Расчетно-архитектурное строительство

1. ВВЕДЕНИЕ

Данный дипломный проект выполнен, как проработки инженерно-технических решений по намеченному к строительству в России среднесортному стану на Калужском электрометаллургическом заводе. Некоторые из приводимых в проекте технических решений по согласованию с институтом ДПСК, который проектирует металлоконструкции, должны войти в состав проекта КМ. Строительство цеха намечается на 2007-2008 гг.

Принятая в дипломном проекте расчетная схема рамы найдёт отражение в реальном проекте. В частности подобраны сечения стропильных ферм и ПБ, на которые разработаны чертежи КМД, которые могут быть использованы при изготовлении металлоконструкций.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Среднесортный стан, здание для которого проектируется в данном диплом проекте, предназначен для производства фасонных профилей, а именно:

- балок от №8 до №36 по DIN 1025-5, EN 19-57, DIN 1025-1, ГОСТ 8239-89;

- балок широкополочных от №10 до №40 по ГОСТ 26020-83;

- швеллеров от №8 до №36 по ГОСТ 8240-97 У и П;

- уголков равнополочных от №7 до № 16 по ГОСТ 8509-93.

Объем производства 1000 тыс. т/год проката в пакетах прямоугольного сечения длиной 12 - 24 м, максимальной массой до 15т.

Среднесортный стан представляет собой современный технологический комплекс оборудования, поставляемого фирмой SMS MEER, Германия.

В состав стана входят следующие отделения и участки:

1) склад литой заготовки, пролет Л₁ - Е;

2) участок нагревательной печи с шагающими балками, пролет Н - Е;

3) участок рабочих клетей стана в составе двух непрерывных групп клетей, пролет С₁ - D₁;

4) участок холодильника, пролет С - D;

5) участок правки и резки готового проката, пролеты С - D, В- C₁ и В - С;

6) участок штабелирования и обвязки пакетов, пролет В - С;

7) участок отгрузки со складом готовой продукции, пролет А - В. Оборудование стана размещается в многопролетном здании с поперечными и продольными пролетами.

Все оборудование стана, включая нагревательную печь с примыкающим оборудованием загрузки-разгрузки заготовок, располагается на рабочей площадке с отметкой «+5.000 м».

Склады заготовок и готовой продукции размещаются на отметке «±0.000». Подача литой заготовки к нагревательной печи стана:

· при горячем посаде (до 50% объема производства) непосредственно с линии МНЛЗ;

· при холодном посаде со склада литой заготовки (пролет Е - Л1 электромостовым краном грузоподъемностью - 32 тс на загрузочную решетку печи, расположенную на отметке +5.000 м.

К зданию стана пристраивается главное электропомещение. В блоке со зданием стана сооружается вальцетокарная мастерская. Отстойник окалины размещается в открытой эстакаде в непосредственной близости от здания стана. Здание бытового обслуживания работников среднесортного стана, связанное со зданием стана теплым переходом, также размещается в непосредственной близости от здания стана.

Здание стана состоит из следующих пролетов:

Ш пролета Л₁ - Е склада литой заготовки шириной 30 м, длиной 150 м, пристроенный параллельно пролету Л - К склада литой заготовки ЭСПЦ;

Ш печного пролета Н- Е шириной 28 м, длиной 69 м, расположенного параллельно пролету Л₁ - Е;

Ш станового пролета С₁ - D₁ шириной 30 м, длиной 108 м, расположенного перпендикулярно пролету Н - Е;

Ш пролета С - D холодильника шириной 30 м, длиной 144 м, расположенного за становым пролетом со смещением осей рядов на 8000 мм;

Ш пролета B - C₁ поперечного транспортера шириной 28 м, длиной 137 м, расположенного параллельно пролету С₁ - D₁

Ш пролета В - B₁ мастерской подготовки клетей, расположенной в пролете В - C₁ здания стана на отметке ±0.000;

Ш пролета В - С правки, резки, штабелирования и обвязки пакетов шириной 36 м, длиной 216 м, расположенного параллельно пролету С - D холодильника;

Ш пролета А - В склада готовой продукции шириной 36 м, длиной 277 м, расположенного параллельно пролетам В - С и В - С₁.

Все пролеты здания, включая склады литой заготовки и готовой продукции, отапливаемые.

По санитарной классификации проектируемый цех относится к классу IV.

Согласно нормам пожарной безопасности Российской Федерации НПБ 105-03 производство на среднесортном стане в целом относится к категории Г по пожарной опасности.

Категории пожароопасности отдельных встроенных помещений и сооружений в соответствующих заданиях будут оговорены заказчиком в дальнейшем, на момент написания данного отчета неизвестны.

Работа стана предусмотрена по непрерывному трехсменному графику.

По условиям естественной освещенности все пролеты здания могут быть отнесены согласно СНиП 23-05-95 РФ таблица 1 к VI разряду, а пролет Е - Л₁ склада литой заготовки к IX разряду.

Для отдельных участков, где по условиям работы требуется большая освещенность, проектом предусмотрено местное освещение.

3. АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Общая часть

Объект строительства - Часть здания среднесортного прокатного стана Калужского электрометаллургического завода - расположен на территории Калужской области (Российская Федерация), в зоне:

Ш снегового района - III:

Значение снеговой нагрузки следующее:

s₀ = 1,0 кН/м²

Расчет снеговой нагрузки на раму каркаса приведен в п. 5.2.2.

Ш ветрового района - I (тип местности «А»)

Значение ветровой нагрузки следующее:

w₀ = 0,23 кПа

Расчет ветровой нагрузки на раму каркаса приведен в п. 5.2.3.

Ш климатического района - IIВ:

- среднегодовая температура воздуха здесь составляет +3,3 °C, но при этом не опускается ниже -34 °C в самые холодные сутки года и достигает значения +21 °C в теплое время года;

- количество осадков, выпадающее в период с ноября по март составляет 213 мм, а с апреля по октябрь - 441 мм;

- средняя скорость ветра за три зимних месяца превышает 5 м/с;

- нормативная глубина промерзания грунта составляет 1, 45 м.

3.2 Объёмно-планировочное решение

Здание среднесортного прокатного стана имеет следующие размеры в плане: длина - 378 м, ширина - 116 м. Ширина пролётов здания варьируется от 20 м до 36 м. Шаг колонн, в основном, - 12 м, а также в одиночных случаях - 36 м (между пролетами A - B и B - C), что обусловлено технологическими требованиями.

С 1-ой по 8-ю оси здание имеет 2 пролета по 36 метров в осях A, B, C, с 8-ой по 20-ю - 3 пролёта (36, 36 и 30 м), с 20-ой по 24-ю - 4 пролёта (36, 20, 24 36 м), с 24-ой по 30-ю - 3 пролёта (20, 24, 36 м). А также одни из пролётов здания расположен перпендикулярно к остальным пролётам здания в осях H - E имеет ширину 30 м и длину в осях 120 м.

