Компоновка и конструкции каркаса здания АЭС ВВЭР-91

мой курсач агафонов.pdf

Компоновка каркаса здания 2
1. Плановая компоновка каркаса здания 2
2. Высотная компоновка каркаса здания 2
2.1. Определение крановых габаритов 2
2.2. Определение отметок головки рельса подкрановой консоли и высоты
3. Конструкции каркаса здания 6
3.1. Выбор стропильных конструкций и связей и их описание 6
3.2. Выбор и описание стеновых и оконных панелей 7
3.3. Назначение формы и размеров колонн и ригелей 8
Расчет усилий в элементах каркаса здания при статических воздействиях .. 12
1. Выбор и обоснование расчетной схемы и метода расчета 12
2. Нагрузки действующие на раму каркаса и их сочетание 13
2.1. Постоянные нагрузки 13
2.2. Крановые нагрузки 16
2.3. Снеговые нагрузки 18
2.4. Ветровые нагрузки 20
3 Расчет усилий в элементах рамы и построение комбинаций усилий в расчетных
Приложение П.1. Разбивка рамы на узлы и элементы составление таблиц по
геометрии и типологии 25
Приложение 2. Сбор нагрузок и расчет усилий в элементах рамы 26
Приложение 2.1. Постоянные нагрузки 26
Приложение 2.2. Крановые нагрузки 26
Приложение 2.3. Снеговые нагрузки 28
Приложение 2.4. Ветровая нагрузка 28
Приложение 3. Результаты расчета усилий в элементах рамы каркаса 30
Приложение 3.1 Построение сводной таблицы усилий в расчетных сечениях 30
Компоновка каркаса здания
1. Плановая компоновка каркаса здания
Каркас промышленного здания имеет прямоугольную форму в плане.
Расстояние между разбивочными осями продольных рядов колонн составляет L=24м
исходя из технологических соображений и определяться заданием на курсовой
Расстояние между осями колонн вдоль здания (шаг Bk) задан величиной 6м.
Чтобы избежать накопления температурных деформаций по длине здания согласно
[1 табл. 42] предусмотрен температурный шов выполненные путем постановки
парных колонн с расстоянием между их осями равными 1м. Температурные отсеки
устроены равной длины (42м) и кратны шагу колонн.
Для поддержания стенового ограждения и частичного восприятия ветровой
нагрузки с торцов здания установлены фахверковые стойки с шагом 6м.
2. Высотная компоновка каркаса здания
Высотная компоновка промышленного здания определяется прежде всего
габаритами и размещением основного технологического оборудования условиями их
эксплуатации и монтажа а также выбором отметки пола по отношению к
планировочной отметке.
2.1. Определение крановых габаритов
Согласно заданию на проектирование в промышленном здании используются
мостовой опорный кран грузоподъемностью 50т.
представлены в табл. 1 [2 Прил. табл. 1].
Основные параметры крана
Табл.1. Основные параметры мостового опорного кранов
Прим. 1. Габаритные размеры см. [ 2 рис. П1 стр.195].
2.2. Определение отметок головки рельса подкрановой консоли и
На рис.1. представлена конструктивная схема поперечной рамы каркаса
Высота кранового рельса hр согласно [3] принимается в зависимости от
грузоподъемности используемых кранов и составляет:
Высота подкрановой балки при шаге колонн 6 метров составляет:
Высота верхней части колонны (шейки) Нв определяется по зависимости:
где в.к. - отметка верха колонны составляющая согласно заданию на
проектирование 180м;
п.к. - отметка подкрановой консоли определяемая по зависимости:
п.к. в.к. a1 h hp hп.б.
где a1 - необходимое расстояние между низом фермы и верхом габарита мостового
крана принимаемое равным 250 мм;
h – габаритный размер крана по высоте (табл. 1).
п.к. 180 (025 315 013 11) 1337 м.
Полученная величина п.к. округляется в соответствии с ЕМС до размера
кратного 300мм и принимается равной 135м.
Тогда согласно (2) величина верхней части колонны составляет:
Отметка головки кранового рельса из рис.1 равна:
г. р. п.к. hп.б. hр
г. р. 135 11 013 147 м.
Высота нижней части колонны определяется по формуле:
где Нб – расстояние от отметки чистого пола 0000 до низа плиты базы колонны.
Н н 135 00 07 142 м.
Таким образом общая высота колонны:
3. Конструкции каркаса здания
Основой формообразования здания являются плоские рамы идущие вдоль
здания с шагом в 6м и объединенные в пространственную конструкцию с помощью
связей распорок плит покрытия и т.д.
Поперечную жесткость здания обеспечивают рамы несущего каркаса в
которых колонны жестко соединены с фундаментом а стропильные фермы шарнирно
соединяются с колоннами.
Продольную пространственную жесткость обеспечивают:
вертикальные связи между колоннами;
горизонтальные и вертикальные связи между фермами;
продольные балки распорки между колонами;
жесткий диск плит покрытия и междуэтажные перекрытия;
3.1. Выбор стропильных конструкций и связей и их описание
Для проектируемого машинного зала была принята унифицированная
полигональная ферма серии УМК-02 выполнена из стали [2стр.33]. В проекте пояса
фермы имеют тавровое сечение а решетка состоит из двух уголков. Для поясов
фермы используется низколегированная сталь повышенной прочности марки 14Г2-6
а для решетки - Ст3.
Ферма имеет следующие геометрические характеристики: пролет - 24м уклон
верхнего пояса - 1:10 высота на опоре – 21м. Схема принятой унифицированной
фермы представлена на рис.2.
Рис.2.Унифицированная стропильная ферма пролетом 24м.
По кровельным фермам укладываются кровельное покрытие. В качестве
покрытия принят профилированный оцинкованный
стальной настил. Эта
эффективная конструкция которая значительно снижает массу кровельных
покрытий сокращает трудозатраты. Настил используется как элемент комплексных
кровельных плит полной заводской готовности с устройством утеплителя и кровли.
Для блочного монтажа используются панели 15 6м и 3 6м. Продольные ребра
панелей выполнены из ферм с параллельными поясами высотой 400мм и пролетом
м. Высота самого настила составляет 8см. Размеры укрупнительного блока полной
заводской готовности - 6 24м вес – 32 т. Удельная масса укрупнительного блока
полной заводской готовности определяется по формуле:
3.2. Выбор и описание стеновых и оконных панелей
керамзитобетонные панели марок ПСКН-12-12-1 и ПСКНП-12-18-1[4стр.166].
Панели представляют собой однослойную плиту с одной стороны которой
предусмотрен фактурный слой. Характеристики панелей представлены в таблице 2.
Оконные панели. Панель является несущей конструкцией воспринимающей
ветровую нагрузку и передающей ее на колонны каркаса. При проектировании
промышленного здания использовались световые панели в виде блока марки ППД
-12 [4стр.167] состоящего из рамы переплетов и остекления.такого блока
составляет 1331кг. Вид блока представлен на рис.3.
Рис.3. Вид оконной панели
Таблица.2. Характеристики стеновой панели
длина мм ширина мм толщина мм бетона
ПСКНП-12-18-1 11 970
3.3. Назначение формы и размеров колонн и ригелей
На данном этапе назначение формы и размеров колонн и ригеля
рассматривается как предварительное так как усилия в элементах каркаса от
действующих нагрузок пока еще не определены. Схема поперечной рамы каркаса с
указанием типов применяемых сечений показана на рис.4. Для формирования
сечений колонн в курсовом проекте использован сортамент нормальных двутавров
типа Б в соответствии с [5].
Для верхней части колонны примем сечение в виде двутавра высота сечения hв
которого принята в зависимости от шага основных рам (Вк=6м) и грузоподъемности
мостового крана (Q=50 тс) и составляет 400 мм (рис.4 сеч.1-1). Геометрические
характеристики сечения двутавра №40Б2 представленны в табл.3.
Высота сечения нижней части колонны hн (рабочая) определяется по
где a - привязка колонны к разбивочной оси здания. При hв500 мм привязка
- расстояние между разбивочной осью колонны и осью подкрановой балки.
При грузоподъемности крана менее 75 тс =750 мм;
bпл - ширина полки наружной ветви колонны.
Геометрические характеристики составного сечения 2-2 определяются по
Площадь составного сечения нижней части колонны равна:
А 2 2 2 Ал 2 An = 26972=13944 см2.
где Ал Ап- соответственно площади сечения левой и правой ветви нижней части
Моменты инерции и моменты сопротивления относительно осей х и у
определяются по зависимостям сопромата либо в модуле СКАД.
I у2 2 2( I 11 yл А1л1 Х 12 ) 24690 174
I х22 2I 1хл1 2 166600 333200см 4
Характеристики сечений
Для подобранных на предварительном этапе сечений нижней и верхней частей
колонны по соображениям жесткости должны выполняться следующие соотношения:
где hнк - полная высота сечения.
После назначения высоты сечения верхней и нижней частей колонны
необходимо убедиться что верхняя часть колонны не мешает проходу крана т.е.
где В2 - вынос моста крана т.е. величина на которую торец крана выступает за ось
подкрановой балки [ 2 прил. табл. 1];
с1 - минимальный зазор между торцом крана и внутренней гранью верхней части
колонны принимаемый не менее 75 мм в соответствии с требованием [3];
bнп - ширина полки нижней ветви колонны.
Сквозной ригель (ферму) заменим условным сплошным стержнем с
эквивалентным моментом инерции равный:
где Iн - момент инерции сечения нижней части ступенчатой колонны относительно
I Р 2951836 4 1180734 см2
Расчет усилий в элементах каркаса здания при статических воздействиях
1.Выбор и обоснование расчетной схемы и метода расчета
Сбору нагрузок и выполнению расчетов плоской поперечной рамы каркаса
предшествует построение расчетной схемы.
Расчетной схема представляет собой схематический чертеж выполненный по
геометрическим осям стержней проходящим через центры тяжести назначенных на
предваритёльном этапе сечений элементов.
На рис.5 показан конструктивной и расчетной схем поперечной рамы каркаса.
Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести их сечений. При этом для
ступенчатых колонн несовпадение центров тяжести верхней и нижней частей
учитывается в дальнейшем при подсчете вертикальных нагрузок. Заделка колонн в
фундаменты принимается на уровне обреза фундамента т.е. на уровне низа плиты
базы колонны. Сквозной ригель (ферма) в этом случае заменяется сплошным
эквивалентной жесткости ось которого совпадает с осью нижнего пояса фермы. Его
опирание на колонны принято шарнирным.
Расчет принятой схемы загружения производится методом конечных элементов
(МКЭ) в варианте перемещений. Этот метод в рамках принятой расчетной схемы для
стержневых систем считается достаточно точным [6].
Рис.4. Расчетная схема плоской рамы
2. Нагрузки действующие на раму каркаса и их сочетание
2.1. Постоянные нагрузки
При расчете поперечной рамы каркаса главного корпуса к постоянным
нагрузкам относятся собственный вес кровельного покрытия ферм и связей вес
панелей навесного стенового ограждения вес колонн и подкрановых балок а также
вес ригелей плит и элементов междуэтажных перекрытий .
Нагрузки от собственного веса кровельного покрытия ферм и связей.
Значения сил GПА GПБ и момента GПБ в случае применения крупноблочных
конструкций определяются следующим образом:
где Gбл – вес монтажного блока полной заводской готовности;
f – коэффициент надежности по нагрузке принимаемый здесь равным 11.
