1.4. Система фахверков.

Фахверком называется система конструктивных элементов, служащих для поддержания стенового ограждения и восприятия (с последующей передачей на фундаменты и другие конструкции) ветровой нагрузки. В торцах здания необходимо предусмотреть ворота для автомобильного и железнодорожного транспорта. Размеры ворот 3х3м – для автомобильного транспорта, 4,7х5,6м – для железнодорожного транспорта. Для устройства этих ворот необходимо разработать систему фахверков.

2. Статический расчет поперечной рамы.

2.1. Расчетная схема рамы.

В соответствии с конструктивной схемой (см. рис. 1.1) выбираем ее расчетную схему и основную систему (рис. 2. 1.). Сопряжение ригеля с колонной назначаем жестким; сквозные колонны и фермы заменяем сплошными эквивалентной жесткости; ригель принимаем прямолинейным (т. к. имеем небольшой уклон верхнего пояса фермы).

Расстояние между центрами тяжести верхнего и нижнего участков колонн:

е₀ = 0,5 ( hн - hв ) = 0,5 ( 1250 - 750 ) = 0,25м

Задаемся соотношением моментов инерции элементов рамы:

I_H / I_В = 8; I_Р / I_Н = 4; Если I_В = 1, I_Н = 8, I_Р = 32.

2.2. Нагрузки на поперечную раму.

Все нагрузки подсчитываются с учетом коэффициента надежности по назначению (γ_н = 0,95).

Постоянная нагрузка.

Нагрузку на 1м² кровли подсчитываем по таблице.

Таблица 1. Постоянная поверхностная распределенная нагрузка от покрытия

Состав покрытия	Нормативная, кПа	Коэффициент перегрузки	Расчетная, кПа
Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием) γ = 21 кН/м³ t = 20мм	0,42	1,3	0,55
Гидроизоляция (4 слоя рубероида)	0,2	1,3	0,26
Утеплитель (пенопласт) ) γ = 0,5 кН/м³ t = 50	0,03	1,2	0,04
Пароизоляция (1 слой рубероида)	0,04	1,3	0,05
Стальная панель с профилированным настилом	0,35	1,05	0,37
Собственный вес металлических конструкций шатра (фермы, связи, подкрановые балки)	0,45	1,05	0,472

Итого: g^н_кр = 1,49 кПа g_кр = 1,74кПа

Расчетная равномерно распределенная линейная нагрузка на ригель рамы:

q_п = γ_н g_кр b_ф / cosα = 0,95*1,74*12 /0,9965 = 19,8 кН/м;

где:

q_п- линейная нагрузка на ригель рамы

b_ф – шаг стропильных ферм(ширина грузовой площади).

Опорная реакция ригеля рамы:

F_R = q_п l/2 = 19,8 * 24 / 2 = 237,6 кН.

Расчетный вес колонны. Верхняя часть (20% веса)

G_В = 0,95∙1,05∙0,2∙0,5∙12∙12 = 17,24 кН

Нижняя часть (80% веса)

G_Н = 0,95∙1,05∙0,8∙0,4∙12∙12 = 44,16 кН

Поверхностная масса стен 200 кг/м², переплетов с остеклением 35 кг/м². В верхней части колонны (включая вес этой колонны):

F₁ = γ_н (1,2∙2∙(1,05 + 5,6)∙12 + 1,1∙0,35∙1,2∙12) + 17,24 = 214,13 кН

в нижней части колонны:

F₂ = γ_н (1,2∙2∙(2,4 + 2,55)∙12 + 1,1∙0,35∙6∙12) + 44,16 = 214,44 кН

Постоянные нагрузки показаны на рис. 2.1.б.

Снеговая нагрузка.

Вес снегового покрова р₀ =0,48кПа. При g^н_кр / р₀ = 1,49 / 0,48 = 0,99 коэффициент перегрузки n = 1,4. Линейная распределенная нагрузка от снега на ригель рамы:

q_сн = γ_н ncр₀b_ф = 0,95∙1,4∙1∙0,48∙12 = 23,94 кН/м

Опорная реакция ригеля:

F_R = 23,94∙24/ 2 = 287,28 кН (рис. 2.1, в.)

Вертикальные усилия от мостовых кранов.

База крана (5,1м) и расстояние между колесами двух кранов (1,2м), а также нормативное усилие колеса – по приложению 1.

расчетное усилие, передаваемое на колонну колесами крана:

D_max = γ_н (nn_c∑ F_{k max} y + nG_H + ng_нb_тb)

D_max = 0,95(1,1∙0,95∙410∙(0,47+0,9+1+0,57) + 1,05∙36

+ 1,2∙1,5∙1,5∙12)=0.95(967,77 + 78.75 + 32,4) = 1024.97 кН

n, n_c – коэффициенты перегрузки и сочетаний; F_{k max} – нормативное вертикальное усилие колеса; y – ордината линии влияния; G_H – нормативный вес подкрановых конструкций;

g_н – полезная нормативная нагрузка; b_т – ширина тормозной площадки; b – шаг колонн.

(вес подкрановой балки по таблице 12.1; G_П = 0,25∙12∙12 = 36 кН);

Нормативные усилия, передаваемые колесами другой стороны крана:

F_К = (9,8Q + Q_К) / n₀ – F_{К max} = (9,8∙100 +520) / 2 – 410= 92 кН

где: Q- грузоподъёмность крана

Qк- масса крана с тележкой

n_0- число колёс с одной стороны крана

Сила передаваемая на другой ряд колон

D_min = γ_н (nn_c∑ Fк’ *y + nG_H + ng_нb_тb)

Dmin = γн (967,77∙92 / 410+ 78.75 + 32.4) = 374,11 кН

Сосредоточенные моменты от вертикальных усилий М_max , М_min :

Определяем расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны:

е_к = 0,5h_н = 0,5∙1,250 = 0,625м;

М_max = е_к D_max = 0,625∙1024,97 = 640,61 кНм; М_min = е_к D_min = 0,625∙374,11 = 233,82 кНм.

Горизонтальная сила от мостовых кранов,

передаваемая одним колесом:(для кранов с гибким подвесом груза)

Т_К^н = 0,05(9,8Q + G_Т)/n₀ = 0,05(9,8∙100 + 120)/2 = 10.35кН

Расчетная горизонтальная сила Т, передаваемая подкрановыми балками на колонну

от сил Т_К определяется для того же положения крана, как и для вычисления D_max :

Т = γ_нnn_c∑ Т_k^н y = 0,95∙1,1∙0,95∙10,35∙2,94 = 30,21кН

Считаем условно, что сила Т приложена в уступе колонны. Рис. 2.2.б.

Ветровая нагрузка.

Нормативный скоростной напор ветра q ₀ = 0,63 кПа. поправочные коэффициенты на возрастание скоростных напоров ветра по высоте k для 10м – 0,65; 20м – 0,9; 30м – 1,05.

Расчетная линейная ветровая нагрузка, передаваемая на стойку рамы:

c – аэродинамический коэффициент, зависящий от расположения и конфигурации поверхности, для вертикальных стен;

с = 0,8 – с наветренной стороны; с = 0,6 – со стороны отсоса;

n – коэффициент перегрузки, n = 1,2;

В – ширина расчетного блока.

Линейная распределенная нагрузка при высоте:

до 10м: 2,52∙0,65 = 1,638 кН/м;

20м: 2,52∙0,9 = 2,268 кН/м;

30м: 2,52∙1,05 = 2,646 кН/м.

22м: q₁= 2кН/м;

24,25м : q₂= 2,145 кН/м.

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки:

Эквивалентные линейные нагрузки:

Ветровые нагрузки показаны на рис. 2.3.