, SCAD Office
, SCAD » Примеры расчётов

Расчет и экспертиза эстакады распределительной нефтебазы
Конструктивная схема

Расчет железнодорожной эстакады  выполнен в соответствии с заданием на проектирование и действующими СНиП (2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», 2.23.01-81* «Стальные конструкции») и на основании рекомендаций, приведенных в книге «Нагрузки и воздействия на здания и сооружения» под общей редакцией д.т.н. Перельмутера А.В..

Здание нежилое, каркасного типа. Габаритные размеры здания 15х48 м. Основу каркаса составляют последовательно расположенные поперечные рамы с шагом 6 м, образованные двумя колоннами и ригелем (см.рис.1).

Колонны здания опираются на столбчатый железобетонный фундамент – сопряжение в плоскости фермы шарнирное, из плоскости - жесткое. Ригель выполнен в виде плоской трапецеидальной фермы (3 части). Отметка нижнего пояса фермы 8,0 м. Сопряжение ригеля и колонны – жесткое.

Тип покрытия – по прогонам.

Пространственная жесткость каркаса обеспечивается путем расстановки связей. Связи ставят в плоскости стропильных ферм и между колоннами.

Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают заданную геометрию конструкций покрытия и удобство монтажа, закрепляют сжатые элементы из плоскости ригеля, перераспределяют на соседние рамы местные нагрузки, приложенные к одной раме.

 Связи по покрытию располагают в плоскости верхних поясов стропильных ферм, нижних поясов и между фермами. Вертикальные связи между фермами ставят посередине здания (м/у осями 5-6). Стропильные фермы, соединенные между собой горизонтальными и вертикальными связями образуют три пространственных блока, к которым прикрепляют все остальные фермы с помощью , распорок по верхнему и нижнему поясам.

Связи каркаса обеспечивают:

1.     Объединение поперечных рам в пространственную систему путем создания в пределах здания (температурного блока) геометрически неизменяемых жестких дисков в различных плоскостях;

2.     Перераспределение локальных нагрузок, действующих в плоскости одной рамы, между соседними рамами с вовлечением их в совместную работу;

3.     Восприятие и передачу на фундаменты горизонтальных нагрузок от ветра в торец здания, торможения крана и др., действующих вдоль здания;

4.     Устойчивость отдельных элементов каркаса за счет снижения их расчетных длин;

5.     Взаимное закрепление конструкций в проектном положении с обеспечением их несущей способности и устойчивости в процессе монтажа.

Пространственные связевые блоки формируют из двух смежных ферм, объединенных горизонтальными связями между поясами ферм и вертикальными связями между стойками решетки. Связевые блоки по фермам устроены по торцам здания и посередине (м/у осями 5-6).

Связи по верхним поясам (1) включают в себя поперечные связевые фермы и продольные распорки по всей длине отсека. Поперечные фермы устанавливаются в местах формирования связевых блоков (торцы, середина). Распорки закрепляют пояса ферм от смещения, обеспечивая их устойчивость. В период эксплуатации функции распорок воспринимает на себя жесткий диск покрытия.

Связи по нижним поясам (2) включают в себя поперечные и продольные связевые фермы, растяжки. Поперечные фермы устанавливаются в торцах здания. Продольные связевые фермы размещены вдоль крайних рядов колонн вдоль всего здания. Вместе они образуют геометрически неизменяемый диск в уровне нижних поясов ферм. Для снижения гибкости элементов по нижнему поясу устанавливаются растяжки.

Система связей покрытия  состоит из горизонтальных и вертикальных. Горизонтальные связи располагают в плоскостях нижних и верхних поясов ферм, вертикальные — в плоскостях опорных и некоторых других стоек ферм.

Вертикальные связи (3) служат для устранения сдвиговых деформаций в связевом блоке покрытия. Вдоль здания вертикальные связевые фермы установлены в связевых блоках  (посередине) в плоскостях вертикальных стоек.

Распорки (растяжки) между нижними поясами ферм закрепляют эти пояса от смещений и тем самым сокращают их расчетную длину из плоскости фермы. Это способствует уменьшению вибрации нижних поясов ферм.

Распорки обеспечивают проектное положение ферм в процессе монтажа и ограничивают гибкость верхних поясов ферм из их плоскостей.

Горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм  служат опорами для верхних концов стоек продольного фахверка. Кроме того, эти связи при действии сосредоточенных крановых нагрузок, приложенных к одной раме, вовлекают в работу соседние рамы, что уменьшает местные поперечные деформации каркаса. Это позволяет избежать заклинивания мостовых кранов и расстройства ограждающих конструкций.

Горизонтальные поперечные связи по верхним поясам ферм  по конструкции и схемам размещения аналогичны связям, но нижним поясам ферм. Они служат для закрепления от смещений распорок по верхним поясам ферм и прогонов.

Связи между колоннами (4), образованные технологическими площадками, устранены по оси Б путем освобождения перемещения по оси Х. Данный шаг выполнен с целью обеспечения свободы температурных перемещений по обе стороны от связевого блока и исключения дополнительных напряжений в продольных элементах каркаса и другие вертикальные связи отсутствуют. По оси А связи между колоннами сохранены.

Температурные швы в здании настоящим проектом не предусмотрены.

Конструктивные элементы площадки выполнены из стали С235.

По степени ответственности сооружение относится к 1 классу.

Нормы проектирования относят подкрановые конструкции к 1-й группе. Для повышения долговечности подкрановых конструкций следует принять конструктивные решения, отвечающие действительным условиям работы, максимально снижающие концентрацию напряжений, повысить качество изготовления и монтажа и обеспечить постоянный надзор за состоянием конструкции в условиях эксплуатации.

Металлические элементы конструкции должны иметь защиту от солнечной радиации.

Расчетная модель принята пространственной, оболочечно-стержневой. Расчетная схема выполнена моделированием стержневых рам с шагом 6 м, для учета взаимного влияния. Общий вид приведен на рис.1.  Аппроксимируя, фундаменты колонн смоделированы в виде связей, закрепленных по 6 направлениям.  Расчетная модель имеет:

1.     узлов - 1594

2.     элементов – 2247

Рис. 1 Модель эстакады в SCAD Office 11.5

 

Основные и второстепенные несущие конструкции:

1.     Колонны;

2.     Ферма, состоящая из 3-х частей (см. рис.1);

3.     Распорки по нижнему и верхнему поясам;

4.     Прогоны (рассчитаны в программе «Кристалл») - учтено силовое воздействие прогонов на стержневую систему;

5.     Балки под технологические площадки на ур. +0,100; +5,100;

6.     Балки под лестничную площадку, трубы (технолог. элемент);

7.     Косоуры под лестничный марш (рассчитаны в программе «Кристалл») - учтено силовое воздействие на стержневую систему;

8.     Связи (торцевые, вертикальные, горизонтальные).

Нагрузки и воздействия

Постоянные нагрузки

Вес конструкций (профнастил, колонны, технологические элементы конструкции, связи).

Кратковременные нагружения

1.     От веса снегового покрова;

2.     Давления ветра;

3.     Технологической нагрузки на площадки на ур. +0,100, +5,100;

4.     Температурное воздействие.

Крановая нагрузка

Наименование нагрузок, комбинации нагрузок, сводную ведомость нагрузок смотреть таблицы 1,2. При задании расчетных сочетаний были учтены взаимоисключение нагрузок (ветровых, крановых), знакопеременность (ветровых, тормозных крановых), а также сопутствие (вертикальных и горизонтальных составляющих крановой нагрузки).

Таблица 1 Имена загружений

Имена загружений

Номер

Наименование

1

Собственный вес

2

Снеговая нагрузка-узловая

3

С.вес профнастила-узл.

4

 Полезная нагрузка на настил (распред)

5

Нагрузка от труб

6

Нагрузка от косоуров (узл.)

7

Ветровая по Х

8

Вестровая по Y

9

Ветровая против Y

10

Температурное воздействие(+)

11

Температурное воздействие(-)

12

Крановая Л-F

13

Тормозная Л-Т1

14

Тормозная Л-Т2

15

Крановая (ударная) Л-Т3

16

Крановая С-F

17

Тормозная С-Т1

18

Тормозная С-Т2

19

Модальный анализ

 

Таблица 2  Комбинации загружений

Комбинации загружений

Номер

Формула

1

(L1)*1+(L3)*1+(L5)*1

2

(L2)*1+(C1)*1

3

(L7)*1+(C1)*1

4

(L8)*1+(C1)*1

5

(L2)*1+(L4)*0.6+(L6)*0.6+(L7)*0.8+(L11)*0.6+(L12)*0.6+(L13)*0.6+(L14)*0.6+(L15)*0.6+(C1)*1

6

(L2)*1+(L4)*0.6+(L6)*0.6+(L8)*0.6+(L10)*0.6+(L16)*0.8+(L17)*0.8+(L18)*0.8+(C1)*1

7

(L2)*1+(L4)*0.6+(L6)*0.6+(L7)*0.8+(L10)*0.6+(L16)*0.6+(L17)*0.6+(L18)*0.6+(C1)*1

8

(L2)*0.8+(L6)*0.6+(L9)*0.6+(L11)*0.6+(L12)*0.8+(L13)*0.8+(L14)*0.8+(L15)*0.8+(C1)*1

 

Результаты расчета

Результаты статического расчета представлены по следующим пунктам:

1.     Деформации (максимальный прогиб);

2.     Расчетные сочетания продольных усилий в элементах фермы (наиболее нагруженной);

3.     Подбор и проверка сечений.

Деформации

Значения перемещений от различных комбинаций сведены в таблицу 3.

Таблица 3  Максимальные вертикальные и горизонтальные прогибы (см. совместно с табл.1, 2)

Наименование
элемента конструкции

Верт.

Пред.

прогиб,мм

Гор.

Пред.

прогиб, мм

№ комбинации

прогибы, мм

прогибы, мм

Х

У

 Колонны

-

-

8,76

-4,41

18

5

-6,68

7,8

6

открытых крановых эстакад

9,28

-14,57

8

Балки крановых путей

-4,65

15

8,12

-3,84

18

5

тормозных путей

2,49

-6,39

7,39

6

-4,61

8,59

-13,9

8

Балки, фермы

-5,91

36

-

-

5

2,93

6

-5,75

8

Усилия М, Q, N

1.     Расчетные значения продольных усилий (максимальных значений) в ферме представлены на рисунке 3.

Рис.2 Фермы в стержневой системе

Рис. 3 Расчетные сочетания продольных усилий

Расчет элементов стальных конструкций

Расчет и проверка элементов стальных конструкций выполнен в программном вычислительном комплексе SCAD Office 11.5. Набор проверок по  СНиП II-23-81* определяется типом поперечного сечения элемента и комплектом действующих на него нагрузок.

В стержнях фермы возникают только осевые усилия, поэтому расчет сводиться к подбору сечения центральнорастянутого или центральносжатого элемента.

Для каждого элемента фермы в соответствии со СНиП II-23-81* выполняются проверки по:

1.     прочности — п. 5.2;

2.     устойчивости в плоскости и из плоскости фермы — п. 5.3;

3.     предельной гибкости — пп. 6.15–6.16.

При подборе и проверке элементов ферм приняты следующие значения коэффициента условий работы :

0,95 — поясов, опорных раскосов, растянутых элементов решетки, сжатых элементов решетки крестового сечения;

0,8 — сжатых элементов решетки таврового сечения при гибкости их больше 60;

Колонны производственных зданий работают на сжатие с изгибом, они могут потерять несущую способность в результате потери устойчивости раньше, чем будет исчерпана несущая способность по прочности. Поэтому стержень сжато-изогнутый (внецентренносжатой) колонны должен быть проверен на общую устойчивость на совместное действие момента Mmax в плоскости действия (и из плоскости) и продольной сжимающей силы в том же сечении.

Сплошные стержни проверяются в соответствии со СНиП II-23-81* по:

1.     Прочности при действии продольной силы N — п. 5.1;

2.     Устойчивости при сжатии в плоскости XoZ и XoY — п. 5.3;

3.     Прочности при действии изгибающего момента My или Mz — п. 5.12;

4.     Прочности при действии поперечной силы Qy или Qz — пп. 5.12, 5.18;

5.     Устойчивости в плоскости изгиба (XoZ или XoY) при внецентренном сжатии — п. 5.27;

6.     Устойчивости из плоскости изгиба (XoZ или XoY) при внецентренном сжатии — пп. 5.30–5.32;

7.     Устойчивости плоской формы изгиба при действии момента My, когда плоскость XoZ определена как силовая — п. 5.15;

8.     Чрезмерным деформациям растянутого волокна — п. 5.28.

Балки проверяются в соответствии со СНиП II-23-81* по:

1.     Прочности при действии изгибающего момента My — п. 5.12;

2.     Прочности при действии поперечной силы Qz — пп. 5.12, 5.18;

3.     Устойчивости плоской формы изгиба при действии момента My — п. 5.15;

4.     Устойчивости при сжатии с двуосным эксцентриситетом — п. 5.34;

 

Сечения унифицированы, то есть их разнообразие не превышает 5 вариаций.

Проверка элементов стальных конструкций выполнена согласно  СНиП II-23-81*.

 

Файл расчета (SCAD Office 11.5):
Эстакада
2011 — 2018 © «Goal»