборудованных мостовыми кранами грузоподъёмностью до 30 т включительно, при шаге колонн 6 м и высоте от пола до низа несущих конструкций покрытий до 16,2 м включительно;

– «250 мм», когда наружные грани колонн смещаются с продольных осей на 250 мм наружу, – в зданиях, оборудованных мостовыми кранами грузоподъёмностью более 30 т, при шаге колонн 6 м и высоте от пола до низа несущих конструкций покрытий свыше 16,2 м; а также во всех случаях при шаге колонн 12 м и высоте от пола до низа несущих конструкций покрытий свыше 8,4 м.

В курсовом проекте принимаем привязку «250 мм» для колонн крайних рядов к продольным разбивочным осям, так как шаг колонн 12м.

Геометрические оси средних колонн смешаются на 250 мм относительно продольных координационных осей (за исключением тех колонн, которые примыкают к продольному температурному шву, и колонн в местах перепада высот пролетов одного направления).

Геометрические оси торцовых колонн основного каркаса смещаются с поперечной разбивочной оси внутрь здания на 500 мм. Привязка колонн у температурного шва к поперечным координационным осям принимается также 500 мм.

1.3 Определение внутренних габаритов здания

Высота внутреннего помещения здания определяется технологическими условиями и назначается исходя из заданной отметки верха кранового рельса .

Высота колонны в нижней части от обреза фундамента до верха подкрановой консоли определяется по формуле

где – высота сборной железобетонной подкрановой балки, при пролете балки 12 м;

– высота кранового рельса с подкладками (мостовой кран грузоподъёмностью 30/5т), ;

– расстояние от уровня пола до обреза фундамента, .

Высота колонны от верха подкрановой консоли до низа стропильной конструкции покрытия определяется по формуле

где высота мостового крана (принимается по ГОСТ на мостовые краны), для мостового крана грузоподъёмностью 30/5 т

– зазор между нижней гранью стропильной конструкции и тележкой крана, мм, принимаем .

Высота колонны без учета заделки в фундаменте

.

Высота внутреннего помещения здания

Таким образом, окончательно принимаем

1.4 Компоновка покрытия

Плоские покрытия компонуют по двум схемам: беспрогонной и прогонной.

При беспрогонной схеме плиты покрытия укладываются по ригелям поперечных рам и крепятся с помощью сварки закладных деталей. Длину опирания продольных ребер на несущие конструкции покрытия принимают для плит пролетом 6 м – не менее 80 мм, 12 м – не менее 100 мм. Швы между плитами замоноличиваются бетоном. Такая схема сокращает трудоемкость монтажа и дает экономию бетона и арматуры.

При прогонной схеме прогоны прямоугольного или таврового сечения крепят к ригелям, а по ним укладывают железобетонные плиты пролетом 1,5…3 м. Последняя схема более трудоемка и применяется редко.

При решении покрытия по беспрогонной схеме возможно поперечное и продольное расположение ригелей.

При поперечном расположении ригелей покрытие может быть без подстропильных конструкций, с подстропильными конструкциями и по комбинированной схеме.

В зданиях с мостовыми кранами экономически целесообразно применять покрытие без подстропильных конструкций с шагом ригелей 12 м. При продольном расположении ригелей их укладывают на колонны по продольным осям, а по ним устанавливают плиты пролетом 18 или 24 м. Трудоёмкость монтажа таких покрытий может быть ниже, чем при поперечном расположении ригелей.

Тип стропильных конструкций можно выбирать, руководствуясь следующими рекомендациями:

– балки применяют при пролетах до 18 м включительно, а в отдельных случаях и при пролете 24 м;

– фермы применяют при пролетах 18, 24 м, и допускается при пролете 30 м;

– арки применяют при пролетах 30, 36 м и более.

В курсовом проекте принята беспрогонная схема покрытия с поперечным расположением ригелей.

В качестве основной несущей конструкции покрытия принята железобетонная ферма пролетом 18 м. Фермы устанавливаются на колонны с шагом 12 м. Плиты покрытия – железобетонные ребристые предварительно напряженные с размерами 3´12 м.

