Компоновка поперечных однопролетных рам металлического каркаса

Обновлено: 16.05.2024

Компоновку поперечной рамы начинают с установления основных габаритных размеров элементов конструкций в плоскости рамы. Размеры по вертикали привязывают к отметке уровня пола, принимая ее нулевой. Размеры по горизонтали привязывают к продольным осям здания. Все размеры принимают в соответствии с основными положениями по унификации и другими нормативными документами.

1. Компоновка однопролетных рам

Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса H₁ и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия H₂. В сумме эти размеры составляют полезную высоту, цеха H₀.

Размер H₂ диктуется высотой мостового крана:

Габариты мостовых кранов даются в соответствующих стандартах и заводских каталогах.

Окончательный размер H₂ принимается обычно кратным 200 мм.

Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм:

Размер H₀ принимается кратным 1,2 м до высоты 10,8 м, а при большей высоте - кратным 1,8 м из условия соизмеряемости со стандартными ограждающими конструкциями. Если приходится несколько увеличить высоту цеха, то надо изменить отметку головки рельса (полезную высоту цеха), а размер H₂ оставить минимально необходимым. В отдельных случаях при соответствующем обосновании размер H₀ принимают кратным 0,6 м.

Далее устанавливают размеры верхней части колонны H_В нижней части H_Н и высоту у опоры ригелей H_Ф. Высота верхней части колонны:

Окончательно уточняют величину H_В после расчета подкрановой балки.

Размер нижней части колонны, мм

Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля

Высота части колонны в пределах ригеля H_Ф зависит от принятой конструкции стропильных ферм. При плоских кровлях и фермах с элементами из парных уголков в соответствии с ГОСТ 23119 - 78 "Фермы стропильные стальные сварные с элементами из парных уголков для производственных зданий" высота Hф (по обушкам уголков) принимается равной 2,25 м при пролете 24 м и 3,15 м при пролетах 30, 36 м. При элементах ферм, выполненных из других профилей, целесообразно принимать высоту такой же.

Если на здании есть светоаэрационные или аэрационные фонари, высоту их H_ФН определяют светотехническим или теплотехническим расчетом с учетом высот типовых фонарных переплетов (1250 и 1750 мм), бортовой стенки и карнизного элемента.

При определении горизонтальных размеров учитываются унифицированные привязки колонн к разбивочным осям, требования прочности и жесткости, предъявляемые к колоннам, эксплуатационные требования.

Привязка, наружной грани колонны к оси колонны, а может быть нулевой, 250 или 500 мм. Нулевую привязку принимают в зданиях без мостовых кранов, а также в невысоких зданиях (при шаге колонн 6 м), оборудованных кранами грузоподъемностью не более 30 т.

Привязку размером, а = 500 мм принимают для относительно высоких зданий с кранами грузоподъемностью 100 т и более, а также если в верхней части колонны устраиваются проемы для прохода. В остальных случаях, а = 250 мм.

Колонны постоянного по высоте сечения используются для цехов с подвесным транспортом и с мостовыми кранами небольшой грузоподъемности. Высота сечения таких колонн назначается с учетом унифицированных привязок наружных граней колонн к разбивочной оси, а также (при фермах с элементами из парных уголков) установленной ГОСТ 23119-78 привязки ферм к разбивочной оси (200 мм). Таким образом, высота сечения колонны может быть 450 мм (250+200) и 700 мм (500+200). Если по условиям прочности или жесткости колонны требуется большая высота (обычно высота сечения не должна быть менее 1/20 высоты колонны от верха фундамента до низа стропильной фермы), то можно рекомендовать высоту сечения колонны в пределах высоты фермы 450 или 700 мм, а ниже фермы - большей.

Высоту сечения верхней части ступенчатой колонны h_В назначают аналогично (450, 700 мм), но не менее 1/12 ее высоты H_В (от верха уступа до низа стропильной фермы).

В цехах с интенсивной работой кранов и большой скоростью перемещения (при В_T и частично Т режимах работы) возникает необходимость частого осмотра и ремонта крановых путей. Для выполнения этих работ должен быть обеспечен безопасный проход вдоль пути, поэтому в стенках верхних частей колонн устраиваются проходы шириной не менее 400 мм и высотой 2000 мм. Высота сечения верхней части колонны получается не менее 1000 мм (если проход не располагается вне сечения колонны).

При назначении высоты нижней части ступенчатой колонны нужно учесть, что для того чтобы кран при движении вдоль цеха не задевал колонну, расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менее, мм

При устройстве прохода вне колонны размер l₁ включает еще 450 мм (400 мм габарит прохода и 50 мм на ограждение). Пролеты кранов l_К имеют модуль 500 мм, поэтому размер l_К должен быть кратным 250 мм.

