Карякин А.А. Расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания с использованием программного комплекса ЛИРА 9.6
Подождите немного. Документ загружается.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра «Строительные конструкции и инженерные сооружения»
624.012(07)
К279
А. А. Карякин, П. В. Попп, Н. В. Гусева
Расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания
с использованием программного комплекса «ЛИРА 9.6»
Учебное пособие
Челябинск
Издательский центр ЮУрГУ
2010
2
УДК 624.012.35(075.8)+624.014.2.001.2(075.8)
К279
Одобрено
учебно-методической комиссией
архитектурно-строительного факультета
Рецензенты:
М. Р. Губайдулин, Н. М. Сухоруков
Карякин, А. А.
К279 Расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания
с использованием программного комплекса «ЛИРА 9.6»: учебное
пособие / А. А. Карякин, П. В. Попп, Н. В. Гусева. – Челябинск:
Издательский центр ЮУрГУ, 2010. – 67 с.
Пособие содержит пример статического расчета и
конструирования железобетонных и стальных конструкций
поперечной рамы одноэтажного промышленного здания (ОПЗ) с
использованием программного комплекса «ЛИРА 9.6». Приведены
рекомендации по компоновке рамы ОПЗ и даны все необходимые
ссылки на учебную и нормативную литературу.
Пособие предназначено для студентов всех строительных
специальностей всех форм обучения.
УДК 624.012.35(075.8)+624.014.2.001.2(075.8)
© Издательский центр ЮУрГУ, 2010
3
ВВЕДЕНИЕ
В пособии изложены вопросы применения программного комплекса (ПК)
«ЛИРА 9.6» для статического расчета двухпролетной поперечной рамы
одноэтажного промышленного здания, состоящей из железобетонных и стальных
элементов.
Подробно рассмотрены правила назначения расчетной схемы, определения
жесткостных характеристик материалов, подсчета величин нагрузок и их
приложения к расчетной схеме. Проводится анализ результатов расчета,
выполняются
прочностные расчеты железобетонной и стальной колонн.
Пособие предназначено для студентов строительных специальностей всех
форм обучения при изучении дисциплин «Железобетонные конструкции»,
«Металлические конструкции», «Строительные конструкции».
4
1. РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ОДНОЭТАЖНОГО
ПРОМЗДАНИЯ (ОПЗ)
1.1. Постановка задачи и расчетная схема
Требуется выполнить расчет двухпролетной поперечной рамы одноэтажного
производственного здания, выполненной в железобетоне и металле и
изображенной на рис. 1, с использованием программного комплекса (ПК) «ЛИРА
9.6». Заармировать железобетонные колонны по оси А и Б; подобрать и проверить
сечения
металлической колонны по оси В.
Величина первого пролета равна 18 м, а второго – 24 м, шаг колонн – 6 м.
Стропильные конструкции первого пролета – двускатные железобетонные балки,
второго – металлические фермы. В каждом пролете расположено по два мостовых
крана грузоподъемностью по 20 т каждый (режим работы 4К–6К). Отметка
головки кранового рельса – 6,95 м, отметка низа стропильных конструкций
– 9,65
м. Колонны железобетонные (по оси А и Б) из бетона класса В15, колонна
металлическая (по оси В) из стали марки С245. Стропильные конструкции:
железобетонная балка из бетона класса В30, металлическая ферма из стали марки
С245. Место строительства – г. Челябинск.
Рис. 1. Поперечный разрез ОПЗ (геометрические размеры в мм, отметки высот в м)
Компоновка несущих элементов рамы со схемой передачи на них основных
воздействий показана на рис. 2.
+9.65
+11.19
Q=20т
5850 3800
±0.00
18000
АБ
Q=20т
+9.65
6200 3450 2200
±0.00
750
В
24000
+6.95
650
+13.350
5
Рис. 2. Геометрические размеры и усилия, действующие на колонны ОПЗ:
D – вертикальное давление кранов; Т – торможение тележек кранов;
G
ст
– собственный вес стеновых панелей
Расчетная схема поперечной рамы ОПЗ с учетом реальных его размеров и
размеров сечений конструкции представлена на рис. 3.
1.2. Подсчет нагрузок, действующих на поперечную раму
Все нагрузки должны быть разделены на загружения, которые могут
действовать на раму независимо друг от друга и которые в дальнейшем будут
использованы при составлении расчетных
сочетаний усилий и выбора
невыгодных из них.
В расчете принято 13 загружений. Схемы приложения нагрузок по
загружениям на поперечную раму ОПЗ представлены на рис. 4.
6000 3800
А
G
ст
D
G
ст
G
ст
G
ст
G
ст
750
+9.65
Т
1000900200
800
±0.00
150
800
380
400
Б
D
750
Т
D
Т
800
800
400
600
400
1000
1000
18000
В
750
500
D
1000
24000
6200 3450
G
ст
G
ст
G
ст
G
ст
G
ст
750
250
Т
250
650
650
6
Рис. 3. К определению параметров расчетной схемы поперечника ОПЗ: а – расчетная схема;
б – геометрические размеры железобетонной двускатной балки; в – размеры металлической фермы (мм)
А
210 250
Б
В
6000 3800
1
1
2
2
3
3
380х400
800х400
500
17600 23750
800х400
600х400
2200
1000
1200х400
6850 3450
35Б1
№36
50Ш1
190
790
1040
1290
1540
2975 3000 3000
1
1
2
2
3
3
400
170
80
210
270
915 (для се.1-1)
1165 (для сеч.2-2)
1415 (для сеч.3-3)
1-1, 2-2, 3-3
верхн. пояс
110х8
нижн. пояс 110х8
неотмеченные стержни
75х6
6000x4=24000
2200
2950
3700
125х8
110х8
а)
б) в)
7
Рис. 4. Схемы действия нагрузок на поперечную раму ОПЗ (величины нагрузок в тс, тс/м, т*м; размеры в миллиметрах)
3.85
3.39
3.134
3.218
0.88
0.66
2.63
1.203
2.213
0.193
5.0
1.75
1.72
0.86
1.08
1.62
1.62
3.24
32.25
11.29
5.7
7.59
7.59
2.66
24.19
32.25
34.14
25.61
4.5
9.0
17.07
34.14
9.0
6.75
1.249
1000
1.249
1000
0.72
1.19
1.93
1.34
1000
1.249
650
0.131
0.265
0.38
9
0.1
0.158
0.1
0.131
0.510
Загружение 1
Загружение 2
Загружение 3
Загружение 4
Загружение 5 Загружение 6 Загружение 7 Загружение 8
Загружение 9 Загружение 10 Загружение 11 Загружение 12
Загружение 13
10.0
1.249
8
В каждом загружении подсчитываются погонные нагрузки или
сосредоточенные силы, прикладываемые к стержневым КЭ или к узлам
расчетной схемы.
Загружение 1
. Нагрузки от собственного веса конструкций зданий (см. рис. 4).
1. Погонная нагрузка от собственного веса крайних железобетонных колонн
(по оси А):
– нижняя ветвь –
кн
б
0,4 0,8 2,5 1,1 0,88 тс/м;
– верхняя ветвь –
кв
0,4 0,38 2,5 1,1 0,42 тс/м.
2. Нагрузка от собственного веса металлических колонн (по оси В):
ориентировочно принята нормативная нагрузка от собственного веса
металлической колонны ОПЗ с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50
т по табл. П 4.1 [6] p
к
=0,03 тс/м
2
, тогда общий вес колонны
ко
к
Ш 0,5 0,03 1,05 6 12 2,268 тс,
при этом нижняя часть колонны имеет вес:
кн
,
1,701тс (
кн
,
,
0,248 тс/м – погонная нагрузка),
верхняя часть колонны имеет вес:
кв
,
0,567 тс (
кв
,
,
0,164 тс/м – погонная нагрузка).
3. Погонная нагрузка от собственного веса средних железобетонных колонн
(по оси Б):
– нижняя ветвь –
сн
0,4 0,8 2,5 1,1 0,88 тс/м;
– верхняя ветвь –
св
0,4 0,6 2,5 1,1 0,66 тс/м.
4. Нагрузка на крайнюю железобетонную колонну от собственного веса
стеновых панелей:
– погонная нагрузка –
сп
1,0Ш
сп
0,3 1,0 6,0 1,5 1,1 2,97 тс/м,
где δ – толщина стеновой панели; Ш – шаг колонн; γ
СП
– объемная масса
легкого бетона стеновой панели;
– момент на нижнюю ветвь железобетонной колонны от собственного веса
стеновых панелей (сосредоточенный момент прикладывается с шагом 1 м по
высоте колонны в местах крепления панелей) –
М
ст,н
=2,97*0,45*1,0=1,34 тс*м;
– момент на верхнюю ветвь железобетонной колонны –
М
ст,в
=2,97*0,24*1,0=0,72 тс*м.
9
5. Нагрузка на металлическую колонну от собственного веса стеновых
панелей:
– погонная нагрузка –
сп
2,97 тс/м;
– момент на нижнюю ветвь металлической колонны от собственного веса
стеновых панелей (сосредоточенный момент прикладывается с шагом 1 м по
высоте колонны в местах крепления панелей) –
М
ст,н
2,97 0,65 1,0 1,93 тс*м;
– момент на верхнюю ветвь колонны –
М
ст,в
2,97 0,4 1,0 1,19 тс*м.
6. Погонная нагрузка на двускатную балку:
– собственный вес балки –
б
б
,
0,51 тс/м,
где L
1
– длина первого пролета, G
б
=9,1 т – собственный вес балки с учетом
=1,1 (принимается по типовым сериям);
– собственный вес 1 п.м. покрытия –
покр
п
Ш 0,353 6,0 2,12 тс/м,
где g
п
– нагрузка от собственного веса покрытия первого пролета в тс/м
2
, в
которую вошли собственный вес 1 м
2
ребристых плит покрытия (0,165 тс/м
2
),
выравнивающий слой песчано-цементной стяжки (0,078 тс/м
2
), пароизоляции
(0,005 тс/м
2
), утеплителя (0,09 тс/м
2
), рулонной кровли (0,015 тс/м
2
).
7. Узловая нагрузка на металлическую ферму:
– от собственного веса фермы (G
ф
=3,09 тс, принят по проекту-аналогу,
допустимо принимать в соответствии с табл. П 4.2 [6]) –
с.в.
ф
уз
,
0,193 тс;
– от собственного веса покрытия –
покр
п
Ш 0,112 6,0 0,672 тс/м,
где g
п
– нагрузка от собственного веса покрытия во втором пролете, в тс/м
2
, в
которую вошли собственный вес 1 м
2
прогонов (швеллер №24, 0,008 тс/м
2
),
профлиста Н-60-845-0.8 (0,011 тс/м
2
), пароизоляции (0,005 тс/м
2
), утеплителя
(0,04 тс/м
2
), гидроизоляции (0,021 тс/м
2
) и защитного слоя (гравий 10 мм, 0,027
тс/м
2
).
Нагрузка на средние узлы фермы –
покр
ср
,
2,02 тс,
нагрузка на крайние узлы фермы –
покр
кр
,
1,01 тс.
8. Собственный вес подкрановой балки:
– сосредоточенная сила на консоль железобетонной колонны с учетом
=1,1
(принимается по типовым сериям) – 5тс;
– изгибающий момент на железобетонные колонны –
10
М
1
=5,0*0,35=1,75 тс*м (на крайнюю колонну);
М
2
=5,0*0,75=3,75 тс*м (на среднюю колонну);
– сосредоточенная сила на консоль металлической колонны –
пб
0,273 1,05 6,0 1,72 тс,
где 0,273 тс/м – нормативная нагрузка от собственного веса подкрановой балки
и кранового рельса, принятые согласно табл. П 4.1 и табл. П 3.3 [6];
– изгибающий момент на металлическую колонну –
М
пб
1,72 0,5 0,86 тс*м.
Загружение 2.
Снег на левом пролете (см. рис. 4).
Снеговую нагрузку на двускатную железобетонную балку прикладываем как
равномерно распределенную погонную нагрузку.
В соответствии со СНиП [1] величина расчетной снеговой нагрузки для III
снегового района (г. Челябинск) составляет 180 кг/м
2
(при µ=1) (табл. 4, [1]).
сн
сн
р
Ш 0,18 6,0 1,08 тс/м.
Загружение 3.
Снег на правом пролете (см. рис. 4).
Снеговую нагрузку на металлическую ферму прикладываем на её верхние
узлы:
сн
ср
1,08 3 3,24 тс – на средние узлы;
сн
кр
1,08 1,5 1,62 тс – на крайние узлы.
Загружение 4, 5, 6, 7.
Комбинации нагружения рамы крановой нагрузкой
(вертикальное давление D
max/min
) от двух сближенных кранов в каждом пролете
(см. рис. 4).
В пролетах находится по 2 сближенных мостовых крана грузоподъемностью
по 20 т каждый (Q=20/5 т) группы режимов работы 4К – 6К (приложение 1, [1]).
Характеристики кранов можно принимать по ГОСТ 25711–83; ГОСТ 6711–
81(приложение 1 настоящего пособия).
Для первого пролета (L=18 м).
Пролет крана – L
cr
=16,5 м.
База крана – В=5,6 м.
Расстояние между колесами крана – А
cr
=4,4 м.
Общий вес крана – G
к
=22 тс.
Вес тележки – G
т
=6,3 тс.
Максимальное нормативное давление на одно колесо –
н
=170 кН=17,0 тс.
Минимальное нормативное давление на одно колесо –
н
к
н
174 тс.
Коэффициент сочетаний – ψ=0,85 (п.4.17, [1]).
Коэффициент надежности по нагрузке – γ
f
=1,1 (п.4.8, [1]).
Коэффициент надежности по назначению – γ
n
=0,95 (п.2 приложения 7, [1]).