1.5 Разбивка здания на температурные блоки

Вследствие больших размеров промышленного здания в плане и непрерывности покрытия, представляющего единую жесткую плиту, изменение температуры наружного воздуха вызывает заметные деформации поперечных и продольных конструкций покрытия, подкрановых балок и других конструкций. Усадка бетона приводит к деформациям укорочения элементов, температурно-усадочные деформации приводят к возникновению значительных дополнительных усилий в колонне, в результате чего могут образоваться трещины и даже произойти разрушение части элементов. Для уменьшения такого рода усилий в конструкциях предусматривают температурно-усадочные швы.

Поперечные температурно-усадочные швы выполняют на спаренных колоннах, геометрические оси которых смещаются с разбивочной оси (расположенной посередине шва) на 500 мм в каждую сторону или на размер больший, но кратный 250 мм; шов доводится до верха фундамента.

Продольный температурно-усадочный шов также выполняется на спаренных колоннах со вставкой. Размеры вставки зависят от привязки колонн к продольным разбивочным осям и принимаются равными 500…1500 мм, кратно 250 мм.

Наибольшие расстояние между температурно-усадочными швами при расчетных зимних температурах наружного воздуха выше минус 40⁰С, назначаемые без расчета (для конструкций с ненапрягаемой арматурой и предварительно напряженных, к трещиностойкости которых предъявляются требования 3-й категории), для одноэтажных каркасных зданий из сборного железобетона не должны превышать 72 м для отапливаемых и 48 м для неотапливаемых зданий.

Когда здание возводится на площадке с разнородными грунтами, а также когда его части имеют различную высоту, возможно неравномерное вертикальное смещение, в этих случаях необходимо устраивать осадочные швы. Ими разрезают здание, включая и фундамент, чтобы обеспечить частям здания независимую осадку. Осадочные швы обычно совмещают с температурно-усадочными швами.

В курсовом проекте здание длиной 120 м, следовательно, требуется разбивка на два температурных блока длиной 60 м.

1.6 Обеспечение пространственной жесткости каркаса

Пространственной жесткостью здания или сооружения называют его способность сопротивляться воздействию горизонтальных нагрузок.

Обеспечение пространственной жесткости имеет важное значение, так как чрезмерные перемещения каркаса могут привести к нарушению нормальной эксплуатации здания.

Пространственная жесткость каркаса одноэтажного промышленного здания в поперечном направлении обеспечивается расчетом и конструкцией поперечной рамы. Специальные связи в этом случае установлены быть не могут, поскольку они препятствовали бы технологическому процессу.

Основными факторами, обеспечивающими поперечную пространственную жесткость здания, являются жесткое защемление колонн в фундаментах и достаточная изгибная жесткость колонн.

Пространственную жесткость здания в продольном направлении обеспечивать подобным образом нецелесообразно. Выгоднее уменьшить ширину сечения колонн, сэкономить бетон, а для обеспечения пространственной жесткости использовать вертикальные связи из стального проката. Их устанавливают по продольным рядам колонн в середине температурного блока на высоту от пола до низа подкрановых балок и приваривают к закладным деталям колонн. Такие связи не препятствуют технологическому процессу. По конструкции вертикальные связи по колоннам бывают крестовые одноярусные и двухъярусные, портальные.

При такой конструкции необходимость в расчете продольной рамы отпадает, производится лишь проверка связей на действие ветровых нагрузок на торец здания и на действие усилий продольного торможения мостовых кранов. В бескрановых зданиях небольшой высоты (не выше 9,6 м) связи по колоннам могут не устанавливаться.

Кроме обеспечения пространственной жесткости здания в целом, должна быть обеспечена пространственная жесткость его отдельных элементов (покрытия, фахверка и др.).

