2. Расчет усилий в элементах каркаса здания при статических воздействиях

   1. Выбор и обоснование расчетной схемы и метода расчета

Сбору нагрузок и выполнению расчетов плоской поперечной рамы каркаса предшествует построение расчетной схемы.

Расчетной схема представляет собой схематический чертеж, выполненный по геометрическим осям стержней, проходящим через центры тяжести назначенных на предваритёльном этапе сечений элементов.

На рис.5 показан конструктивной и расчет­ной схем поперечной рамы каркаса. Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести их сечений. При этом для ступенчатых колонн несовпадение центров тяжести верхней и нижней частей учитывается в даль­нейшем при подсчете вертикальных нагрузок. Заделка колонн в фундаменты принимается на уровне обреза фундамента, т.е. на уровне низа плиты базы колонны. Сквозной ригель (ферма) в этом случае заменяется сплошным эквивалентной жесткости, ось которого совпадает с осью ниж­него пояса фермы. Его опирание на колонны принято шарнирным.

Расчет принятой схемы загружения производится методом конечных элементов (МКЭ), в варианте перемещений. Этот метод в рамках принятой расчетной схемы для стержневых систем считается достаточно точ­ным, [6].

Рис.4. Расчетная схема плоской рамы

2. Нагрузки действующие на раму каркаса и их сочетание

   1. Постоянные нагрузки

При расчете поперечной рамы каркаса главного корпуса к постоянным нагрузкам относятся собственный вес кровельного покрытия, ферм и связей, вес панелей навесного стенового ограждения, вес колонн и подкрановых балок, а также вес ригелей, плит и элементов междуэтажных перекрытий .

1. Нагрузки от собственного веса кровельного покрытия, ферм и связей.

Значения сил G_П^А, G_П^Б и момента G_П^Б в случае применения крупноблочных конструкций определяются следующим образом:

, (12)

где – вес монтажного блока полной заводской готовности;

–коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый здесь равным 1,1.

=0.5·32тс·1,1=17,6 тс.

2. Собственный вес стеновых панелей выше отметки верха колонны в пре­делах высоты h_оп и высоты парапета h_п. Сила иопределяется по формуле:

, (13)

где - высота фермы на опоре;

- высота парапета;

- объемный вес материала стенового ограждения;

.

тс.

Моменты этих сил ибудут равны:

, (14)

где и- эксцентриситеты приложения сили.

тс∙м

3. Собственный вес навесных панелей стенового ограждения в пределах высоты Н_в. Предполагается, что эта нагрузка распределяется равномерно по высоте с расчетными значениями погонной нагрузки для левой колонны:

. (15)

тс/м.

Так как эта нагрузка приложена с эксцентриситетом относительно оси сечения верхней части колонны, равным для левой колонны , то в пределах высотыбудут действовать распределенные моменты

. (16)

тс∙м/м

4. Собственный вес стеновых панелей в пределах высоты . Погонная нагрузка для левой колонны определяется зависимостью

. (17)

Так как в пределах высоты эксцентриситет равен, то

. (18)

тс∙м/м

5. Собственный вес верхней и нижней частей колонны задается для каждой части в виде равномерно распределенных нагрузок, направленных по геометрическим осям их сечений. Погонные расчетные значения этой нагрузки, соответственно, для верхней и нижней частей колонны по ряду А определяются по формулам:

; ,(19)

где ,- площади поперечного сечения верхней и нижней частей колонны;

, - плотность (объемный вес) материала (стали) участков колонн

();

- коэффициент надежности по нагрузке, который можно принять равным .

тс/м,

тс/м.

6. Собственный вес подкрановых балок. Силы G^А_пб = G^Б_пб передаются на отметке подкрановых консолей по линии действия, совпадающей с осями подкрановых ветвей колонн и равны:

, (20)

тс.

Силы исоздают сосредоточенные моменты, т.к. по отношению к оси нижней части колонны приложены с эксцентриситетами.

. (21)

тс∙м.

7. Сосредоточенные моменты , приложенные на уровне подкрановых консолей определяются по формуле:

; .(22)

Далее, найденные силы, моменты и погонные нагрузки с учетом направлений их действия суммируются в соответствующих узлах и на соответствующих элементах:

• узлы 5 и 6: тс.

• узлы 3 и 4: тс∙м.

• элементы 1 и 3: тс/м

• элементы 2 и 4: тс/м

Результаты расчета нагрузок от собственного веса элементов рамы представлены в таблице загружений (табл. 4) в строки, соответствующие первому загружению.