Определение постоянных и временных нагрузок на поперечную раму

1.2.1. Постоянные и временные нагрузки

Постоянные нагрузки. Распределённые по поверхности нагрузки от веса конструкции покрытия заданного типа приведены в табл. 1.2. С учётом коэффициента надёжности по назначению здания g_n = 1 и шага колонн в продольном направлении 6 м, расчётная нагрузка на 1 м ригеля рамы будет равна

G =4.4∙1∙6 =26.4 кН/м (2.3)

Нормативная нагрузка от 1 м² стеновых панелей из бетона на пористом заполнителе марки по плотности D900 при толщине 300мм составит 9.9·0.30 =2.97 кН/м² где ρ = 9.9 кН/м³ плотность бетона на пористом заполнителе, определяемая согласно п.2.13 [3]. Нормативная нагрузка от 1 м² остекления в соответствии с пр.XIV [1] равна 0.5 кН/м².

Таблица 1.2

Элемент покрытия	Нормативная нагрузка, кН/м²	Коэффици- ент надёжности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м²
Кровля: Слой гравия, втопленный в битум	0.16	1.3	0.208
Трёхслойный рубероидный ковёр	0.09	1.3	0.117
Асфальтовая стяжка (d=20 мм)	0.40	1.3	0.52
Минераловатные плиты (δ=100 мм, r=3.7 кН/м³)	0.37	1.3	0.481
Пароизоляция (слой рубероида на битумной мастике)	0.03	1.3	0.039
Ребристые плиты покрытия размером 3х6 с учётом заливки швов (1.18·25/(3·6)=1.639кН/м²)	1.639	1.1	1.803
3 БДР – 18 (4.84·25/(18.2·6)=1.1 кН/м²)	1.120	1,1	1.232
Итого:	3.809		4.4

Расчётные нагрузки от стен и остекления оконных переплетов:

На участке между отметками 11.4 м и 13.8 м

G ₁ = 2.4·6·2.97·1.1·1.0 = 47.05 кН/м

На участке между отметками 7.8 м и 11.4 м

G ₂ = (1.2·6·2.97+2.4·6·0,5)·1,1·1.0 = 31.44 кН/м

На участке между отметкам 0,0 и 7.8 м

G₃ = (1.2·6·2.97+6.6·6·0.5)·1.1·1.0 = 45.3 кН/м

Расчётные нагрузки от собственного веса колонн из тяжёлого бетона

Колонна по оси А, подкрановая часть с консолью:

G ₄₁ = (0.7·8.25+0.6·0.6+0.5·0.6·0.6)·0.4·25·1.1·1.0 = 69.47 кН

Надкрановая часть:

G ₄₂ = 0.6·0.4·3.9·25·1.1·1.0 = 25.74 кН (2.8)

Итого: G ₄ = G ₄₁ + G ₄₂ = 69.47+25.74= 95.21 кН (2.9).

Колонна по оси Б, подкрановая часть с консолями:

G ₅₁ =(0.8·8.25+2·0.6·0.65+0.65·0.65)·0.4·25·1.1·1.0=85.83 кН

Надкрановая часть:

G ₅₂ = G ₄₂ = 25.74 кН

Итого: G ₅ = G ₅₁ + G ₅₂ =85.83+25.74=111.57 кН

Расчётная нагрузка от собственного веса подкрановых балок (пр. XII [1]) и кранового пути (1,5 кН/м) будет равна:

G ₆ = (35+1.5·6)·1.1·1.0 = 48.4 кН

Временные нагрузки. Снеговая нагрузка для расчёта поперечной рамы принимается равномерно распределённой во всех пролётах здания. Для заданного района строительства (г. Томск) по [7] определяем нормативное значение снегового покрова S_o =2.4 кН/м² (p-н 4) и соответственное полное нормативное значение снеговой нагрузки S = S_o · m =2.4·1=2.4 кН/м². Коэффициент надёжности для снеговой нагрузки g _f =1.4. Тогда расчётная нагрузка от снега на 1 м ригеля рамы с учётом класса ответственности здания будет равна:

Р _sn = 2.4·6·1.0 = 14.4 кН/м.

Длительно действующая часть снеговой нагрузки согласно п.1.7 [7] составит:

Р _sn,l = 0.5·P_sn = 0.5·14.4 = 7.2 кН / м .

Крановые нагрузки

По пр. XV [1] находим габарит нагрузки от мостовых кранов грузоподъёмностью Q = 32 т ширина крана В_к =6.3 м; база крана А_к =5.1 м; нормативное max давление колеса крана на подкрановый рельс Р_max_,_n = 235 кН; масса тележки G_т =8.7·9.81=85.35 кН; общая масса крана G_к =28·9.81=274.68 кН. Нормативное максимальное давление одного колеса крана на подкрановый рельс :

Р _min _, _n = 0.5·( Q + Q _к ) - Р _max _, _n = 0.5·(313.9+274.68) – 235 = 59.29 кН.

Нормативная горизонтальная нагрузка на одно колесо крана, направленная поперёк кранового пути и вызываемая торможением тележки, при гибком подвесе груза будет равна:

Т _n = 0.5·0.05·( Q + G_т) = 0,5·0,05·(313.9+85.35) = 9.98 кН.

Расчётные крановые нагрузки вычисляем с учётом коэффициента надёжности по нагрузке g_f = 1.1 согласно п. 4.8 [7]. Определим расчётные нагрузки от двух сближенных кранов по линии влияния (рис.2) без учёта коэффициента сочетания y = 0.85: Максимальное давление на колонну

D_max = Р _max _, _n · g _f · S y · g _n = 235·1.1·1.95·1.0=504.08 кН,

Минимальное давление на колонну:

D_min = Р_min,n·g_f·Sy·g_n = 59.29·1.95·1.1·1.0 = 127.18 кН.

Тормозная поперечная нагрузка на колонну:

Т=Т _n · g _f · S y · g _n =9.98·1.1·1.95·1.0=21.41кН.

Рис. 2.2 Линия влияния давления на колонну и установка крановой нагрузки в невыгодное положение.

Ветровая нагрузка

Томск расположен в 3 ветровом районе по скоростным напорам ветра. Согласно п.6.4 [5] нормативное значение ветрового давления w _o = 0.38 кПа.

Для заданного типа местности В с учётом коэффициента k (табл. 6 [5]) получим следующие значения ветрового давления по высоте здания:

На высоте до 5 м: W_n₁=0.5·0.38=0.19 кПа.

На высоте до 10 м: W_n₂=0.65·0.38=0.247 кПа.

На высоте до 20 м: W_n₃=0.85·0.38=0.323 кПа.

Согласно рис. 1, вычислим значение нормативного давления на отметках верха колонн и покрытия:

На отметке 12.0 м W_n₄= 0.247+((0.323-0.247)/(20-10))*(12.0-10)=0.262 кПа.

На отметке 13.8 м W_n₅= 0.247+((0.323-0.247)/(20-10))*(13.8-10)=0.276 кПа.

Переменный по высоте скоростной напор ветра заменяем равномерно распределённым, эквивалентным по моменту в заделке консольной балки.

(2.20)

ля определения ветрового давления с учетом габаритов здания находим по пр. 4 [7] аэродинамические коэффициент c_e = 0,8 и c_e3 = - 0,45. Тогда с учётом коэффициента надёжности по нагрузке g_f = 1.4 и с шагом колонн 6 м получим:

расчётная равномерно-распределённая нагрузка на колонну рамы с неветренной стороны:

ω₁= 0.225·0.8·1.4·6·1.0 = 1.512 кН/м. (2.21)

То же, с подветренной стороны:

ω₂= 0.225·0.45·1.4·6·1.0=0.85 кН/м. (2.22)

Расчётная сосредоточенная ветровая нагрузка от давления ветра на ограждающие конструкции выше отметки 12 м:

(2.23)

Рис. 2.3. К определению эквивалентного нормативного значения ветрового давления.

2. Статический расчет поперечной рамы на ветровую нагрузку.

По результатам компоновки и сбора нагрузок составляется расчетная схема поперечной рамы. При этом соединение ригеля с колонной считается шарнирным, а соединение колонны с фундаментами — жестким. Эксцентриситеты приложения нагрузок определяются с учетом размеров конструктивных элементов каркаса и привязки осей здания.

Поперечная рама является однажды статически неопределимой, единственное неизвестное - горизонтальное смещение 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 готовым формулам.

1. Для колонны по оси «А»:

высота подкрановой части Н₁= 8.25 м;

высота надкрановой части Н₂= 3.9 м;

момент инерции сечения подкрановой части