При высоте опорных частей ригелей более 800 мм, например, в зданиях с плоской кровлей, между ними устанавливают вертикальные связи-фермы, располагаемые в крайних ячейках температурного блока, а поверху каждого продольного ряда колонн – стальные распорки. Связи-фермы имеют номинальную длину 6 либо 12 м и высоту, равную высоте ригеля на опоре. Необходимость устройства таких связей обусловлена тем, что горизонтальная сила от ветровой и крановой нагрузок, приложенная к покрытию, может вызвать деформацию ригелей поперечных рам (стропильных балок или ферм) из плоскости. Следовательно, назначение этих связей-ферм и распорок – передать продольные горизонтальные усилия с диска покрытия на колонны и, конечном итоге, на вертикальные связи по колоннам.

При высоте опорных узлов ригелей покрытия не более 900 мм и наличии жесткого опорного ребра вертикальные связевые фермы и распорки допускается не устанавливать, однако в этом случае сварные швы в сопряжении ригеля с колонной должны быть расчетными.

Наряду с обеспечением устойчивости ригелей в целом из плоскости необходимо обеспечить устойчивость их сжатых поясов. При беспрогонной системе покрытия и отсутствии фонаря устойчивость сжатых поясов ригелей из плоскости обеспечивается плитами покрытия, приваренными к ригелям с последующим замоноличиванием швов. Таким путем достигается образование жесткого диска, и необходимость постановки дополнительных связей в плоскости покрытия отпадает.

В курсовом проекте для обеспечения пространственной жёсткости каркаса по продольным рядам колонн в средних пролетах температурных блоков устанавливаем вертикальные крестовые связи из стального проката. Они устраиваются на высоту от пола здания до низа подкрановых балок и привариваются к закладным деталям колонн. По верху колонны связывают металлическими распорками. Так как высота ригелей на опорах не превышает 900 мм и имеется жесткое опорное ребро, вертикальные связевые фермы покрытия не устанавливаются.

1.7 Выбор типа и предварительное назначение размеров сечений колонн

В одноэтажных производственных зданиях применяются сборные железобетонные колонны сплошные прямоугольного сечения и сквозные двухветвевые. При выборе типа колонн можно придерживаться следующих рекомендаций:

– сплошные колонны применяют в зданиях, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 30 т включительно, высоте верха кранового рельса до 14,4 м, шаге колонн 6…12 м;

– сквозные (двухветвевые) колонны целесообразно применять при грузоподъемности кранов 30 т и более, высоте внутреннего помещения здания свыше 10,8 м и шаге колонн 12 м, а также в случаях, когда высота сечения нижней (подкрановой) части колонны превышает 1 м.

В бескрановых цехах обычно применяют колонны сплошного прямоугольного сечения.

Высота сечения надкрановой части крайних колонн назначается из условия размещения кранового оборудования и зависит от привязки колонн. При «250 мм» привязке крайних колонн к продольным координационным осям

где – расстояние от оси кранового рельса до края моста крана, для крана грузоподъёмностью 30/5 т ;

0,07 м – горизонтальный зазор между гранью колонны и габаритом крана, необходимый по условиям эксплуатации крана.

С учётом унификации размеров поперечных сечений типовых колонн принимаем высоту сечения надкрановой части крайних колонн .

Высота сечения нижней (подкрановой) части крайних колонн из условий прочности и пространственной жесткости рамы принимается не менее (1/9…1/12)∙Н_н и кратным 100 мм

Принимаем сплошные крайние колонны с

Ширину сечения колонн из условия изготовления принимают постоянной по всей длине: не менее 500 мм при шаге колонн 12 м и в пределах (1/30…1/25)∙Н

Принимаем ширину поперечного сечения крайних колонн из условия обеспечения достаточной жесткости и с учётом унификации размеров сечений типовых колонн (рисунок 4).

В курсовом проекте приняты средние сквозные двухветвевые колонны.

Высота сечения надкрановой части средних колонн назначается из условия опирания стропильных конструкций.

С учётом унификации размеров поперечных сечений типовых колонн принимаем высоту сечения надкрановой части средних колонн .

