Определение нагрузок на раму здания

Нагрузки на раму здания определяются с учетом коэффициентов надежности по назначению здания γ_n>1 и коэффициентов надежности по нагрузке γ_n=0,95, поскольку усилия в поперечных сечениях элементов используются для расчета по первой группе предельных состояний.

Нагрузка от веса покрытия приведена в табл. 3.

Таблица 3. Сбор нагрузок на 1м² фермы

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м^2	Коэффициент надежности gf	Расчетная нагрузка, кН/м^2
1. От кровли:
- водоизоляционный ковер из 2х слоев Техноэласт ТПП, d=3 мм	2*0,09=0,18	1,2	0,216
- цементно-песчаная стяжка, d=30 мм	18*0,03=0,54	1,3	0,702
- минераловатные плиты «URSA», d=60 мм	0,5*0,06= 0,03	1,2	0,036
Итого	0,75		0,954
2. От плиты: железобетонные ребристые плиты покрытия	2,4	1,1	2,64
Итого			2,64
3. Временная снеговая	1,2*0,7=0,84	0,7	1,2
Итого	0,84		1,2
Полная нагрузка	3,99		4,794

 

 

Постоянные нагрузки

 

1. Нагрузка от веса покрытия на 1м² = 4,794 кН/м²

Опорное давление фермы с учетом покрытия

F₁=F₂=0,95*(3,594*12*9+0,5*94)=413,39 кН

где 0,5*94 кН- собственный вес половины фермы; на крайние стойки – силы F₁; F₂=2*F₁

3,594 – собственный вес элементов покрытия;

Продольная сила F₁ действует на крайние колонны с эксцентриситетом:

e_F1 = 0,250+0,175-0,5h = 0,250+0,175+0,5*0,6 = 0,125 м

Момент от силы F₁:

М_F1=F₁*e_F1 = 413,39*0,125 = 51,67 кНм

 

2. Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей, передаваемая на отм. +13.800:

= 0,95*1,2*(1,2+1,2)*6*10*0,3 = 49,25 кН

где 0,95 - коэффициент надежности по назначению здания;

1,2 м – высота рассматриваемых панелей;

6 м – длина панелей;

10 кН/м³ - плотность материала стеновых панелей;

0,3 м – толщина стеновых панелей.

Нагрузка от стеновых панелей приложена с эксцентриситетом:

е_S1 = 0,3+0,15 = 0,45 м

Момент от силы S₁:

М_S1=S₁*e_S1 = 49,25*0,45 = 22,16 кНм

 

3. Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей, передаваемая на отм. +10.800:

=0,95*1,2*(1,8*6*10*0,3+1,2*6*0,7)=42,68 кН

Нагрузка приложена с эксцентриситетом:

е_S3 = 0,3+0,15 = 0,45 м

Момент от силы S₁:

М_S3= 42,68*0,45 = 19,21 кНм

 

4. Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей, передаваемая на отм. +9.000:

S₃= 36,94 кН

Нагрузка от стеновых панелей приложена с эксцентриситетом:

е_S3 = 0,45+0,15 = 0,6 м

Момент от силы S₁:

М_S3= 36,94*0,6 = 22,16 кНм

 

5. Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей, передаваемая на отм. +4.200:

S₄= 51,3 кН

Нагрузка от стеновых панелей приложена с эксцентриситетом:

е_S4 = 0,6 м

Момент от силы S₁:

М_S4= 51,3*0,6 = 30,78 кНм

 

6. Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей, передаваемая от отм. 0.000 до отм. +4.200:

S₅= 38,99 кН

Нагрузка от стеновых панелей приложена с эксцентриситетом:

е_S5 = 0,6 м

Момент от силы S₁:

М_S5= 38,99*0,6 = 23,39 кНм

7. Нагрузка от веса надкрановой части крайних колонн (отм.+9.300):

= 0,95*1,1*25*0,4*0,6*3,9 = 24,45 кН

 

8. Нагрузка от веса подкрановой части крайних колонн (отм. 0,000):

= 0,95*1,1*25*0,4*0,9*9,3 = 87,47 кН

 

9. Нагрузка от веса надкрановой части средних колонн (отм.+9.300):

= 0,95*1,1*25*0,4*0,6*3,9 = 24,45 кН

 

10. Нагрузка от веса подкрановой части средних колонн (отм. 0,000):

= 0,95*1,1*25*0,4*0,9*9,3 = 87,47 кН

 

11. Нагрузка от веса подкрановой балки и кранового рельса для крайних колонн:

=57,5 кН

где m_{подкр.балки}=49,5 кН – вес подкрановой балки;

B = 12м – шаг колонн в продольном направлении;

m_{кран.рельс}= 0,46 кН – вес одного погонного метра кранового рельса.

Сила F₇ приложена в уровне консоли колонны с эксцентриситетом

е_F7 = λ+250-0,5*h_{подкр.части} = 750+250-450 =550 мм = 0,55 м

750мм – привязка силы к разбивочной оси;

250мм – привязка колонны;

900мм – высота подкрановой части колонны.

Момент от действующей нагрузки

М_F7*e_F7=57,5*0,55= 31,63 кНм

 

12. Нагрузка от веса подкрановой балки и кранового рельса для средней колонны:

=57,5 кН.

Сила F₈ приложена в уровне консоли колонны с эксцентриситетом

е_F8 = λ = 750мм = 0,75 м

М_F8*e_F8=57,5*0,75= 43,12 кНм

Рисунок 4. Расчетная схема от действия постоянных нагрузок

Временные нагрузки

Снеговая нагрузка

Снеговую нагрузку определяем в соответствии с [2].

Расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия S=1,2 кПа.

Величина полной снеговой нагрузки, приходящейся на крайние колонны (кратковременная нагрузка) равна:

В₁=S*12*9=1,2*12*9 = 129,6 кН

Момент от действия данной нагрузки:

М_В1=В_F*e_F1 = 129,6*0,125 = 16,2 кНм

Длительная нагрузка подсчитывается как часть от полной снеговой нагрузки:

В₁'= 0,5*S*12*9 = 0,5*1,2*12*9 = 64,8 кН

Момент от действия длительной нагрузки:

М_В1’=В_F’*e_F1 = 64,8*0,125 = 8,1 кНм

 

На рис. 5 приведены расчетные схемы от снеговой нагрузки (кратковременной и длительной).

а) б)

 

Рисунок 5. Расчетные схемы от снеговой нагрузки: а – от кратковременного действия; б – от длительного действия.

Крановая нагрузка

По ГОСТ 25711-83 на мостовые краны определяем характеристики крана (Q = 16т):

- пролет крана – L_cr=16,5 м;

- ширина моста крана – В=5600 мм;

- база крана – к=4400 мм;

- максимальное давление от одного колеса кранового моста F_nmax=140 кН

- масса тележки 4,7т;

- масса крана с тележкой 20+4,7=24,7 т (G=247 кН);

Находим минимальное давление от одного колеса кранового моста:

F_nmin=0,5*(Q+G_c)-F_nmax=0,5*(160+247)-140=64 кН

Нормативная горизонтальная нагрузка от торможения тележки крана с грузом, передаваемая через одно колесо кранового моста равна

=

(где n=2 – число колес на одной стороне кранового моста)

В соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 при расчете рам вертикальные и горизонтальные нагрузки от мостовых кранов определяются для не более чем от двух наиболее неблагоприятных по воздействию кранов на одном крановом пути.

Расчетная вертикальная нагрузка на колонны от двух сближенных кранов:

D_max=γ_n*γ_f*F_nmax*Σy_i=0,95*1,1*140*(1+0,614+0,905+0,556)=449,87 кН;

D_min=γ_n*γ_f*F_nmin*Σy_i=0,95*1,1*64*(1+0,614+0,905+0,556)=205,66 кН;

где γ_f=1,1 - коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок;

Σy_i – сумма ординат с эпюры линии влияния (см. рис. 6).

 

 

Рисунок 6. Линии влияния опорных реакций подкрановых балок

 

Силы D_maxи D_min действуют одновременно на консолях стоек с такими же эксцентриситетами, что и сила F₄ и учитываются как кратковременные.