GпА GпБ =0.5·32тс·11=176
Собственный вес стеновых панелей выше отметки верха колонны в пределах
высоты hоп и высоты парапета hп. Сила Gст
определяется по формуле:
где hоп - высота фермы на опоре;
hп - высота парапета;
ст - объемный вес материала стенового ограждения;
Моменты этих сил М ст
.в и eст.в - эксцентриситеты приложения сил Gст и Gст .
Собственный вес навесных панелей стенового ограждения в пределах высоты
Нв. Предполагается что эта нагрузка распределяется равномерно по высоте Н в с
расчетными значениями погонной нагрузки для левой колонны:
Так как эта нагрузка приложена с эксцентриситетом относительно оси сечения
верхней части колонны равным для левой колонны eст
.в то в пределах высоты Н в
будут действовать распределенные моменты
Собственный вес стеновых панелей в пределах высоты Н н . Погонная
нагрузка для левой колонны определяется зависимостью
Так как в пределах высоты Н н эксцентриситет равен eст
Собственный вес верхней и нижней частей колонны задается для каждой
геометрическим осям их сечений. Погонные расчетные значения этой нагрузки
соответственно для верхней и нижней частей колонны по ряду А определяются по
где Акв Акн - площади поперечного сечения верхней и нижней частей колонны;
кв кн - плотность (объемный вес) материала (стали) участков колонн
f - коэффициент надежности по нагрузке который можно принять равным
qквА qквБ 174 104 785 105 014 тсм
qквА qквБ 348 104 785 105 028 тсм.
Собственный вес подкрановых балок. Силы GАпб = GБпб передаются на
отметке подкрановых консолей по линии действия совпадающей с осями
подкрановых ветвей колонн и равны:
GпбА GпбБ Апб Вк пб f
GпбА GпбА 5176 104 6 785 105 256 тс.
Силы GпбА и GпбБ создают сосредоточенные моменты т.к. по отношению к оси
нижней части колонны приложены с эксцентриситетами eпбА eпбА . 0392 м
M пбА M пбА GпбА eпбА GпбА eпбА . 196 тс м
M пбА M пбА 256 068 174 тсм.
Сосредоточенные моменты М GА М GБ приложенные на уровне подкрановых
консолей определяются по формуле:
Далее найденные силы моменты и погонные нагрузки с учетом направлений
их действия суммируются в соответствующих узлах и на соответствующих
узлы 5 и 6: GпА GстА G5А G6А 176 532 2292 тс.
узлы 3 и 4: М стА М пбА М GА М GБ 185 174 011тсм.
элементы 1 и 3: qкнА qстА .н qнА qнБ 028 172 2 тсм
элементы 2 и 4: qквА qстА .в qвА qвБ 014 172 186 тсм
Результаты расчета нагрузок от собственного веса элементов рамы
представлены в таблице загружений (табл. 4) в строки соответствующие первому
2.2. Крановые нагрузки
Наибольшая расчетная сила на консоль:
где γf – коэффициент надежности по нагрузке равный 1.1;
nC – коэффициент сочетаний равный 1 для одного крана легкого режима
yi – ордината линии влияния под силой PKmax определяемая из подобия
треугольников (см. рис.5).
Dmax=γfnC(P1y1+P1y2)
Dmax=11·1(618·1+618·0925)=120065 тс
На другой ряд колонн также будут передаваться силы но значительно меньшие
(Прил.2.2). Расчетную силу Dmin можно определить по формуле:
Dmin=017·120065тс=1932тс.
Силы Dmax и Dmin приложены по оси подкрановой балки на уровне подкрановой
консоли и поэтому не только сжимают нижнюю часть колонны но и передают на нее
сосредоточенные моменты:
Горизонтальная сила T.
Полную расчетную горизонтальную силу Т можно определить с помощью
линии влияния при тех же схемах расположения колес (рис.6):
где TK – нормативная горизонтальная сила приходящаяся на одно колесо одного
крана определяемая для кранов с гибким подвесом груза формулой:
Результаты подсчета крановых нагрузок также заносятся в таблицу 4 в строки
отведенные для второго загружения. Расчетные загружения представленны в
2.3. Снеговые нагрузки
Снеговые нагрузки определяются по рекомендациям Норм [5] для заданного
района строительства с учетом повышения снегового давления на покрытие в местах
перепада высот и у парапетов.
Погонная равномерно-распределнная нагрузка qСН. приложенная по пролету
L определяется формулой:
где S g - расчетная снеговая нагрузка на 1 м2 горизонтальной поверхности
земли; определяется по Нормам в зависимости от снегового района;
- коэффициент перехода снегового давления от поверхности земли на
поверхность покрытия здания; для плоских кровель и кровель с уклоном менее 20o
f - для снеговой нагрузки в данном случае принимается равным 14 [5].
qсн.=1·01тм214·6=084тм.
Ордината погонной нагрузки q'СН. у парапетов в местах образования так
называемых "снеговых мешков" определяется следующим образом:
где 1 - коэффициент перехода снегового давления от поверхности земли на
покрытие у парапета; определяется в зависимости от высоты парапета hп и величины
при этом если 1 30 то 1 30 а зона действия «снегового мешка» принимается
равной b1 2hп . Если 1 10 то принимается 1 10 .
q'сн=2·01тм2146=168тм.
Зона действия "снегового мешка" принимается равной b1=2hП=2м.
Узловые силы по рядам А и Б. Силы GснА GснБ принимаются приложенными
в узлы на уровне верха колонн действуют по оси сечения их верхних частей и
определяются по формуле
где для сил Gсн и Gсн.1 в соответствии со схемой на рис. П.7 можно записать
Gсн= 084тм·240м2=1008т
Gсн.1=(168тм -084тм)2м2=084т
GснA= 1008т+084т=1092т.
Нагрузки заносятся в строки восьмого загружения таблицы 4.
2.4. Ветровые нагрузки
Ветровая нагрузка передаваемая стенами здания на элементы каркаса
определяется в общем случае как сумма средней и пульсационной составляющих [5].
соответствующая установившемуся ветровому напору.
Фактическую эпюру ветровой нагрузки представить в виде ступенчатой по
принципу осреднения в пределах выделенных по высоте здания участков. Тогда
расчетную ветровую нагрузку на каждом участке можно определить по формуле
- нормативное значение скоростного напора принимаемое в
соответствии с указаниями Норм [5];
с – аэродинамический коэффициент (коэффициент лобового сопротивления)
равный для наветренной стороны здания 08 а для подветренной зоны (зоны
«отсоса») – 06 (таким образом суммарный коэффициент при обдуве плоских
поверхностей получается равным 14);
f - коэффициент надежности по нагрузке принимаемый равным 14;
k - коэффициенты учитывающие изменение скоростного напора по высоте;
i - число участков осреднения принимающее в данном случае значения
i 1234 . Аналогично определяется qi с подветренной стороны при c 06 .
q1=08 0048тсм2 6м 14(075)2=01512 тсм
q2=08 0048тсм2 6м 14(075+10)2=03528 тсм
q3=08 0048тсм2 6м 14(10+1125)2=04284 тсм
q’1=06 0048тсм2 6м 14(075)2=01134 тсм
q’2=06 0048тсм2 6м 14(075+10)2=02646 тсм
q’3=06 0048тсм2 6м 14(10+1125)2=03214 тсм
Ступенчатая эпюра ветрового давления заменяется эквивалентной равномерно
распределенной по всей высоте с ординатами q (наветренная сторона) и q
(подветренная сторона). При этом следует руководствоваться равенством
моментов в заделке при ступенчатой и равномерно распределенной эпюрах.
Полученная погонная нагрузка прикладывается к элементам поперечной рамы
по высоте как показано на рис.
Сосредоточенные силы W W учитывающие ветровое давление на
поперечную раму в пределах опорной части фермы и парапетов т.е. элементов не
попавших в расчетную схему допускается прикладывать в верхние узлы рамы.
WA=023(21+1)+032тсм 1м=146 тс
WБ=023тсм 1м +032(21+1)=125 тс.
При ветре справа указанные параметры определяются аналогично. Результаты
записываются в строки таблицы 4 соответствующие 9 и 10 загружениям.
загружения значениятс(тсм)
3 Расчет усилий в элементах рамы и построение комбинаций усилий в
Расчет завершается получением распечатки усилий в узлах элементов
рамы которые необходимо упорядочить. В таблицу заносятся значения М N Q в
расчетных сечениях (сечения 1-1 2-2 3-3 4-4) для схемы загружения в соответствии
с принимаемым сочетаний . Таблица сводных усилий представлена в приложении
После оформления таблицы П. 3-1 целесообразно представить полученный
результат графически для чего составляется таблица эпюр усилий (таблица П. 3-2)
на рассматриваемом элементе от каждого вида загружения. В данном случае
ограничимся построением только эпюр М и N. Эпюры в этой строятся уже с учетом
введения коэффициентов сочетаний i. Таблица эпюр усилий представлена в
На основании эпюр усилий от каждого вида нагрузки определяются
наиневыгоднейшие суммарные положительных и отрицательных (в алгебраическом
смысле) усилия в заданных сечениях рамы при самых неблагоприятных но
физически возможных сочетаниях нагрузок.
Таблицы комбинаций удобно строить пользуясь данными таблицы эпюр П. 32. В случае для расчетного сочетания учитывающего одну постоянную нагрузку
(собственный вес) и три временные кратковременные (крановые снеговые и
ветровые нагрузки) строятся две комбинации усилий:
- максимальные и минимальные изгибающие моменты (M+max и M-min) и
соответствующие им продольные усилия N;
- максимальные и минимальные продольные усилия (Nmax и Nmin) и
соответствующие им изгибающие моменты M+ и M-.
Построенные комбинаций сведено в таблицу П. 3-3. Полученные результаты
будут использованы при выполнении проверок устойчивости и прочности элементов
рамы с целью подбора или уточнения ранее назначенных размеров их поперечного
геометрии и типологии
Рис.П1. Разбивка рамы на узлы и элементы.
Рис.П2. Расчетная схема рамы.
Таблица.П1.Значения продольной и изгибной жескостей элементов.
Приложение 2. Сбор нагрузок и расчет усилий в элементах рамы
Приложение 2.1. Постоянные нагрузки
Рис.П3. Схема загружения постоянными нагрузками.
Приложение 2.2. Крановые нагрузки
Рис.П.4. Схема загружения крановой нагрузкой 1.
Рис.П5. Схема загружения от действия крановой нагрузки 2.
Рис.П6. Схема загружения от действия крановых нагрузок 4 56 и 7.
Приложение 2.3. Снеговые нагрузки
Рис.П7. Схема загружения от действия снеговой нагрузки.
Приложение 2.4. Ветровая нагрузка
Рис.П8. Схема загружения от действия ветровой нагрузки слева.
Рис.П9. Схема загружения от действия ветровой нагрузки справа.
Приложение 3. Результаты расчета усилий в элементах рамы каркаса
Приложение 3.1 Построение сводной таблицы усилий в расчетных сечениях
Приложение 3.2 Комбинации усилий построение огибающих MN
Продолжение таблицы П3-2.
Таблица П3-3. Расчетные усилия в сечениях для M max и M min
Таблица П3-4. Расчетные усилия в сечениях для N max и N min
) СниП 2.01.07 – 85. Нагрузки и воздействия. М.: Стройиздат1987.
) СниП 2 – 23 –81. Стальные конструкции. М.: Стройиздат 1982.
) СниП 2.03.01 – 84. Бетонные и железобетонные конструкции. М.:
) Вычислительный программный комплекс рабочие файлы на дисках.
) Методические указания по оформлению пояснительных записок к курсовым и
дипломным проектам – Л.:ЛПИ 1985.