Высота сечения нижней (подкрановой) части средних колонн из условий прочности и пространственной жесткости рамы принимается не менее (1/9…1/12)∙Н_н и кратным 100 мм

Принимаем

Ширину сечения колонн из условия изготовления принимают постоянной по всей длине: не менее 400 мм при шаге колонн 6 м и не менее (1/30…1/25)∙Н

Принимаем ширину поперечного сечения средних колонн из условия обеспечения достаточной жесткости и с учётом унификации размеров сечений типовых колонн (рисунок 4).

Высота сечения ветви двухветвевой колонны( крайней и средней) принимается 200…350 мм кратно 50 мм.

Исходя из размеров сечений типовых колонн принимаем

Ветви соединены распорками, высота сечения рядовой распорки

.

Исходя из размеров сечений типовых колонн принимаем

Расстояние между осями распорок :

.

Исходя из размеров сечений типовых колонн принимаем

Компоновка конструктивной части здания представлена на рисунках 1-4.

Рисунок 4 – Средняя и крайняя колонны

2 Расчёт поперечной рамы здания

2.1 Сбор нагрузок на поперечную раму

2.1.1 Постоянные нагрузки

Постоянная нагрузка от покрытия.

Подсчёт нагрузки от веса кровли и плит покрытия на 1м² приведён в таблице 1.

Таблица 1- Постоянная нагрузка от покрытия

Нагрузка передается на колонну как вертикальное опорное давление ригеля.

Расчетная нагрузка на крайнюю колонну определяется по формуле

;

где - расчетная нагрузка от веса кровли и плит покрытия, ;

- нормативная нагрузка от фермы (по справочным данным), ;

- шаг колонн, ;

- пролет здания, ;

- коэффициент надежности по нагрузке, ;

- коэффициент надежности по назначению здания, .

Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления.

Нагрузка от верхнего участка стены выше уровня подкрановой консоли передается на уровне подкрановой консоли (рисунок 2,5):

;

где и - нормативная нагрузка от веса 1 м² стеновых панелей и оконных блоков соответственно, , ;

и - суммарная высота стеновых панелей и оконных блоков соответственно, , .

Расчетная нагрузка от веса подкрановых балок и кранового пути.

;

где - нормативная нагрузка от веса подкрановой балки, ;

- нормативная нагрузка от веса кранового пути, .

Расчетная нагрузка от веса колонн.

Надкрановая часть крайней и средней колонн:

;

где - средняя плотность тяжелого конструкционного бетона,

.

Подкрановая часть крайней колонны является сплошной:

или

Подкрановая часть средней колонны состоит из двух ветвей и распорок, нагрузка определяется от веса всех элементов:

или

Нагрузки действуют на крайние колонны с эксцентриситетом (рисунок 5).

Рисунок 5 – Эксцентриситеты приложения нагрузок на крайнюю колонну

Нагрузка действует на крайние колонны с эксцентриситетом равным

.

b – ширина опирания фермы = 320мм.

На уровне сопряжения арки с колонной возникает изгибающий момент :

.

На уровне изменения сечения крайней колонны возникает изгибающий момент:

Нагрузка действует на крайние колонны с эксцентриситетом:

.

Нагрузка F₃ действует на крайние колонны с эксцентриситетом:

На средние колонны нагрузка передается центрально и изгибающие моменты равны 0.

2.1.2 Временные нагрузки

Снеговая нагрузка.

Временная нагрузка от снега устанавливается в соответствии с географическим районом строительства и профилем покрытия. Она передается на колонну как вертикальное опорное давление ригеля и подсчитывается по той же грузовой площади, что и нагрузка от массы покрытия.

Расчетная снеговая нагрузка на покрытие определяется по формуле

,

где - расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной пверхности земли, принимаемый в соответствии с нормами и зависит от района строительства, для IV снегового района (г.Нижний Новгород) ;

- коэффициент перехода от веса снегового покрова горизонтальной поверхности земли к снеговой нагрузке на покрытие, в учебном курсовом проекте принимаем .