Ось подкрановой ветви колонны обычно совмещают с осью подкрановой балки; в этом случае высота сечения нижней части колонны

С учетом обеспечения жесткости цеха в поперечном направлении высота сечения нижней части колонны назначается не менее 1/20 H, а в цехах с интенсивной работой мостовых кранов - не менее 1/15 H.

Верхнюю часть колонны обычно проектируют сплошной, двутаврового сечения; нижнюю часть принимают сплошной при ширине до 1 м, а при большей ширине ее экономичнее делать сквозной.

Ширина фонаря обычно назначается 6 или 12 м.

При компоновке устанавливаются схемы и размеры связей, фахверка и других элементов каркаса.

Конструктивные схемы каркасов.

2.2. Изложение тематического содержания МК-2-8: Конструктивные решения каркасов.

2.2.1. Конструктивные схемы каркасов.

2.2.2. Работа каркаса

2.2.3. Конструктивные решения поперечных рам.

2.2.4. Рамы с решетчатым ригелем

Конструктивные решения каркасов.

Конструктивные схемы каркасов.

Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируются так, что несущая способность и жесткость поперек здания обеспечивается поперечными рамами (8.1), а вдоль — продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.

Поперечные рамы (см. рис. 8.1) каркаса состоят из колонн (стоек рамы) и ригелей (в виде ферм или сплошностенчатых элементов).

8.1. Поперечная рама Поперечная рама – это основная несущая конструкция каркаса, которая состоит из ригелей и колонн. Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируются так, что несущая способность и жесткость поперек здания обеспечивается поперечными рамами.

8.2. Продольные элементы каркаса Продольные элементы каркаса — это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны, ребра стальных кровельных панелей и другие элементы, которые помимо своих несущих функций обеспечивают: 1. Соединение поперечных рам в продольном направлении. 2. Передачу продольных нагрузок. 3. Закрепление колонн рам из плоскости.

Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого (а иногда и продольного) фахверка, площадок, лестниц и других элементов здания.

Конструктивные схемы каркасов достаточно многообразны. В каркасах с одинаковым шагом колонн по всем рядам наиболее простая конструктивная схема — это поперечные рамы, на которые опираются подкрановые конструкции, а также панели покрытия или прогоны (рис. 8.1, а, б). Такое конструктивное решение обеспечивает выполнение эксплуатационных требований в большинстве машиностроительных цехов, в которых оборудование удобно размещается при относительно небольшом шаге колонн по внутренним рядам (6—12 м). Технологии производств, размещенных во многих цехах металлургического производства (прокатные цехи, цехи раздевания слитков и т.д.), также позволяют использовать эту схему. Такая схема удобна для бесфонарных зданий и зданий с продольными фонарями.

При необходимости освещения с помощью поперечных фонарей их конструкции также могут быть использованы для опирания панелей покрытия (рис. 8.1, я, в). При необходимости больших шагов колонн по всем рядам можно использовать схему с продольным фонарем, несущим часть нагрузки от покрытия (рис. 8.1, г). На конструкции фонаря опираются прогоны, расположенные параллельно фермам. Для опирания другого конца прогонов между колоннами устраивается подстропильная ферма. В случаях повышенных требований по освещенности помещений иногда используются каркасы с шедовым покрытием (рис. 8.1, д), в которых на ригели рам опираются конструкции поперечных фонарей, а на них — прогоны или панели покрытия.

При больших пролетах и шагах колонн эффективно применяются каркасы с пространственным ригелем (рис. 8.1, е). Ригель рамы выполняется в виде коробчатого сквозного сечения с консолями, на которые опираются конструкции фонаря.

При относительно небольших пролетах используются сплошные рамные каркасы (рис. 8.1, ж).

В цехах, где по средним рядам шаг колонн должен быть больше, чем по крайнему ряду, устанавливаются подстропильные фермы, на которые опираются ригели рам. При кранах большой грузоподъемности и с большим расстоянием между колоннами часто оказывается целесообразным совместить функции подстропильных ферм и подкрановых конструкций и предусмотреть по среднему ряду подкраново-подстропильную ферму (рис. 8.1, б, разрез 2—2), на верхний пояс которой опирается кровля, а на нижний — краны.

Рис. 8.1. Конструктивные схемы каркасов:

а — план каркаса; б и в — схемы поперечных рам; г — план и поперечные рамы каркаса с продольным фонарем; д — то же, с шедовым покрытием; е — схемы каркаса с пространственным ригелем; ж — поперечные рамы сплошностенчатого сечения; 1 — панели покрытия; 2 — фонарь; 3 — ферма.

Работа каркаса

При формировании схемы каркаса необходимо стремиться:

– к рациональному размещению металла за счет его концентрации в меньшем числе элементов;

– обеспечению кратчайшего пути силового потока от мест приложения нагрузки до фундамента;

– совмещению в одном элементе разных функций;

– выбору оптимальной конструктивной формы элемента и учету других факторов, повышающих эффективность конструкций.