Первое загружение: сила D_maxприложена к крайней левой стойке рамы с моментом:

M_Dmax=D_max*e_f7=449,87*0,55=247,43 кНм

Сила D_min приложена к средней стойке рамы с моментом:

M_Dmin=D_min*e_f7=205,66*0,75=154,24 кНм

 

Второе загружение: сила D_min приложена к крайней левой стойке рамы с моментом:

M_Dmin=D_min*e_f7=205,66*0,55=113,11 кНм

Сила D_maxприложена к средней стойке рамы с моментом:

M_Dmax=D_max*e_f7=449,87*0,75=337,40 кНм

Для учета длительных нагрузок от кранового оборудования воспользуемся ординатами с эпюры линии влияния для одного крана.

Расчетная вертикальная нагрузка на колонны от одного крана:

D'_max=γ_n*γ_f*0,5F_nmax*Σy_i=0,95*1,1*140*0,5*(1+0,633)=119,45 кН;

D’_min=γ_n*γ_f*0,5F_nmin*Σy_i=0,95*1,1*64*0,5(1+0,633)=54,61 кН;

Силы D’_maxи D’_min действуют одновременно на консолях стоек с такими же эксцентриситетами, что и сила F₇ и учитываются как длительные.

Первое загружение: сила D’_maxприложена к крайней левой стойке рамы с моментом:

M’_Dmax=D’_max*e_f7=119,45*0,55=65,70 кНм

Сила D’_min приложена к средней стойке рамы с моментом:

M’_Dmin=D’_min*e_f7=54,61*0,75=40,96 кНм

Второе загружение: сила D’_min приложена к крайней левой стойке рамы с моментом:

M’_Dmin=D’_min*e_f7=54,61*0,55=30,04 кНм

Сила D’_max приложена к средней стойке рамы с моментом:

M’_Dmax=D’_max*e_f7=119,45*0,75=89,59 кНм

Расчетная горизонтальная нагрузка от торможения тележки крана с грузом от 2-х кранов:

Т=γ_n*γ_f*Н_n*Σy_i=0,95*1,1*5,18*(1+0,614+0,905+0,556)=16,63кН;

Рисунок 7. Расчетные схемы от крановых нагрузок: а, б – от кратковременного действия; в, г – от длительного действия; д – горизонтальной на левую колонну; е – горизонтальной на среднюю колонну;

 

Ветровая нагрузка

Нормативное значение ветрового давления по [2] для III района.

Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки

где коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (для типа местности В по [2, табл. 6] составляет следующие величины: на высоте 5 м – на высоте 10 м – и на высоте 20 м – );

аэродинамический коэффициент, устанавливаемый по прил. 4 в зависимости от схемы здания. Для данного проекта при действии ветра слева направо для наветренной поверхности здания для подветренной стороны (при условии .

Определим по линейной интерполяции значение для высоты 13,200 м:

Определим по линейной интерполяции значение для высоты 16,200 м:

Найдем расчетные значения ветрового давления по поверхности стен на всех отметках:

Отметка +5,000

С наветренной стороны:

С подветренной стороны:

Отметка +10,000

С наветренной стороны:

С подветренной стороны:

Отметка +13,200

С наветренной стороны:

С подветренной стороны:

Отметка +16,200

С наветренной стороны:

С подветренной стороны:

Рисунок 8. Эпюра расчетного ветрового давления по поверхности стен

 

Приведем расчетную равномерно распределенную нагрузку на отметках +16,200 и +13,200 в горизонтальную сосредоточенную на отметке +13,200:

С наветренной стороны:

С подветренной стороны:

 

Эпюре расчетных нагрузок между отметками -0,150 и +13.200 соответствуют эквивалентные по моменту в заделке стоек равномерно распределенные нагрузки с наветренной W₁ и подветренной W₂ сторон по длине стоек. Данные величины определим следующим образом:

W₁=0,228*12 = 2,74 кН/м (наветренная сторона);

W₂=0,142*12 = 1,70 кН/м (подветренная сторона);

Рисунок 9. Схема загружения от ветровой нагрузки