Расчетная снеговая нагрузка на крайнюю колонну

.

Момент от снеговой нагрузки

.

Ветровая нагрузка.

В зависимости от географического района и высоты здания устанавливают значение ветрового давления на 1 м² поверхности стены. С наветренной стороны действует положительное давление, с заветренной – отрицательное.

Стеновые панели передают ветровое давление на колонны в виде распределенной нагрузки. Расчетная ветровая нагрузка на 1 м² стены определяется по формуле

,

где - нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района, для I района по ветровой нагрузке (г. Нижний Новгород) ;

- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте здания, принимается в зависимости от типа местности, для открытой местности типа А при высоте 10 м - , при высоте 20 м - ;

- аэродинамический коэффициент, для вертикальной поверхности при положительном давлении с=0,8;

- коэффициент надёжности по ветровой нагрузке.

Ветровое давление на уровне 10 м от поверхности земли

.

Ветровое давление на уровне 20 м от поверхности земли

.

Коэффициент k для высоты 12,90 м:

Ветровое давление на высоте 12,9 м (отметка верха колонн):

Ветровое давление на высоте 15,35 м (отметка верха стеновых панелей):

Переменный по высоте скоростной напор ветра заменяем равномерно распределённым, эквивалентным по моменту в заделке колонны длиной H_к=12,9 м.

При отношении высоты здания к ширине здания:

Значение аэродинамического коэффициента для наружных стен с наветренной стороны – с₁=0,8, с подветренной – с₂=0,5.

Расчётная равномерно распределённая ветровая нагрузка на колонну до отметки 12,9 м при коэффициенте надёжности по нагрузке :

- с наветренной стороны

;

- с подветренной стороны

.

Неравномерную нагрузку, действующую на часть стены выше колонн, в расчётной схеме приводим к сосредоточенной силе, приложенной на уровне верха колонн:

- для наветренной стороны

- для подветренной стороны

Рисунок 6 – К расчету ветровой нагрузки

Нагрузка от мостовых кранов.

Мостовой кран состоит из моста, тележки на четырёх колёсах, подъемного оборудования и сообщает каркасу здания вертикальные и горизонтальные нагрузки.

Максимальное нормативное давление на колесо крана возникает при крайнем положении тележки с полным грузом, при этом на колесо крана с противоположной стороны действует минимальная нагрузка.

Максимальное нормативное давление на колесо крана F_{max, n}=280 кН (принимаем по ГОСТ 25546) L=18м.

Определяем минимальное нормативное давление:

,

где - максимальный вес груза;

– общий вес крана.

Расчётную вертикальную нагрузку на крайнюю колонну вычисляют от двух максимально сближенных кранов по линиям влияния опорных реакций подкрановых балок (рисунок 7) по формулам:

где – максимально возможная сумма ординат линий влияния опорного давления, взятых под колёсами крана (рисунок 7), 2,95;

=1,2 - коэффициент надёжности по крановой нагрузке;

= 0,85 – коэффициент сочетания.

Таким образом

800,40 кН;

514,54 кН.

Рисунок 7 – К определению суммы ординат линий влияния опорных реакций

При торможении крана могут возникать поперечные и продольные тормозные усилия.

Нормативная горизонтальная поперечная нагрузка, вызываемая торможением тележки крана с грузом, определяется при гибком подвесе груза по формуле

где - вес тележки (по ГОСТу на краны).

Эта сила передается на один путь и распределяется поровну между двумя колесами крана.

Расчётная горизонтальная сила на колонну определяется от действия двух кранов по линиям влияния опорных реакций по формуле

.

Вертикальные крановые нагрузки передаются на колонны с эксцентриситетами:

На крайнюю колонну:

На среднюю колонну:

(относительно оси сечения) или

(относительно оси ветви)

В момент, когда тележки с грузом двух сближенных кранов в одном (левом) пролете находятся в крайнем левом положении, на крайней левой колонне создается давление и соответствующий ему изгибающий момент , а на средней колонне и :

И наоборот, когда тележки с грузом находятся в крайнем правом положении, на крайней левой колонне создается давление и соответствующий ему изгибающий момент , а на средней колонне и :

Горизонтальное давление от поперечного торможения кранов передается на колонны на уровне верха кранового рельса, то есть на расстоянии 1,52 м от подкрановой консоли, и имеет знак «+» или «-».