мой курсач агафонов.docx

TOC o "1-3" h z u 1.Компоновка каркаса здания PAGEREF _Toc392190333 h 2
1.Плановая компоновка каркаса здания PAGEREF _Toc392190334 h 2
2.Высотная компоновка каркаса здания PAGEREF _Toc392190335 h 2
2.1.Определение крановых габаритов PAGEREF _Toc392190336 h 2
2.2.Определение отметок головки рельса подкрановой консоли и высоты колонн PAGEREF _Toc392190337 h 4
3.Конструкции каркаса здания PAGEREF _Toc392190338 h 6
3.1.Выбор стропильных конструкций и связей и их описание PAGEREF _Toc392190339 h 6
3.2.Выбор и описание стеновых и оконных панелей PAGEREF _Toc392190340 h 7
3.3.Назначение формы и размеров колонн и ригелей PAGEREF _Toc392190341 h 8
Расчет усилий в элементах каркаса здания при статических воздействиях PAGEREF _Toc392190342 h 12
1.Выбор и обоснование расчетной схемы и метода расчета PAGEREF _Toc392190343 h 12
2.Нагрузки действующие на раму каркаса и их сочетание PAGEREF _Toc392190344 h 13
2.1.Постоянные нагрузки PAGEREF _Toc392190345 h 13
2.2.Крановые нагрузки PAGEREF _Toc392190346 h 16
2.3.Снеговые нагрузки PAGEREF _Toc392190347 h 18
2.4.Ветровые нагрузки PAGEREF _Toc392190348 h 20
3 Расчет усилий в элементах рамы и построение комбинаций усилий в расчетных сечениях PAGEREF _Toc392190349 h 24
Приложение П.1. Разбивка рамы на узлы и элементы составление таблиц по геометрии и типологии PAGEREF _Toc392190350 h 25
Приложение 2. Сбор нагрузок и расчет усилий в элементах рамы PAGEREF _Toc392190351 h 26
Приложение 2.1. Постоянные нагрузки PAGEREF _Toc392190352 h 26
Приложение 2.2. Крановые нагрузки PAGEREF _Toc392190353 h 26
Приложение 2.3. Снеговые нагрузки PAGEREF _Toc392190354 h 28
Приложение 2.4. Ветровая нагрузка PAGEREF _Toc392190355 h 28
Приложение 3. Результаты расчета усилий в элементах рамы каркаса PAGEREF _Toc392190356 h 30
Приложение 3.1 Построение сводной таблицы усилий в расчетных сечениях PAGEREF _Toc392190357 h 30
Компоновка каркаса здания
Плановая компоновка каркаса здания
Каркас промышленного здания имеет прямоугольную форму в плане. Расстояние между разбивочными осями продольных рядов колонн составляет L=24м исходя из технологических соображений и определяться заданием на курсовой проект.
Расстояние между осями колонн вдоль здания (шаг Bk) задан величиной 6м. Чтобы избежать накопления температурных деформаций по длине здания согласно [1 табл. 42] предусмотрен температурный шов выполненные путем постановки парных колонн с расстоянием между их осями равными 1м. Температурные отсеки устроены равной длины (42м) и кратны шагу колонн.
Для поддержания стенового ограждения и частичного восприятия ветровой нагрузки с торцов здания установлены фахверковые стойки с шагом 6м.
Высотная компоновка каркаса здания
Высотная компоновка промышленного здания определяется прежде всего габаритами и размещением основного технологического оборудования условиями их эксплуатации и монтажа а также выбором отметки пола по отношению к планировочной отметке.
Определение крановых габаритов
Согласно заданию на проектирование в промышленном здании используются 1 мостовой опорный кран грузоподъемностью 50т. Основные параметры крана представлены в табл. 1 [2 Прил. табл. 1].
Табл.1. Основные параметры мостового опорного кранов
Грузоподемность осн. и вспом. кранов
Прим. 1. Габаритные размеры см. [ 2 рис. П1 стр.195].
Определение отметок головки рельса подкрановой консоли и высоты колонн
На рис.1. представлена конструктивная схема поперечной рамы каркаса здания.
Высота кранового рельса hр согласно [3] принимается в зависимости от грузоподъемности используемых кранов и составляет:
Грузоподъемность крана т
Высота подкрановой балки при шаге колонн 6 метров составляет:
Высота верхней части колонны (шейки) Нв определяется по зависимости:
где - отметка верха колонны составляющая согласно заданию на проектирование 180м;
- отметка подкрановой консоли определяемая по зависимости:
где - необходимое расстояние между низом фермы и верхом габарита мостового крана принимаемое равным 250 мм;
h – габаритный размер крана по высоте (табл. 1).
Полученная величина округляется в соответствии с ЕМС до размера кратного 300мм и принимается равной 135м.
Тогда согласно (2) величина верхней части колонны составляет:
Отметка головки кранового рельса из рис.1 равна:
Высота нижней части колонны определяется по формуле:
где Нб – расстояние от отметки чистого пола до низа плиты базы колонны. Примем Нб =700мм.
Таким образом общая высота колонны:
Конструкции каркаса здания
Основой формообразования здания являются плоские рамы идущие вдоль здания с шагом в 6м и объединенные в пространственную конструкцию с помощью связей распорок плит покрытия и т.д.
Поперечную жесткость здания обеспечивают рамы несущего каркаса в которых колонны жестко соединены с фундаментом а стропильные фермы шарнирно соединяются с колоннами.
Продольную пространственную жесткость обеспечивают:
вертикальные связи между колоннами;
горизонтальные и вертикальные связи между фермами;
продольные балки распорки между колонами;
жесткий диск плит покрытия и междуэтажные перекрытия;
Выбор стропильных конструкций и связей и их описание
Для проектируемого машинного зала была принята унифицированная полигональная ферма серии УМК-02 выполнена из стали [2стр.33]. В проекте пояса фермы имеют тавровое сечение а решетка состоит из двух уголков. Для поясов фермы используется низколегированная сталь повышенной прочности марки 14Г2-6 а для решетки - Ст3.