Пространственный каркас здания формируют путем объединения плоских поперечных рам в единую систему с помощью продольных элементов (прогонов покрытия, ригелей фахверка, подкрановых балок) и связей.

Рис. 8.2. Фрагмент размещения стропильных (СФ) и подстропильных (ПСФ) ферм

При одинаковом шаге по наружным и внутренним рядам колонн четко просматривается передача нагрузки от покрытия, стеновых ограждений, кранового оборудования на поперечную раму и далее через нее на фундаменты. Здесь поперечные рамы работают как бы независимо друг от друга, что позволяет перейти от расчета пространственного каркаса здания к расчету плоской рамы. Для восприятия ветровых, температурных, крановых тормозных и других нагрузок, действующих вдоль здания, предусматривают систему связей.

Несколько сложнее просматривается путь силового потока и переход от пространственного каркаса к плоской раме при неодинаковом шаге колонн по разным рядам (рис. 8.2). Здесь следует выделять не отдельную раму, а ячейку здания (расчетный блок (8.3)) с шириной, равной полусумме смежных шагов по ряду с наибольшим шагом колонн. В состав такого блока будут включены основная рама ОР и соседние с ней вспомогательные рамы ВР, опирающиеся на подстропильные конструкции. Расчетные блоки приводят к плоской расчетной схеме суммированием жесткостей колонн по каждому ряду в пределах расчетного блока и с учетом всех нагрузок, действующих в пределах блока

8.3. Расчетный блок Расчетный блок – рассматриваемая при расчете поперечной рамы часть здания с шириной, равной полусумме смежных шагов по ряду с наибольшим шагом колонн. В состав такого блока будут включены основная рама и соседние с ней вспомогательные рамы, опирающиеся на подстропильные конструкции. Расчетные блоки приводят к плоской расчетной схеме суммированием жесткостей колонн по каждому ряду в пределах расчетного блока и с учетом всех нагрузок, действующих в пределах блока.

Конструктивные и компоновочные схемы производственных зданий тесно связаны с подъемно-транспортным оборудованием, которое предназначено для обслуживания технологического процесса. По этому признаку мы будем подразделять здания на бескрановые, с подвесными кранами, с мостовыми опорными кранами.

Возможные конструктивные схемы поперечных рам для названных типов зданий приведены на рис. 8.2.

Бескрановые здания (8.4) (рис. 8.2, а) наиболее просты. Вследствие отсутствия крановых нагрузок при прочих одинаковых условиях расчетные усилия в элементах таких зданий и их металлоемкость будут существенно меньше, чем в других типах.

Рис. 8.2. Схемы поперечных рам

8.4. Бескрановые здания (блок 4) Бескрановые здания – эта здания, которые не имеют кранового оборудования, непосредственно опирающегося на колонны или ригеля. Вследствие отсутствия крановых нагрузок при прочих одинаковых условиях расчетные усилия в элементах таких зданий и их металлоемкость будут существенно меньше, чем в других типах.

В зданиях с подвесными кранами (рис. 8.2, б) усложнен в конструктивном отношении ригель, что связано с необходимостью создания специальных узлов для подвески подкрановых путей.

Здания с мостовыми опорными кранами в свою очередь будем подразделять по типу колонн на здания с раздельными колоннами, с колоннами постоянного сечения и со ступенчатыми колоннами.

На рис. 8.2, в использованы раздельные колонны, которые состоят из двух рядом стоящих стоек (шатровой и подкрановой), соединенных по высоте горизонтальными планками. Вертикальные крановые нагрузки передаются на подкрановые стойки, поэтому шатровая ветвь не испытывает их влияния, воспринимая лишь горизонтальные усилия от торможения крановой тележки. Основное преимущество такой схемы — сравнительная простота переоборудования колонн путем замены подкрановых стоек при техническом перевооружении и реконструкции зданий.

На рис. 8.2, г колонны решены в виде стержня постоянного сечения по всей высоте колонны. Для опирания подкрановых балок и передачи вертикальной крановой нагрузки на колонну используют консоли. Такую схему можно применять при небольшой грузоподъемности кранов (до 20 т).

На рис. 8.2, д принято принципиально иное конструктивное решение колонны, позволяющее воспринимать нагрузки от мостовых кранов большой грузоподъемности. Колонна ступенчато-переменного сечения разделена на надкрановую и подкрановую части. Сечения подкрановых частей таких колонн более развиты по размерам и отличаются многообразием форм.