2.2 Составление расчетной схемы

Поперечные рамы одноэтажных промышленных зданий являются статически неопределимыми системами и рассчитываются с использованием ЭВМ. Допускается использовать приближенные инженерные расчеты, основанные на методе сил и методе перемещений.

Цель статического расчета - определение усилий и перемещений в сечениях элементов рамы. Для расчета устанавливают расчетную схему, величины нагрузок и место их приложения.

В расчетной схеме рамы сопряжение ригеля с колонной принимают шарнирным, соединение колонны с фундаментом - жестким. Геометрические оси ригелей принимают горизонтальными, соединяющими места их опирания, жесткость ригелей - бесконечной.

В такой системе расчет ригелей можно выполнять независимо от расчета поперечной рамы. Длину колонн принимают равной расстоянию от обреза фундамента до низа ригеля. Размеры пролетов принимают равными расстоянию между геометрическими осями колонн. Для ступенчатых колонн учитывают сдвиг оси в месте ступени.

Рамы температурного блока объединены по верху жестким в своей плоскости диском покрытия, обеспечивающим их совместную пространственную работу. При действии общих для всего здания нагрузок (собственного веса конструкций, снега, ветра) пространственный характер работы каркаса не проявляется, так как все поперечные рамы находятся в одинаковых условиях и испытывают одинаковое горизонтальное перемещение верха колонн. Поэтому каждую раму можно рассматривать как отдельную плоскую систему.

При загружении местной крановой нагрузкой, приложенной к одной или двум рамам, остальные рамы этого температурного блока так же включаются в работу за счет жесткого диска покрытия и уменьшают горизонтальные перемещения верха загруженной рамы и усилия в её стойках. В этом и проявляется пространственный характер работы каркаса.

В инженерных расчётах пространственный характер работы каркаса при действии крановых нагрузок учитывается приближённо, путём эквивалентного увеличения жёсткости стоек загруженной рамы.

В проекте статический расчет поперечной рамы здания выполняется на компьютере с применением ПК ЛИРА 2013.

Многофункциональный программный комплекс ЛИРА предназначен для автоматизированного расчета, исследования и проектирования различных строительных конструкций зданий и сооружений. Пакет программ ЛИРА функционирует на основе использования метода конечных элементов. Ядром пакета является формирование целостной математической модели объекта в виде системы линейных алгебраических уравнений.

Расчетная схема представляет собой идеализированную модель, которая заменяет реальное сооружение или конструкцию при расчете. Степень приближения модели к реальной конструкции зависит от квалификации инженера-расчетчика и от возможности вычислительного комплекса, которым он обладает.

При выборе расчетной схемы учитывают следующие факторы:

1) геометрические характеристики реальной конструкции;

2) способ соединения различных частей элементов конструкции в узлах;

3) тип опирания;

4) вид нагружения.

Для составления расчетной схемы идеализированную модель конструкции необходимо разделить на конечные элементы. Для стержневых систем конечные элементы представляют собой отдельные стержни, соединенные в узлах. При разбивке систем на конечные элементы необходимо учитывать предполагаемое очертание эпюр внутренних усилий, изгибающих моментов, продольных и поперечных сил, а также изменение жесткости по длине элементов. Конечные элементы, имеющие одинаковые жесткостные характеристики, объединяются в жесткостные типы, геометрия всей системы описывается правой декартовой системой координат, оси координат наносят на расчетную схему. Расчетная схема не должна быть геометрически или мгновенно изменяемой.

