Сбор нагрузок на раму стального каркаса пример

Обновлено: 09.05.2024

В статье «Проектирование поперечной рамы однопролетного промышленного здания» мы рассмотрели общие требования к проектированию рамы.

В этой статье рассмотрим пример расчёта здания.

Исходные данные:

Зададим следующие параметры будущего здания:

Назначение здания — отапливаемый склад, температура внутри +20°С;

Район строительства — г. Уфа;

Высота помещения от пола, до низа балки 5 м;

Ширина здания — 12 м;

Длина здания — 66 м;

Шаг колонн в продольном направлении 6 м;

Шаг колонн в поперечном направлении 12 м (однопролетная рама);

Стены — стеновая сэндвич-панель из мин.ваты;

Кровля — кровельная сэндвич-панель из мин.ваты;

Нагрузка на балки от подвешиваемого оборудования — отсутствует.

Сделаем 3-и варианта каркаса:

1) Жесткое соединение колонны и фундамента, шарнирное соединение балки с колонной;

2) Жесткое соединение колонны и фундамента, шарнирное соединение фермы и колонны;

3) Шарнирное соединение колонны и фундамента, жесткое соединение колонны и ригеля.

Вариант в жестким соединением колонны с фундаментом и колонны с ригелем я не рассматриваю т.к. данная схема сложна при производстве работ и не переносит не равномерных деформаций фундамента, т.е. не надежна.

Нагрузки

Прежде чем начать расчёт необходимо определиться с нагрузками.

Собственный вес конструкций

Вес конструкций назначается в расчётной программе автоматически, кроме веса ограждающих конструкций. Чтобы узнать вес ограждающих конструкций необходимо знать конструкцию стены и кровли и их толщину. В нашем случае конструкция стены и кровли — это сендвич-панель с утеплителем из минеральной ваты.

Расчёт толщины теплоизоляции подробно расписан в статье Расчёт толщины теплоизоляции. Подробно расчёт теплоизоляции стены можно посмотреть в статье Пример расчёта толщины утепления стены.

Для стены необходимое термическое сопротивление равно 2,09 (м 2 ∙ °С)/Вт, условия эксплуатации утеплителя А (см. расчет в статье Пример расчёта толщины утепления стены), плотность мин.ваты в сендвич панелях примерно 100-120 кг/м³, по таблице 1 СП 50.13330.2012 находим, что термическое сопротивление утеплителя равно 0,042 Вт/(м ∙ °С) и вносим данные в программу в Excel.Получаем требуемую толщину сендвич-панели 90 мм, но т.к. этот размер не стандартный, то увеличиваем толщину до 100 мм (всегда необходимо увеличивать толщину т.к. СП регламентирует минимальное термическое сопротивление). Расчёт теплоизоляции стены можно посмотреть тут. Вес стеновой сендвич панели толщиной 100 мм равен примерно 21 кг/м² (вес можно узнать из каталога технических решений производителя сендвич панелей, возможно он будет незначительно отличаться).

Аналогично производим расчёт толщины теплоизоляции кровли:минимальное термическое сопротивление равно 2,86 (м 2 ∙ °С)/Вт, толщина панели — 120 мм. Расчёт теплоизоляции кровли можно посмотреть тут. Вес кровельной сендвич панели толщиной 120 мм примерно 26 кг/м² (также смотрим в каталоге технических решений производителя сендвич панелей).

Если завод-изготовитель дает другие данные, подтвержденные испытаниями, то можно взять их, но данные по таблице СП всегда легче обосновать для экспертизы.

Вес прогонов мы учтем позже.

Снеговая нагрузка

Нормативная снеговая нагрузка для г.Уфа 320 кг/м² (подробнее с расчётом снеговой нагрузки можно ознакомиться в статье Расчет снеговой нагрузки). Уклон кровли планируем 10% или 6° (согласно требованиям СП 17.13330.2011 таблицы 1 рекомендуемый уклон 20%, но согласно п.6.4.12 СП 17.13330.2011 если проклеить швы, то можно уменьшить до 10%, что приведет хоть и не столь значительной, но экономии материала). Поэтому расчётная снеговая нагрузка будет равна нормативной т.к. коэффициент μ=1 (см. СП 20.13330.2011 Таблицу Г.1), а коэффициент учитывающий снос снега я предлагаю не учитывать т.к.: мы не знаем сейчас всех условий (местность, какие здания рядом и т.д.); мы не можем гарантировать, что здание в будущем не закроет от ветра другое здание; ну и не учет этого коэффициента экономит наши силы на расчет и идет в запас прочности.