Большое влияние на конструктивное решение здания оказывает режим работы мостовых кранов. По интенсивности работы мостовые краны (ГОСТ 25546-82) подразделяют на 8 групп режимов работы 1К. 8К. Группы режимов устанавливают в зависимости от общего числа циклов работы крана за весь срок его службы и коэффициента нагружения k_pl

где Q_i — груз, перемещаемый с числом циклов c_i;

Q — паспортная грузоподъемность крана;

c_t — общее число циклов нагружения

Конструктивные схемы каркасов различаются видом сопряжений (жесткое, шарнирное) ригеля с колонной. При жестком сопряжении (рис. 8.3, а) конструкция узла крепления фермы к колонне обеспечивает передачу моментов, в расчетной схеме принимается жесткий узел. При жестком сопряжении горизонтальные перемещения рам меньше, чем при таких же воздействиях на раму с шарнирным сопряжением.

Рис. 8.3. Конструктивные схемы каркасов при большом шаге колонн средних рядов:

а — с опиранием на подстропильную ферму; б — с применением подкраново-подстропильной фермы (8.5); 1 — колонна; 2— стропильная ферма; 3 — подстропильная ферма

8.5. Подкраново-подстропильная ферма Подкраново-подстропильная ферма – это сложная конструкция, которая используются при больших шагах колонн по среднему ряду. Такая конструкция является объединением подстропильной фермы и коробчатых подкрановых балок, имеющая большую жесткость на кручение.

Большая жесткость необходима в цехах с мостовыми кранами, работающими весьма интенсивно. В этих цехах горизонтальные перемещения колонн могут препятствовать нормальной эксплуатации мостовых кранов. Однако жесткое сопряжение препятствует типизации ферм, на которые в этом случае передаются значительные опорные моменты, разные для рам с разными параметрами. Поэтому жесткое сопряжение можно рекомендовать главным образом для однопролетных каркасов большой высоты при кранах ВТ и Т режимов работы (см. рис. 8.4, а). В остальных однопролетных каркасах более целесообразно шарнирное сопряжение (рис. 8.4, б).

Рис. 8.4. Виды сопряжения ригеля с колонной и расчетные схемы поперечных рам:

а — при жестком сопряжении ригеля с колоннами; б — то же, при шарнирном сопряжении; в — комбинированное соединение; г — при наличии мощной промежуточной колонны

В многопролетных цехах горизонтальные нагрузки на одну раму воспринимаются несколькими (а не двумя, как в однопролетных) колоннами, поэтому даже в цехах большой высоты часто оказывается возможным использовать шарнирное сопряжение.

В многопролетных цехах с пролетами разной высоты возможны решения, при которых часть узлов проектируется жесткими, а часть — шарнирными (рис. 8.4, в).

Опирание колонн на фундаменты в плоскости рам обычно конструируется жестким (см. рис. 8.3, 8.4, а—в), но возможно решение, при котором только часть колонн сопрягается с фундаментом жестко, а часть — шарнирно (рис. 8.4, г). Такое решение часто оказывается экономически выгодным при больших тепловыделениях во время эксплуатации здания.

Подкрановые конструкции в большинстве случаев опираются на колонны каркаса, но возможны и конструктивные решения, при которых внутри цеха проектируется специальная крановая эстакада, состоящая из колонн, связей между ними, подкрановых и тормозных балок. Эстакада на вертикальные нагрузки работает раздельно с каркасом, и такое решение может оказаться целесообразным в тех случаях, когда ожидается (после некоторого срока эксплуатации) увеличение грузоподъемности мостовых кранов.

Каркасы промышленных зданий изредка проектируются с использованием висячих конструкций, складок, оболочек, структур.

Компоновка однопролетных рам

Окончательный размер Н₂ принимают обычно кратным 200 мм– 2 М.

Затем устанавливают высоту цеха от уровня пола до низа стропильных ферм; т.е. полез-

Если приходится несколько увеличивать высоту цеха, то надо изменить отметку голов-

ки рельса, а размер Н₂ оставить минимально необходимым. В отдельных случаях при

соответствующем обосновании размер Н₀ принимают кратным 0,6 м.

Далее устанавливают размеры верхней части колонны Н_b, нижней части Н_н и высоту

у опоры ригелей Н_ф. Высота верхней части колонны Н_b = h_d + h_p + H₂,

Окончательно уточняют Н_b после расчета подкрановой балки.

Размер нижней части колонны Н_н = Н₀ - Н_b + (600…1000) мм,

Общая высота колонны рамы от низа башмака до низа ригеля Н = Н_b + Н_н.

Высота колонны у опоры ригеля Н_ф зависит от принятой конструкции стропильных

ферм и равна их высота на опоре. В типовых стропильных фермах под рулонную кровлю

с уклоном i=1,5 % Н_ф=3150 мм при пролетах ℓ = 30; 36 м. и Н_ф = 2250 мм при ℓ = 24 м.