На рисунке 8 показана расчётная схема поперечной рамы одноэтажного производственного здания. При формировании расчётной схемы крайние колонны разделены на следующие характерные части:

- верхние стержни (4, 13, 22) длиной 4,42 м и сечением 60х50 см;

- элементы подкрановой консоли (12,14) с длиной равной расстоянию между осями сечения ветвей и осью верхней (надкрановой) части колонны, жесткостью на порядок больше наибольшей жесткости сечения колонн;

- элементы подкрановой консоли (5,21) с длиной равной расстоянию между осью сечения нижней части колонны и осью верхней (надкрановой) части сплошной колонны, жесткостью на два порядка больше наибольшей жесткости сечения колонн;

- элементы ветвей (8-11,15-18), сечением 30х50 см;

- рядовые распорки (1,2,3), сечением 60х50 см, длиной равной расстоянию между осями ветвей.

Жёсткость ригеля (7,19) при расчёте рамы считается равной , в действительности жёсткость ригеля на 2 порядка больше наибольшей жёсткости сечения колонн.

В расчётной схеме поперечной рамы одноэтажного промышленного здания 20 узлов, 22 элемента, имеющих 6 типов жёсткости (рисунок 8).

Рисунок 8 –Расчетная схема поперечной рамы (номера элементов; номера; узлов жесткости).

2.3 Схемы загружения поперечной рамы

Поведение конструкции определяется действующей на неё нагрузкой. Одну и ту же конструкцию можно загружать различными способами. Сумму воздействий на поперечную раму здания представляют в виде отдельных загружений в виде снеговой, ветровой, крановой нагрузок и др. Каждому загружению присваивается свой номер.

Узловая нагрузка задается в общей глобальной системе координат XYZ, местная нагрузка – в местной системе координат X₁Y₁Z₁ (рисунок 9).

В местной системе координат ось Х₁ направляется от начала элемента к концу. Оси в системах координат образуют правую тройку (если смотреть с конца оси Z, ось Х надо поворачивать к оси Y на угол 90⁰ против часовой стрелки) (рисунок 9).

Рисунок 9 – Местные системы координат

Положительными считают сосредоточенные силы или распределенные нагрузки, направленные против соответствующей оси системы координат (общей или местной). Положительные моменты действуют по часовой стрелке, если смотреть с конца соответствующей оси.

На рисунках показаны схемы возможных загружений поперечной рамы здания. Для двухпролетной схемы рассматривается 11 схем загружения: 1 – постоянное; 2 – снеговое кратковременное; 3, 4 – ветровое кратковременное; 5,6,7,8 – вертикальное крановое; 9,10,11 – тормозное.

Рисунок 10 - Схемы загружений поперечной рамы здания 1-4 (постоянное, снеговое кратковременное, ветровое кратковременное слева, ветровое кратковременное справа)

Рисунок 11 - Схемы загружений поперечной рамы здания 5-8

(вертикальные крановые справа и слева)

Рисунок 12 - Схемы загружений поперечной рамы здания 9-11

(тормозные)

2.4 Конструирование арматуры колонн

Внецентренно сжатые колонны армируются пространственными каркасами, образованными из плоских сварных каркасов. Для армирования внецентренно сжатых колонн в качестве продольной рабочей арматуры используется арматура классов А400. В качестве поперечной арматуры используется арматура класса А240.

Соединять продольные стержни по длине элемента не рекомендуется.

Толщина защитного слоя бетона по нормам должна быть не менее диаметра стержней продольной арматуры и не менее 20 мм.

Внецентренно сжатые колонны армируют четырьмя продольными стержнями, если расстояние между ними не превышает 400 мм, иначе следует предусматривать промежуточные стержни, расстояние между которыми не превышает 400 мм.

Общее содержание продольной гибкой арматуры должно быть не более 3% от площади поперечного сечения элемента.

Поперечные стержни ставят без расчета. Расстояние между ними (по условию предотвращения бокового выпучивания про­дольных стержней при сжатии) должно быть при сварных каркасах не более 15d, но не более 500 мм (здесь d –наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Шаг поперечных стержней округляют до размеров, кратных 50 мм.

