Статический расчет поперечной рамы

1. Цель и содержание

Цель – определить усилия в крайней стойке поперечной рамы.

Исходные данные – результаты решения предыдущих трех занятий.

2. Теоретическое обоснование

Расчетная схема поперечной рамы – это многократно статически неопределимая система с жесткими узлами, определение усилий в которой требует знание момента инерции всех стержней или, по крайней мере, их соотношения.

Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести верхнего и нижнего сечений колонны. В ступенчатых колоннах центры тяжести верхней и нижней части расположены не на одной оси, поэтому стойка рамы имеет уступ, равный расстоянию между геометрическими осями колонн. Заделка стоек считается жесткой и принимается на уровне низа базы колонны, ось ригеля совмещается с нижним поясом стропильной фермы. Стропильная ферма считается недеформируемой в горизонтальном направлении.

Момент инерции горизонтального участка (уступа) колонны принимается равным бесконечности. Соотношение моментов инерции остальных элементов рамы принимаются в следующих пределах: IN/IB=5-10, IP/IN=2-6.

На поперечную раму действуют постоянные нагрузки от веса ограждающих и несущих конструкций здания, временные технологические от мостовых кранов, а также атмосферные – воздействие снега и ветра.

Постоянные нагрузки на ригель и снеговая нагрузка принимаются равномерно распределенными по длине ригеля. Переменная по высоте ветровая нагрузка приводится к равномерно распределенной и прикладывается с различными значениями (активное и пассивное давление ветра) в одном направлении к правой и левой стойкам рамы. Сосредоточенная ветровая нагрузка от шатра приложена в уровне верха колонны – правой FB1 и левой FB. Нагрузки от мостовых кранов вертикальное давление DMAX и DMIN приложены в уровне уступов колонн по осям подкрановых балок и поэтому не только сжимают нижнюю часть колонны, но и передают на нее изгибающие моменты ММАХ и MMIN. Горизонтальная сила Т приложена в раме в уровне уступа. Сила F1 включает в себя собственный вес надкрановой (верхней) части колонны и нагрузку от стен на участке от верха колонны до уступа колонны.

Расчетная схема рамы показана на рис. 5.1.

Рисунок 5.1. Расчетная схема рамы

Расчет одноэтажной однопролетной поперечной рамы промышленного здания осуществляется с помощью пакета прикладных программ SCAD Structure.

Предварительно студент должен выполнить компоновку здания, определить все действующие нагрузки и задаться соотношением жесткостей верхней и нижней частей ступенчатой колонны (принять IB=1, IN=6).

Для расчета на ЭВМ необходимо представить следующие параметры:

L – пролет рамы, м;

Н – полная высота колонны, м;

НВ – высота надкрановой (верхней) части колонны, м;

Е – расстояние между центрами тяжести верхней и нижней частей колонны, м;

G – постоянная равномерно распределенная нагрузка на ригель, кН/м;

F1 – собственный вес надкрановой (верхней) части колонны и стенового ограждения в этой части, кН;

IB – относительный момент инерции надкрановой (верхней) части колонны;

IN – относительный момент инерции подкрановой (нижней) части колонны;

PSN – расчетная снеговая нагрузка на ригель, кН/м;

ММАХ – максимальный момент от давления кранов, кНм;

МMIN – минимальный момент от давления кранов, кНм;

ALPR – коэффициент пространственной работы;

Т – расчетное горизонтальное давление от крана на колонну, кН;

QE – погонная ветровая эквивалентная нагрузка (активное давление), кН/м;

QE1 – погонная ветровая эквивалентная нагрузка (пассивное давление), кН/м;

FB – сосредоточенная ветровая нагрузка (активная), кН;

FB1 – сосредоточенная ветровая нагрузка (пассивная), кН.

3. Аппаратура и материалы

Компьютерный класс на 25 мест. Пакет прикладных программ по расчету строительных конструкций SCAD Structure. Нормативно-техническая документация в строительстве.

4. Указания по технике безопасности

Перед началом работы проводится инструктаж по технике безопасности всех учащихся лицом ответственным за охрану труда и техники безопасности в компьютерном классе.

Расстояние от рабочего места до монитора должно быть не менее 1 м. Запрещается трогать руками экран монитора, двигать системный блок в рабочем состоянии.

5. Методика и порядок выполнения работы

Расчет поперечной рамы производят для определения усилий в элементах рамы при действии следующих нагрузок:

• каждого вида постоянной нагрузки, после чего усилия от всех постоянных нагрузок суммируют;

• снеговой нагрузки;

• крановой вертикальной нагрузки D;

• крановой горизонтальной нагрузки T;

• ветровой нагрузки, действующей слева направо;

• ветровой нагрузки, действующей справа налево.

В процессе статического расчета рамы находят изгибающие моменты и продольные силы в следующих расчетных сечениях колонны:

сечение 1-1 – верх надкрановой части;

сечение 2-2 – низ надкрановой части;

сечение 3-3 – верх подкрановой части;

сечение 4-4 – низ подкрановой части.

Поскольку для решения поставленной задачи разработано множество вычислительных программ, очень желательно использовать ЭВМ для определения усилий в стойках рамы. В этом случае студент должен подготовить необходимые исходные данные для ЭВМ.

Можно также использовать пособие [13]. В любом случае результаты расчетов следует представить в таблице специальной формы, удобной для решения задач следующего занятия.

6. Содержание отчета и его форма

Отчет выполняется на листах формата А4 и в электронном виде и должен включать следующие разделы:

• цель и содержание

• методику

• порядок выполнения

• результаты оформляются в виде таблиц или текстового материала в соответствии с полученными данными.

7. Вопросы для защиты работы

• разработка конструктивной схемы

• правила составления расчетной схемы

• схема приложения нагрузок

• системы автоматизированного проектирования

• подготовка исходных данных

Лабораторная работа №6