4.6. Стыковка рамы со стропильной конструкцией. Сборка схемы.

Операция сборки производится между схемами, имеющими различные имена. При этом необходимо, чтобы все схемы располагались на экране одновременно (меню Окно ð Упорядочить все). Для выполнения операции необходимо войти в одно из окон (назовем его «первое окно») активировать команду сборки и с помощью соответствующей радио-кнопки указать, является ли эта схема базовой или присоединяемой. Базовой называется схема, на которой будет произведена сборка. По умолчанию схема «первого окна» считается присоединяемой.

Откройте файл «Задача 3», расчетом фермы.

Рис.4.12. Диалоговое окно. Сборка схем

Выполните команду из меню Окно ð Упорядочить все.

Активируйте команду из меню Схемаð Сборка ð Сборка схем. (на панели инструментов кнопка )

В присоединяемой схеме укажите два узла, общих с базовой схемой. Узел выделяется розовым и желтым цветом.

В базовой схеме укажите узлы, которые совпадают с расположением выделенных в присоединяемой схеме.

Активируется кнопка Собрать. После нажатия присоединяемая схема копируется в базовую с учетом всех свойств элементов и нагрузок.

Упаковка схемы. Схемаð Корректировкаð Упаковка схемы.

Конечно-элементная схема поперечной рамы промышленного здания показана на рис. 4.13.

Рис. 4.13. Конечно-элементная схема рамы

При сборке копируются все характеристики присоединяемой расчетной схемы (жесткости, нагрузки, шарниры, связи), поэтому необходимо проверить опорные узлы ферм на наличии связей.

2.2. Статический расчет поперечной рамы на ветровую нагрузку

Целью статического расчета поперечной рамы является определение усилий в колоннах и в стропильной конструкции от сочетания расчетных нагрузок.

Задачи:

- по результатам компоновки и сбора нагрузок сформировать расчетную схему поперечной рамы одноэтажного промышленного здания;

- вычислить усилия в колоннах рамы с учетом пространственной работы каркаса здания;

- определить основные сочетания расчетных усилий в колоннах;

- определить усилия в сечениях стропильной конструкции от расчетных нагрузок;

Формирование расчетной схемы.

По результатам компоновки и сбора нагрузок составляется расчетная схема поперечной рамы (рис. 2.3). При этом соединение ригеля с колонной считается шарнирным, а соединение колонны с фундаментами – жестким. Учитываются эксцентриситеты приложения вертикальной нагрузки от веса трехслойных стеновых панелей, покрытия и крана.

Рис. 2.3. Расчетная схема поперечной рамы

Определение усилий в колоннах.

Поперечная рама рис. 2.5 является однажды статически неопределимой, единственное неизвестное – горизонтальное смещение Δ в основной системе. Для расчета поперечной рамы на действие различных видов нагрузок используем метод перемещений. Основную систему последовательно загружают постоянными и временными нагрузками, которые вызывают в стойках соответствующие реакции и изгибающие моменты. Значения реакций в колоннах могут быть определены по формулам прил. 12 [7] или с использованием программных комплексов.

Для каждого вида нагружения уравнение метода перемещений записываем в следующем виде:

(2.12)

где r₁₁=∑R_Δi – сумма реакций колонн поперечной рамы от единичного перемещения;

R_p=∑R_i – сумма реакций верха колонн от внешней нагрузки;

Δ – искомое перемещение верха колонн;

c_dim – коэффициент, учитывающий пространственную работу поперечных рам температурного блока, для крановых нагрузок c_dim =3,4 при шаге колонн B= 6 м, c_dim = 4 при шаге колонн B =12 м; для других видов нагружения c_dim =1.

Из уравнения находят неизвестное Δ , а затем упругую реакцию верха колонн вычисляют по формуле:

(2.13)

Пример расчета.

Определение усилий в колонне от ветровых нагрузок (исходные данные см. этап 1).

Жесткостные характеристики сечений для колонн по оси «А» и «В»:

- высота подкрановой части H₁=6,45 м;

- высота надкрановой части H₂ =4,5 м.

Размеры поперечного сечения колонн указаны выше.

Момент инерции сечения подкрановой части:

момент инерции сечения надкрановой части:

Реакция от единичного перемещения верха колонн будет равна:

где:

X

k₃=0, т.к. колонна сплошного сечения.

Жесткостные характеристики сечений для колонны по оси «Б»:

- высота подкрановой части H₁=6,45 м;

- высота надкрановой части H₂ =4,5 м;

момент инерции поперечного сечения подкрановой части:

момент инерции сечения надкрановой части:

Реакция от единичного перемещения верха колонн будет равна:

где:

k₃=0, т. к. колонна сплошного сечения.

Суммарная реакция от единичного смещения:

r₁₁=∑ R_Δi = (2·2,51·10^-5+3,56·10^-5)·E_b = 8,58·10^-5·E_b.

Ветровая нагрузка действует на поперечную раму схеме, представленной на рис. 2.4.

Согласно прил.12 [7] вычисляем реакции верхнего конца колонн по оси «А» и по оси «Б»:

Для колонны по оси «А»:

где: все обозначение приведены выше.

Для колонны по оси «Б»: R_Б =0.

Для колонны по оси «В»:

Суммарная реакция связи в основной системе:

в)

б)

а)

в)

Рис. 2.4. Расчет поперечной рамы методом перемещений:

а) расчетная схема при действии ветровой нагрузки;

б) реакции в связи от ветровой нагрузки;

в) реакции верхних точек колонн при единичном смещении.

Определяем перемещение верха колонн (по формуле 2.12):

здесь с_dim =1 – для ветровой нагрузки;

Упругая реакция верха колонны по оси «А» будет равна (формула 2.13):

по оси «Б»:

по оси «В»:

Определим значения изгибающих моментов в колоннах от действия ветровой нагрузки на поперечную раму промышленного здания. Результаты приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

абсолютная отметка	сечение колонны, z (м)	Изгибающий момент в колоннах, кН·м
		Колонна по оси «А»	Колонна по оси «Б»	Колонна по оси «В»
+10,800	1-1 (z=0)	0	0	0
+7,650	2-2 (z=3,15)	5,33	24,3	-10,26
+6,300	3-3 (z=4,50)	12,31	34,7	-17,39
+6.300	4-4 (z=4,50)	12,31	34,7	-17,39
+3,075	5-5 (z=7,725)	40,28	59,63	41,07
-0,150	6-6 (z=10,95)	84,3	84,5	74,1

Расчет поперечника ОПЗ методом перемещений.

Основную систему получим введением связи, препятствующей горизонтальному смещению верха колонн (рис. 8.а)

Определение усилий в стойках рамы производим в следующем порядке:

- по заданным в п.2. размерам сечения колонн определяем их жесткость как для бетонных сечений в предположении упругой работы материала;

-верхним концам колонн даем смещение и по формуле приложения 20 находим реакцию каждом колонны и рамы в целом , где n – число колонн поперечной рамы;

- по формулам приложения 20 определяем реакции верхних опорных стоек рамы в основной системе метода перемещений и суммарную реакцию в уровне верха колонн для каждого вида нагружения;

- для каждого вида нагружений (постоянная, снеговая, ветровая, комплекс крановых) составляем каноническое уравнение метода перемещений, выражающее равенство нулю усилий во введенной (фиктивной) связи

(2.1)

И находим значение , здесь - коэффициент, учитывающий пространственную работу каркаса здания.

При действии на температурный блок постоянной, снеговой и ветровой нагрузок все рамы одинаково вовлекаются в работу, пространственный характер деформирования не проявляется и поэтому принимают . Крановая же нагрузка приложена лишь к нескольким рамам блока, но благодаря жесткому диску покрытия в работу включаются все остальные рамы. Именно в этом проявляется работа блока рам. Величина для случая действия на раму крановой (локально приложенной) нагрузки может быть найдена по приближенной формуле:

(2.2)

Где:

n – общее число поперечников в температурном блоке;

- расстояние от оси симметрии блока до каждого из поперечников, a – тоже для второй от торца блока поперечной рамы (наиболее нагруженной);

, когда число поперечных рам в температурном блоке четное и , когда число поперечных рам в температурном блоке нечетное;

- для каждой стойки при данном нагружении, вычисляем упругую реакцию в уровне верха:

(2.3)

- определяем изгибающие моменты , продольную и поперечную силы в каждой колонне как в консольной стойке от действия упругой реакции и внешних нагрузок.

Для подбора сечений колонн определяем наибольшие возможные усилия в четырех сечениях: I-I – сечение у верха колонны; II-II – сечение непосредственной выше подкрановой консоли; III-III – то же, ниже подкрановой консоли; IV-IV – сечение в заделке колонны.