Расчёт поперечной рамы здания

Сбор нагрузок на поперечную раму

Постоянные нагрузки

Постоянная нагрузка от покрытия.

Подсчёт нагрузки от веса кровли и плит покрытия на 1м² приведён в таблице 1.

Таблица 1- Постоянная нагрузка от покрытия

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м²	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м²
Железобетонные ребристые плиты покрытия 3х12 м с учетом заливки швов	1, 98	1, 1	2, 177
Пароизоляция – слой рубероида на битумной мастике	0, 03	1, 3	0, 039
Утеплитель – минераловатные плиты d=100 мм, γ =3, 7 кН/м³	0, 37	1, 3	0, 481
Асфальтовая стяжка d=20 мм, γ =18 кН/м³	0, 36	1, 3	0, 468
Водоизоляционный ковер (три слоя рубероида на мастике)	0, 09	1, 3	0, 117
Слой гравия, втопленного в битум	0, 16	1, 3	0, 208
Итого	2, 99		3, 49

Нагрузка передается на колонну как вертикальное опорное давление ригеля.

Расчетная нагрузка на крайнюю колонну определяется по формуле

;

где - расчетная нагрузка от веса кровли и плит покрытия, ;

- нормативная нагрузка от фермы (по справочным данным), ;

- шаг колонн, ;

- пролет здания, ;

- коэффициент надежности по нагрузке, ;

- коэффициент надежности по назначению здания, .

Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления.

Нагрузка от верхнего участка стены выше уровня подкрановой консоли передается на уровне подкрановой консоли (рисунок 2, 5):

;

где и - нормативная нагрузка от веса 1 м² стеновых панелей и оконных блоков соответственно, , ;

и - суммарная высота стеновых панелей и оконных блоков соответственно, , .

Расчетная нагрузка от веса подкрановых балок и кранового пути.

;

где - нормативная нагрузка от веса подкрановой балки, ;

- нормативная нагрузка от веса кранового пути, [9, 10].

Расчетная нагрузка от веса колонн.

Надкрановая часть крайней колонны:

;

или 7, 84 кН/м.

где - средняя плотность тяжелого конструкционного бетона,

Подкрановая часть крайней колонны состоит из двух ветвей и распорок, нагрузка определяется от веса всех элементов:

или

4, 55 =9, 9 кН/м.

Нагрузки действуют на крайние колонны с эксцентриситетом (рисунок 5).

Рисунок 5 – Эксцентриситеты приложения нагрузок на крайнюю колонну

Нагрузка действует на крайние колонны с эксцентриситетом равным

На уровне сопряжения фермы с колонной возникает изгибающий момент :

Нагрузка действует на крайние колонны с эксцентриситетом:

Нагрузка F₃ действует на крайние колонны с эксцентриситетом:

В крайних колоннах на уровне подкрановой консоли возникают изгибающие моменты и от сил и соответственно:

;

Временные нагрузки

Снеговая нагрузка.

Временная нагрузка от снега устанавливается в соответствии с географическим районом строительства и профилем покрытия. Она передается на колонну как вертикальное опорное давление ригеля и подсчитывается по той же грузовой площади, что и нагрузка от массы покрытия.

Расчетная снеговая нагрузка на покрытие определяется по формуле

где - расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной пверхности земли, принимаемый в соответствии с нормами и зависит от района строительства, для II снегового района (г.Волгоград) ;

- коэффициент перехода от веса снегового покрова горизонтальной поверхности земли к снеговой нагрузке на покрытие, в учебном курсовом проекте принимаем .

Расчетная снеговая нагрузка на крайнюю колонну

Момент от снеговой нагрузки

Ветровая нагрузка.

В зависимости от географического района и высоты здания устанавливают значение ветрового давления на 1 м² поверхности стены. С наветренной стороны действует положительное давление, с заветренной – отрицательное.

Стеновые панели передают ветровое давление на колонны в виде распределенной нагрузки. Расчетная ветровая нагрузка на 1 м² стены определяется по формуле

где - нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от ветрового района, для III района по ветровой нагрузке (г.Волгоград) ;

- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте здания, принимается в зависимости от типа местности, для открытой местности типа А при высоте 10 м - , при высоте 20 м - ;

- аэродинамический коэффициент, для вертикальной поверхности при положительном давлении с=0, 8;

- коэффициент надёжности по ветровой нагрузке.

Ветровое давление на уровне 10 м от поверхности земли

Ветровое давление на уровне 15 м от поверхности земли

Ветровое давление на уровне 20 м от поверхности земли

Графическим способом определяем ветровое давление на высоте 13, 85 м ( верх колонн) ( ) и 16, 2 (верх стеновой панели) ( ) (рисунок 6).

Переменный по высоте скоростной напор ветра заменяем равномерно распределённым, эквивалентным по моменту в заделке колонны длиной H_к=14, 1 м.

Рисунок 6 – К расчету ветровой нагрузки

При отношении высоты здания к ширине здания:

Значение аэродинамического коэффициента для наружных стен с наветренной стороны – с₁=0, 8, с подветренной – с₂=0, 5.

Расчётная равномерно распределённая ветровая нагрузка на колонну до отметки 13, 85 м при коэффициенте надёжности по нагрузке (рисунок 6):

- с наветренной стороны

;

- с подветренной стороны

Неравномерную нагрузку, действующую на часть стены выше колонн, в расчётной схеме приводим к сосредоточенной силе, приложенной на уровне верха колонн:

- для наветренной стороны

Нагрузка от мостовых кранов.

Мостовой кран состоит из моста, тележки на четырёх колёсах, подъемного оборудования и сообщает каркасу здания вертикальные и горизонтальные нагрузки.

Максимальное нормативное давление на колесо крана возникает при крайнем положении тележки с полным грузом, при этом на колесо крана с противоположной стороны действует минимальная нагрузка.

Максимальное нормативное давление на колесо крана F_max_,_n=345 кН (принимаем по ГОСТ 25546).

Определяем минимальное нормативное давление:

где - максимальный вес груза;

– общий вес крана.

Расчётную вертикальную нагрузку на крайнюю колонну вычисляют от двух максимально сближенных кранов по линиям влияния опорных реакций подкрановых балок (рисунок 7) по формулам:

где – максимально возможная сумма ординат линий влияния опорного давления, взятых под колёсами крана (рисунок 7), =2, 95;

=1, 1 - коэффициент надёжности по крановой нагрузке;

= 0, 85 – коэффициент сочетания.

Таким образом

986, 2 кН;

328, 7 кН.

Рисунок 7 – К определению суммы ординат линий влияния опорных реакций.

При торможении крана могут возникать поперечные и продольные тормозные усилия.

Нормативная горизонтальная поперечная нагрузка, вызываемая торможением тележки крана с грузом, определяется при гибком подвесе груза по формуле

где - вес тележки (по ГОСТу на краны).

Эта сила передается на один путь и распределяется поровну между двумя колесами крана.

Расчётная горизонтальная сила на колонну определяется от действия двух кранов по линиям влияния опорных реакций по формуле

Вертикальные крановые нагрузки передаются на колонны с эксцентриситетами.

Эксцентриситет относительно оси ближайшей ветви крайней колонны:

где = 750 мм - расстояние от разбивочной оси до оси кранового рельса.

В момент, когда тележки с грузом двух сближенных кранов в левом пролёте находятся в крайнем левом положении, на крайней левой колонне создаётся давление D_max и соответствующий ему изгибающий момент М_max, а на крайней правой колонне действует D_min с соответствующим моментом М_min_.

;

Когда тележки с грузом находятся в крайнем правом положении, на крайней левой колонне действует D_min= кН с соответствующим моментом М_min= , а на крайней правой колонне действует D_max= кН и соответствующий ему изгибающий момент М_max= .

Горизонтальное давление от поперечного торможения кранов передается на колонны на уровне верха кранового рельса, то есть на расстоянии 1, 15 м от подкрановой консоли, и имеет знак «+» или «-».

Составление расчетной схемы

Поперечные рамы одноэтажных промышленных зданий являются статически неопределимыми системами и рассчитываются с использованием ЭВМ. Допускается использовать приближенные инженерные расчеты, основанные на методе сил и методе перемещений.

Цель статического расчета - определение усилий и перемещений в сечениях элементов рамы. Для расчета устанавливают расчетную схему, величины нагрузок и место их приложения.

В расчетной схеме рамы сопряжение ригеля с колонной принимают шарнирным, соединение колонны с фундаментом - жестким. Геометрические оси ригелей принимают горизонтальными, соединяющими места их опирания, жесткость ригелей - бесконечной. В такой системе расчет ригелей можно выполнять независимо от расчета поперечной рамы. Длину колонн принимают равной расстоянию от обреза фундамента до низа ригеля. Размеры пролетов принимают равными расстоянию между геометрическими осями колонн. Для ступенчатых колонн учитывают сдвиг оси в месте ступени.

Рамы температурного блока объединены по верху жестким в своей плоскости диском покрытия, обеспечивающим их совместную пространственную работу. При действии общих для всего здания нагрузок (собственного веса конструкций, снега, ветра) пространственный характер работы каркаса не проявляется, так как все поперечные рамы находятся в одинаковых условиях и испытывают одинаковое горизонтальное перемещение верха колонн. Поэтому каждую раму можно рассматривать как отдельную плоскую систему.

При загружении местной крановой нагрузкой, приложенной к одной или двум рамам, остальные рамы этого температурного блока так же включаются в работу за счет жесткого диска покрытия и уменьшают горизонтальные перемещения верха загруженной рамы и усилия в её стойках. В этом и проявляется пространственный характер работы каркаса.

В инженерных расчётах пространственный характер работы каркаса при действии крановых нагрузок учитывается приближённо, путём эквивалентного увеличения жёсткости стоек загруженной рамы.

В проекте статический расчет поперечной рамы здания выполняется на компьютере с применением ПК ЛИРА 9.4.

Многофункциональный программный комплекс ЛИРА предназначен для автоматизированного расчета, исследования и проектирования различных строительных конструкций зданий и сооружений. Пакет программ ЛИРА функционирует на основе использования метода конечных элементов. Ядром пакета является формирование целостной математической модели объекта в виде системы линейных алгебраических уравнений.

Расчетная схема представляет собой идеализированную модель, которая заменяет реальное сооружение или конструкцию при расчете. Степень приближения модели к реальной конструкции зависит от квалификации инженера-расчетчика и от возможности вычислительного комплекса, которым он обладает.

При выборе расчетной схемы учитывают следующие факторы:

1) геометрические характеристики реальной конструкции;

2) способ соединения различных частей элементов конструкции в узлах;

3) тип опирания;

4) вид нагружения.

Для составления расчетной схемы идеализированную модель конструкции необходимо разделить на конечные элементы. Для стержневых систем конечные элементы представляют собой отдельные стержни, соединенные в узлах. При разбивке систем на конечные элементы необходимо учитывать предполагаемое очертание эпюр внутренних усилий, изгибающих моментов, продольных и поперечных сил, а также изменение жесткости по длине элементов. Конечные элементы, имеющие одинаковые жесткостные характеристики, объединяются в жесткостные типы, геометрия всей системы описывается правой декартовой системой координат, оси координат наносят на расчетную схему. Расчетная схема не должна быть геометрически или мгновенно изменяемой.

Рисунок 8 – Расчетная схема поперечной рамы здания

На рисунке 8 показана расчётная схема поперечной рамы одноэтажного производственного здания. При формировании расчётной схемы крайние колонны разделены на следующие характерные части:

- верхние стержни (1, 2), длиной 4, 4 м и сечением 60х50 см;

- элементы подкрановой консоли (26, 27, 28, 29) с длиной равной расстоянию между осями сечения ветвей и осью верхней (надкрановой) части колонны, жесткостью на один порядок больше наибольшей жесткости сечения колонн;

- элементы ветвей (10-17, 18-22), сечением 30х50 см;

- рядовые распорки (3- 8), сечением 40х50 см, длиной равной расстоянию между осями ветвей (1м).

Жёсткость ригеля (стержень 9) при расчёте рамы считается равной , в действительности жёсткость ригеля на 2 порядка больше наибольшей жёсткости сечения колонн.

В расчётной схеме поперечной рамы одноэтажного промышленного здания 24 узла, 29 элементов, имеющих 5 типов жёсткости (рисунок 8).

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 Следующая ⇒