1_ЛЕКЦИИ ПО ЖБК / ЛЕКЦИИ ПО ЖБК ПГС Вторая часть / лекция 3

Поперечные рамы состоят из стоек, жестко защемленных в фундаментах, и ригелей, которые по своей конструкции могут быть сплошными в виде балок или сквозными в виде ферм.

Сопряжение стоек с ригелями обычно делается шарнирным. При таком сопряжении изгибающие моменты в ригеле и стойке настолько больше, чем при жестком, однако достигается независимая типизация ригелей и колонн, т.к. в этом случае нагрузки, приложенные к одному из элементов, не вызывают изгибающих моментов (или вызывают незначительные) в другом. Шарнирное сопряжение упрощает форму ригелей и колонн и конструкцию их стыка.

Конструктивное соединение ригелей с колоннами выполняется монтажной сваркой стального опорного листа ригеля с закладной деталью в торце колонны. Защемление нижнего конца колонны обеспечивается ее заделкой в стакан фундамента.

Поперечники бывают с ригелями в одном направлении (рис. 1а) и в разных уровнях (рис. 2).

Расчетные пролеты поперечника принимаются равными их номинальным размерам, т.е. расстоянию между координационными осями; расчетная длина стоек – расстоянию от верха фундамента до низа ригеля.

При расчете рамы ее ригель условно принимают абсолютно жестким.

Поперечная рама воспринимает нагрузки: постоянные – от веса покрытия и временные – от снега и ветра. Иногда на раму может действовать нагрузка от подвесного кранового оборудования.

Вертикальную нагрузку от веса покрытия определяют по соответствующей грузовой площади. Она передается на колонну сосредоточенной силой F, приложенной в центре опорной закладной детали в ригеле. Таким образом, эксцентриситет приложения этой силы зависит от размещения указанной детали на торце колонны. На крайней колонне при нулевой привязке .

Нагрузка от снега устанавливается в соответствии с профилем покрытия и географическим районом строительства согласно нормативным документам. Ее определяют по той же грузовой площади, что и нагрузку от веса покрытия. Точки приложения обеих нагрузок совпадают.

Ветровая нагрузка, действующая на поверхность стен и покрытия, определяется в зависимости от географического района и высоты здания по нормативным документам. В пределах колонны она принимается распределенной с интенсивностью . Ветровое давление, действующее на кровлю и часть стены, расположенную выше колонны, в расчетной схеме принимается в виде сосредоточенной силы W, приложенной на уровне верха колонны.

Нагрузку от подвесного кранового оборудования определяют в зависимости от грузоподъемности; на колонну она передается в той же точке, что и постоянная.

При расчете поперечника следует учитывать возможность смещения верхних шарнирных опор колонн, которыми служит диск покрытия. Такое смещение кранов имеет место при действии нагрузки от мостовых кранов и при малом количестве пролетов.

При действии на поперечник вертикальных нагрузок (постоянных, снеговых) в силу их симметрии диск покрытия в горизонтальном направлении практически не смещается, поэтому усилия в колоннах от таких нагрузок определяют как для отдельно стоящих колонн, с жестко защемленным нижним концом и шарнирно опертым на несмещаемую опору – верхним (рис. 1б).

Действие горизонтальной ветровой нагрузки приводит к смещению диска покрытия и верхних частей всех колонн. В этом случае определение усилий в колоннах производят по расчетной схеме на рис. 1в.

Наиболее удобным методом расчета поперечников является метод перемещения. За неизвестное в этом методе принимают горизонтальное смещение ригелей. В некоторых случаях используют метод сил, при котором за неизвестное принимают внутренние усилия в ригелях.

Для поперечников с ригелями в одном уровне и при несмещаемой опоре эту реакцию в любой колонне и от каждого вида загружений определяют по специальным таблицам.

При определении реакции в колоннах таких поперечников от действия ветровой нагрузки в расчетную схему вводят дополнительную связь (рис. 1), по таблицам определяют горизонтальные реакции в верхних опорах двух крайний колонн (рис. 1д) от распределенного активного на одну колонну и пассивного на другую давления ветра и вычисляют полное горизонтальное усилие в фиктивной связи . Это усилие распределяется на все колонны рамы пропорционально их жесткостям.

Расчет поперечников с ригелями в разных уровнях на действие вертикальных, постоянных и снеговых нагрузок может производиться без учета смещения ригелей и сводится к независимому расчету отдельных колонн на непосредственно приложенные к ним нагрузки. Колонны поперечника, к которым примыкают ригели в одном уровне, рассчитываются так же, как и в поперечниках с ригелями в одном уровне по схеме на рис. 1.1б. При разных уровнях примыкания расчет ведут по схеме, показанной на рис. 1.2б как правило, методом сил, принимая основную систему по рис. 1.2в.

На ветровую нагрузку поперечники с ригелями в разных уровнях также рекомендуется рассчитывать методом сил.

После определения опорной реакции в одной (ригели в одном уровне) или двух (ригели в разных уровнях) верхних опорах каждую колонну рассматривают как консоль, загруженную опорной реакцией и внешней нагрузкой, и вычисляют изгибающие моменты , поперечные и продольные силы во всех расчетных сечениях. Затем составляют невыгодное расчетное сочетание усилий и с учетом гибкости производят расчет колонн как внецентренно загруженных элементов.

Для рам с горизонтальными ригелями в одном уровне и шарнирном сопряжении ригелей с колоннами наиболее удобным является метод перемещений, т.к. в этом случае имеется лишь одно неизвестное – горизонтальное смещение верха колонн. Основную систему получают введением дополнительной связи по направлению этого смещения (рис. 4).

Расчет рамы по данному методу сводится к определению упругих реакций верха верха колонн от горизонтального смещения при раздельном последовательном загружении внешней нагрузкой (т.е. использования принципа независимости действия сил) и последующему определению , и в сечениях колонн.

Конструктивный расчет колонн (подбор продольной арматуры) производится на совместное действие этих усилий.

При таком подходе рама рассматривается как упругая линейно деформируемая система с элементами постоянной жесткости (влияние трещин на жесткость колонн не учитывается).

Определение усилий в поперечной раме рекомендуется выполнять в такой последовательности:

1. Выбирают тип колонн, задаются размерами сечений, определяют постоянные и временные нагрузки на раму.

2. Вычисляют моменты инерций надкрановых и подкрановых частей колонн рамы.

3. Верхним концам рамы придают горизонтальные смещения и определяют реакции колонн в основной системе этого смещения по формуле

4. Находят сумму реакций верха колонн от смещения

5. Для каждого вида загружения рамы внешней нагрузкой определяют реакции в стойках в основной системе (с несмещаемыми верхними концами) и сумму реакций во всех стойках

6. Для каждого загружения составляют каноническое уравнение метода перемещений, выражающее равенство нулю реакции в дополнительной связи

где коэффициент, учитывающий пространственную работу каркаса при действии крановых нагрузок и принимаемый равным 3,4 при шаге 12 м и равным 4 при шаге 6 м; при действии остальных нагрузок коэффициент .

7. Находят действительное смещение верха колонн для каждого вида загружения

8. Для каждого вида загружения определяют упругие реакции верха колонн

9. Определяют усилия , и в расчетных сечениях колонны, рассматривая ее как вертикальную консоль, нагруженную непосредственно приложенной к ней внешней нагрузкой и соответствующей ей упругой реакцией . Обычно рассматривают четыре расчетных сечения: I-I – на уровне верха колонны; II-II – на уровне верха крановой консоли; III-III – под крановой консолью; IV-IV – в уровне защемления колонны в фундаменте.

10. Составляют таблицу расчетных усилий , и и для вышеуказанных сечений определяют расчетные сочетания усилий.

Основное сочетание составляется в двух вариантах, соответствующих различным значениям коэффициента условия работы бетона :

1 вариант - постоянная +одна временная; коэффициент сочетаний для временной нагрузки не вводится;

2 вариант - постоянная + временная длительная + две и более кратковременных нагрузок; коэффициент сочетаний для длительных нагрузок , для кратковременных .

Для каждого сечения колонны устанавливают не менее трех наиболее невыгодных комбинаций расчетных усилий:

- наибольший положительный момент и соответствующие ему продольная и поперечная силы;

- наибольший по абсолютной величине отрицательный момент и соответствующие ему и ;

- наибольшая продольная сила и соответствующие ей значения и .

При составлении расчетных сочетаний усилий рассматривают только одно, глупо.

При расчете рамы обычно принимают следующие правила:

- направление горизонтальных сил слева направо и направление моментов по часовой стрелке;

- смещение колонн вправо;

- направление горизонтальной реакции опоры верха колонны слева направо;

- момент, растягивающий волокна от оси колонны, и поперечная сила, стремящаяся повернуть соответствующие части короны вокруг их концов по часовой стрелке.