Ферма имеет следующие геометрические характеристики: пролет - 24м уклон верхнего пояса - 1:10 высота на опоре – 21м. Схема принятой унифицированной фермы представлена на рис.2.
Рис.2.Унифицированная стропильная ферма пролетом 24м.
По кровельным фермам укладываются кровельное покрытие. В качестве покрытия принят профилированный оцинкованный стальной настил. Эта эффективная конструкция которая значительно снижает массу кровельных покрытий сокращает трудозатраты. Настил используется как элемент комплексных кровельных плит полной заводской готовности с устройством утеплителя и кровли. Для блочного монтажа используются панели 156м и 36м. Продольные ребра панелей выполнены из ферм с параллельными поясами высотой 400мм и пролетом 6м. Высота самого настила составляет 8см. Размеры укрупнительного блока полной заводской готовности - 624м вес – 32 т. Удельная масса укрупнительного блока полной заводской готовности определяется по формуле:
Выбор и описание стеновых и оконных панелей
Стеновые панели. В качестве стенового заполнения используем керамзитобетонные панели марок ПСКН-12-12-1 и ПСКНП-12-18-1[4стр.166]. Панели представляют собой однослойную плиту с одной стороны которой предусмотрен фактурный слой. Характеристики панелей представлены в таблице 2.
Оконные панели. Панель является несущей конструкцией воспринимающей ветровую нагрузку и передающей ее на колонны каркаса. При проектировании промышленного здания использовались световые панели в виде блока марки ППД 18-12 [4стр.167] состоящего из рамы переплетов и остекления.такого блока составляет 1331кг. Вид блока представлен на рис.3.
Рис.3. Вид оконной панели
Таблица.2. Характеристики стеновой панели
Назначение формы и размеров колонн и ригелей
На данном этапе назначение формы и размеров колонн и ригеля рассматривается как предварительное так как усилия в элементах каркаса от действующих нагрузок пока еще не определены. Схема поперечной рамы каркаса с указанием типов применяемых сечений показана на рис.4. Для формирования сечений колонн в курсовом проекте использован сортамент нормальных двутавров типа Б в соответствии с [5].
Для верхней части колонны примем сечение в виде двутавра высота сечения hв которого принята в зависимости от шага основных рам (Вк=6м) и грузоподъемности мостового крана (Q=50 тс) и составляет 400 мм (рис.4 сеч.1-1). Геометрические характеристики сечения двутавра №40Б2 представленны в табл.3.
Высота сечения нижней части колонны hн (рабочая) определяется по зависимости:
где - привязка колонны к разбивочной оси здания. При hв500 мм привязка = 250 мм;
- расстояние между разбивочной осью колонны и осью подкрановой балки. При грузоподъемности крана менее 75 тс =750 мм;
- ширина полки наружной ветви колонны.
Геометрические характеристики составного сечения 2-2 определяются по формулам сопромата.
Площадь составного сечения нижней части колонны равна:
где Ал Ап- соответственно площади сечения левой и правой ветви нижней части колонны.
Моменты инерции и моменты сопротивления относительно осей х и у определяются по зависимостям сопромата либо в модуле СКАД.
Характеристики сечений
Для подобранных на предварительном этапе сечений нижней и верхней частей колонны по соображениям жесткости должны выполняться следующие соотношения:
где hнк - полная высота сечения.
После назначения высоты сечения верхней и нижней частей колонны необходимо убедиться что верхняя часть колонны не мешает проходу крана т.е. что
где В2 - вынос моста крана т.е. величина на которую торец крана выступает за ось подкрановой балки [ 2 прил. табл. 1];
с1 - минимальный зазор между торцом крана и внутренней гранью верхней части колонны принимаемый не менее 75 мм в соответствии с требованием [3];
- ширина полки нижней ветви колонны.
Сквозной ригель (ферму) заменим условным сплошным стержнем с эквивалентным моментом инерции равный:
где Iн - момент инерции сечения нижней части ступенчатой колонны относительно оси у.
Расчет усилий в элементах каркаса здания при статических воздействиях
Выбор и обоснование расчетной схемы и метода расчета
Сбору нагрузок и выполнению расчетов плоской поперечной рамы каркаса предшествует построение расчетной схемы.
Расчетной схема представляет собой схематический чертеж выполненный по геометрическим осям стержней проходящим через центры тяжести назначенных на предваритёльном этапе сечений элементов.
На рис.5 показан конструктивной и расчетной схем поперечной рамы каркаса. Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести их сечений. При этом для ступенчатых колонн несовпадение центров тяжести верхней и нижней частей учитывается в дальнейшем при подсчете вертикальных нагрузок. Заделка колонн в фундаменты принимается на уровне обреза фундамента т.е. на уровне низа плиты базы колонны. Сквозной ригель (ферма) в этом случае заменяется сплошным эквивалентной жесткости ось которого совпадает с осью нижнего пояса фермы. Его опирание на колонны принято шарнирным.
Расчет принятой схемы загружения производится методом конечных элементов (МКЭ) в варианте перемещений. Этот метод в рамках принятой расчетной схемы для стержневых систем считается достаточно точным [6].
Рис.4. Расчетная схема плоской рамы
Нагрузки действующие на раму каркаса и их сочетание
При расчете поперечной рамы каркаса главного корпуса к постоянным нагрузкам относятся собственный вес кровельного покрытия ферм и связей вес панелей навесного стенового ограждения вес колонн и подкрановых балок а также вес ригелей плит и элементов междуэтажных перекрытий .
Нагрузки от собственного веса кровельного покрытия ферм и связей.
Значения сил GПА GПБ и момента GПБ в случае применения крупноблочных конструкций определяются следующим образом:
где – вес монтажного блока полной заводской готовности;
– коэффициент надежности по нагрузке принимаемый здесь равным 11.
=0.5·32тс·11=176 тс.
Собственный вес стеновых панелей выше отметки верха колонны в пределах высоты hоп и высоты парапета hп. Сила и определяется по формуле:
где - высота фермы на опоре;
- объемный вес материала стенового ограждения;
Моменты этих сил и будут равны:
где и - эксцентриситеты приложения сил и .
Собственный вес навесных панелей стенового ограждения в пределах высоты Нв. Предполагается что эта нагрузка распределяется равномерно по высоте с расчетными значениями погонной нагрузки для левой колонны:
Так как эта нагрузка приложена с эксцентриситетом относительно оси сечения верхней части колонны равным для левой колонны то в пределах высоты будут действовать распределенные моменты
Собственный вес стеновых панелей в пределах высоты . Погонная нагрузка для левой колонны определяется зависимостью
Так как в пределах высоты эксцентриситет равен то
Собственный вес верхней и нижней частей колонны задается для каждой части в виде равномерно распределенных нагрузок направленных по геометрическим осям их сечений. Погонные расчетные значения этой нагрузки соответственно для верхней и нижней частей колонны по ряду А определяются по формулам:
где - площади поперечного сечения верхней и нижней частей колонны;
- плотность (объемный вес) материала (стали) участков колонн
- коэффициент надежности по нагрузке который можно принять равным .
Собственный вес подкрановых балок. Силы GАпб = GБпб передаются на отметке подкрановых консолей по линии действия совпадающей с осями подкрановых ветвей колонн и равны:
Силы и создают сосредоточенные моменты т.к. по отношению к оси нижней части колонны приложены с эксцентриситетами .
Сосредоточенные моменты приложенные на уровне подкрановых консолей определяются по формуле:
Далее найденные силы моменты и погонные нагрузки с учетом направлений их действия суммируются в соответствующих узлах и на соответствующих элементах:
Результаты расчета нагрузок от собственного веса элементов рамы представлены в таблице загружений (табл. 4) в строки соответствующие первому загружению.
Наибольшая расчетная сила на консоль:
Dmax=γfnCΣ(PKmaxyi) (23)
где γf – коэффициент надежности по нагрузке равный 1.1;
nC – коэффициент сочетаний равный 1 для одного крана легкого режима работы;
yi – ордината линии влияния под силой PKmax определяемая из подобия треугольников (см. рис.5).
Dmax=γfnC(P1y1+P1y2) (24)
Dmax=11·1(618·1+618·0925)=120065 тс
На другой ряд колонн также будут передаваться силы но значительно меньшие (Прил.2.2). Расчетную силу Dmin можно определить по формуле:
(P1+P)=nОPКmax. (27)
= (28) Dmin=017·120065тс=1932тс.
Силы Dmax и Dmin приложены по оси подкрановой балки на уровне подкрановой консоли и поэтому не только сжимают нижнюю часть колонны но и передают на нее сосредоточенные моменты:
Горизонтальная сила T.
Полную расчетную горизонтальную силу Т можно определить с помощью линии влияния при тех же схемах расположения колес (рис.6):
где TK – нормативная горизонтальная сила приходящаяся на одно колесо одного крана определяемая для кранов с гибким подвесом груза формулой:
T=0.05(Q+Gтел)n0 (32)
Результаты подсчета крановых нагрузок также заносятся в таблицу 4 в строки отведенные для второго загружения. Расчетные загружения представленны в Прил.2.2.
Снеговые нагрузки определяются по рекомендациям Норм [5] для заданного района строительства с учетом повышения снегового давления на покрытие в местах перепада высот и у парапетов.
Погонная равномерно-распределнная нагрузка qСН. приложенная по пролету L определяется формулой:
где g - расчетная снеговая нагрузка на горизонтальной поверхности земли; определяется по Нормам в зависимости от снегового района;
- коэффициент перехода снегового давления от поверхности земли на поверхность покрытия здания; для плоских кровель и кровель с уклоном менее коэффициент ;
- для снеговой нагрузки в данном случае принимается равным 14 [5].
qсн.=1·01тм214·6=084тм.
Ордината погонной нагрузки q'СН. у парапетов в местах образования так называемых "снеговых мешков" определяется следующим образом:
где - коэффициент перехода снегового давления от поверхности земли на покрытие у парапета; определяется в зависимости от высоты парапета и величины по формуле
при этом если то а зона действия «снегового мешка» принимается равной . Если то принимается .
q'сн=2·01тм2146=168тм.
Зона действия "снегового мешка" принимается равной b1=2hП=2м.
Узловые силы по рядам А и Б. Силы принимаются приложенными в узлы на уровне верха колонн действуют по оси сечения их верхних частей и определяются по формуле
где для сил и в соответствии со схемой на рис. П.7 можно записать
Gсн= 084тм·240м2=1008т
Gсн.1=(168тм -084тм)2м2=084т
GснA= 1008т+084т=1092т.
Нагрузки заносятся в строки восьмого загружения таблицы 4.
Ветровая нагрузка передаваемая стенами здания на элементы каркаса определяется в общем случае как сумма средней и пульсационной составляющих [5]. В курсовом проекте рассматривается только статическая составляющая соответствующая установившемуся ветровому напору.
