74. Последовательность статического расчета рамы.

1. По конструктивной схеме выбирается расчетная схема и ведется ее обоснование.

2. Задаются жесткости элементов или их соотношения.

3. Выбирается метод расчета и основная система

4. Для основной системы строятся эпюры М₁ от единичных нагрузок, М_р от нагрузок на стойках.

5. Составляются канонические уравнения метода перемещений или метода сил и находятся их коэффициенты:

6. Решаются канонические уравнения и находятся неизвестные для плоской отдельной рамы

7. Учитывается пространственная работа каркаса, т.е. определяется коэффициент для метода перемещений и Хпр – метода сил

8. Строятся эпюры М, Q, N, значения которых во всех точках рамы определяются по формуле:

9. Проверяется правильность построения эпюр

75. Состав каркаса и его конструктивные схемы.

Каркасы производственных зданий в большинстве случаев проектируются так, что несущая способность (включая жесткость) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль -продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.

Поперечные рамы каркаса состоят из колонн (стоек рамы) и ригелей (в виде ферм или сплошностенчатых сечений).

Продольные элементы каркаса - это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, кровельные прогоны (или ребра стальных кровельных панелей).

Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции торцевого фахверка (а иногда и продольного), площадок, лестниц и других элементов здания.

Конструктивные схемы каркасов достаточно многообразны. В каркасах с одинаковыми шагами колонн по всем рядам наиболее простая конструктивная схема - это поперечные рамы, на которые опираются подкрановые конструкции, а также панели покрытия или прогоны. Такое конструктивное решение обеспечивает выполнение эксплуатационных требований в большинстве машиностроительных цехов, в которых оборудование удобно размещается при относительно небольших шагах колонн по внутренним рядам (6 - 12 м).

В цехах, где по средним рядам шаг колонн должен быть больше, чем по крайнему ряду, устанавливаются подстропильные фермы, на которые опираются ригели рам. При кранах большой грузоподъемности и с большим расстоянием между колоннами часто оказывается целесообразным совместить функции подстропильных ферм и подкрановых конструкций и предусмотреть по среднему ряду подкраново-подстропильную ферму, на верхний пояс которой опирается кровля, а на нижний - краны.

(Более подробно про попер. раму см. вопрос 43)

76. Нагрузки, действующие на рамы.

На поперечную раму цеха действуют постоянные нагрузки - от веса ограждающих и несущих конструкций здания, временные - технологические (от мостовых кранов, подвесного транспорта, рабочих площадок и т.п.), а также атмосферные (воздействие снега, ветра). В некоторых случаях приходится учитывать особые нагрузки, вызываемые сейсмическими воздействиями, просадкой опор, аварийными нарушениями технологического процесса и др.

Постоянные нагрузки. Постоянные нагрузки на ригель рамы обычно принимают равномер­но распределенными по длине ригеля. Величину расчетной постоянной нагрузки на 1 м² покрытия g_кp удоб­но определять в табличной форме.

В распределенную поверхностную нагрузку включаются нагрузки от всех слоев кровли, конструкций фермы, фонаря, связей с соответствую­щими коэффициентами перегрузки. Линейная распределенная нагруз­ка на ригель собирается с площади А.

При шарнирном сопряжении ригеля с колонной нужно учесть внецентренность опирания фермы на колонну, из-за которой возникает сосредоточенный момент, равный произведению опорной ре­акции фермы на эксцентриситет e_ф.

Остальные постоянные нагрузки собирают в сосредоточенные силы, условно приложенные к низу подкрановой и надкрановой части колон­ны по оси сечения. Сила F₁ включает в себя собственный вес нижней части колонны и нагрузку от стен на участке от низа рамы до уступа колонны (если стена не самонесущая), аналогично сила F₂ включаете себя вес верхней части колонны и вес подвесных стен выше уступа. Собственная масса конструктивных элементов стальных каркасов производственных зданий может быть ориентировочно определена на основе анализа запроектированных зданий.

Временные нагрузки. Нагрузки от мостовых кранов. При движении колеса мостового кра­на на крановый рельс передаются силы трех направлений.

Вертикальная сила F_K зависит от веса крана, веса груза на крюке крана, положения тележки на крановом мосту. Наибольшее вертикаль­ное нормативное усилие F_kmax определяется при крайнем положении тележки крана на мосту с грузом на крюке крана, масса которого рав­на грузоподъемности крана Q. Величина F_kmax указана в стандартах на краны или в паспортах кранов.

Горизонтальная сила Т_к, расположенная в плоскости поперечной ра­мы, возникает из-за перекосов крана, торможения тележки. Нормативное зна­чение силы Т^н_к, передаваемой на поперечную раму, определяется по фор­мулам: для кранов с гибким подвесом груза Т^н_к=0,05(9,8Q+G_т)/n₀; то же, с жестким - Т^н_к=0,1(9,8Q+G_т)/n₀. Сила Т может быть направлена внутрь пролета или из пролета и приложена к любому ряду колонн.

Для крановой нагрузки установлен коэффициент перегрузки (на­дежности по нагрузке) n = 1,1. Вертикальная нагрузка на подкрановые балки и колонны определя­ется от двух наиболее неблагоприятных по воздействию кранов. Горизонтальная нагрузка учитывается не бо­лее чем от двух кранов, расположенных на одних путях или в разных пролетах. Разная вероятность совпадения нормативных нагрузок от разных кранов учитывается в расчете введением коэффициента соче­таний n_с, равного при учете нагрузок от двух кранов весьма тяжелого и тяжелого режимов работы 0,95, среднего и легкого режи­мов - 0,85, а при учете от четырех кранов, соответственно 0,8 и 0,7.

Расчетное усилие D_max, передаваемое на колонну колесами крана, можно определить по линии влияния опорных реакций подкра­новых балок при наиневыгоднейшем расположении кра­нов на балках:

Силу D_min можно определить, если заме­нить в формуле:

Силы D_max, D_min приложены по оси подкрановой балки и поэтому не только сжимают нижнюю часть колоны, но и передают на нее изгиба­ющие моменты:

Снеговая нагрузка. Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы определяется на 1 м² горизонтальной проекции: S₀ – расчётное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной проекции земли. - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

При сильных ветрах часть снега сносится с покрытия, и поэтому при строительстве в районах с сильными зимними ветрами расчетная снеговая нагрузка может быть снижена. Также снижается нагрузка на покры­тия зданий с неутепленной кровлей и уклоном для отвода талой воды при избыточных тепловыделениях.

Ветровая нагрузка. В связи с тем, что скорость ветра достаточно рез­ко меняется, эта нагрузка воздействует динамически, но в низких широ­ких зданиях не появляются колебания от ветра и для них рассматрива­ется только статическая составляющая. Давление ветра на высоте 10 м над поверхностью земли в открытой местности, называемое скоростным напором ветра g₀, зависит от района строительства. Ветровая нагрузка меняется по высоте, но до высоты 10 м от поверхности земли скоростной напор не ме­няется. Он принят за нормативный, а увеличение его при большей вы­соте учитывается коэффициентами k, разными при разной высоте и при разных защищенностях от ветра проектируемого здания. За зданием (по направлению ветра) возникает зона пониженного давления и появляются поверхностная нагрузка g'₀ , направлен­ная так же, как и нагрузка g₀.

Для удобства расчета фактическую ли­нейную нагрузку (в виде ломаной прямой) можно заменить эквивалент­ной q_э, равномерно распределенной по всей высоте. Если принять, что моменты в заделке консоли, равной по длине высоте рамы от эквива­лентной и фактической нагрузки, равны, то эквивалентные нагрузки определяются по формулам: q_э = q_в10∙α; q’_э = q’_в10∙α.

Ветровая нагрузка, действующая на участке от низа ригеля до на­иболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой, при­ложенной в уровне низа ригеля рамы. Величина этой силы от активного давления F_b и отсоса F'_b: F_b = (q₁+q₂)h’/2; F’_b = (q’₁+q’₂)h’/2.