Введение
При реконструкции здания основной цель является повышение его основных технико-экономических показателей. Так и в нашем случае новым владельца были заказаны работы по комплексному инженерному обследованию технического состояния основных строительных конструкций недостроенного здания-склада, а также разработать возможные варианты размещения подвесного крана грузоподъемностью 5 т.
По результатам не было выявлено точной схемы армирования основных несущих конструкций, поэтому возникла задача проверка несущей способности стропильных ферм при минимальном армировании.
Объект исследования – стропильные железобетонные сегментные фермы с минимальным армированием.
Цель работы – исследование работы стропильный железобетонный сегментный фермы с минимальным армированием под воздействием нагрузок от подвесного крана. Разработка возможных вариантов размещения подвесного крана и способов передачи нагрузок от него на несущие конструкции.
Научная новизна – разработан способ крепления подвесных кранов, с высокой грузоподъёмностью, к стропильный железобетонный сегментный фермы с малой несущей способностью.
1. Описание местоположения и характеристик конструктивного решения здания
Здание-склад находится по адресу Ленинградская область, деревня Горки. Характеристики населенный пункт [1]:
- типу местности А;
- ветровой район I;
- снеговой район III;
- средняя скорость ветра зимой 4 м/сек;
- средняя температура января -10°C.
Достоверные сведения о сроках строительства здания склада отсутствуют. Предположительно объект был построен в конце 80-х – начале 90-х годов прошлого столетия и предназначался для хранения машин и механизмов.
Склад запроектирован в виде прямоугольного в плане одноэтажного производственного здания размерами в осях “А–Д” и “1–8” соответственно 24,0´42,0 м. Высота здания от уровня чистого пола до низа несущих конструкций покрытия составляет 8,4 м.
Водоотвод с крыши здания неорганизованный.
Доступ на крышу осуществляется с помощью металлической лестницы.
Для аэрации здания проектируются окна с открывающимися створками.
Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечиваются прогонами для крепления стеновых панелей, балками распорками в уровне фундаментов и плитами покрытия, а также вертикальными связями по колонам.
Конструктивная схема – одноэтажное однопролетное здание каркасного типа.
- Фундаменты – отдельно стоящие столбчатые из монолитного железобетона с отметкой низа подошвы фундамента на отм. -1,75м. от уровня пола здания с распорками по контуру.
- Колонны – железобетонные с сечением 500×400мм и 400×400 мм. Сетка расположения колонн – 6,0´12,0 м. При этом промежуточные колонны, расположенные вдоль ряда «В», являются согласно исходному проекту несущими для опирания конструкций перекрытий встроенных помещений, а крайние несущие колонны (вдоль рядов «А», «Д») служат для восприятия нагрузок от стропильных ферм покрытия. Привязка колонн при их шаге 6м к осям здания – «нулевая». Привязка колонн в торцах здания к разбивочным осям – «500». Привязка фахверковых колонн – «нулевая».
- Покрытие – ребристые железобетонные плиты 3ПГ6-1АIIIв размерами в плане 3,0´6,0 м, выполнены согласно [2]. Опираются на железобетонные сегментные фермы пролетом 24 м. Отметка низа расположения ферм – +8,4 м.
- Кровля – рулонная 2-х слойная по цементно-песчаной стяжке толщиной δ = 30 мм с нижним слоем из “Унифлекс ЭПП” по битумной мастике, а верхним - “Унифлекс ЭКП”.
- Стропильные конструкции – стропильные железобетонные сегментные фермы 1ФС24-1АIIIв пролетом 24м с промежуточными опорами, выполнены согласно [3].
- Окна – металлопластиковые оконные переплеты индивидуального изготовления с одинарным стеклопакетом фирмы «Rehau».
- Ворота – металлические распашные, утепленные с внутренней стороны утеплителем Rockwool толщиной 50мм
- Ограждающие конструкции – навесные стеновые сендвич-панели с толщиной утеплителя не менее б=120мм со стыковкой панелей межу собой вертикально по типу «замок» (см. АС-7…10) с герметизацией на объекте в соответствии с ТУ производителя для применяемых сендвич-панелей, опирающихся на прогоны ограждения с опиранием на металлические столики, которые крепятся к существующим закладным деталям ко-лонн.
- Вертикальные связи – металлические крестовые в осях «4-5» по рядам «А», «В», «Д».
- Пути подвесного крана выполнены из двутавра М45.
- Полы состоят из :
- бетонный пол В10 – 50мм;
- бетонная подготовка В7,5 – 150мм;
- два слоя пергамина с графитовой прослойкой;
- утрамбованный песок с щебнем 200мм;
- монолитной основание 300мм.
Общий вид производственного здания-склада на момент обследования представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Общий вид производственного здания-склада на момент обследования.
2. Варианты схем крепления подвесных кранов к существующим конструкциям здания
Одной из задач, поставленной заказчиком при обследовании строительных конструкций здания, было определение схемы крепления подвесных кранов к существующим конструкциям здания с допустимой грузоподъёмностью кранов равной 5т.
При решении данной задачи были использованы характеристики подвесных кранов по [4]. Снеговые и ветровые нагрузки, а также коэффициенты надежности и условий работы к крановым нагрузкам определялись согласно [1]. Конструкция кровли принята согласно исходному проекту. Варианты схем крепления подвесных кранов.
- Вариант 1
Рассмотрен случай использования двухпролетного подвесного крана пролетом 10,5 м + 10,5 м. Данный вариант является типовым для стропильных железобетонных сегментных ферм пролетом 24м и разработан согласно [5]. Схема крепления подвесного крана представлена на рисунке 2
Рисунок 2. Схема крепления подвесного крана. Вариант 1.
- Вариант 2
Рассмотрен случай использования двух подвесных кранов пролетами 9,0 м, перемещающихся параллельно один другому вдоль здания. Данный вариант является также типовым для стропильных железобетонных сегментных ферм пролетом 24м и разработан согласно [5]. Схема крепления подвесных кранов представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема крепления подвесных кранов. Вариант 2.
- Вариант 3
Рассмотрен случай использования двух подвесных кранов пролетами 9,0 м, перемещающихся параллельно друг другу. При этом рассмотрена иная схема крепления балок крановых путей: в опорных узлах фермы схема крепления балок идентична вариантам 1 (рисунок 2), а в середине пролета крепление крановых балок выполнено не к нижнему поясу фермы, а к промежуточным несущим колоннам по среднему ряду «В». То есть, нагрузка от кранов в элементах нижнего пояса ферм в их средней части к стропильным фермам не прикладывается. Схема крепления подвесных кранов представлена на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема крепления подвесных кранов. Вариант 3.
Среди представленных вариантов наиболее выгодный, с точки зрения покрытия площади склада, является применение двухпролетного подвесного крана, главными недостатками его использования являются: большие нагрузки на стропильную ферму и высокая загруженность, при выполнении большого количества задач. Решением последнего недостатка является размещение двух подвесных кранов последовательно или параллельно (вариант 2), но они тоже сильно нагружают ферму. Использование схемы разрешения подвесных кранов рассмотренной в варианте 3 разработано с целью решить эти проблемы.
3. Определение нагрузок, действующих на стропильную ферму
Нагрузки, кроме крановых, представлены в таблице 1 и являются сосредоточенными в местах стыка плит перекрытия с фермой. Грузовая площадь, рассчитанная по формуле (1).
А=l*b, (1)
где l – шаг колонн, равный 6 м; b – ширина плиты покрытия, равна 3 м [2].
А=3*6=18 м2;
Таблица 1- Нагрузки
| Наименование нагрузки |
Норматив. нагрузка, кг |
Коэффициент надежности |
Расчетная нагрузка, кг |
| Нагрузки от кровли (2) |
1231,2 |
1,3 |
1600,56 |
| Нагрузки от плиты покрытия (3) |
2690 |
1,1 |
2948 |
| Нагрузки от фермы (1) |
11200 |
1,1 |
12320 |
| Снеговые нагрузки (4) |
3240 |
||
| Воздействие ветра на интервале(5)
- от 0 до 8 м: - от 8 до 16 м: - от 16 до 24 м: |
198 486 234 |
Крановые нагрузки.
Основные параметры и размеры однопролетных и двухпролетных подвесных кранов представлены на рисунке 5 и рисунке 6 соответственно [4]. Характеристики использованных подвесных кранов грузоподъемностью 5 т и высотой подъема 12м, согласно [4], приведены в таблице 2.Значение нагрузок от подвесных кранов представлены в таблице 3.
Рисунок 5
Рисунок 6
Таблица 2 – Характеристики используемых кранов
|
Полная длина L, м |
Пролет Ln, м |
Длина консолей l, м |
Размеры, мм |
Нагрузка на путь, кН |
Конструктивная масса, т |
|||||
|
Аmin |
B |
b |
h |
h1 |
от тележки |
от колеса |
||||
|
не более |
не более |
|||||||||
|
10,8 |
9,0 |
0,9 |
900 |
2100 |
1050 |
2240 |
720 |
17,41 |
8,7 |
2,48 |
|
16,8 |
15,0 |
0,9 |
900 |
2100 |
1050 |
2240 |
720 |
18,44 |
9,22 |
3,38 |
|
22,8 |
10,5+10,5 |
0,9 |
900 |
2100 |
1050 |
2120 |
600 |
17,92 |
8,96 |
3,91 |
Таблица 3 – Нагрузки от подвесных кранов
|
Вариант крепления крана |
Наименование нагрузки |
Норматив. нагрузка, кг |
Коэффициент надежности |
Расчетная нагрузка, кг |
|
1 |
Максимальная вертикальная нагрузка действует на крайний крановый путь:
Dmax(6): Dц min(6): Dк min(6): Т(7): Максимальная вертикальная нагрузка действует на центральный крановый путь: Dmax(8): Dк min(8): Т(9): |
6630,4 975,4 571,3 339,6 6630,4 571,3 339,6 |
1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 |
7956,5 1170,5 685,6 407,5 7956,5 685,6 407,5 |
|
2 и 3 |
Dmax(10):
Dmin(10): Т(11): |
6264 369,5 337,1 |
1,2 1,2 1,2 |
7516,8 443,4 404,5 |
| где Dmax – наибольшая вертикальная сила, действующая на крановый путь; Dmin – наименьшая вертикальная сила, действующая на крановый путь; Т – горизонтальная нагрузка, направленная поперек кранового пути и вызванная торможением электрической тележки. | ||||
4. Результаты расчета
Расчеты выполнены методом конечных элементов (МКЭ) с помощью ПК «SCAD 11.5». Расчетная схема – плоская однопролетная рама. Результаты расчета рассматриваются в виде площади сечения продольной арматуры стержней фермы, и сравнивается с нормативными значениями при минимальном армировании фермы 1ФС24 – 1АIIIВ согласно [3].
Характеристики продольного армирования стержней фермы 1ФС24 – 1АIIIВ [3]:
- Верхний пояс, раскосы и стойки: 4Ø10 AШ (3,14 см2);
- Нижний пояс: 7Ø16 AШ (14,07 см2).
4.1. Вариант 1
На рисунке 7 представлены результаты армирования для наивыгоднейшего сочетания нагрузок: L1+L2+L3+1.0*L4+0.9*L5+0.7*L8+0.7*L9
Рисунок 7. Результаты армирования фермы. Вариант 1
В результате расчета при использовании двухпролетного подвесного крана грузоподъемностью Q = 5 т наибольшее превышение по площади сечения продольной арматуры (8,19 см2), возникающее в верхнем поясе стропильной фермы от внешних нагрузок при наивыгоднейшем сочетании нагрузок, над значением минимального армирования для фермы 1ФС24 (3,14) составляет 160%. Армирование стоек и раскосов для нормативного значения продольный арматуры выполнено с запасом 21%, нижний пояс также армируется с запасом 29%.. Таким образом, использовании двухпролетного подвесного крана грузоподъемность Q = 5 т пролетом 10,5 м + 10,5 м без усиления верхнего пояса стропильных ферм не допускается.
4.2. Вариант 2
На рисунке 8 представлены результаты армирования для наивыгоднейшего сочетания нагрузок: L1+L2+L3+1.0*L4+0.9*L5+0.7*L8+0.7*L9
Рисунок 8. Результаты армирования фермы. Вариант 1
В результате расчета при использовании подвесных кранов грузоподъемностью Q = 5 т наибольшее превышение по площади сечения продольной арматуры (8,59 см2), возникающее в верхнем поясе стропильной фермы составляет 170%. Запасы для нижнего поясе стропильной фермы от внешних нагрузок составляют 29%, а для раскосов и стоек – 11%. Таким образом параллельное расположение подвесных кранов Q = 5 т пролетом 12 м без усиления верхнего пояса стропильных ферм не допускается.
4.3. Вариант 3
На рисунке 9 представлены результаты армирования для наивыгоднейшего сочетания нагрузок: L1+L2+L3+1.0*L4+0.9*L5+2*0.7*L10+2*0.7*L11
Рисунок 9. Результаты армирования фермы. Вариант 3
В результате расчета установлено, что при использовании подвесных кранов грузоподъемностью Q = 5,0 т запас по площади поперечного сечения арматуры в наиболее нагруженных элементах для верхнего пояса составляет 0%, для раскосов и стоек – 2%, а нижнего пояса – 7%. Таким образом, при устройстве подвесных кранов по варианту 3 необходима разработка проектов крепления балок крановых путей к колоннам по среднему ряду «В» и устройству связей по колоннам этого ряда и между стропильными фермами для обеспечения пространственной жесткости каркаса здания.
Заключение
Среди рассмотренных вариантов размещения и способов крепления подвесных кранов наилучшим является вариант с использованием двух подвесных кранов пролетами 9,0 м, перемещающихся параллельно друг другу. При схеме крепления балок крановых путей: в опорных узлах фермы и в середине пролета крепление крановых балок к промежуточным несущим колоннам по среднему ряду «В» (рисунок 4). Данная схема позволит использовать кран грузоподъемность 5 т без необходимости усиления элементов стропильный железобетонной сегментной фермы. При этом сохранить максимальную эффективность использования кранов путем почти полного покрытия площади склада.
Библиографический список
- СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. – М. 2011
- Серии 1.465.1-21.94. Плиты железобетонные ребристые размером 3х6 м для покрытия одноэтажных производственных зданий. – М. 1995
- Серия 1.463.1-16. Фермы стропильные железобетонные сегментные для покрытий одноэтажных производственных зданий пролетами 18 и 24 м (в опалубочных формах ферм серии ПК-01-129/78). – ЦИТП Госстроя СССР. 1990
- ГОСТ 7890-93. Краны мостовые однобалочные подвесные. Технические условия. – М.: Издательство стандартов, 1994.
- Серия 1.426.2-6. Балки путей подвесного транспорта. – М. 1992
- СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция. – М.: ГП ЦПП, Госстрой России. 2003. 95 с.
- СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М.: ГУП НИИЖБ, ФГУП ЦПП, 2004. 24 с.
- СП 52-102-2004 Предварительно напряженные железобетонные конструкции. М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2005. 51 с.
- Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. – М.: ООО «Бастет», 2009. 768 с.
- Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций (к СП 521022004). М.: НИИЖБ, 2005. 79 с.
Количество просмотров публикации: Please wait