Если на здании есть светоаэрационные или аэрационные фонари, высоту их Н_фн опре-

деляют светотехническим или теплотехническим расчетом с учетом требований по уни-

фикации; уклон кровли фонарей обычно принимают таким же, как и для кровли здания.

После этого устанавливают основные размеры по горизонтали.

Высота сечения верхней части ступенчатой колонны из условия необходимой жест-

кости не должна быть меньше h_b ³ (1/12)Н_b.

Чтобы кран при движении вдоль цеха не задевал колонну, расстояние от оси подкрано-

вой балки до оси колонны (размер ℓ₁) должно быть не менее

При устройстве прохода вне колонны размер ℓ₁ включает еще 450 мм (400 мм. габарит

прохода и ~ 50 мм на ограждение).

Пролеты кранов имеют модуль 500мм, поэтому размер ℓ₁ должен быть кратным 250мм.

Исходя из этого принимают:

ℓ₁ = 750 мм. – для кранов грузоподъемностью до 50 т. включительно при отсутствии про-

ходов в надкрановой части колонны; ℓ₁=1000 мм.- для кранов грузоподъемностью более

50 т. при отсутствии проходов и для кранов грузоподъемностью до 125 т. при наличии

внутренних проходов; ℓ₁=1250 мм или более – для некоторых специальных и очень тяже-

лых кранов, а также при наличии прохода вне колонны.

Ширина нижней части колонны h_н = ℓ₁ + а.

Из условия обеспечения жесткости цеха в поперечном направлении высоту сечения

нижней части колонны h_н назначают не менее 1/20 Н в обычных промышленных зданиях

и 1/15 Н в зданиях с кранами группы режима работы 8К.

Верхнюю часть колонны обычно проектируют сплошной, двутаврового сечения;

нижнюю часть принимают сплошной при ширине до 1 м. включительно, а при большей

ширине ее экономичнее делать сквозной.

Размеры пролета здания ℓ и пролета крана ℓ_к связаны зависимостью ℓ = ℓ_к + 2ℓ₁.

Контрольные вопросы

Когда сопряжение ригеля с колонной принимают жестким ?
Когда сопряжение ригеля с колонной принимают шарнирным ?
Напишите формулу определения размера полезной высоты цеха Н₀.
Напишите формулу определения размера верхний части колонны Н_в.
Напишите формулу определения размера нижний части колонны Н_н.
Напишите формулу определения размера общей высоты колонны Н.

Глоссарий

№3	Русский вариант	Английский вариант	Казахский вариант
1	Шаг	step [step]	Адым
2	Пролет	Span [spæn]	Аралық
3	Производственное здание со стальным каркасом	Still frame mill building [‘sti:l freim ‘mil…]	Болат қаңқалы өндіріс ғимараты
4	Модуль	modulus [’modjulәs]	Мөділ
5	Каркас	Carcass [‘ka:kәs], frame [freim],	Қаңқа
6	Модульный	module [’modjul]	Мөділді

Задание на СРСП

Схема поперечных рам.

Задание на СРС

Компоновка многопролетных рам. [3, стр.81-84]

1. Кудишин Ю.И. Металлические конструкции. М; ИЦ «Академия», 2007 г., с.313-318.

2. В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В.Филиппов и др. Металлические конструкции. Элементы конструкции. Том 1, М; ВШ 2001г.

3. Бакиров К.К. Строительные конструкции II. Раздел «Металлические конструкции». Учебное

пособие. Алматы, КазГАСА, 2006г., с.95-98

Дополнительные

3. СНиП РК 5.04-23-2002. Стальные конструкции. Алматы, 2002г.

4. Бирулев В.В., Кошин И.И. и д.р. Проектирование металлических конструкций.

Компоновка однопролетной рамы производственного здания

Компоновку поперечной рамы начинают с установления ее генеральных габаритных размеров и основных размеров элементов конструкций, входящих в состав рамы.

Размеры по вертикали привязывают к отметке уровня чистого пола, принимая ее нулевой, размеры по горизонтали – к продольным осям здания.

Генеральные размеры здания: пролет L, высота Н1 до уровня головки кранового рельса и полезная высота здания Н0 назначаются в зависимости от габаритов оборудования (в том числе кранового) и характера технологического процесса в цехе.

Высота от головки кранового рельса до низа несущей конструкции покрытия Н2 обусловлена крановым габаритом над головкой рельса Нк (справочные данные по мостовым кранам приведены в табл. 6.2).

Справочные данные по мостовым кранам нормального режима работы** (для учебного проектирования)

Пролет здания L, м

жки GТ, кН

Вес крана G, кН

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Тип рельса и его вес, кН/м

Высота ре- льса, мм

* Q – грузоподъемность крана (числитель на большом крюке, знаменатель – на малом).