Высота здания 21,6 м (без учёта фонаря), отметка верха фонаря - 24,0 м.

Ниже приведена схема здания с указанием расположения технологических отделов здания:

Рис. 3.2.1. Схема расположения технологических отделов в здании

Фонари по зданию выполняют, в основном, аэрационную функцию и расположены соответственно требованиям технологического процесса, производимого в соответствующей части здания: холодильное отделение, пролёт отделки, становый пролёт, пролёт накопительного транспортера, печной пролёт.

Каждый пролёт здания оснащён кранами нормального и тяжелого режимов работы (5К,7К, А5) количеством от 1 до 3;

- Склад готовой продукции - 3 крана грузоподъёмностью 20 т;

- Пролёт отделки - 1 кран грузоподъёмностью 20/5 т;

- Холодильное отделение - 1 кран грузоподъёмностью 32/5 т;

- Становый пролёт - 2 крана грузоподъёмностью 50/10 т;

- Пролёт подготовка клетей - 2 крана грузоподъёмностью 50/10 т;

- Печной пролет - 1 кран грузоподъёмностью 16/3,2 т;

- Пролёт накопительного транспортера - 1 кран грузоподъёмностью 10 т;

Температурный шов располагается по номерной оси - 20.

Пространственная жёсткость обеспечивается связями по поясам ферм и между колоннами. Принята шарнирная схема рамного каркаса.

3.3 Конструктивное решение

Для удобства конструктивные элементы здания сведены в таблицу 3.3.1

Таблица 3.3.1. «Спецификация элементов»

Наименование конструкций	Эскиз	Объём элемента, м3	Масса элемента, т	Кол-во элементов, шт	Общий объём (м3)/масса (т)
Колонны ряда A, К1		-	3,38	20	- / 67,6
Колонны ряда C крайние, К4		-	4,07	7	- / 28,49
Колонны ряда D, К6		-	2,8	13	- / 36,4
Колонны ряда B, К2		-	3,95	13	- / 51,35
Колонны ряда B (особые), К3		-	5,36	4	- / 21,44
Колонны ряда C средние, К4		-	3,27	10	- / 32,7
Колонны ряда C (особые), К5		-	4,67	2	- / 9,34
Фахверковые колонны, ФК1	Сплошная одноветвивая колонна высотой 17,7 м следующим сечением (20К1 по ГОСТ 26020-83):	-	0,735	14	- / 10,28
Фермы стропильные 36 м, Ф1		-	5,76	39	- / 224,64
Фермы стропильные 36 м с креплениями для фонаря, Ф2		-	5,8	39	- / 226,2
Фермы стропильные 30 м с креплениями для фонаря, Ф3		-	4,3	25	- / 107,5
Подстропильные фермы 12 м, крайние, ФП1		-	3,14	38	- / 119,32
Подстропильные фермы 12 м, средние, ФП2		-	3,43	24	- / 82,32
Подстропильные фермы 24 м, особые, ФП3			8,4	1	- / 8,4
Подстропильные фермы 36 м, особые, ФП4		-	15,1	2	- / 30,2
Подкрановые балки 12 м (пролет A-B), ПБ1		-	2,58	32	- / 82,59
Подкрановые балки 12 м (пролет B-C), ПБ2		-	2,312	30	- / 69,36
Подкрановые балки 12 м (пролет C-D), ПБ3		-	1,893	22	- / 41,65
Подкрановые балки 24 м(оси 18-20, ряд C), ПБ4		-	7,651	1	- / 7,651
Подкрановые балки 36 м (оси 2-5, 16-19, ряд B), ПБ5		-	18,089	2	- / 36,18
Прогоны		-	0,103		- / 90,3
Плиты покрытия типа «сэндвич» (1 х 6)		-	0,126	3456	- / 435,46
Светоаэрационный фонарь (3 х 3)		-	0,3	48	- / 14,4
Оконные переплёты светоаэрационных фонарей		-	0,037	88	- / 3,26
Стеновые сэндвич-панели 1 x 1,2		-	0,02	363	- / 7,26
Стеновые сэндвич-панели 1 x 2,4		-	0,04	363	- / 14,52
Стеновые сэндвич-панели 1 x 3,6		-	0,06	459	- / 27,54
Стеновые сэндвич-панели 1 x 4,8		-	0,08	375	- / 30
Стеновые сэндвич-панели 1 x 6		-	0,1	462	- / 46,2
Переплёты оконные двойные (1,2 х 12)		-	0,4	264	- / 105,6
Ворота		-	0,9	3	2,7
Связи вертикальные по колоннам		-	3,9	8	- / 31,2
Фундаменты сборные под фахверковые колонны		6,6	-	14	92,4 / -
Фундаментные балки 6 м		0,94	2,44	17	15,98 / 41,48
Фундаментные балки 12 м		2,05	5,1	38	77,9 / 193,8

3.4 Теплотехнический расчет стенового ограждения

Требуемое сопротивление теплопередаче стеновых ограждающих конструкций (сэндвич-панели) отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по формуле:

где n = 1 - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по табл. 3* СНиП II-3-79*;

t_в = 20С - расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений;

t_н = -27С - расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23_01_99;

t^н = 6,72 - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 2* СНиП II-3-79* в зависимости от температуры точки росы t_р = 13,28 С (принимаемой по приложению 1 Пособия к СНиП II-3-79**) и t_в = 20С;

_в = 8,7 - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4 СНиП II-3-79*.

Сопротивление теплопередаче R_o, м²С/Вт, ограждающей конструкции следует определять по формуле

,

где R_к - термическое сопротивление ограждающей конструкции, м²С/Вт, определяемое однородной (однослойной) по формуле

R_к = R₁ + R₂ + ... + R_n,

где R₁, R₂, ..., R_n - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м² С/Вт, определяемые по формуле

где - толщина слоя, м;

- расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м С),

_н = 23 Вт/(м С) - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции.

Сэндвич-панель состоит их трёх слоёв:

- стальной лист С18-1000-0.7 по ГОСТ 24045-94 толщиной = 0,7 мм и с коэффициентом теплопроводности = 58 Вт/(м С)

- утепляющий слой пенополиуретан с коэффициентом теплопроводности = 0,041 Вт/(м С)

- стальной лист С18-1000-0.7 по ГОСТ 24045-94 толщиной = 0,7 мм и с коэффициентом теплопроводности = 58 Вт/(м С)

м = 26 мм

Принимаем пенополиуретановый утеплитель толщиной 100 мм в соответствии с конструкцией оконных переплетов и обеспечения жесткости «сэндвич»_панелей.

4. РАСЧЁТНО-КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Компоновка каркаса

Основными элементами стального каркаса производственного здания, воспринимающего почти все действующие нагрузки, являются плоские поперечные рамы, образованные колоннами и ригелями - стропильными фермами. На плоские поперечные рамы опираются продольные элементы: подкрановые балки, ригели, а также связи.

