2. Расчет нагрузок на поперечную раму. Расчетные сочетания усилий.

Основная конструкция каркаса – поперечная рама, образованная колоннами, заделанными в фундамент и ригелями.

Поперечная рама испытывает действие постоянных нагрузок от веса покрытия и различных временных нагрузок от снега, вертикального и горизонтального давления мостовых кранов, положительного и отрицательного давления ветра и др.

В расчетной схеме рамы соединение ригеля с колон­ной считают шарнирным, а соединение колонны с фун­даментами – жестким. Длину колонн принимают равной расстоянию от верха фундамента до низа ригеля.

Цель расчета поперечной рамы – определить усилия в колон­нах от расчетных нагрузок и подобрать их сечения, а так­же определить боковой прогиб верха рамы от нормаль­ной ветровой нагрузки.

Предъявленный прогиб, установ­ленный нормами, составляет:

где длина колонны от верха фундамента до низа стропильной конструкции – ригеля рамы.

Постоянная нагрузка от веса покрытия передается на колонну как вертикальное опорное давление ригеля F. Эту нагрузку подсчитывают по соответствующей грузовой площади.

Вертикальная нагрузка приложена по оси опоры ригеля и передается на колонну при привязке на­ружной грани колонны к разбивочной оси на 250 мм с эксцентриситетом:

• в верхней надкрановой части (при нулевой привязке );

• в нижней подкрановой части [при нулевой привязке ];

нагрузка F приложена с моментом, равным .

• Нагрузка от собственного веса шатра покрытия и надкрановой части колонны:

где объемный вес железобетона.

• Постоянная нагрузка от собственного веса стены

где объемный вес материала стеновой панели; удельный вес стекла; толщина двойного остекления; 1,75 – коэффициент, учитывающий вес оконной коробки и переплетов; суммарная высота стеновых панелей без цокольной панели и высота верхней полосы остекления, соответственно. (В расчете считается, что вес нижней полосы остекления и цокольной панели передается на фундаментную балку).

• Нагрузка от веса подкрановой части колонны и подкрановой балки

где длина подкрановой части колонны; высота сечения ветви подкрановой части колонны; высота консоли колонны; число распорок в нижней части колонны, расположенных выше планировочной отметки; высота сечения распорки, принята из условия: [по Байкову, п. 13.1.4]; полная высота сечения нижней части колонны.

где нормативный вес подкрановой балки [по 6, табл. 1].

Все нагрузки от колонны, подкрановых балок, веса стены считаются как И умножаем на коэффициенты – коэффициент надежности по назначению здания (умножая на него мы из нормативной нагрузки получаем расчетную), и – коэффициент надежности по нагрузке.

Временную нагрузку от снега устанавливают в соот­ветствии с географическим районом строительства и про­филем покрытия. Она передается на колонну так же, как вертикальное опорное давление ригеля F, и подсчитывается по той же грузовой площади, что и нагрузка от веса покрытия.

• Расчетная снеговая нагрузка на 1 м² горизонтальной поверхности земли определяется по формуле

где нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности, в зависимости от снегового района; коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие ( - коэффициент конфигурации кровли, при условии равномерного распределения снеговой нагрузки и отсутствия перепада высот на покрытии при расчете колонн производственных зданий.) =1,4 – коэффициент надежности по нагрузке.

Это формула из СНиПа, в СП даны сразу расчетные значения веса снегового покрова и там не надо умножать на коэффициент , но там добавляются коэффициенты, учитывающий снос снега с покрытия здания и термический коэффициент.

Нагрузка от снега на колонну:

Временную нагрузку от мостовых кранов:

Число кранов, учитываемое в расчетах прочности и устойчивости при определении вертикальных и горизонтальных нагрузок от мостовых кранов следует принимать по строительному заданию на основании технологических решений.

Ми определяли от двух мостовых кранов, работающих в сближенном положении. Коэффициент надежности для определения расчетных значений вертикальной и горизонтальной на­грузок от мостовых кранов .

Вертикальную нагрузку на колонну вычисляют по ли­ниям влияния опорной реакции подкрановой балки, наибольшая ордината которой на опоре равна единице.

Од­ну сосредоточенную силу от колеса моста прикладывают на опоре, остальные силы располагают в зависимости от стандартного расстояния между колесами крана.

Максимальное давление на колонну

при этом давление на колонну на противоположной сто­роне

Вертикальное давление от кранов передается через подкрановые балки на подкрановую часть колонны с экс­центриситетом, равным для крайней колонны

при нулевой привязке

для средней колонны .

Соответствующие моменты от крановой нагрузки

Горизонтальная нагрузка на колонну от торможения двух мостовых кранов, находящихся в сближенном поло­жении, передается через подкрановую балку по тем же линиям влияния, что и вертикальное давление:

Максимальное вертикальное нормативное давление колеса крана (нагрузка на ось) определяется по ГОСТу для определенного крана.

[ГОСТ 25711-83,табл.2].

Минимальное вертикальное давление колеса крана при двух колесах по одному рельсовому пути:

– грузоподъемность крана; – масса крана с тележкой.

Горизонтальное нормативное давление колеса крана на рельс при поперечном торможении тележки

– масса тележки. По [СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия, п.4.4].

Расчетные крановые нагрузки на колесо:

коэффициент надёжности.

где коэффициент сочетания [СНиП нагрузки, подразд. 4.17];

При учете двух кранов нагрузки от них необходимо умножать на коэффициент сочетаний:

=0,85 - для групп режимов работы кранов 1К-6К;

=0,95 - для групп режимов работы кранов 7К, 8К.

При учете четырех кранов нагрузки от них необходимо умножать на коэффициент сочетаний:

=0,7 - для групп режимов работы кранов 1К-6К;

=0,8 - для групп режимов работы кранов 7К, 8К.

При учете одного крана вертикальные и горизонтальные нагрузки от него необходимо принимать без снижения.

Временную ветровую нагрузку принимаю в зависимости от географического района и высоты здания, устанавливая ее значение на 1 м² поверхности стен и фонаря. С наветренной стороны действует положительное давление (активное), с подветренной – отрицательное (пассивное).

В расчете стеновые панели передают ветровое давление на колонны в виде равномерно распределенной по высоте колонны нагрузки , а также сосредоточенной нагрузки в уровне верха колонны , действующей на участке высотой от верха колонны до верха парапета и шириной, равной шагу рам В. Площадь участка равна . Так как нормы [Нагрузки и воздействия] предусматривают трапециевидные эпюры ветровой нагрузки с увеличением ординат по высоте (с целью упрощения расчетов) приводим трапециевидную нагрузку к равномерно распределенной из условия равенства площадей эпюр ветровых коэффициентов (или через равенство моментов в заделке колонны).

Через равенство моментов:

Коэффициент _k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по таблице 6 СНиП нагрузки в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:

А - открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

B - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

С - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

В нашем случае коэффициенты даны для типа местности А.

Т.е. , так должно быть. – площадь прямоугольной или трапециевидной части эпюры. – плечо.

Тогда отсюда

Через равенство площадей эпюр.

Рис. 11. Эпюра изменения ветрового напора

По интерполяции находим ординаты коэффициентов ветровой нагрузки на уровне верха колонны и парапета:

Коэффициент приведения трапециевидной нагрузки к эквивалентной равномерно распределенной на участке до верха колонны:

Получаем интенсивность ветровой равномерно распределенной нагрузки (давления) по высоте колонны:

– с наветренной стороны ;

– с подветренной стороны ,

где расчетная ветровая нагрузка без учета аэродинамического коэффициента.

Нормативное значение ветрового напора определяется по [НиВ, табл. 5] в зависимости от места строительства. Аэродинамический коэффициент активного давления с наветренной стороны ; коэффициент пассивного давления с подветренной стороны определяется по [НиВ, прил. 4] в зависимости от отношения высоты цеха к его ширине и отношения длины здания к его ширине (он с минусом, так как ветер направлен изнутри здания наружу).

– шаг рам.

Получаем давление с наветренной и подветренной стороны:

Ветровая нагрузка , действующая выше верха колонны, прикладывается в уровне низа ригеля рамы.

Суммарное давление ветра на парапет с наветренной и подветренной сторон:

где расчетное давление без учета аэродинамических коэффициентов.

– площадь эпюры ветровых коэффициентов в пределах высоты парапета.

На основании выполненного расчета строят эпюры моментов для различных загружении рамы и составля­ют таблицу расчетных усилий М, N, Q в сечениях колон­н. Прн расчете прочности рассматри­вают три сечения колонны: 1-1 — над консолью колонны (надкрановая часть колонны); сечение 2-2 — под консолью колонны (подкрановая часть); сечение 3-3 — в основании (у фундамента).

В каждом сечении колонны определяют три комбинации усилий:

М_mах и соответствующие N, Q;

M_mim и соответствующие N, Q;

N_max соответствующие М и Q.

При составлении таблицы РСУ (расчетные сочетаний усилий) рассматриваются два основных сочетания усилий и одно особое:

I ОСН: П+1В;

II ОСН: ;

III ОСН (особое): ; .

– коэффициент сочетания нагрузок.

Нагрузки:

П – постоянная, В – временная в нее входят: Д – длительная и К – кратковременная.