Ветровая нагрузка

Нормативное значение ветрового давления для Уфы 0,30 кПа или 30 кг/м² (Таблица 11.1 СП 20.13330.2011 и карте 3 СП 20.13330.2011, 2-ой ветровой район). Расчетное давление вычисляется по формуле 11.1 СП 20.13330.2011:

где w_m — средняя составляющая ветровой нагрузки;

w_p — пульсационная составляющая ветровой нагрузки.

где w₀— нормативное значение ветрового давления согласно таблице 11.1 СП 20.13330.2011 (30 кг/м² для Уфы);

k(z_e) — коэффициент, зависящий от высоты и местности, принимаемый согласно п. 11.1.5 СП 20.13330.2011. Данный коэффициент имеет большое значение при строительстве высотных зданий т.к. чем здание выше, тем давление ветра больше. В нашем случае мы можем принять его равным единице (для здания ниже 10 м на открытой местности) и этого будет более чем достаточно;

c — коэффициент аэродинамический коэффициент, принимаемый для прямоугольного здания в плане по таблице Д.2 СП 20.13330.2011. Для наветренной стороны c = 0,8, для подветренной c = — 0,5.

Итого нормативная ветровая нагрузка:

Расчётная ветровая нагрузка равна произведению нормативной ветровой нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,4 (п.11.1.12 СП 20.13330.2011)

— для наветренной стороны w_mр = 24*1,4=33,6 кг/м²;

— для подветренной стороны w_mр = 15*1,4=21 кг/м².

Пульсационную составляющую можно рассчитать в программе.

Нагрузки от коммуникаций

Кроме этого на ригель снизу будут подвешиваться коммуникации. Нагрузки, естественно, на начальном этапе вам никто не скажет. Но примерно можно заложить следующие:

В нашем случае примем 50 кг/м².

Другие нагрузки

Крановой нагрузки у нас нет, сейсмической тоже.

Подбор кровельных прогонов

Прежде чем начинать строить схему в программе необходимо еще сконструировать ее, рассчитать шаг прогонов, учесть их вес и т.д.

Начнем с кровли. Мы уже посчитали толщину кровельной сендвич панели (120 мм см. выше). Толщина сендвич панели непосредственно влияет на ее несущую способность. Производители, как правило, имеют данные по несущей способности своих сендвич панелей. Например см. таблицу 1.

Таблица 1. Несущая способность кровельных сендвич панелей для производителя Belpanel. Схема нагружения — неразрезная двухпролетная балка.

Толщина панели, мм	Несущая способность при равномерно распределенных нагрузках, кг/м 2
	Пролет, м
	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
50	170	105	70	50	—
80	348	220	155	120	95
100	460	295	210	160	130
120	580	370	270	209	165
150	755	485	355	275	220
180	925	600	435	340	255
200	1045	675	495	385	310

Примечание:
1. Толщина панелей в таблице приравнена к толщине утеплителя плотностью 120 кг/м 3 .
2. Данные приведены для панелей с наружными обшивками из стального оцинкованного проката с полимерным покрытием толщиной 0,6 / 0,5 мм.
3. При расчете несущей способности учтена собственная масса панелей и сосредоточенная нагрузка величиной 100 кгс в середине пролета.
4. Допускаемый прогиб принят L/200 пролёта.
5. Рекомендуемый шаг прогона подтверждённый многолетним опытом надёжной эксплуатации составляет 1,5 метра для панелей, толщиной 80 мм, для панелей толщиной более 80 мм — 2 метра.

Как видим для толщины панели 120 мм и расчетной снеговой нагрузки 320 кг/м² максимальный шаг прогонов 1,5 м, у нас пролет 12 м и шаг прогонов в 1.5 метра вписывается в наш максимальный пролет, то его и оставляем.