Из-за сложности здания в плане в данной работе рассматривается расчет только одной трёхпролётной рамы повторяющейся в осях 8 - 20 (далее расчетная рама):

м

Расчетная рама оборудована опорными мостовыми электрическими и магнитными кранами, опирающимися на разрезные подкрановые балки. Компоновка каркаса определяется технологическими и архитектурными требованиями, условиями эксплуатации здания, климатическими условиями, типами и материалами ограждающих и несущих конструкций и др. и была определена заказчиком в виде технологических чертежей.

4.1.1 Характеристика кранов расчетной рамы

1) В осях A - B (склад готовой продукции) используется 3 магнитных крана:

- Грузоподъёмность - 20 т;

- Вес крана - 59 т;

- Вес тележки - 22 т;

- Пролет моста крана - L_к = 34 м;

- Режим работы - 7К;

- Подвес - гибкий

Рис.4.1.1.1. Схема опирания крана склада готовой продукции на рельсовый путь

2) В осях B - C (пролёт отделки) используется 1 магнитный кран:

- Грузоподъёмность - 20/5 т;

- Вес крана - 41,1 т;

- Вес тележки - 8 т;

- Пролет моста крана - L_к = 34 м;

- Режим работы - 5К;

- Подвес - гибкий

Рис.5.1.1.2. Схема опирания крана пролёта отделки на рельсовый путь

3) В осях C - D (холодильник) используется 1 магнитный кран:

- Грузоподъёмность - 32/5 т;

- Вес крана - 38,5 т;

- Вес тележки - 8 т;

- Пролет моста крана - L_к = 28 м;

- Режим работы - 5К;

- Подвес - гибкий

Рис.5.1.1.3. Схема опирания крана пролёта холодильника на рельсовый путь

Таблица 4.1.1.1. «Данные по кранам»

№ п/п	Параметры (нагрузки нормативные)	Обозначение	Ед. изм-я	Номера кранов
				№1	№2	№3
1.	Грузоподъемность	Q	т	20	20/5	32/5
2.	Высота крана	НК	мм	2400	2350	2750
3.	Свес главной балки	В1	мм	260	260	300
4.	Тип подвеса	-	-	гибкий
5.	База крана	АК	мм	7500	5000	5100
6.	Длина концевой балки	ВК	мм	8700	6100	6300
7.	Масса крана	G	т	59	41,8	38,5
8.	Масса тележки	GТЕЛ	т	22	8	8
9.	Максимальное давление катков	Fmax	кН	293	213	265
10.	Минимальное давление катков	Fmin	кН	95	90	81
11.	Горизонтальное давление катков при торможении тележки крана (на колесо)	Fгор,к	кН	10,3	7	10
12.	Количество катков на одной концевой балке	n	шт.	2	2	2
13.	Тип кранового рельса	КР	-	100	100	70

Минимальные давления катков F_min находим из уравнения проекций сил на вертикальную ось. Горизонтальная нагрузка F_гор, возникающая при торможении тележки крана, передается на одну сторону кранового пути и распределяется равномерно между всеми колесами крана. Для кранов с гибким подвесом груза коэффициент К_Т=0,05 суммы подъемной силы крана и силы тяжести тележки (на тележке половина тормозных катков), для кранов с жестким подвесом груза коэффициент К_Т=0,1 суммы этих же сил (на тележке все катки тормозные).

Минимальные давления катков и горизонтальные давление катков (количество катков на концевой балке n = 2):

Кран №1:

;

;

Кран №2:

;

;

Кран №3:

;

;

Рис.5.1.1.4.. Условные обозначения отметок и величин рамы каркас

4.1.2 Вертикальные размеры каркаса

Их определяют по заданной отметке головки подкранового рельса ГР.

Отметка низа фермы НФ ГР + НК + d , где:

НК - высота крана большей грузоподъемности (т.е. №3);

d = 0,45 м - зазор между краном и фермой (но не менее 0,35 м).

Верх колонны принимают на 0,15 м ниже нижнего пояса фермы в узле опирания на колонну.

При назначении горизонтальных размеров колонн учитывают: габаритные размеры кранов, привязку наружной грани колонны к разбивочной оси а, размер л, требования к жесткости колонн в плоскости рамы, наличие проходов вдоль подкрановых путей, размеры двутавров верхних частей колонн.

Значения л принимаем равным 1 м

Привязку крайних колонн к разбивочной оси прнимаем равной а = 500 мм, для средних колонн выбираем центральную привязку.

С учетом принятых размеров а и л :

- ширина нижней части крайней колонны b_н = л + а. Из условия требуемой жесткости нижней части b_н должно быть не менее h/20.

- ширина нижней части средней колонны при кранах одинаковой грузоподъемности в пролетах b'_н=2*л.

- ширина оголовка b_в для колонны крайнего ряда должна быть не менее 1/8…1/12 высоты верхней части колонны hв.

- ширина оголовка b'_в для колонн средних рядов должна быть не менее 1/6…1/8 высоты h_в.

Верхние части колонн проектируем из широкополочных или сварных двутавров высотой сечения 400..1200 мм.

В соответствии с данными заказчика отметка головки рельса ГР = 14,5 м, шаг колонн В = 12 м.

Расчёт

Минимальная отметка низа фермы:

НФ = ГР + НК+d = 14,50 + 2,750 + 0,45 = 17,7 м,

где d - зазор между краном и фермой.

Отметка верха колонны:

ВК = НФ - 0,15 = 17,7 - 0,15 = 17,55 м

Отметку верха колонны можно на приводить к унифицированной, так как в качестве стенового ограждения будут использованы сэндвич-панели, требования к креплению которых не является критичным.

Предварительно принимаем высоту подкрановой балки: h_пб = В/6 = 2,0м

Подкрановая консоль имеет предварительную отметку отметку:

ПК = ГР - h_пб = 14,5 - 2,0 = 12,5 м

Заглубление колонны ниже уровня чистого пола: НК = -0,15..-0,6 м

Полная высота колонны:

h = ВК - НК = 17,55 - (-0,15) = 17,7 м

Высота нижней и верхней частей колонны:

h_н = ПК - НК = 12,5 - (-0,15) = 12,65 м

h_в = ВК - ПК = 17,55 - 12,5 = 5,05 м

Расстояние от верха колонны до уровня головки подкранового рельса:

h_с = ВК - ГР = 17,55 - 14,5 = 3,05 м.