Диаметр поперечных стержней d в сварных каркасах должен удовлетворять условиям свариваемости. Плоские сварные каркасы объединяют в пространст­венные с помощью поперечных стержней, приваривае­мых контактной точечной сваркой к угловым продольным стержням плоских каркасов. Если в сварных каркасах у больших граней сечения элемента размещены промежуточные стержни, то эти стержни (принадлежащие противоположным каркасам) соеди­няют между собой дополнительными шпильками, уста­навливаемыми по длине элемента с шагом, равным шагу поперечных стержней плоских каркасов.

Подбор рабочей арматуры колонн осуществляем на основании результатов расчёта полученных с применением ПК ЛИРА 2013 (см. приложение А). Расчет произведен для двух вариантов конструирования: по СНиП 2.03.01-84* и СП 63.13330.2012. Проанализировав сводную таблицу армирования элементов схемы, для армирования элементов принимаем результаты по СП 63.13330.2012.

Сводная таблица армирования элементов схемы

2.4.1 Надкрановая часть средних колонн

Элемент 13 (рисунок 8) с А_s=3,6∙4+1,13∙4 =18,92 см² (прил. А).

Принимаем арматуру в надкрановой части 4 Ø22 А400, с А_s= 15,2 см² и 4 Ø12 А400 с А_s=4,52 см².

Шаг поперечных стержней .

Принимаем s=150 мм.

По условиям свариваемости диаметр поперечных стержней d=6мм.

Принимаем поперечную арматуру Ø6 А240 (рисунок 13).

Рисунок 13 – Сечение надкрановой части средней колонны

2.4.2 Надкрановая часть крайних колонн

Элементы 1,22 (рисунок 8) с А_s=2,23∙4+1,13∙4 = 13,52 см² (прил. А).

Принимаем арматуру в надкрановой части 4 Ø18 А400, с А_s= =10,16 см² и 4 Ø12 А400 с А_s=4,52 см².

Шаг поперечных стержней .

Принимаем s=150 мм.

По условиям свариваемости диаметр поперечных стержней d=6 мм.

Принимаем поперечную арматуру Ø6 А240 (рисунок 14).

Рисунок 14 – Сечение надкрановой части крайней колонны

2.4.3 Подкрановая часть крайних колонн

Элементы нижней части крайних колонн 3, 20 (рисунок 8) с А_s=4,81∙4 +1,13∙2+2,26∙2=25,96 см² (прил. А).

Принимаем арматуру 4Ø25 А400 с А_s=19,6 см² и 6Ø12 А400 с А_s=6,78 см².

Шаг поперечных стержней .

Принимаем s=150 мм.

По условиям свариваемости диаметр поперечных стержней d=6 мм.

Принимаем поперечную арматуру Ø6 А240 (рисунок 15).

Рисунок 15 – Сечение подкрановой части крайней колонны

2.4.4 Подкрановая часть средних колонн

Элементы ветвей 8-11 и 15-18 (рисунок 8) с А_s = 6,15∙4 =24,6 см² (прил. А).

Принимаем арматуру 4Ø28 А400 с А_s=24,6 см²

И 2Ø12 А400 с А_s=2,26 см²

Шаг поперечных стержней .

Принимаем s=150 мм.

По условиям свариваемости диаметр поперечных стержней d=6мм.

Принимаем поперечную арматуру Ø6 А240 (рисунок 16).

Рисунок 16 – Сечение подкрановой части крайней колонны

2.4.5 Распорки средних колонн.

Элементы 10-12 (рисунок 8) с А_s = 1,95∙4 = 7,8 см² (прил. А).

Принимаем арматуру 4Ø16 А400 с А_s=8,04 см², и 4Ø12 А400 с А_s=4,52 см²

Шаг поперечных стержней .

Принимаем s=150 мм.

По условиям свариваемости диаметр поперечных стержней d=6мм.

Принимаем поперечную арматуру Ø6 А240 (рисунок 17).

Рисунок 17 – Сечение распорок средней колонны