Проектирование сварных конструкций / temnikov_v_g_lekcii_metallicheskie_konstrukcii

7.2.5. Колонны каркаса

Вес внецентренно-сжатой ступенчатой колонны складывается из веса верхней (надкрановой) G_кви нижней (подкрановой)G_кн частей колонны. Так как в ступенчатых колоннах одноэтажных производственных зданий конструктивные решения и величина действующей нормальной силы в верхней и нижней частях колонны значительно отличаются, определение веса этих частей выполняют отдельно.

Нормативную величину собственного веса участка колонны постоянного сечения на стадии вариантного проектирования колонны определяют по формуле

G_к_,i = (∑F_iρψ_кl_к_,i/к_М)/R_y,

где ∑F_i– расчетная продольная сжимающая сила, действующая в пределах рассматриваемого участка колонны и вызываемая совместным действием всех возможныхiнагрузок;

ψ_к– конструктивный коэффициент (ψ_к= 1,2 – 1,6 для сплошного сечения надкрановой части колонны,

ψ_к= 1,7…2,4 для сквозного сечения подкрановой части колонны);

l_к,_i– длина (верхнего или нижнего) участка колонны определенной конструктивной формы, испытывающего воздействие постоянной по величине нормальной силы;

к_М– коэффициент, учитывающий влияние изгибающего момента на размеры поперечного сечения колонны. В ступенчатой колонне для сплошной надкрановой частик_М= 0,25 – 0,30; для сквозной подкрановой части, имеющей более развитое сечение,к_М= 0,4 – 0,5.

Для надкрановой части колонны наибольшую сжимающую продольную силу ∑F_в определяют от совместного действия:

– веса ограждающих конструкций покрытия g_пк;

– веса прогонов g_пр;

– веса стропильной фермы со связями g_ф;

– веса подстропильной фермы (при решении покрытия с подстропильными фермами) g_пф;

– веса стенового ограждения, расположенного в пределах надкрановой части колонны и шатра, G_ст,в;

– собственного веса надкрановой части колонны (на стадии сравнения вариантов этой величиной можно пренебречь);

– снеговой нагрузки S_g.

Для подкрановой части колонны наибольшую сжимающую продольную силу ∑F_нопределяют от совместного действия:

– наибольшей сжимающей продольной силы в надкрановой части колонны ∑F_в;

максимального вертикального давления на колонну от мостовых кранов D_max;

– собственного веса подкрановой балки, включающего вес связей и рельса с креплениями, G_пб;

– веса стенового ограждения, расположенного в пределах подкрановой части колонны (от нулевой отметки до уступа), G_ст,н;

– собственного веса надкрановой части колонны G_кв;

– собственного веса подкрановой части колонны (на стадии сравнения вариантов этой величиной можно пренебречь).

Вес ступенчатой колонны при шаге В = 6 м

1. Надкрановая часть колонны.

При шаге колонн 6 м высота подкрановой балки под краны грузоподъемностью Q_max= 100 т –h′_б=В/6 = 6000 / 6 = 1000 мм (принята по табл. 6.3).

Высота верхней части колонны

Н′_в=Н₂+h′_б+h_р = 4400 + 1000 + 200 = 5600 мм.

Продольная сжимающая сила

∑F_в = (g_пк + g_пр + g_ф+ S_g)BL/2 + G_ст,в =

= (1,43 + 0,0684 · 1,05 + 0,224 · 1,05 + 1,2) 6 · 30 / 2 + 94,5 = 358,85 кН,

где G_ст,в – вес стенового ограждения, расположенного в пределах надкрановой части колонны и шатра.

Постоянные нагрузки от стенового ограждения определяют по весовым показателям принятых навесных панелей.

В рассматриваемом примере для отапливаемых зданий приняты панели из ячеистого бетона с условной расчетной нагрузкой от веса стен на 1 м² поверхности стены g_ст = 250 – 330 кг/м²и толщиной t_ст = 300 – 400 мм (большая величина для районов строительства с более низкими расчетными температурами воздуха); для неотапливаемых зданий приняты сборные железобетонные панели с расчетной нагрузкой от веса стен g_ст = 150 – 200 кг/м² и толщиной t_ст = 150 – 200 мм (большая величина для большего шага колонн).

Приняв g_ст = 250 кг/м²= 2,5 кН/м², определяем вес стенового ограждения:

G_ст,в = g_ст[H′_в(1 – α) + H_ш]В = 2,5 [5,6 (1 – 0,5) + 3,5] 6 = 94,5 кН,

где α = 0,5 – коэффициент, учитывающий наличие в стене оконных проемов.

Вес надкрановой части колонны

G_к,в= (∑F_вρψ_кl_к,в/к_М)/R_y=

= (358,85 · 78,5 · 1,5 · 5,6 / 0,25) / (24 · 10⁴) = 3,94 кН = 394 кг,

здесь приняты: ψ_к= 1,5;l_к,в= H′_в= 5,6 м;к_М= 0,25.

Подкрановая часть колонны.

Рис. 7.2. Схемы расположения колес одного крана на рельсе

Продольная сжимающая сила

∑F_н= ∑F_в+D_max+G_пб+ G_ст,н +G_к,в=

= 358,85 + 1246,65 + 25,34 + 101,25 + 3,94 = 1736 кН,

где вес стенового ограждения, расположенного в пределах подкрановой части колонны от нулевой отметки, равен:

G_ст,н= g_ст(H_н– H_ф) (1 – α)В = 2,5 (14,1 – 0,6) (1 – 0,5) 6 = 101,25 кН;

D_max – вертикальное давление на колонну от двух сближенных мостовых кранов наибольшей грузоподъемности (в цехе, обслуживаемом одним краном, – от одного крана). Схема расположения колес одного крана на рельсе показана на рис. 7.2. D_max определяется по линии влияния опорной реакции подкрановой балки (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема загружения линии влияния опорной реакции подкрановых балок нагрузками от колес мостовых кранов:

а – при шаге колонн 6 м; б – при шаге колонн 12 м

Невыгодное расположение кранов на балке: одно колесо ставят на колонну, другие приближают на минимально возможное расстояние к колонне.

где γ_f = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок;

ψ – коэффициент сочетаний, равный ψ = 0,85 при учете двух кранов с режимами работы 1К – 6К; ψ = 0,95 при учете двух кранов с режимами работы 7К – 8К и ψ = 1 при учете одного крана.

F_k_,_max– максимальное нормативное давление на колесо крана, приводимое в стандартах на краны:

F_k₁_,_max = 450 кН и F_k_2,_max = 480 кН для крана Q = 100/20 (см. табл. 6.2);

y_i– ордината линии влияния опорной реакции подкрановой балки;

n – число колес двух кранов, передающих нагрузку через подкрановые балки на рассматриваемую колонну.

Вес подкрановой части колонны

G_к,н= (∑F_нρψ_кl_к,н/к_М)/R_y=

= (1736 · 78,5 · 2 · 14,1 / 0,45) / (24 · 10⁴) = 35,58 кН = 3558 кг,

здесь ψ_к= 2;l_{к н} =H_н= 14,1 м;к_М= 0,45.

Вес ступенчатой колонны

G_к=G_к,в+G_к,н= 394 + 3558 = 3952 кг.

Расход стали на 1 м²площади цеха

g_к = 2G_к/(ВL) = 2 · 3952 / (6 · 30) = 43,91кг/м².

Вес ступенчатой колонны при шаге В = 12 м

1. Надкрановая часть колонны.

Продольная сжимающая сила

∑F_в = (g_пк + g_пр + g_ф+ S_g)BL/2 + G_ст,в=

= (1,43 + 0,119 · 1,05 + 0,167 · 1,05 + 1,2) 12 · 30 / 2 + 199,5 = 726,9 кН,

где вес стенового ограждения, расположенного в пределах надкрановой части колонны и шатра, равен:

G_ст,в = g_ст[H_в(1 – α)+ H_ш]В = 2,5 [6,3 (1 – 0,5) + 3,5] 12 = 199,5 кН.

Вес надкрановой части колонны

G_к,в= (∑F_вρψ_кl_{к в}/к_М)/R_y=

= (726,9 · 78,5 · 1,5 · 6,3 / 0,25) / (24 · 10⁴) = 8,99 кН = 899 кг,

где l_{к в} = H_в= 6,3 м.

2. Подкрановая часть колонны.

Продольная сжимающая сила

∑F_н= ∑F_в+D_max+G_пб+ G_ст,н +G_к,в=

= 726,9 + 2109,98 + 84,38 + 202,5 + 8,99 = 3132,75 кН,

здесь вес стенового ограждения, расположенного в пределах подкрановой части колонны от нулевой отметки, равен:

G_ст,н=g_ст(H_н–H_ф) (1 –α)В= 2,5 (14,1 – 0,6) (1 – 0,5) 12 = 202,5 кН;

Вес подкрановой части колонны

G_к,н= (∑F_нρψ_кl_к,н/к_М)/R_y=

= (3132,75 · 78,5 · 2 · 14,1 / 0,45) / (24 · 10⁴) = 64,21 кН = 6421 кг.

Вес ступенчатой колонны

G_к= G_к,в+ G_к,н = 899 + 6421 = 7320 кг.

Расход стали на 1 м²площади цеха

g_к = 2G_к/(ВL) = 2 · 7320 / (12 · 30) = 40,67 кг/м².

Вес ступенчатой колонны при шаге В = 12 м с применением подстропильных ферм

1. Надкрановая часть колонны.

Продольная сжимающая сила

∑F_в = (g_пк + g_пр + g_ф+ S_g)BL/2 + G_ст,в + G_пф =

= (1,43 + 0,0684 · 1,05 + 0,224 · 1,05 + 1,2) 12 · 30 / 2 + 199,5 + 15,55 · 1,05 =

= 744,49 кН.

Вес надкрановой части колонны

G_к,в= (∑F_вρψ_кl_к,в/к_М)/R_y=

= (744,49 · 78,5 · 1,5 · 6,3 / 0,25) / (24 · 10⁴) = 9,2 кН = 920 кг.

2. Подкрановая часть колонны.

Продольная сжимающая сила

∑F_н= ∑F_в+D_max+G_пб+ G_ст,н +G_к,в=

= 744,49 + 2109,98 + 84,38 + 202,5 + 9,2 = 3150,55 кН.

Вес подкрановой части колонны

G_к,н= (∑F_нρψ_кl_к,н/к_М)/R_y=

= (3150,55 · 78,5 · 2 · 14,1 / 0,45) / (24 · 10⁴) = 70,69 кН = 6459 кг.

Вес ступенчатой колонны

G_к= G_к,в+ G_к,н= 920 + 6459 = 7379 кг.

Расход стали на 1 м²площади цеха

g_к = 2G_к/(ВL) = 2 · 7379 / (12 · 30) = 41кг/м².

Содержание