4.1.3 Горизонтальные размеры каркаса

Крайние колонны:

Ширина нижней части колонны:

b_н = л + а = 1,000+ 0,500 = 1,500 м

Принятая ширина удовлетворяет условию:

b_н h/20 = 17,7/20 = 0,89 м

Ширина верхней части колонны должна быть:

b_в h_в/8..h_в/12 = 5,05/8..5,05/12 = (0,63..0,42) м

Принимаем b_в = 0,58 м

Зазор между краном и внутренней гранью верхней части колонны:

а_к = b_н - b_в - В₁ = 1,50 - 0,58 - 0,300 = 0,62 м > 0,5 м

(на обоих крайних колоннах будет организован проход людей для технического обслуживания крана )

Средние колонны:

Ширина нижней части колонны:

b'_н = 2*л = 2*1,00 = 2,00 м

Ширина верхней части колонны:

b'_в = h_в/6...h_в/8 = 5,05/6..5,05/8 = (0,84…0,63) м

Принимаем b'_в = 0,69 м

Зазор между краном и ограждением ходового мостика:

а_к = (b'_н - b'_в - 0.5)/2) = 2,0 - 0,71 - 0,5)/2 = 0,395 м > 0,075 м

4.1.4 Конструкции покрытия, ограждающие конструкции

Покрытие состоит из кровли (трёхслойные панели), прогонов, стропильных и подстропильных ферм, фонарей и связей.

Тип кровли зависит от температурного режима здания: для отапливаемых зданий - теплая кровля, а для зданий с излишними тепловыделениями - холодная кровля.

Конструкция кровли влияет на выбор очертания покрытия. Применение различных видов покрытий, их долговечность, нагрузки на покрытие и допустимый наклон приведены в табл. 1 ДБН В.2.6.-14-95 [5]. Для рулонных кровель с защитным слоем из гравия наклон должен быть не более 10%.

Принимаем для кровли данного здания 4% уклон. Покрытием будут служить профилированные сэндвич-панели.

Схема стропильной ферм дана на рис. 4.1.4.1. Данная ферма с параллельными поясами с уклоном в 4%. Длины панелей, за исключением опорных, приняты d = 3000 мм. Размеры опорных панелей d_о увязаны с шириной надколонников, к которым присоединяются фермы, поэтому их длина на 200 мм меньше остальных панелей и равна d_о = 2800 мм. Ширина надколонников на колоннах средних рядов равна 2*200 мм = 400 мм, на колоннах крайних рядов мм.

Отметку верха покрытия вычисляют с учетом толщины кровли - t = 0,65 м для теплой кровли.

Рис. 4.1.4.1. Схема стропильной фермы (36 м)

Расчетный пролет стропильной фермы L_ф

L_ф = L-2*200 = 36000 - 2*208 =35584 мм .

Отметка верха покрытия (без учета фонаря):

ВП = НФ + h_ф + m + i*L/2 = 17,7 + 3,150 + 0,65 + 0,04*35,6/2 = 22,212 м,

где i = 0,04 - угол наклона в сотых единицы.

Отметка верха покрытия фонаря:

ВПФ = (ВП - m) + h_ф + m = (22,212 - 0,65) + 2,1 + 0,65 = 24,312 м.

Выполнение стеновое ограждение предусмотрено из сэндвич-панелей и оконных переплетов, Типы и размеры панелей обусловлены температурно-влажностным режимом здания и наличием к поставщиков.

Цокольную часть принимаем из панелей высотой 1,2 м. Первый ярус остекления не должен составляет 4,8 м по высоте, нагрузка от него передается на колонны через ригели из гнуто-сварного профиля, установленные с шагом по высоте не превышающем 2,4 м. Высота двух последующих ярусов остекления составляет 2,4 м. Нагрузка от них передается аналогично первому ярусу осеткления.

4.1.5 Схемы связей

Назначение связей - обеспечить пространственную жесткость каркаса, его неизменяемость при монтаже и эксплуатации, устойчивость сжатых элементов, воспринять ветровые и крановые нагрузки и передать их на фундаменты.

Схемы связей по покрытию и их сечения применены по типовой серии 1.460.2_10/88 (выпуск 1, части 1 и 2).

Вертикальные связи между фермами образуют вместе с поперечными связями по нижним поясам ферм жесткие связевые блоки. Такие блоки проектируют по концам температурного отсека (СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» табл. 42) каркаса и в месте расположения дополнительной поперечной связевой фермы по нижним поясам стропильных ферм. Остальные стропильные фермы прикрепляют к связевым блокам распорками по осям колонн, прогонами по верхним поясам ферм и растяжками по нижним поясам ферм. Вертикальные связевые фермы, входящие в связевые блоки, обязательно ставят между надколонниками и по осям распорок верхних поясов ферм..

Связи по нижним поясам ферм состоят из растяжек, продольных и поперечных ферм (связи I типа) или только из поперечных ферм (связи второго типа).

Связи I типа обязательны:

- в зданиях с мостовыми кранами группы режима работы 7К-8К.

- в зданиях отметкой низа фермы более 24 м,

- в зданиях с кровлей по железобетонным плитам при кранах Q > 50 т (В = 6 м) и Q> 20 т (Н - 12 м),

- в зданиях с кровлей по профилированному настилу при Q < 10 т (одно- и двух пролётные здания) и при Q >10 т (при количестве пролетов более двух).

При действии крановой нагрузки (торможение тележки крана) связи I типа обеспечивают совместную работу плоских поперечных рам.

В остальных случаях применяют связи второго типа.

Дополнительную поперечную связевую ферму назначают при длине температурного отсека более 144 м. (120 м при расчетной температуре ниже -40 °С) и устанавливают и середине температурного блока. Продольные связевые фермы в одно-, двух- и трех пролетных зданиях размещают вдоль крайних рядов колонн, а при большем числе пролетов не реже чем через два пролета (через один пролет при кранах тяжелого и весьма тяжелого режимов работы).

Связи по колоннам устанавливают выше и ниже подкрановых балок для восприятия нагрузки от продольного торможения кранов и ветровой нагрузки с торцов здания.

4.2 Определение нагрузок на раму каркаса

Раму каркаса рассчитываем отдельно на каждую из нагрузок, а затем рассматриваем их возможные сочетания и комбинации.

4.2.1 Постоянные нагрузки

К постоянным нагрузкам относят нагрузки от кровли и стен, собственный вес конструкций.

Нагрузки от конструкций покрытия

Состав кровли определяется температурно-влажностным режимом здания и принятой конструкцией кровли. В курсовом проекте температурный режим здания и состав кровли определены заданием.