Фактическую эпюру ветровой нагрузки представить в виде ступенчатой по принципу осреднения в пределах выделенных по высоте здания участков. Тогда расчетную ветровую нагрузку на каждом участке можно определить по формуле
где - нормативное значение скоростного напора принимаемое в соответствии с указаниями Норм [5];
с – аэродинамический коэффициент (коэффициент лобового сопротивления) равный для наветренной стороны здания 08 а для подветренной зоны (зоны «отсоса») – 06 (таким образом суммарный коэффициент при обдуве плоских поверхностей получается равным 14);
- коэффициент надежности по нагрузке принимаемый равным 14;
- коэффициенты учитывающие изменение скоростного напора по высоте;
- число участков осреднения принимающее в данном случае значения . Аналогично определяется с подветренной стороны при .
q1=08 0048тсм2 6м 14(075)2=01512 тсм
q2=08 0048тсм2 6м 14(075+10)2=03528 тсм
q3=08 0048тсм2 6м 14(10+1125)2=04284 тсм
q’1=06 0048тсм2 6м 14(075)2=01134 тсм
q’2=06 0048тсм2 6м 14(075+10)2=02646 тсм
q’3=06 0048тсм2 6м 14(10+1125)2=03214 тсм
Ступенчатая эпюра ветрового давления заменяется эквивалентной равномерно распределенной по всей высоте с ординатами (наветренная сторона) и (подветренная сторона). При этом следует руководствоваться равенством моментов в заделке при ступенчатой и равномерно распределенной эпюрах. Полученная погонная нагрузка прикладывается к элементам поперечной рамы по высоте как показано на рис.
Сосредоточенные силы учитывающие ветровое давление на поперечную раму в пределах опорной части фермы и парапетов т.е. элементов не попавших в расчетную схему допускается прикладывать в верхние узлы рамы.
WA=023(21+1)+032тсм 1м=146 тс
WБ=023тсм 1м +032(21+1)=125 тс.
При ветре справа указанные параметры определяются аналогично. Результаты записываются в строки таблицы 4 соответствующие 9 и 10 загружениям.
Номер схемы загружения
Численные значениятс(тсм)
3 Расчет усилий в элементах рамы и построение комбинаций усилий в расчетных сечениях
Расчет завершается получением распечатки усилий в узлах элементов рамы которые необходимо упорядочить. В таблицу заносятся значения М N Q в расчетных сечениях (сечения 1-1 2-2 3-3 4-4) для схемы загружения в соответствии с принимаемым сочетаний . Таблица сводных усилий представлена в приложении 3.1.
После оформления таблицы П. 3-1 целесообразно представить полученный результат графически для чего составляется таблица эпюр усилий (таблица П. 3-2) на рассматриваемом элементе от каждого вида загружения. В данном случае ограничимся построением только эпюр М и N. Эпюры в этой строятся уже с учетом введения коэффициентов сочетаний i. Таблица эпюр усилий представлена в приложении 3.2
На основании эпюр усилий от каждого вида нагрузки определяются наиневыгоднейшие суммарные положительных и отрицательных (в алгебраическом смысле) усилия в заданных сечениях рамы при самых неблагоприятных но физически возможных сочетаниях нагрузок.
Таблицы комбинаций удобно строить пользуясь данными таблицы эпюр П. 3-2. В случае для расчетного сочетания учитывающего одну постоянную нагрузку (собственный вес) и три временные кратковременные (крановые снеговые и ветровые нагрузки) строятся две комбинации усилий:
- максимальные и минимальные изгибающие моменты (M+ma
- максимальные и минимальные продольные усилия (Nmax и Nmin) и соответствующие им изгибающие моменты M+ и M-.
Построенные комбинаций сведено в таблицу П. 3-3. Полученные результаты будут использованы при выполнении проверок устойчивости и прочности элементов рамы с целью подбора или уточнения ранее назначенных размеров их поперечного сечения.
Приложение П.1. Разбивка рамы на узлы и элементы составление таблиц по геометрии и типологии
Рис.П1. Разбивка рамы на узлы и элементы.
Рис.П2. Расчетная схема рамы.
Таблица.П1.Значения продольной и изгибной жескостей элементов.
Приложение 2. Сбор нагрузок и расчет усилий в элементах рамы
Приложение 2.1. Постоянные нагрузки
Рис.П3. Схема загружения постоянными нагрузками.
Приложение 2.2. Крановые нагрузки
Рис.П.4. Схема загружения крановой нагрузкой 1.
Рис.П5. Схема загружения от действия крановой нагрузки 2.
Рис.П6. Схема загружения от действия крановых нагрузок 4 56 и 7.
Приложение 2.3. Снеговые нагрузки
Рис.П7. Схема загружения от действия снеговой нагрузки.
Приложение 2.4. Ветровая нагрузка
Рис.П8. Схема загружения от действия ветровой нагрузки слева.
Рис.П9. Схема загружения от действия ветровой нагрузки справа.
Приложение 3. Результаты расчета усилий в элементах рамы каркаса
Приложение 3.1 Построение сводной таблицы усилий в расчетных сечениях
Левая стойка Т вправо
Левая стойка Т влево
Правая стойка Т вправо
Правая стойка Т влево
Приложение 3.2 Комбинации усилий построение огибающих MN
Изгибающие моменты М
Продолжение таблицы П3-2.
Таблица П3-3. Расчетные усилия в сечениях для и
Таблица П3-4. Расчетные усилия в сечениях для и
СниП 2.01.07 – 85. Нагрузки и воздействия. М.: Стройиздат1987.
СниП 2 – 23 –81. Стальные конструкции. М.: Стройиздат 1982.
СниП 2.03.01 – 84. Бетонные и железобетонные конструкции. М.: Стройиздат1989.
Вычислительный программный комплекс рабочие файлы на дисках.
Методические указания по оформлению пояснительных записок к курсовым и дипломным проектам – Л.:ЛПИ 1985.

мой.dwg

корпуса АЭС ВВЭР - 91
Плановая компоновка главного
АЭС с реактором ВВЭР_91
Склад свежего топлива
Деаэраторное отделение
Габорит опорного мостового крана
Комплексный курсовой проект
Плановая компановка цеха МК
разрез 1-1 расчетная и кон.-эл. схемы
огибающие эпюры колонна
Конечно-элементная схема
Плановая компонока цеха метплоконструкций М 1:250
Блоки кровельного покрытия
Расчетная схема рамы
Огибающие эпюр изгибающих
Эпюры моментов и продольных сил для
первой комбинации усилий
второй комбинации усилий
моментов и продольных сил для: