Практическое занятие № 3. Составление расчетной схемы

Расчетная схема является моделью реальной поперечной рамы здания.

Расчетная схема включаетследующие элементы:

1. Узлы – устанавливаются в местах

– опорных закреплений,

– сопряжения стержней,

– изменения сечения стержня,

– приложения сосредоточенных нагрузок.

Для ввода узлов в схему необходимо ввести их координаты и вид: жесткие или шарнирные.

2. Стержни – обычно располагаются по осям элементов рамы. Для ввода стержней необходимо указать узлы, между которыми расположен стержень, а также жесткостные характеристики:

– площадь сечения;

– момент инерции.

3. Опорные закрепления – вводятся в местах опирания стоек на фундаменты.

4. Нагрузки – схемы приложения – см. выше.

В расчетной схеме поперечной рамыздания принимаем:

1. Колонны и ригель моделируются прямолинейными стержнями.

2. Оси вертикальных стержней располагаются по собственной оси сечения колонны, проходящей через центр тяжести.

3. Ось горизонтального стержня проходит по верхнему поясу фермы при нисходящем опорном раскосе и по нижнему – при восходящем.

4. Опорные закрепления – жесткие.

5. Примыкание ригеля к колонне – шарнирное.

6. Консоли в расчетной схеме отсутствуют, поэтому наличие эксцентриситетов в приложении опорной реакции ригеля и опирания подкрановой балки моделируется введением соответствующих моментов.

7. Приложение крановых нагрузок DиМпроизводится к середине сечения консоли.

Расчетная схема приводится на рис. 8. Для задания расчетной схемы необходимо определить:

1. Геометрические размеры:

Пролет

L* = L – 2 (h_кол /2 – а), (3.1)

Высота рамы =

высоте колонны Н(при нисходящем раскосе).

Н Н_ф(при восходящем раскосе).

Длина стержня до приложения вертикальной крановой нагрузки и моментов:

H_Н* = H_Н – h_С /2 , (3.2)

где h_С /2 – половина высоты консоли;

Длина стержня до приложения горизонтальной крановой нагрузки:

H_Т = h_б + h_С /2 , (3.3)

Рис. 8. Расчетная схема поперечной рамы

2. Момент инерцииI_кол и площадьколонныА_колопределяются по сортаменту для приятого при компоновке сечения двутавра.

3. Момент инерциирешетчатогоригеляопределяется по формуле:

, (3.4)

где – коэффициент, учитывающий наклон верхнего пояса и деформативность решетки фермы, принимаемый при уклоне верхнего поясаI

i = 1/8...1/10  = 0,7;

i = 1/15  = 0,8;

i= 0= 0,9;

1,15 – коэффициент, учитывающий отношение усредненной площади сечения поясов к площади нижнего пояса;

h_ф– высота фермы в середине пролета;

М_ф,max— максимальный изгибающий момент в середине пролета ригеля как в простой балке от расчетной нагрузки (от собственного веса конструкций покрытия и снега):

М_ф,max=(q_П + s)L²/8 , (3.5)

R_y – расчетное сопротивление элементов ригеля, можно принять = 245 МПа.

4. Площадь сечения ригеля:

(3.6)

Практическое занятие № 4. Расчет рамы

Методы расчета плоских рам:

1. Методами строительной механики – методом сил или перемещений.

2. С помощью программных комплексов – МИРАЖ, ЛИРА, SCADи др. В этом случае расчетная схема должна точно моделировать каркас здания с приложением всех действующих нагрузок.

3. По специальной программе расчета для одноэтажных производственных зданий КР_2.

Расчет с использованием программы КР_2 включает:

– заполнение исходных данных;

– расчет на компьютере;

– построение эпюр моментов по результатам расчета;

– составление сводной таблицы результатов расчета.

Заполнение исходных данных– выполняется на основании компоновки поперечной рамы и сбора нагрузок. Пример составления исходных данных приводится в таблице 4, формуляр для заполнения исходных данных в Приложении 2.

Расчет на компьютере и вывод результатов расчета выполняется в следующей последовательности:

1. Запускается программа dano_kp2.exeи вводятся исходные данные. После ввода последнего данного, программа формирует файлы для расчета и заканчивает работу. Файлы:

– info– содержит информацию об исходных данных – служит для контроля правильности ввода;

– kp_2.txt– содержит вMS-DOSформате подготовленные к расчету данные.

2. Запускается программа meh4_kp2.exe, которая автоматически выполняет расчет и формирует файл результатов расчета kp_2.rez.

3. Для вывода на печать файла kp_2.rez необходимо:

– переименовать файл kp_2.rez в файл Rez.txt;

– загрузить стандартную программу WORDPAD;

– открыть файл Rez.txtкак текстовый файл в формате MS-DOS;

– настроить поля страницы и распечатать.

Распечатанные результаты содержат внутренние усилия M,NиQво всех стержнях рамы. Стержень в результатах описывается через узлы, к которым примыкает:

нч – начальный узел (с меньшим номером);

кн – конечный узел (с большим номером).

Таблица 4.

Пример составления исходных данных для расчета

Размеры рамы Пролет рамы L* =17.4 м Высота рамы Н =15.0 м Высота нижней части колонны HН* =10.0 м Высота подкрановой балки + консоль HТ =1.2 м Нагрузки на раму Постоянная нагрузка на ригель qП= 10.8 кН/м Снеговая нагрузка s = 5.2 кН/м Ветровая нагрузка активное давление wA = 4.0 кН/м пассивное давление wП =3.5 кН/м активное давление – сосредоточенная сила Wa= 0.0 кН пассивное давление – сосредоточенная сила Wп= 0.0 кН Крановая нагрузка Dmax= 400 кН Dmin= 300 кН Мmax = 280 кН*м Мmin = 210 кН*м Поперечное торможение Tmax= 30.0 кН Геометрические характеристики сечений элементов рамы Нижняя часть колонны Iкол = 107000 см4 Акол= 180 см2 Верхняя часть колонны Iкол = 107000 см4 Акол= 180 см2 Ригель Iф= 640000 см4 Aф= 70 см2

Построение эпюр внутренних усилий выполняется по результатам расчета и дополнительным усилиям, посчитанным ранее при сборе нагрузки. Эпюры внутренних усилий приводятся на рис. 9 и 10. Нижние индексы усилий обозначают стержень, верхний индекс – начало или конец стержня.

Эпюры внутренних усилийстроятся от следующих видов нагрузки:

1) от постоянной нагрузки – по результатам расчета и сбора нагрузки, на схеме (рис. 9, а) обозначено:

где Q_ВиQ_Н– постоянная нагрузка на колонну (см. расчет постоянной нагрузки);

2) от снеговой нагрузки – по результатам расчета и сбора снеговой нагрузки – рис. 9, б;

3) от ветровой нагрузки:

– ветер слева – по результатам расчета – рис. 9, в;

– ветер справа – используем результаты расчета для ветра слева, при построении переносим эпюры с левой колонны на правую и с правой – на левую, знак поперечной силы меняется на противоположный (см. рис. 9, г);

4) от вертикальной крановой нагрузки:

D_max– слева – по результатам расчета – рис. 10,а;

D_max – справа – используем результаты расчета дляD_maxслева (см. рис. 10,б);

5) от торможения тележки крана:

– сила Т_maxприложена слева и направлена внутрь пролета – по результатам расчета – рис. 10,в;

– сила Т_maxприложена справа и направлена внутрь пролета – используем результаты расчета дляТ_maxслева (см. рис. 10,б)

На основании построенных эпюр внутренних сил заполняется таблица усилий для левой колонны. Форма таблицы – см. табл. 5.

Рис. 9. Эпюры внутренних усилий.

Рис. 10. Эпюры внутренних усилий.

Таблица 5. Расчетные усилия от действующих нагрузок (кН и кНм).

	Сечение	Вид усилия	Коэфф. сочетания, 	Постоянная	Снеговая	Ветровая		От двух кранов
						слева	справа	Dmax на колонну		Тmax на колонну
								левую	правую	левую	правую
				Порядковые номера нагрузок
				1	2	3	4	5	6	7	8
		М	1
	1		0,9	–
		N	1			–	–	–	–	–	–
			0,9	–		–	–	–	–	–	–
		М	1
	2		0,9	–
		N	1			–	–			–	–
			0,9	–		–	–			–	–
		М	1
			0,9	–
	3	N	1			–	–			–	–
			0,9	–		–	–			–	–
		Q	1
			0,9	–