Таблица 4.2.1.1. «Нагрузки от конструкций покрытия»

Наименование	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэфф. надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м2
2 слоя наплавляемого рубероида	0,15	1,3	0,195
Асбоцементный плоский лист	0,11	1,1	0,121
Гидробаръер-диффузионная пленка	0,07	1,3	0,091
Утеплитель-Rockwool с = 200 кг/м3, t = 100 мм	0,2	1,3	0,26
Пароизоляция-полиэтиленовая пленка	0,07	1,3	0,091
Профлист Р-75-750-0,9	0,17	1,05	0,179
Прогоны	0,25	1,05	0,263
Фермы, фонари, связи	0,5	1,05	0,525
ВСЕГО:	gн = 1,52		g = 1,725

4.2.2 Снеговая нагрузка

Нормативное значение снеговой нагрузки на I м² горизонтальной проекции покрытия [1] вычисляют по формуле

s_Н = s_о* м

где s_о - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной проекции здания для данного (III) снегового района;

Таблица 4.2.2.1. «Нормативное значение s_о»

Снеговой район	I	II	III	IV	V	VI
sо, кН/м2	0,5	0,7	1,0	1,5	2,0	2,5

Для пролёта B - C:

м - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, зависящий от конфигурации. При наличии фонаря расчет ведем соответственно п.п. 4.1, 4.3 и приложения 3 СНиП 2.01.07-85* по варианту 1 (п.3, приложение 3). Ведём расчет для зоны С, так как в дальнейшем в целях упрощения проекта до уровня «учебного» будет рассчитана только одна ферма, которая предусматривает размещение фонаря:

;

,

Таким образом:

;

кН/м²; кН/м²



Рис.4.2.2.1. Схема покрытия с фонарём (сверху) и эпюра распледиления снеговой нагрузки (снизу)

Расчетное значение снеговой нагрузки равно

s = s_Н*г_f .

Коэффициент надежности по нагрузке г_f зависит от отношения нормативной нагрузки g_Н к нагрузке s_о. Если величина отношения g_Н /s_о менее 0,8, то г_f = 1,6. В остальных случаях г_f =1,4.

g_н = 1,52 кН/м², кН/м², кН/м²

> 0,8, значит г_f =1,4

> 0,8, значит г_f =1,4

Расчетное значение снеговой нагрузки

кН/м²,

кН/м²,

Расчетное давление фермы пролета B - C на колонну от снеговой нагрузки

кН

Для фермы пролёта A - B (без фонаря) коэффициент м = 1, поэтому

s_Н = s_о = 1,0 кН/м²

> 0,8, значит г_f =1,4

кН/м²,

Расчетное давление фермы пролета A - B на колонну от снеговой нагрузки

кН

Для фермы пролёта C - D

; ,

Таким образом:

;

кН/м²; кН/м²

g_н = 1,52 кН/м², кН/м², кН/м²

> 0,8, значит г_f =1,4

> 0,8, значит г_f =1,4

Расчетное значение снеговой нагрузки

кН/м²,

кН/м²,

Расчетное давление фермы пролета C - D на колонну от снеговой нагрузки

кН

4.2.3 Ветровая нагрузка на расчетную раму

Вычисление ветровых нагрузок производим в соответствии с СНиП 2.01.07_85*. В целях упрощения расчет ветровой нагрузки на покрытия не производится.

Нормативные значения ветровой нагрузки на стеновое ограждение с наветренной (w ^z_e) и подветренной (w ^z_en) стороны на высоте z над поверхностью земли определяем по формулам:

w ^z_e = w_o * k_z * c_e,

w ^z_en = w_o * k_z * c_en

где w _o - нормативное значение ветрового давления, определяемое в зависимостиот ветрового района по табл. 4.2.3.1;

Таблица 4.2.3.1. «Нормативное значение ветрового давления»

Ветровой район	Ia	I	II	III	IV	V	VI	VII
wо, кПа	0,12	0,23	0,30	0,38	0,48	0,60	0,73	0,85

Для I снегового района w _o = 0,23 кПа.

k_z - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте и определяемый по табл. 4 приложения для типов местности А, В, С;

Для типа местности «А» коэффициенты k_z равны:

z ? 5 м	k5 = 0,75
z = 10 м	k 10 = 1,0
z = 20 м	k 20 = 1,25
z = 40 м	k 20 = 1,5

c_e и c_en - аэродинамические коэффициенты, соответственно с наветренной и подветренной стороны, принимаемы по приложению 4.

В соответствии с приложением 4, п.2 и п.5: c_e = +0,8; c_en = -0,44

Определяем нормативные значения ветровой нагрузки с наветренной и подветренной стороны на разной высоте над поверхностью земли:

z ? 5 м	w5е = 230 * 0,75 * 0,8 = 138 Н/м2 w5еn = -230 * 0,75 * 0,44 =- 75,9 Н/м2
z = 10 м	w10е = 230 * 1,0 * 0,8 = 184 Н/м2 w10еn = -230 * 1,0 * 0,44 = -101,2 Н/м2
z = 20 м	w20е = 230 * 1,25 * 0,8 = 230 Н/м2 w20еn = -230 * 1,25 * 0,44 = -126,5 Н/м2
z = 40 м	w40е = 230 * 1,5 * 0,8 = 276 Н/м2 w40еn = -230 * 1,5 * 0,44 = -151,8 Н/м2

Вычислим значения расчётной ветровой нагрузки с наветренной и подветренной стороны на расчётную вертикальную полосу стены шириной равной половине шага колонн В/2 = 6 м:

р^z_{w е} = г_f * w ^z_е * B;

р^z_{w еn} = г_f * w ^z_еn * B,

где г_f = 1,4 - коэффициент надежности по нагрузке.

р⁵_{w е} = 1,4 * 138 * 6 = 1159,2 Н/м;

р⁵_{w еn} = -1,4 * 75,9 * 6 = -637,56 Н/м;

р¹⁰_{w е} = 1,4 * 184 * 6 = 1545,6 Н/м;

р¹⁰_{w еn} = -1,4 * 101,2 * 6 = -850,08 Н/м;

р²⁰_{w е} = 1,4 * 230 * 6 = 1932 Н/м;

р²⁰_{w еn} = -1,4 * 126,5 * 6 = -1062,6 Н/м;

р⁴⁰_{w е} = 1,4 * 276 * 6 = 2318,4 Н/м;

р⁴⁰_{w еn} = -1,4 * 151,8 * 6 = -1275,12 Н/м;

Ветровая нагрузка, действующая на боковой фасад, воспринимается колоннами каркаса. При расчете рамы нагрузку с ограждающих конструкций, расположенных выше отметки верха колонны ВК = 17,55 м, заменяют сосредоточенной ветровой нагрузкой W, нагрузки с ограждающих конструкций, расположенных ниже отметки ВК, передают на колонны в виде равномерно распределенных нагрузок по высотным участкам от 0 да 5 м, от 5 до 10 м и т.д. (см. рисунок 4.2.3.1.).

На рисунке 4.2.3.1. средние значения ветрового давления посчитаны графическим методом и выделены подчеркиванием.



Рис.4.2.3.1. Схема разбиения здания по высоте на расчетные участки для определения ветровой нагрузки

Таблица 4.2.3.2 «Средние значения ветрового давления по высотным участкам стен»

Участок по высоте здания, z	Среднее ветровое давление на расчетную полосу, Н/м
	Наветренная сторона, Н/м2	Заветренная сторона, Н/м2
0 - 5 м	1159,2	637,6
5 - 10 м	1352,4	743,8
10 - 17,55 м	1619,5	930,3

Для расчета рамы приведенные в данной таблице значения следует вводить в программу «Лира 9.0», как распределенную нагрузку.

Сосредоточенную нагрузку W собираем с наветренной и заветренной сторон (моментов, создаваемым ей пренебрегаем, используя только ее горизонтальную составляющую). Как видно из рисунка 4.2.3.1, на грузовое поле W (площадь стены выше отметки верха колонны ВК) приходятся 2 высотных участка, поэтому:

- для наветренной стороны (см. рис. 4.2.3.1):

Н = 4,62 кН

Н = 4,32 кН

W = W₁ + W₂ = 4,62 + 4,32 = 8,94 кН.

- для заветренной стороны:

Н = 2,54 кН

Н = 2,29 кН

W = W₁ + W₂ = 2,54 + 2,29 = 4,83 кН.

4.2.4 Крановые нагрузки

На раму каркаса воздействуют вертикальные и горизонтальные крановые нагрузки (рис.7). При учете одного крана нагрузки от него принимают в полном размере. При учете двух кранов нагрузки от них снижают умножением на коэффициенты сочетания крановых нагрузок ш_к = 0,85 (ш_к = 0,95 для кранов тяжелого и весьма тяжелого режимов работы), при учете четырех кранов коэффициенты принимают соответственно ш_к= 0,7 (ш_к = 0,8). Горизонтальные нагрузки определяют от одного или от двух кранов в одном пролете в одном створе.

Рис.4.2.4.1. Схема нагружения рамы крановой нагрузкой

Наибольшее D_max наименьшее D_min и горизонтальное F_гор давления крановой нагрузки на колонну определяют по линиям влияния опорных реакций колонн при одной и той же установке катков.

Давление на колонну среднего ряда B оси n (рис.4.2.4.1) определяют по линии влияния реакции опоры n, нагруженной одним краном большей грузоподъемности или двумя кранами. Критический груз (зачернен) находим с помощью известного в строительной механике графического построения. Вычисляем значения максимального D_max, минимального D_min и горизонтального F_гор давлений на колонны с учетом коэффициента надежности по нагрузке г_f = 1,1. При расчете колонн заранее трудно установить, что более невыгодно -- нагружение одним краном с ш_к = 1,0, или двумя кранами с ш_к = 0,85 (0,95), или четырьмя кранами с ш_к = 0,7 (0,8). Это требует или расчета рамы на все возможные нагружения кранами или предварительного анализа нагрузок.

Рассмотрим нагрузки на колоны пролёта A - B от кранов (№1, табл. 4.1.1.1.) указанного пролета (створа), считая, что на колонну расчетной рамы по оси n действуют:

1 кран:

Рис.4.2.4.2. Загружение колонны типовой (для расчетной рамы) оси одним краном

Коэффициент сочетаний крановых нагрузок n_c здесь не учтён, так как рассматриваться нагрузка от одного крана и ш_к = 1,0.

кН;

кН;

кН

2 крана:

Рис.4.2.4.3. Загружение колонны типовой (для расчетной рамы) оси двумя кранами

Коэффициент сочетаний крановых нагрузок для данного случая - учет нагрузки от двух кранов тяжелого режима работы - равен ш_к = 0,95.

кН;

кН;

кН

Наиболее не выгодным является загружение двумя кранами, поэтому принимаем его к дальнейшему расчету.

Рассмотрим нагрузки на колоны пролёта B - C от крана указанного пролета, считая, что на колонну расчетной рамы по оси n действует один кран (№2, табл. 4.1.1.1.):



Рис.4.2.4.4. Загружение колонны типовой (для расчетной рамы) оси одним краном

Коэффициент сочетаний крановых нагрузок n_c здесь не учтён, так как рассматриваеться нагрузка от одного крана и ш_к = 1,0.

кН;

кН;

кН

Рассмотрим нагрузки на колоны пролёта C - D от крана указанного пролета, считая, что на колонну расчетной рамы по оси n действует один кран:

Рис.4.2.4.5. Загружение колонны типовой (для расчетной рамы) оси одним краном

Коэффициент сочетаний крановых нагрузок n_c здесь не учтён, так как рассматривается нагрузка от одного крана и ш_к = 1,0.

 кН;

кН;

кН

4.3 Статический расчет рамы каркаса

4.3.1 Расчетная схема рамы

Расчет рамы выполняется с помощью программы Лира 9.0, поэтому расчетную схему рамы компонуем с оптимизацией относительно нюансов различия компьютерного расчета от ручного.

При компоновке каркаса разработана конструктивная схема рамы, т.е. определены габаритные размеры элементов рамы, типы отдельных стержней рамы (сплошные или решетчатые) и выбран способ узловых сопряжений.

Расчетную схему рамы устанавливают по конструктивной схеме. В расчетной схеме вычерчивают схематический чертеж по геометрическим осям стержней. За геометрическую ось элемента обычно принимают линию, проходящую через центры тяжести его сечений. При шарнирных сопряжениях, ригелей (стропильных ферм) с колоннами за геометрическую ось ригеля приникают линию, соединяющую верхние концы колонн. Защемление колонн в фундаменте считают жестким.

Вертикальные нагрузки приложены с эксцентриситетами по отношению к геометрическим осям колонн, поэтому эти нагрузки задаём в программном пакете с помощью жёстких вставок.

4.3.2 Статический расчёт рамы

Расчёт рамы произведен в программе Лира 9.0, но из-за объёмности результатов не помещен в пояснительную записку и может быть предоставлен по требованию.

Ниже (в п. 4.3.3.) приведены схемы рамы с эпюрами M и N значения на этих эпюрах не приводятся в целях уменьшения масштаба схем.

4.3.3 Схемы загружений рамы

Загружения, введенные для расчёта в программном пакете следующие:

Загружение 1. Постоянная нагрузка:

1) от собственного веса покрытия (приводим к расчетной сосредоточенной нагрузке на колонны):

кН,

кН,

кН,

кН,

2) от собственного веса подкрановой балки и рельсов.

Предварительно зададимся двутавром 60Б1 по ГОСТ 26020-83 массой m_пб = 81 кг/м.

Р_пб = B*m_пб*g = 12*81*9,81 = 9,54 кН;

Но так как данная нагрузка приложена не по центру сечения колонны, то задаём еще и дополнительный момент:

M = P_пб * e₁,

где е₁ = 1 м - эксцентриситет приложения нагрузок для всех колонн расчетной рамы.

M = 9,54 * 1 = 9,54 кН*м

но моменты на средних колоннах можно

не задавать,так как они гасят друг друга.

3) от собственного веса колонн;

4) от собственного веса стенового ограждения (сэндвис-панели):

q_стен = q_лист*2 + q_утепл = 0,205*2 + 0,179 = 0,6 кН/м²

Приводим данную нагрузку к сосредоточенной и приложенной в следующих точках (момент создаваемы данной нагрузкой не учитываем из-за его незначительности):

- точка на колонне симметричная точке опирания подкрановой балки относительно оси колонны:

P_стен¹ = ПК*B* q_стен = 12,5*12*0,6 = 90 кН

- к верху верней части колонны:

P_стен² = h_в*B* q_стен = 5,05*12*0,6 = 36,4 кН

Рис.4.3.3.1. Эпюры моментов для загружения 1

Рис.4.3.3.2. Эпюры продольных усилий для загружения 1

Загружение 2. Снеговая нагрузка

Задается распределенной по участкам фонаря и покрытия по фермам (см. п. 4.2.2).

Снеговую нагрузку приложенную к фонарю считаем снеговой нагрузкой, приложенной к ферме на соответствующем участке.

Приводим снеговую нагрузку к сосредоточенной на колонны (см. п. 4.2.2.):

кН,

кН,

кН,

кН,

Рис.4.3.3.3. Эпюры моментов для загружения 2

Рис.4.3.3.4. Эпюры продольных усилий для загружения 2

Загружение 3. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте A - B

(Максимальная нагрузка на колонну А)

1) вертикальные:

D_max = 781 кН; D_min = 253 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = - D_min * е₁ = - 253 * 1 = - 253 кН м;

М_max = D_max * е₂ = 781 * 0,75 = 586 кН м.

Рис.4.3.3.5. Эпюры моментов для загружения 3

Рис.4.3.3.5. Эпюры моментов для загружения 3

Загружение 4. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте A - B

(Максимальная нагрузка на колонну B)

1) вертикальные:

D_max = 781 кН; D_min = 253 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = D_min * е₁ = 253 * 0,75 = 189 кН м;

М_max = - D_max * е₂ = - 781 * 1 = - 781 кН м.

Рис.4.3.3.7. Эпюры моментов для загружения 4

Рис.4.3.3.8. Эпюры продольных усилий для загружения 4

Загружение 5. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте B - C

(Максимальная нагрузка на колонну B)

1) вертикальные:

D_max = 381 кН; D_min = 161 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = - D_min * е₁ = - 161 * 1 = - 161 кН м;

М_max = D_max * е₁ = 381 * 1 = 381 кН м.

Рис.4.3.3.9. Эпюры моментов для загружения 5

Рис.4.3.3.10. Эпюры продольных усилий для загружения 5

Загружение 6. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте B - C

(Максимальная нагрузка на колонну C)

1) вертикальные:

D_max = 381 кН; D_min = 161 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = D_min * е₁ = 161 * 1 = 161 кН м;

М_max = - D_max * е₁ = - 381 * 1 = - 381 кН м.



Рис.4.3.3.11. Эпюры моментов для загружения 6

Рис.4.3.3.12. Эпюры продольных усилий для загружения 6

Загружение 7. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте C - D

(Максимальная нагрузка на колонну C)

1) вертикальные:

D_max = 472 кН; D_min = 144 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = - D_min * е₂ = - 144 * 0,75 = - 108 кН м;

М_max = D_max * е₁ = 472 * 1 = 472 кН м.

Рис.4.3.3.13. Эпюры моментов для загружения 7

Рис.4.3.3.14. Эпюры продольных усилий для загружения 7

Загружение 8. Вертикальная крановая нагрузка в пролёте C - D

(Максимальная нагрузка на колонну D)

1) вертикальные:

D_max = 472 кН; D_min = 144 кН;

2) моменты (от приведения вертикальных к центральным):

М_min = D_min * е₁ = 144 * 1 = 144 кН м;

М_max = - D_max * е₂ = - 472 * 0,75 = - 354 кН м.

Рис.4.3.3.15. Эпюры моментов для загружения 8

Рис.4.3.3.16. Эпюры продольных усилий для загружения 8

Горизонтальные нагрузки направленные слева направо (см разрез 4-4, лист 4) принимаем положительными, а справа налево - отрицательными.

Загружение 9. Горизонтальная нагрузка в пролёте A - B

(Усилие на колонну А)

Т = -27 кН

Рис.4.3.3.17. Эпюры моментов для загружения 9



Рис.4.3.3.18. Эпюры продольных усилий для загружения 9

Загружение 10. Горизонтальная нагрузка в пролёте A - B

(Усилие на колонну B)

Т = 27 кН

Рис.4.3.3.19. Эпюры моментов для загружения 10

Рис.4.3.3.20. Эпюры продольных усилий для загружения 10

Загружение 11. Горизонтальная нагрузка в пролёте B - C

(Усилие на колонну B)

Т = -13 кН

Рис.4.3.3.21. Эпюры моментов для загружения 11

Рис.4.3.3.22. Эпюры продольных усилий для загружения 11

Загружение 12. Горизонтальная нагрузка в пролёте B - C

(Усилие на колонну C)

Т = 13 кН

Рис.4.3.3.23. Эпюры моментов для загружения 12

Рис.4.3.3.24. Эпюры продольных усилий для загружения 12

Загружение 13. Горизонтальная нагрузка в пролёте С - D

(Усилие на колонну С)

Т = -18 кН

Рис.4.3.3.25. Эпюры моментов для загружения 13

Рис.4.3.3.26. Эпюры продольных усилий для загружения 13

Загружение 14. Горизонтальная нагрузка в пролёте С - D

(Усилие на колонну D)

Т = 18 кН



Рис.4.3.3.27. Эпюры моментов для загружения 14

Рис.4.3.3.28. Эпюры продольных усилий для загружения 14

Загружение 15. Ветровая нагрузка (ветер слева)

1) активная (распределенная по высотным участкам, горизонтальная сосредоточенная на ферму);

2) пассивная (распределенная по высотным участкам, горизонтальная сосредоточенная на ферму);

Рис.4.3.3.29. Эпюры моментов для загружения 15

Загружение 16. Ветровая нагрузка (ветер справа)

1) активная (распределенная по высотным участкам, горизонтальная сосредоточенная на ферму);

2) пассивная (распределенная по высотным участкам, горизонтальная сосредоточенная на ферму);



Рис.4.3.3.31. Эпюры моментов для загружения 16

Рис.4.3.3.32. Эпюры продольных усилий для загружения 16

4.4 Расчёт и конструирование стропильной фермы (пролёт A - B)

4.4.1 Нагрузки на ферму

Сбор нагрузок выполняем соответственно исходных данных, основываясь на п. 4.2.1 «Постоянные нагрузки».

Ветровой нагрузкой на покрытие, определяемой по СНиП «Нагрузки и воздействия», пренебрегая из-за большого количества расчетов и малой значимости данной нагрузки по сравнению с снеговой нагрузкой, собственным весом и весом конструкции покрытия.

Таблица 4.4.1.1. «Нагрузки на ферму пролетом 36 метров »

Наименование	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэфф. надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м2
2 слоя наплавляемого рубероида	0,15	1,3	0,195
Асбоцементный плоский лист	0,11	1,1	0,121
Гидробаръер-диффузионная пленка	0,07	1,3	0,091
Утеплитель-Rockwool с = 200 кг/м3, t = 100 мм	0,2	1,3	0,26
Пароизоляция-полиэтиленовая пленка	0,07	1,3	0,091
Профлист Р-75-750-0,9	0,17	1,05	0,179
Прогоны	0,25	1,05	0,263
ВСЕГО:	gн = 1,02		g = 1,2
Снеговая нагрузка	соответственно п. 4.2.2	gснег = 1,4

Расчет фермы на усилия в стержнях выполняем с помощью программного комплекса «Лира 9.0». Задаем схему фермы, указываем условия закрепления - шарнирное, задаемся предварительными жесткостями стержней (руководствуясь опытом проектирования), а также узловой нагрузкой, учитывая:

- нагрузкой от покрытия:

кН/м;

- снеговой нагрузкой:

кН/м;

- сосредоточенной нагрузкой от площадок обслуживания (см. схему фермы и чертежи):

кН

Вычисляем данное значения принимая

максимальную нагрузку от двух человек

между двумя соседними колоннами шага).

Приводим нагрузку к узловой:

где

q - расчетное значение постоянной нагрузки от покрытия, кН/м;

d₁ - длина первой и последней панели фермы, м;

d₂ - длина панели фермы, м;

В - шаг установки ферм, м.

Рис. 5.4.1.1. Расчетная схема фермы

4.4.2 Расчет фермы. Результаты

Производим расчет в программе «Лира 9.0». Вычисленные значения N представлены в таблице 4.4.2.1. Положительные значения соответствуют растянутым стержням, отрицательные - сжатым.

Таблица 4.4.2.1. «Значения продольных сил N а стержнях фермы»

№ элем	N (кН)	№ элем	N (кН)
1	460.437	22	-1408.951
2	1185.164	23	-1593.095
3	1546.032	24	-1412.695
4	1546.032	25	-870.187
5	1185.164	26	579.044
6	460.437	27	-468.006
7	-866.443	28	320.226
8	-1408.951	29	-199.535
9	-1589.351	30	63.932
10	-1412.695	31	64.427
11	-870.187	32	-200.153
12	-1.872	33	320.721
13	-43.720	34	-468.625
14	-93.675	35	579.539
15	-93.675	36	-707.314
16	33.521	37	-707.314
17	-93.675	38	-707.314
18	-93.675	39	-707.314
19	-43.720	40	0.000
20	1.872	41	0.000
21	-866.443

В зависимости от усилия в опорном раскосе (N = 707,314 кН) принимаем толщины фасонок (по таблице 8.7, [6]): t_ф = 1,4 см

4.4.3 Материал и расчётные длины элементов фермы

Материал элементов фермы - сталь по ГОСТ 27772-88*:

- стержни - сталь С245,

- фасонки и опорный фланец - сталь С255.

l_x - расчётная длина элемента в плоскости, перпендикулярной оси х;

l_y - расчётная длина элемента в плоскости, перпендикулярной оси y;

l₁ - расстояние между точками закрепления;

[] - предельная гибкость элементов фермы;

Таблица 4.4.3.1. «Расчетные длины стержней фермы и их гибкости»

Название элемента	lx	ly	[]
Опорный раскос	0,5*l	l	(-) 120
Раскосы ферм:
сжатые	0,8*l	l	(-) 150
растянутые	0,8*l	l	(+) 400
стойки	0,8*l	l	(-) 150
Верхний пояс	3м	3м	(-) 120
Нижний пояс	6м	l1	(+) 400
Шпренгель	l*	l*	(-) 200

l* - подбирается по = 200

4.4.4 Подбор сечений стержней

Рис. 4.4.4.1. Схема сечения поясов (данная или зеркальная относительно оси “X” )

4.4.4.1 Верхний пояс

Расчёт элементов верхнего пояса ведём, как центрально сжатых по максимальному усилию в стержнях по формуле:

,

где N - продольное усилие в стержне;

- коэффициент надежности по назначению;

- коэффициент продольного изгиба;

- расчетное сопротивление стали;

- коэффициент условий работы

Проверку прочности выполняем по формуле:

,

где A₁ - площадь сечения одного уголка

Принимаем к расчёту только стержень с максимальным продольным усилием, так сечение нижнего пояса является неизменным по всей длине:

Стержень №9: N₉ = -1589 кН, [] = 120, l_x = 3 м, l_y = 3 м

Задаёмся = 0,5

см²

см²

По сортаменту принимаем 220х16 с A = 68,6 см², i_x = 6,02 см, i_y = 9,56 см,

z₀ = 6,81 см

Проверка прочности

Слишком большой запас прочности - задаёмся = 0,7

 см²

см²

По сортаменту принимаем 160х16 с A = 49,1 см², i_x = 4,89 см, i_y = 7,18 см,

z₀ = 4,55 см.

Проверка прочности

Условие выполняется.

4.4.4.2 Нижний пояс

Расчёт элементов нижнего пояса ведём, как центрально растянутых по формуле:

Проверку прочности выполняем по формуле:



Принимаем к расчёту только стержень с максимальным продольным усилием, так сечение верхнего пояса является неизменным по всей длине:

Стержень №3

N₃ = 1546 кН, [] = 400, l_x = 6 м, l_y = l₁ = 18 м

см²

см²

По сортаменту принимаем 140х12 с A = 32,5 см², i_x = 4,31 cм, i_y = 6,3 см, z₀ = 3,9 см

Проверка прочности

Условие выполняется.

4.4.4.3 Опорный раскос

Расчёт опорного раскоса ведём, как центрально сжатого (см. расчет верхнего пояса фермы).

Стержень №38(36)

N₃₈₍₃₆₎ = -704,3 кН, [] = 150, l_x = 0,5*l = 0,5*423 = 212 cм, l_y = l = 423 cм

Задаёмся = 0,5

см²

см²

По сортаменту принимаем 160х10 с A = 31,43 см², i_x = 4,96 см, , i_y = 7,05 см,

z₀ = 4,3 см.

Проверка прочности

Слишком большой запас прочности - задаёмся = 0,7

см²

см²

По сортаменту принимаем 125х9 с A = 22 см², i_x = 3,86 см, i_y = 5,63 см

z₀ = 3,4 см

Проверка прочности

Условие выполняется.

4.4.4.4 Раскосы

[]_р = 400, []_сж = 150, l_x = 0,8*444 = 355 см, l_y = 444 см

Стержень №26 (является растянутым)

N₂₆ = 579 кН

см²

см²

По сортаменту принимаем 90х7 с A = 12,3 см², i_x = 2,77 см, i_y = 4,21 см,

z₀ = 2,47 см.

Проверка прочности

Условие выполняется.

Стержень №27 (является центрально сжатым)

N₂₇ = -468 кН

Задаёмся = 0,5

см²

см²

По сортаменту принимаем 125х10 с A = 24,3 см², i_x = 3,85 см, i_y = 5,66 см,

z₀ = 3,45 см.

Проверка прочности

Условие выполняется.

Стержень №28 (является растянутым)

N₂₈ = 320,2 кН

см²

см²

По сортаменту принимаем 70х5 с A = 6,86 см², i_x = 2,16 см, i_y = 3,38 см