** Краны других режимов работы: см: ГОСТ 25711-83, ГОСТ 67-81.

Пример 6.1. Выполнить компоновку поперечной рамы однопролетного производственного здания пролетом L = 30 м с шагом колонн В = 12 м, оборудованного двумя электрическими мостовыми кранами грузоподъемностью Q = 100/20 т режима работы 5К (среднего режима работы).

Отметка головки кранового рельса Н1 = 15,4 м.

Принимаем раму, состоящую из ступенчатых колонн и ригеля в виде стропильной фермы с параллельными поясами и уклоном верхнего пояса i = 0,025 (рис. 6.2).

Устанавливаем вертикальные размеры.

Рис. 6.2. Схема поперечной рамы

Расстояние от головки кранового рельса до низа фермы

Н2 = Нк + 100 + а = 4000 + 100 + 300 = 4400 мм,

где Hk – высота от головки кранового рельса до верхней части тележки;

100 мм – зазор, устанавливаемый техническими условиями эксплуатации кранов;

а – зазор, учитывающий прогиб фермы по нижнему поясу и размеры выступающих вниз частей элементов связей с учетом их прогиба (принимается 200 – 400 мм).

Для соблюдения условий унификации размер Н2 принимается кратным 200 мм.

Полная высота цеха от уровня пола до низа стропильной фермы

Но = Н1 + Н2 = 15400 + 4400 = 19800 мм.

Размер Но принимается кратным 0,6 м, при большой высоте может использоваться укрупненный модуль 1,2 и 1,8 м. Унификация производится за счет изменения Н1 в большую сторону.

Высота верхней части колонны

Нв = Н2 + hб + hр = 4400 + 1700 + 200 = 6300 мм,

где hб = В/7 = 12000 / 7 » 1700 мм, принимается по табл. 6.3;

hр = 200 мм – высота кранового рельса с подкладками.

Высота нижней части колонны

Нн = Н0 – Нв + Hф = 19800 – 6300 + 600 = 14100 мм,

где Нф = 500 – 800 мм – заглубление опорной плиты базы колонны ниже нулевой отметки пола.

Н = Нн + Нв = 14100 + 6300 = 20400 мм.

Высота ригеля у опоры Нр,о = 3150 мм при применении типовых стропильных ферм с элементами из парных уголков с уклоном верхнего пояса i = 0,025.

Основные размеры элементов подкрановых балок

Грузоподъемность крана, т

Высота балки hb

Ширина опорного ребра bp, мм

Высота шатровой части здания

Нш = Нр,о + Нкр = 3150 + 350 = 3500 мм,

где Нкр – высота несущих конструкций кровли (плит покрытия или прогонов) плюс толщина самой кровли.

При наличии фонарной надстройки, высота которой определяется светотехническим расчетом с учетом типовых фонарных переплетов, в высоту шатровой части добавляется высота фонаря.

Устанавливаем горизонтальные размеры рамы и ее элементов.

В зданиях с кранами режима работы 7К и 8К вдоль крановых путей следует предусматривать проходы для их осмотра и ремонта. Проходы могут быть организованы через проемы в стенке колонны либо сбоку между колонной и краном (рис. 6.3). Ширину прохода назначают не менее 400 мм, высоту – 1800 мм. При проходе в стенке колонны высота сечения верхней части колонны hв должна быть не менее 1000 мм.

Рис. 6.3. Привязка колонны и крана к продольным разбивочным осям:

а – с проемом для прохода в верхней части колонны; б – с проходом вдоль подкрановых путей

Привязка наружной грани колонны к разбивочной оси принимается:

– ао = 0 (нулевая) – в невысоких зданиях (при высоте от пола до низа фермы менее 16,2 м) с колоннами постоянного сечения при шаге колонн 6 м и кранах грузоподъемностью менее 30 т;

– ао = 500 мм – в относительно высоких зданиях (при высоте от пола до низа фермы более 30 м) с колоннами ступенчатого типа, при наличии мостовых кранов грузоподъемностью 80 т и более, а также в зданиях, обслуживаемых мостовыми кранами групп режима работы 7К и 8К (независимо от грузоподъемности крана) при устройстве прохода в верхней части колонны;

– ао = 250 мм – в остальных случаях.

Принимаем привязку ао = 500 мм.

Высота сечения верхней (надкрановой) части колонн hв, назначается 450 или 700 мм (с учетом унифицированной привязки торца фермы к разбивочной оси 200 мм), но не менее 1/12 ее высоты Нв из условия обеспечения необходимой жесткости колонны в плоскости рамы:

Нв/12 = 6300 / 12 = 525 мм, принимаем hв = 700 мм.

