12.3 Учет пространственной работы каркаса при расчете поперечных рам

Нагрузки от мостовых кранов действуют лишь на несколько поперечных рам (обычно на три) каркаса ПЗ, а остальные рамы создают отпор, уменьшающий горизонтальное перемещение колонн и изменяющий распределение и величину изгибающих моментов в наиболее нагруженной раме.

Точный расчет каркаса ПЗ выполняют на ПЭВМ по программам расчета пространственных стержневых систем, которая состоит из 5-7 плоских рам, соединенных в уровне ригеля и подкрановых конструкций (рисунок 12.5 а) с введением упругоподатливых опор (рисунок 12.5 б).

Смещение рамы под нагрузкой от кранов в составе пространственного блока _пр меньше смещения плоской рамы  (рисунок 12.5 г). Отношение _пр/ называется коэффициентом пространственной работы _пр.

_пр=_пр/=(F – R)/F=1 – R/F , (12.16)

где F – эквивалентная сила.

Продольные элементы каркаса (связи, кровля) рассматриваются как нарезные балки (рисунок 12.5 д).

Рисунок 12.5 – К учету пространственной работы каркаса

Сила отпора от действия силы F равна:

R=F . (12.17)

Коэффициент упругого отпора  определяется по таблице 12.2 в зависимости от , характеризующего соотношения жесткостей рамы и покрытия

=В³ d/Н³J_п , (12.18)

где В – шаг рам;

Н – высота колонны;

J_н – сумма моментов инерции нижней части колонны;

d – коэффициент приведения ступенчатой колонны к эквивалентной постоянного сечения;

J_п = J_св+J_кр; J_св – момент инерции продольных связей по нижним поясам ферм;

J_кр – эквивалентный момент инерции кровли.

Таблица 12.2 – Определение коэффициента упругого отпора

	0	0.01	0.02	0.03	0.04	0.05	0.1	0.15	0.2	0.5
	0.86	0.77	0.73	0.71	0.69	0.67	0.62	0.58	0.56	0.46
/	- 0.14	- 0.2	- 0.22	- 0.24	- 0.25	- 0.25	- 0.26	- 0.26	- 0.26	- 0.25

При шарнирном сопряжении ригеля с колонной d=1/С, где С=1+³; (=Н_в/Н; =J_н/J_в-1), а при жестком d=k'_в/12. J_св=0,7I – крепление на сварке; J_св=0.15J – на болтах (J – момент инерции поясов связей).

Отношение J_н/J_п можно принимать:

– 1/40-1/100 – для покрытий Ж/Б плитами;

– 1/10-1/25 - для покрытий мелкими Ж/Б плитами по прогонам;

– 1/5-1/10 - для покрытий плоским листом (t=3 мм) по прогонам;

– ½-1/6 - для покрытий с профнастилом по прогонам.

При определении упругого отпора R необходимо учитывать влияние загружения смежных рам (достаточно 2 смежные рамы).

F’+F”=(Σy’/Σy)∙F+(Σy”/Σy)∙F ; (12.19)

тогда полный отпор для расчетной рамы будет (рисунок 25 е)

R=α∙F+α’(F’+F”) . (12.20)

При одинаковых усилиях колес кранов (число колес n₀)

F’+F”=F(Σy’+Σy”)/Σy=F(n₀-Σy)/Σy=F(n₀/Σy-1) (12.21)

R=α∙F+α’∙F(n₀/Σy-1) (12.22)

α_пр=(F-R)/F=[F-α∙F-α’∙F(n₀/Σy-1)]/F или α_пр=1-α-α’(n₀/Σy-1) (12.23)

где , ' – коэффициенты, принимаемые по таблице 12.2.

Смещение рамы с учетом пространственной работы

A_пр=α_пр∙А . (12.24)

При статистическом расчете рам ПЗ необходимо учитывать некоторые особенности при различных воздействиях:

– при расчете на вертикальные нагрузки, приложенные к ригелю нельзя пренебрегать упругими деформациями его. сквозной ригель заменяется условным сплошным с эквивалентной жесткостью

J_p=(A_вп∙z²_в+A_нп∙z²_н)∙μ , (12.25)

где А_вп, А_кп – площади сечения верхнего и нижнего поясов;

z_в, z_н – расстояние от центра тяжести поясов до нейтральной оси ригеля;

=0.7 при уклоне верхнего пояса 1/8; =0.8-1/10 и =0,9 – без уклона;

– при симметричных однопролетных рамах с симметричными нагрузками горизонтальное смещение верхних узлов =0;

– если расстояние между осями верхней и нижней части колонны е0.5h₀ – нужно учитывать возникающий дополнительный момент;

– при шарнирном сопряжении ригеля с колонной ригель рассчитываем как ферму, свободно лежащую на опорах;

– при определении температурных напряжений в элементах рамы упругими деформациями ригеля пренебрегают;

– при шарнирном сопряжении ригеля с колонной, в многопролетных рамах, в основной системе принимается, что рама не может смещаться;

– при различной высоте колонн определяются смещения оголовков колонн  от температурного удлинения ригелей в основной системе.

Нормы проектирования ограничивают значения деформаций колонн на уровне верхнего пояса подкрановых балок, то есть необходима проверка жесткости поперечных рам:

- для зданий с кранами режима работы 1К-3К – h/500; 4К-6К – h/1000; 7К,8К – h/2000, где h – расстояние от низа колонны до головки подкранового рельса.

Величину смещения определяют от силы торможения тележки одного крана наибольшей грузоподъемности в пролете.

Расчетные усилия в элементах рамы определяются от наиболее невыгодного сочетания нагрузок (основные и особые).

Для удобства определения расчетных усилий составляют таблицы усилий в характерных сечениях (верхний, средний и нижний участки колонн). По составленным комбинациям усилий в каждом сечении определяется наиболее невыгодная.

В настоящее время статический расчет рам выполняется по типовым программам ПЭВМ, которая выдает расчетные усилия в элементах рамы.