Теперь подбираем прогон чтобы учесть его массу. Подобрать прогон совсем не сложно, можно воспользоваться программой в Excel, приведенной в статье Расчет прогонов с учетом бимомента. Бимомент можно не учитывать т.к. в этом случае он все равно будет запасом.

Нагрузка на прогон будет от снега (320 кг/м² х 1,5 на 1 м.п.) и веса панелей (26 кг/м² х 1,5 на 1 м.п.). Без использования тяжей необходимо применить швеллер 22П. Если будет тяжи будут делить прогон на 2-е части, то получаем, что необходимо использовать швеллер 20П, если использовать пару тяжей (прогон разделяется на 3 равные части), то все равно необходимо использовать швеллер 20П т.к. профиль не проходит по прогибу. Поэтому экономически более целесообразно использовать профиль 20П с одним тяжем.

Учитываем вес швеллера 20П т.е. 18.4 кг/м.п. х 6 м + тяжи, обычно используется круг 16 мм, вес 1,58 кг/м.п. х 1,5 м = 2,37, с округлением до большего 3 кг.

Итого нагрузка на ригель от веса конструкций будет следующая:

— вес кровельных сендвич-панелей 26 кг/м² х 1,5 (шаг прогонов) х 6 (длина прогона) х 1/cos(6º) (учет угла уклона) = 235 кг (с шагом 1.5 м вдоль ригеля);

— вес прогона 18,4 кг/м.п. х 6 м х 1/cos(6º) (учет угла уклона)= 111 кг (с шагом 1,5 м вдоль ригеля);

— вес тяжей около 3 кг с шагом 1,5 м вдоль ригеля.

Итого каждые 1.5 м на ригель будет приходиться нагрузка:

— от веса конструкций, равная 235+111+3=349 кг плюс еще 5% коэффициент надежности (Таблица 7.1 СП 20.13330.2011), итого 349*1,05=367;

— снеговая нагрузка 320 х 1,5 х 6 = 2880 кг. (здесь уклон не учитываем т.к. нагрузка дана на горизонтальную проекцию).

Подбор стеновых прогонов

Сендвич панели можно закрепить на стеновые прогоны, т.е. панели устанавливают вертикально. Однако если толщина панели позволяет воспринять ветровую нагрузку, то можно обойтись без прогонов просто установив сендвич панели горизонтально.

Например рассмотрим прочностные характеристики стеновой сендвич панели на таблице 2: Схема нагружения — однопролетная балка

Таблица 2. Несущая способность стеновой панели производства Белпанель.

Примечание:
1. Толщина стеновых «сэндвич»-панелей BELPANEL в таблицах приравнена к толщине утеплителя плотностью 110 кг/м³.
2. Данные приведены для стеновых «сэндвич»-панелей BELPANEL с наружными обшивками из стального оцинкованного проката с полимерным покрытием толщиной 0,5 мм.
3. Ширина опор не должна быть менее 40 мм.
4. При определении предельного прогиба учтена разность температур наружной и внутренней металлической обшивки T=55°C.
5. Допускаемый прогиб принят L/200 пролета.

Согласно предварительному расчету, ветровая нагрузка равна около 55 кг/м². Шаг колонн равен 6 м. Поэтому мы видим, что стеновая панель толщиной 100 мм соответствует требованиям по несущей способности и если нет других требований, то можно обойтись без стеновых прогонов.

Нагрузка на колонну будет 21 кг/м² х 6 м = 126 кг/м.п. Расчётная нагрузка будет на 5% больше (см. Таблицу 7.1 СП 20.13330.2011), т.е. 126х1,05=132кг. Плюс к этому нужно будет учесть эксцентриситет, но пока мы не знаем профиль колонны, мы не можем его учесть, добавим позже.

Кстати если стеновая панель не проходит по несущей способности и нет никаких препятствий использовать горизонтальные стеновые панели, то можно увеличить её толщину. Это конечно приведет к перерасходу сендвич панели, но сэкономит на стали для прогонов и увеличит энергоэффективность здания, что будет выгоднее.

Теперь мы готовы к проектированию рамы в программном комплексе.

This article has 5 Comments

спасибо за ваш разбор расчета поперечной рамы, было очень познавательно и интересно. Только я не нашел в ваших статьях как приложить нагрузку от стеновых панелей с эксцентриситетом. Буду благодарен за ответ.

Я знаю 2-а способа:
1) дополнительно добавить изгибающий момент на колонну;
2) вставить жесткую вставку и приложить нагрузку через другой элемент.
Комментарий правильный, по-правильному эксцентриситет нужно учитывать, но сильно на расчёт он не повлияет. Будет время отредактирую статью.

Подскажите в какой программе рассчитать пульсационную составляющую? Спасибо

Было бы круто заценить пример расчета пространственной рамы с приложением крановой нагрузки)

хорошие примеры, не останавливайтесь, добавляйте пожалуйста более сложные расчеты, на упругом основании, динамику и тд, вместе будем разбираться….

Сбор нагрузок на поперечную раму

Распределенная нагрузка на конструкцию покрытия 39,6кН/м.

Постоянная нагрузка передается на стойку в виде сосредоточенной силы, которая определяется из выражения:

Нагрузка на стойку может передаваться без эксцентриситета, т.е. . Тогда изгибающий момент и поперечная сила от постоянной нагрузки на ригель рамы будут равны 0 и стойка будут испытывать только сжатие, сжимающая сила равна

Постоянная нагрузка от собственного веса стеновых панелей

Для упрощения расчета конструктивное решение стеновых панелей принимаем таким же, что и панелей покрытия, т.е. величина известна.

Для статического расчета рамы допускается нагрузки от стеновых панелей сосредоточить в одной точке на расстоянии от обреза фундамента, равном .

Отсюда следует, что нагрузка от стеновых панелей ( ) равна:

где =1,158 кН/м 2 - вес панели;

Рисунок 69. Нагрузка на стойку от

H – высота стенового ограждения

B=6,3м - шаг поперечных рам;

H=7,3 м - высота стойки;

Нагрузка от стеновых панелей на стойку передается с эксцентриситетом:

где h – высота сечения стойки;

=0,265м - высота панели;

Сила , приложенная с эксцентриситетом “е”, приводит к появлению в стойке изгибающего момента, равного: .

Постоянная нагрузка от собственного веса стойки

Для определения нагрузки от собственного веса стойки предварительно задаемся размерами сечения:

- высота сечения стойки 0,73 м;

- ширина сечения стойки 0,15 м.

Коэффициент надежности по нагрузке .

кг/м 3 - плотность клееной лиственницы [1, прил. 3].

Собственный вес стойки ( ):

=0,15 . 0,73 . 7,3 . 1,1 . 650 = 571,54 кг.

Нагрузка от собственного веса стойки прикладывается в виде сосредоточенной силы на уровне обреза фундамента.

Временная нагрузка

Снеговая нагрузка для статического расчета принимается как равномерно распределенная по ригелю. Величина распределенной нагрузки будет равна:

где S – расчетная нагрузка, зависящая от района строительства (VII), [4, п. 5.2, табл.4];

- коэффициент, зависящий от формы покрытия, принимается согласно [4, прил. 3*], =1 при α < 25 0 ;

B=6,3м - шаг поперечных рам.

Снеговая нагрузка на стойку передается в виде сосредоточенной силы равной:

где - пролет поперечной рамы.

Считаем, что нагрузка передается без эксцентриситета, в соответствии с этим =136,08 кН/м.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:

где w₀ - нормативное значение ветрового давления [4 п. 6.4, табл.5], w₀=0,3кПа для II ветрового района;

k_z - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте [4 п. 6.5, табл.6];

с - аэродинамический коэффициент [4 п. 6.6, прил.4]. Принимаю с наветренной стороны для напора , для отсоса .

В общем виде расчетная ветровая нагрузка, действующая на стойку на высоте z от уровня земли будет равна:

где B=6,3м - шаг поперечных рам;

=1,4 – коэффициент надежности по нагрузке.

Значение определяется для характерных точек стойки, а именно на расстоянии от обреза фундамента равного z₁= 5м,

z₂=H_ст=7,3м, =7,3+0,924+0,263=8,48м, z₄= 10м.

где - высота стойки;

- высота ригеля в центре пролета;

- высота панели покрытия.

; ; ; для городских территорий, лесных массивов и других местностей, равномерно покрытых препятствиями высотой более 10 м; (тип местности В [1 п. 6.5])

По данным значениям строится действительный характер распределения ветровой нагрузки по высоте для напора и тоже самое для отсоса.

С целью упрощения, для статического расчета нагрузка от обреза фундамента до низа ригеля приводится к равномерно распределенной по стойке.

Рисунок 70. Ветровая нагрузка на раму

Величина равномерно распределенной нагрузки находится из равенства площадей эпюр действительной распределенной ветровой нагрузки и эквивалентной равномерно распределенной

Соответственно определяем из выражения:

кН/м; кН/м.

Ветровая нагрузка от низа ригеля до конька приводится к сосредоточенной силе, приложенной по низу ригеля. Сосредоточенная сила определяется как площадь трапеции и для напора будет равна: [кН],

Для напора: кН ;

Для отсоса: кН.

Расчетная схема рамы приведена на рисунке 83.

где P_покр – нагрузка от собственного веса покрытия ,

Р_сн – нагрузка от стенового ограждения,

Р_к – от собственного веса колонны,

- линейные и сосредоточенные нагрузки от действия ветра на раму.

Двухшарнирная рама является один раз статически неопределимой системой. За неизвестное удобно принимать продольное усилие в ригеле, который считается абсолютно жестким. Величина X находится как сумма Xi, определенных из канонических уравнений метода сил для каждого вида загружения отдельно:

Рисунок 71. Расчетная схема рамы

Виды загружений, вызывающих усилия в ригеле:

а) ветровая линейная нагрузка

б) ветровая сосредоточенная нагрузка

в) нагрузка от стеновых панелей, приложенных с эксцентриситетом

Анализируя результаты статического расчета рамы, можно сделать вывод о том, что опасным сечением, в котором возникают максимальные сила N, изгибающий момент M и поперечная сила Q является сечение 1-1 на уровне обреза фундамента (в заделке). Для определения усилий в опасном сечении, из двухшарнирной рамы вырезаем стойку, к ней прикладываем местную нагрузку, действие отброшенных связей заменяем соответствующими реакциями. Определение внутренних силовых факторов M, N, Q ведем как для консольной балки. Расчетные усилия от кратковременных нагрузок принимаем с коэффициентом сочетания .

Рисунок 72. Расчетная схема двухшарнирной рамы для определения усилий в стойке

Усилия определяем для левой и правой стоек.

Максимальные усилия возникают в нижнем сечении колонн у заделки в фундамент. Изгибающие моменты в левой и правой стойке определяются из выражения:

Поперечные силы в стойках:

Продольное усилие сжатия:

Расчет клееной стойки

Определив усилия M, N, Q в опасном сечении стойки, переходим к подбору сечения стойки. Предварительно, на основании опыта проектирования подобных элементов, задаемся сечением стойки. Высота стойки определена ориентировочно =0,73м, ширина стойки =0,15м. Сечение стойки развито в плоскости рамы. Набирается сечение стойки из досок плашмя. Толщина доски не более 40 мм, после двухсторонней острожки толщина доски . Высота сечения стойки уточняется соответственно с толщиной доски h=0,726м. Влажность клееной древесины должна быть не более . Для принятого сечения стойки определяется геометрические характеристики сечения и гибкость и .

Гибкость стойки относительно оси X определяется из выражения:

где - расчетная длина стойки, , при жестком защемлении в фундаменте

- радиус инерции для прямоугольного сечения, равен .

Гибкость должна быть не более

При большей гибкости необходимо изменить размеры поперечного сечения стойки.

Гибкость стойки относительно оси Y будет равна:

где - расчетная длина стойки относительно оси Y, которая зависит от наличия связей и распора по стойкам. Относительно оси Y гибкость также не должна превышать предельного значения . Предварительно принимаем – это расстояние между узлами закрепления стойки.

Поскольку гибкость превышает предельно допустимую, необходимо ввести распорки.

Тогда расчетная длина из плоскости будет равна расстоянию между узлами вертикальных связей, поставленных по колоннам в плоскости продольных стен .

Определив геометрические характеристики сечения и усилия в колонне, выполняем проверки по прочности и устойчивости.

Проверка по устойчивости по оси Х выполняется по формуле:

где N, M – расчетные значения продольной силы и изгибающего момента в заделке;

F_нт – площадь сечения нетто;

- момент сопротивления нетто относительно оси X;

– коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба

- расчетное сопротивление древесины при работе на сжатие;

Рисунок 74. Вертикальные связи по стойкам

Относительно оси Y прочность стойки проверяем как центрально-сжатого элемента по формуле:

где – коэффициент продольного изгиба определяется в зависимости от гибкости . Поскольку , то значение определяется по формуле

где коэффициент а=0,8 для древесины.

Проверка устойчивости плоской формы деформирования производится по формуле:

где F_бр – площадь брутто с максимальными размерами сечения элемента на участке l_у;

W_бр – максимальный момент сопротивления брутто на рассматриваемом участке l_у относительно оси У;

n = 2 – для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформирования;

j = – коэффициент продольного изгиба, определяемый для гибкости участка элемента расчетной длиной l_у из плоскости деформирования;

j_м – коэффициент, определяемый по формуле ,

где b – ширина поперечного сечения;

h – максимальная высота поперечного сечения на участке l_y;

k_ф=2,45 – коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке l_у, определяемый по табл. 2 прил. 4 [1].

- расчетные сопротивления древесины при работе на сжатие и изгиб соответственно; [1 п. 3.1, табл.3].

Проверка клеевого шва на скалывание:

Q_вн – определяется по формуле ;

- расчетное сопротивление древесины при работе на скалывание клееной древесины вдоль волокон; [1 п. 3.1, табл.3].

MK_v_1_release / 1. Расчетно-пояснительная записка / 04. Сбор нагрузок на поперечную раму

Принимаем расчетную схему рамы с жестким сопряжением элементов.

Изначально задаемся величинами:

– размер уступа колонны,

;

, – соотношение моментов инерции элементов рамы, принимаются приближенно, в зависимости от нагрузок и размеров рамы,

принимаем , .

Постоянные нагрузки

Производим сбор нагрузок, равномерно распределенных по длине ригеля рамы, включающих нагрузки от всех слоев кровли, конструкций фермы и связей.

Состав покрытия зависит от заданной конструкции покрытия: с прогонами или без них.

В случае беспрогонного покрытия непосредственно на стропильные фермы укладывают крупноразмерные плиты или панели шириной 1,5 или 3 м и длиной 6 и 12 м, совмещающие функции несущих и ограждающих конструкций.

Нормативная нагрузка,

Коэффициент надежности по нагрузке

Расчетная нагрузка,

Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием)

Гидроизоляционный ковер (4 слоя рубероида)

Утеплитель (плиты пенополистирольные ПСБ-35, )

Пароизоляция (слой рубероида)

Оцинкованный профилированный настил

Стальная рама панели покрытия

Данные взяты из табл. 1 [4] и табл. 11.3 [3].

Тогда линейная нагрузка на ригель рамы:

где – коэффициент надежности по назначению.

Опорная реакция ригеля рамы:

Далее найдем расчетный вес колонны, при этом будем считать, что вес верхней части составляет 20% от общего веса колонны, а нижней – 80%.

где – расход стали на колонну,

где 80 – расход стали на колонну, здания (по табл. 12.1 [3]).

К 600, 900, 1200, 1300, 1500, 1800, 2100, 3000 мм. Длина панели соответствует шагу колонн.

По периметру наружных стен зданий следует предусматривать ограждение на кровле. При высоте парапета менее 0,6 м следует дополнять решетчатым ограждением до высоты 0,6 м от поверхности кровли.

Так как высота здания от уровня пола до верха парапета составляет 15,0 м, принимаем следующую схему раскладки панелей (рис. 2.2)

При этом на верхнюю часть колонны приходится 10,87 м панелей, из которых 3,6 м – переплеты с остеклением. На нижнюю часть – 4,13 м, из них 1,8 м – переплеты с остеклением.

Подсчитаем нагрузку и , принимая во внимание, что поверхностная масса стеновых панелей , переплетов с остеклением – .

де , – коэффициенты надежности по нагрузке стеновых панелей и переплетов остекления соответственно;

, , , – высоты стеновых панелей и переплетов с остеклением соответственно, приходящихся на верхнюю и нижнюю части колонны.

Момент, возникающий в верхней части колонны:

Нормативная снеговая нагрузка зависит от снегового района и принимается в соответствии с [2], для г. Саратова (район III): .

Расчетная линейная нагрузка от снегового покрова на ригель рамы определяется по формуле:

Момент, возникающий от действия снеговой нагрузки:

Нагрузки от мостовых кранов

Расчетное усилие, передаваемое на колонну колесами крана, можно определить по линии влияния опорных реакций подкрановых балок при невыгоднейшем расположении кранов на балках. Такое расположение возникает при приближении вплотную двух ходовых частей мостовых кранов. Необходимо построить линии влияния при наезде каждого из колес крана на стык подкрановых балок, посчитать сумму ординат , выбрать максимальное значение этой величины, которая и будет характеризовать невыгоднейшее расположение.

где – коэффициент сочетаний нагрузок от двух кранов, зависит от режима работы мостовых кранов, для среднего и легкого режимов (группы 1К–6К);

, – нормативное вертикальное усилие колеса,

где – грузоподъемность крана;

, – масса крана и крановой тележки, тонн;

– число колес с одной стороны ходовой части крана.

Вес подкрановой балки:

где – расход стали на подкрановую балку,

где 80 – расход стали на подкрановую балку, здания (по табл. 12.1 [3]).

Тогда расчетные усилия:

Расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней колонны:

Найдем изгибающие моменты, передаваемые силами , колонне:

Нормативное значение горизонтальной силы , возникающей из-за перекосов крана, торможения тележки, распирающего воздействия колес при движении по рельсам, для кранов с гибким подвесом груза равно:

Расчетная горизонтальная сила :

Нормативная ветровая нагрузка зависит от района строительства и принимается в соответствии с [2], для г. Саратова (район III): , также зависит от высоты над поверхностью земли. Изменение нормативной ветровой нагрузки в зависимости от высоты проектируемого здания учитывается коэффициентом (табл. Х [2] или прил. 3 [3]).

Расчетная линейная ветровая нагрузка, передаваемая на стойку рамы в какой-то точке по высоте определяется по формуле:

где – коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

с – аэродинамический коэффициент, принимаемый для вертикальных стен – с наветренной стороны, – для противоположной стороны (отсоса).

По формуле для построим эпюру давления ветра по высоте стены здания. Для наветренной стороны (активного давления):

Для противоположной стороны (отсоса):

Промежуточные значения находят интерполяцией.

Ветровая нагрузка, действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне низа ригеля рамы.

где , , , – значения ветрового давления на уровне низа ригеля и верха парапета соответственно, активного давления и отсоса;

– расстояние между точкой низа ригеля и точкой верха парапета.

Получив по эпюре давления ветра величины , , , найдем:

Изгибающий момент от действия ветрового давления:

где – высота колонны,

– эквивалентная нагрузка, равномерно распределенная по всей высоте, заменяющая фактическую линейную в виде ломаной прямой, равная

где находится по формуле:

где – коэффициент у поверхности земли;

– коэффициент на отметке ;

Тогда эквивалентная нагрузка:

Найдем изгибающие моменты, равные

Учет пространственной работы каркаса

Учесть пространственную работу каркаса можно, определив смещение рамы в системе пространственного блока, состоящего из 5–7 плоских поперечных рам, соединенных в уровне ригеля и пространственных конструкций продольными элементами конечной жесткости.