Минимальное расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны (привязка крана)

lmin= В1 + (hв – aо) + с = 400 + (700 – 250) + 75 = 925 мм,

где В1 = 400 мм – часть мостового крана, выступающая за ось рельса, принимается из табл. 6.2;

с = 75 мм – зазор между краном и гранью колонны по требованиям безопасности (при устройстве прохода размер l включает еще 450 мм – габарит прохода с ограждением).

Расстояние l принимается кратным 250 мм:

– при отсутствии прохода l = 750 мм для кранов грузоподъемностью не более 50 т, l = 1000 мм для кранов грузоподъемностью более 50 т;

– при устройстве прохода l = 1000 мм для кранов грузоподъемностью не более 125 т, l = 1250 мм для кранов грузоподъемностью более 125 т.

Принимаем l = 1000 мм > lmin = 925 мм.

Lk = L – 2lmin = 30000 – 2 · 1000 = 28000 мм.

Высота сечения подкрановой части колонны hн назначается из условия обеспечения жесткости цеха в поперечном направлении и принимается не менее hн,min = H/20 = 20400 / 20 = 1020 мм, а в цехах с обслуживанием кранами групп режимов работы 7К и 8К – hн,min ³ H/15.

При совмещении оси подкрановой балки с осью подкрановой ветви колонны высоту сечения нижней части колонны принимаем:

hн = а0 + l = 250 + 1000 = 1250 мм > hн,min = 1020 мм.

Проектирование поперечной рамы однопролетного промышленного здания

В промышленном строительстве очень распространено строительство зданий по схеме каркасного здания с поперечной рамой.

Рама каркаса здания представляет собой плоскую конструкцию, состоящую из колонн и ригеля (или фермы). Рама в поперечном направлении не имеет связей, а жесткость конструкции обеспечивается жестким защемлением колонны в фундаменте или жестким креплением ригеля к колонне. Отсутствие связей позволяет свободно использовать пространство между колоннами, что является бесспорным преимуществом данной схемы.

Схемы однопролетной рамы

Рассмотрим основные схемы однопролетной рамы, применяемые в строительстве.

Рисунок 1. Основные схемы однопролетной рамы

На рисунке 1а представлена однопролетная рама с жестким защемлением колонн в фундаменте и шарнирным соединением с ригелем или фермой.

Преимуществами данной схемы является простота монтажа (нет необходимости жестко соединять колонну с ригелем), простота изготовления элементов. При больших пролетах вместо балки может использоваться ферма.

На рисунке 1б представлена однопролетная рама с жестким соединением колонны с ригелем и жестким защемлением колонны в фундаменте.

Преимуществом данной схемы является экономия металла ригеля т.к. при тех же пролетах что и по схеме 1а напряжения в ригеле будут в 2-а раза меньше. Однако несмотря на эти преимущества данная схема на деле практически не применяется т.к. монтаж требует особой точности, а малейшие деформации фундамента вызывают дополнительные напряжения в схеме.

На рисунке 1в представлена однопролетная рама с жестким соединением ригеля и колонны и шарнирным соединением колонны и фундамента.

Преимуществом данной схемы над 1а является экономия металла на ригеле и возможность сделать балку тоньше, соответственно увеличивается полезная высота помещения. При этом данная схема менее чувствительна к деформациям фундамента чем схема 1б. Из недостатков можно отметить, что узел крепления ригеля и колонны выполнить сложнее чем по схеме 1а, а передача момента на колонны, а следственно увеличение его сечения, может свести на нет экономию металла на ригеле.

Продольная схема каркаса здания

Стойки рамы из ее плоскости считаются закрепленными шарнирно. Поэтому неизменяемость каркаса из плоскости рамы обеспечивается вертикальными связями по колоннам.

Рисунок 2. Вертикальные связи по колоннам и фермам.

Конструктивно они выполняются в виде ферм с крестовой решеткой и должны устанавливаться во всех продольных рядах колонн в одном створе, в том числе с вертикальными связями по колоннам и вертикальными связями по фермам, образуя жесткий во всех направлениях блок. Наклон раскосов, выполняемых из одиночных уголков, должен быть близким к 45°, этим определяется количество панелей вертикальных связей по высоте. Горизонтальные элементы, работающие на сжатие, выполняются из парных уголков. Расположенные по всей длине они могут сокращать расчетную длину нижней части колонны из плоскости рам. Вертикальные связи по колоннам воспринимают и передают на нижележащие элементы конструкций ветровое давление на торец здания и силы продольного торможения кранов, эти нагрузки должны учитываться при их расчете.

Рисунок 3. Каркас одноэтажного здания.

Связи устанавливают в центре здания или температурного блока. Если расположить связи по торцам здания, то при повышении температуры и отсутствии свободы деформации возможна потеря устойчивости сжатых элементов (рисунок 4,а).

Рисунок 4. Установка связей в торцах и по центру здания.

Если же установить одну связь по центру, то при изменении температуры прогоны смогут свободно деформироваться (рисунок 4,б) при этом расстояние от торца здания до оси ближайшей вертикальной связи должно быть не больше чем указано в таблице 44 СП 16.13330.2011.

В каркасах с портальными кранами, согласно расчёту, устанавливают связи в нескольких пролетах, но стараются установить их ближе к центру.

В не слишком протяженных зданиях могут быть варианты установки связей по торцам здания при необходимости.

Длина температурного блока здания

Длина здания не должна быть выше чем в таблице 44 СП 16.13330.2011:

Таблица 44 СП 16.13330.2011

Если длина здания превышает эту максимальную длину температурного блока, то здание делят на несколько температурных блоков.

Например, длина отапливаемого здания должна быть 300 м, расчётная температура наружного воздуха (температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98 согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология») равна -35°С.

Максимальная длина температурного блока равна 230 м, поэтому здание мы разделим на 2-а температурных блока по 150 м.

Эти 2-а каркаса полностью независимы друг от друга и соединяются при помощи деформационного шва.

Рисунок 5. Температурный блок здания

Деформационный шов обеспечивает свободное перемещение 2-х отсеков здания друг относительно друга и при этом защищает от внешних воздействий окружающей среды.

Рамы с переменным сечением

Т.к. нагрузки в сечении переменны, то для экономии металла применяют ригели и колонны с переменным сечением.

Рисунок 6. Схема рамы с переменным сечением

В данном случае рама имеет шарнирное закрепление в фундаменте, за счёт чего мы имеем нулевой изгибающий момент в основании колонны, и жесткое соединение колонны и ригеля.

В колонне изгибающий момент увеличивается к верху, соответственно увеличивается высота сечения.

Ригель имеет максимальные моменты в месте закрепления ригеля к колонне и по центру, соответственно в этих точках высота сечения максимальна, а в пролете ригеля можно уменьшить высоту ригеля.

Рисунок 7. Рама с переменным сечением.

Преимуществом данного решения является то, что оно позволяет снизить расход металла для строительства здания, снизить нагрузки, тем самым сэкономить средства на строительство.

Из недостатков можно отметить, что данные профиля не являются серийными и их необходимо сваривать на заводе, что подразумевает наличие завода-изготовителя в районе строительства. Расчёт такой рамы также более трудоёмкий, чем расчёт обычной рамы.

Проектирование и расчёт каркаса здания

Проектирование каркаса начинается с описания требований к будущему зданию. Необходимо определить необходимую длину пролета здания, высоту, площадь, внутреннюю температуру, наличие портального крана, необходимость проезда техники и других параметров, влияющих на каркас здания.

В зависимости от назначения здания, условий его эксплуатации, оборудования которое будет установлено в данном здании, участка земли, требований строительных норм, назначается длина пролета, высота помещения, архитектура здания.

Далее согласно строительным нормам принимается снеговая, ветровая, полезная нагрузка, сейсмическое воздействие (если здание будет возведено в районе с повышенной сейсмической опасностью).

Потом разрабатываем компьютерную модель рамы или всего каркаса здания. В большинстве случаев достаточно рассчитать каркас продольном и поперечном направлении, но современные средства позволяют легко просчитать каркас в 3-х мерном моделировании.

По данным расчёта разрабатывается проектная документация (схемы, узлы, сметы).

В дальнейшем я подготовлю пару примеров расчёта рамы в программных комплексах.

This article has 4 Comments

Рис. 3 не кликабельный, не видно надписей.

В тексте несколько раз встречается «портальный кран», а под ним принято понимать «полноповоротный стреловой кран, поворотная часть которого установлена на портале, передвигающемся по рельсам, проложенным на земле или эстакаде» (с) Может опечатка и речь идет о мостовых кранах?

И, как мне кажется, не помешали бы ссылки на литературу, т.к. статья ознакомительная, а следующий шаг начинающего проектировщика — поиск литературы, где описаны принципы проектирования или типовые решения. Например как, зачем и почему устраиваются связи в промздании рассказано в книге Кирсанова «Связи в промздании».

Спасибо Вам за труд!

Хорошая статья,спасибо.
С нетерпением ждём «пару примеров расчёта рамы в программных комплексах».

Спасибо за статью. Очень ждем Ваших примеров по расчету рамы на ЭВМ (желательно в СКАДе=))

Характеристика компоновки конструктивной схемы производственного здания. Определение вертикальных размеров стоек рамы. Расчеты стропильной фермы, подкрановой балки, поперечной рамы каркаса, колонны. Вычисление геометрических характеристик сечения. Проектирование одноэтажного трехпролётного промышленного здания. Компоновка поперечной рамы и определение нагрузок. Проектирование стропильной конструкции и ее оптимизация. Проектирование колонны и монолитного внецентренно-нагруженного фундамента.

Читайте также: