3.4. Статический расчет поперечной рамы
3.4.1. Определение расчетных усилий в колонне
Поперечные рамы производственных зданий рассчитываются как плоские статически неопределимые системы. При расчете плоских рам на воздействие крановых нагрузок можно исходить из пространственной работы каркаса, учитывая вовлечение в работу соседних рам через горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм и диск покрытия. Учет этого фактора позволяет снизить изгибающие моменты в нижних сечениях колонн и уменьшить горизонтальные перемещения каркаса.
Статический расчет поперечной рамы на различные виды загружения выполняется известными методами строительной механики (метод сил, метод деформаций и др.) или практическими методами с использованием вспомогательных таблиц и графиков. Целесообразно выполнять статические расчеты на ЭВМ с использованием программных комплексов («Рама-1» – при жестком сопряжении ригеля с колонной, «Рама-2» – при шарнирном сопряжении и ряда других программ).
Статический расчет производится отдельно на каждую нагрузку или группу нагрузок, которые не могут действовать изолированно одна от другой (собственный вес конструкций покрытия, стенового ограждения, подкрановых балок и др.). Горизонтальные силы от поперечного торможения кранов учитываются только в совокупности с вертикальным давлением кранов и рассматриваются как одна кратковременная нагрузка. Для статического расчета рамы на ЭВМ составляется таблица исходных данных (см. приложение Б, табл. Б.1). В результате расчета машина выдает значения изгибающих моментов, нормальных и поперечных сил: в характерных сечениях колонны, где усилия носят скачкообразный характер или изменяется размер сечения стержня колонны по длине; при наличии проема для прохода в верхней части колонны у начала и конца прохода (см. приложение Б, табл. Б.2).
Наиболее характерными сечениями колонны являются:
1-1 – на уровне обреза фундамента;
2-2 – в верху подкрановой части колонны (бесконечно близко к уступу колонны снизу);
3-3 – в низу надкрановой части колонны (бесконечно близко к уступу колонны сверху);
4-4 – на уровне верхнего пояса подкрановой балки;
5-5 – в верхней части колонны на уровне примыкания ригеля к колонне.
Принимается правило знаков усилий (рис. 3.5).
На рис. 3.6–3.13 показаны эпюры изгибающих моментов и нормальных сил в поперечной раме от различных видов загружения.
Для симметричной рамы таблица расчетных усилий, полученных в результате расчета раздельно по каждому виду загружения, составляется для характерных сечений одной левой колонны (табл. 3.11).
Рис. 3.5. Принятое правило знаков усилий
Рис. 3.6. Эпюры M и N от постоянной нагрузки
Рис. 3.7. Эпюры M и N от снеговой нагрузки
Рис. 3.8. Эпюры M и N от вертикального давления кранов
(Dmax на левой колонне)
Рис. 3.9. Эпюры M и N от вертикального давления кранов
(Dmax на правой колонне)
Рис. 3.10. Эпюры M и N от горизонтального торможения кранов,
приложенного у левой колонны
Рис. 3.11. Эпюры M и N от горизонтального торможения кранов,
приложенного у правой колонны
Рис. 3.12. Эпюры M и N от ветровой нагрузки (ветер слева)
Рис. 3.13. Эпюры M и N от ветровой нагрузки (ветер справа)
Чтобы учесть все возможные случаи загружения, в таблицу заносят усилия: от крановых вертикальных воздействий при тележке у правой колонны (эпюра – зеркальное отображение эпюры при тележке слева), от горизонтальной крановой нагрузки Т, приложенной к другой колонне, от ветра при другом его направлении.
При составлении табл. 3.11 необходимо иметь ввиду, что в табл. Б.2 знак поперечной силы Qп от давления кранов Dmax на левой колонне и ветровой нагрузки, действующей слева направо, определен для правой колонны. При изменении направления ветра и приложении Dmax на правую колонну знак поперечной силы Qл в левой колонне поменяется на противоположный согласно принятому правилу знаков усилий.
Для удобства определения расчетных комбинаций усилий в таблице приводятся усилия от кратковременных нагрузок с коэффициентами сочетаний 1,0; 0,9 и 0,7.
При расчете на ЭВМ, ввиду возможных ошибок и неточностей в задании исходной информации, расшифровке данных и др., выданные результаты могут быть ошибочными. Указанные обстоятельства требуют повышенного внимания на анализ решений, их соответствия расчетной схеме по нагрузкам и условиям закрепления, по характеру эпюр, по условиям равновесия всей системы в целом и выделанных из системы отдельных частей.