Сложность заключается в определении величины, характеризующей отношение смещения отдельной рамы, включенной в пространственный каркас к ее смещению без учета работы блока. Эта величина обозначается , находится по формуле:

где – число колес кранов на одной нитке подкрановых балок ();

– сумма ординат, определяемая по линиям влияния;

, – коэффициенты упругого отпора, зависящие от параметра (табл. 12.2 [3]) характеризующего соотношения жесткостей поперечной рамы и покрытия:

где – коэффициент приведения ступенчатой колонны к эквивалентной по смещению колонне постоянного сечения, при жестком сопряжении ригеля с колонной:

где – коэффициент, принимаемый при определении реакции от смещения стойки на ) по табл. 12.4 [3];

– отношение суммы моментов инерции нижних частей колонн к моменту инерции продольных связей по нижним поясам фермы и эквивалентного момента инерции кровли (см. п. 12.3 [3])

Принимаем , , тогда:

При  , .

Из этого следует, что

MK_v_2_release / 1. Расчетно-пояснительная записка / 04. Сбор нагрузок на поперечную раму

Сбор нагрузок на поперечную раму.

, на отметке 10 м . В данном случае на отметке , на отметки , на отметки и на отметке .

с – аэродинамический коэффициент, принимаемый по СНиП «Нагрузки и воздействия». Коэффициент «с» принимается в зависимости от габаритов здания (ширины, высоты и длины).

γ_f – коэффициент надёжности по нагрузке (коэффициент перегрузки). γ_f для ветровой нагрузки равен 1.4.

γ_n – коэффициент надёжности по назначению.γ_n=0.95 – для зданий II класса.

В – расчетная ширина ветрового блока (В=6м).

Значения аэродинамических коэффициентов «с»:

с=+0,8 – для вертикальных поверхностей с наветренной стороны.

с=-0,6 – с подветренной стороны.

5 метров: 8,7 метров: 13,5 метров: 15,7 метров: 16,6 метров:

Рис 8. Схема сбора ветровых нагрузок на поперечную раму.

Для удобства расчёта фактическую нагрузку (в виде ломанной) заменяем эквивалентной равномерно распределённой по высоте колонны.

Эквивалентные нагрузки активного давления и откоса ветра определяем по формулам:

g_10м – расчётная нагрузка на высоте 10м.

α – коэффициент, учитывающий величину полезной высоты цеха H.

Активное давление ветра: Отсос ветра:

Ветровую нагрузку на участке от низа ригеля (верха колонны) до наиболее высокой части здания заменяем сосредоточенной силой, приложенной в уровне низа ригеля рамы.

Сосредоточенная нагрузка: .

— активного давления: — отсоса:

Рис 9. Расчетная схема для сбора ветровых нагрузок на поперечную раму.

Нагрузки от мостовых кранов:

Рис 9. схема установки мостовых кранов на подкрановых балках для определения

максимального давления на колонну.

где

);

Для определения Д_min находим , где Q_гр – грузоподъёмность крана в тоннах (Q_гр=70т);

Q_кр – масса крана с тележкой (Q_кр=110т).

Отношение:

Сосредоточенные изгибающие моменты:

Расчётное горизонтальное усилие от торможения тележки крана на колонну:

Горизонтальная сила Т определяется по схеме загружения подкрановых балок мостовыми кранами при определении Д_max.

Сила Т приложена в уровне верхнего пояса подкрановой балки на отметке:

Нагрузка от покрытия

Из таблицы №1 принимаем нагрузку на ферму:

Нагрузка от снега

Из таблицы №1

Расчёт рамы при помощи ПК Лира 9.6.

Статический расчет поперечной рамы выполняем с помощью ПК «ЛИРА 9.6». Результатами расчета являются изгибающие моменты, продольные и поперечные силы, вычисленные при разных сочетаниях нагрузок для четырех сечений: в уровне базы колонны – сечение 1–1, в нижней части колонны под подкрановой балкой – сечение 2–2, в верхней части колонны над подкрановой балкой – сечение 3–3, в уровне опоры нижнего пояса фермы покрытия – сечение 4–4. Полученные значения усилий сведены в таблицы 3 и 4.

Рис 10. Схема сечений для определения усилий в раме.

Чтобы соблюсти соотношение жесткостей назначаем размеры сечения условного ригеля 20x325, момент инерции консольного стержня бесконечно большой, поэтому ему назначаем сечение 20x10000, E=2e6 кН/м 3 , e₀=(0,45…0,55)h_н – 0,5h_в = 500мм.

Читайте также: