Конструкции одноэтажных каркасных зданий. Нагрузки, действующие на здание. Пространственная работа каркаса при крановых нагрузках. Статический расчет рамы.

Компоновка конструктивной схемы здания состоит из:

• Выбора сетки колонн и внутренних габаритов здания
• Привязка колонн к разбивочным осям здания
• Разбивка здания на температурные блоки
• Выбор конструкции покрытия и элементов каркаса
• Выбор системы связей, обеспечивающих пространственную жесткость здания

С учетом требований унификации и взаимозаменяемости, технологии производственного процесса сетка колонн одноэтажного промышленного здания с мостовым краном м.б. 12*18м, 12*24м, 12*30м или 6*18м, 6*24м, 6*30м.

Высота здания 8,4-18м, через 1,2м.

В целях сохранения однотипности элементов покрытия здания, приняты следующие привязки колонн к продольным осям. Колонны крайних рядов к продольным разбивочным осям имеют нулевую привязку в зданиях без мостовых кранов, шаг 6-12м, в зданиях с кранами грузоподъемностью Q<=30т, шаг колонн 6м, H<=16,2м.

При шаге колонн а>=12м и грузоподъемностью крана Q>30т, H>16,2м- привязка 250мм.

Геометрические оси колонн среднего ряда совмещают с продольными разбивочными осями и привязка торцевых колонн температурного блока к поперечным осям 500мм внутрь здания. Высота здания определяется технологическими условиями и назначается исходя из заданной отметки верха кранового рельса.

Плоские покрытия зданий компануются по 2 схемам: беспрогонной и прогонной.

Безпрогонная схема - плиты крепят к ригелям, сварка в 3-х точках, замоноличивание. Длина опирания плиты 6м пролета-80мм min, пролета 12м – 100мм min.

В этой схеме возможно расположение ригелей в продольном и поперечном направлении.

Прогонная схема - на ригелях крепят прогоны прямоугольного или таврового сечения, а по ним укладывают плиты шириной 1,5-3м. Эта схема более трудоемка и применяется при реконструкции здания.

В качестве элементов покрытия применяются ребристые плиты 6-12м, плиты типа 2Т, КЖС, типа П и оболочки. Плита 2Т и П может служить одновременно и ригелем.

В промышленных одноэтажных зданиях применяются колонны сплошного сечения и двухветвевые. Выбор сечения колонны зависит от грузоподъемности крана, высоты здания и шага колонн. В торце производственных зданий устанавливаются фахверковые колонны.

При компоновке конструктивной схемы здания для создания жесткого каркаса выбирают вертикальные и горизонтальные связи. Их количество и тип зависит от технологического процесса, количества температурных блоков, высоты здания и шага колонн.

Сборные железобетонные покрытия после сварки закладных деталей и замоноличивания образуют жесткую горизонтальную диафрагму, связывающую поверху поперечные рамы в единый пространственный блок, размеры которого определяются расстоянием между температурными швами. Нагрузки от массы покрытия снега, ветра, приложены одновременно по всем рамам блока. При этих нагрузках пространственная работа каркаса не проявляется и каждую плоскую раму можно рассматривать в отдельности. Нагрузка же от мостовых кранов приложена к 2-м или 3-м рамам блока, но благодаря связевой диафрагме в работу включаются и остальные рамы блока. Происходит пространственная работа каркаса, которая в расчете учитывается коэффициентом динамичности Cdin.

При длине блока 72м для второй от торца блока поперечной рамы находящейся в наиболее неблагоприятных условиях(отсутствует помощь соседних рам), при шаге 12м Cdin=3,5 и при шаге 6м Cdin=4,7. Значения коэффициентов динамичности Cdin тем больше чем меньше шаг колонн и больше длина температурного блока. При остальных нагрузках

Cdin=1.

Цель расчета поперечной рамы – подбор определенных усилий в колоннах от расчетных нагрузок и определение перемещений. Подбор сечений арматуры в колоннах и проверка назначенных сечений этих колонн. Прежде всего устанавливают расчетную схему здания, значение нагрузок и места их приложения. Поперечная рама – плоская стержневая система с жестким защемлением в фундаменте и шарнирным соединением ригелей с колонной.

Поперечная рама одноэтажного промышленного здания расчитывается на воздействие:

• Постоянных нагрузок (масса покрытия, стены, собственный вес, масса колонн)
• Временные нагрузки (длительного действия и кратковременного).

Длительные – от массы стационарно установленного оборудования, одного мостового крана, с коэффициентом 0,6 и части снеговой нагрузки.

Кратковременные – ветровая, нагрузка от 2-х сближенных кранов и части снеговой нагрузки.

Расчет рам выполняют на основные и особые сочетания нагрузок.

Постоянные нагрузки от массы покрытия передаются на колонну как вертикальное опорное давление ригелей F и определяется:

F=q*Af*G

Где q-нагрузка от массы кровли,

Аf-площадь на колонне среднего ряда.

Аfср.р=a*l;

Afкр.р=a*l/2.

G-нагрузка от массы ригеля.

G=m*g.

Нагрузка F от покрытия приложена по оси опоры ригеля с эксцентриситетом e относительно оси надкрановой части колонн. Исследования установили, что давление приложено на расстоянии 1/3 длины опоры от внутренней ее грани. Расстояние до продольной координационной оси м.б. принято 175мм. Момент от действия этой нагрузки в надкрановой части:

N1=F*e.

В подкрановой части колонны действует суммарный изгибающий момент,каждый со своим знаком:

N2=M1+(Fk*ek)+Fп.б.*eп.б.+(-Fw*ew)

Снеговая нагрузка действующая на колонны поперечника здания:

F=So*Af*γf*μ,

Где So - нормативный вес снегового покрова в зависимости от географического района строительства,

Где μ- коэффициент зависящий от профиля кровли

Где γf- коэффициент надежности по нагрузке.

Эксцентриситет приложения этой нагрузки принимается также как для постоянной нагрузки от покрытия.

Ветровая нагрузка – на колонну передается через стеновые панели, в виде распределенной нагрузки.

P=a*ω.

Где ω- расчетное ветровое давление принимается в зависимости от района строительства и высоты здания.

Ветровая нагрузка в месте соеденения колонны с ригелем заменяется сосредоточенной.

Крановая нагрузка передается от 2-х сближенных кранов по линии влияния опорной реакции подкрановой балки.одно колесо крана распологается на опоре. Крановая нагрузка действует вертикально и горизонтально. Max и min вертикальная крановая нагрузка:

Dmax=Fmax*Σyi

Где Fmax - давление одного колеса крана на рельс подкрановой балки.

Σyi - сумма ординат линий влияния в местах расположения колес крана.

Вертикальная крановая нагрузка передается через подкрановые балки на подкрановую часть колонны с эксцентриситетом от подкрановой балки оси до оси сечения подкрановой части колонны.

Момент от крановой вертикальной нагрузки:

Mmax= Dmax*lп.б.

Горизонтальная нагрузка на колонну от торможения от 2-х кранов определяется по тем же линиям влияния:

H=Hmax*Σyi.

• Основная система получается введением дополнительной связи препятствующей горизонтальному смещению.
• Задаемся размерами сечения колонны и определяем их жесткости как для бетонного сечения, предпологает упругую работу материала.
• Основная система подвергается единичному смещению, возникает реакция RΔ от смещения. 3

RΔ=(3EI)/(H*(1+K+K1))

Где 1+K+K1 - учитывает перемену по высоте сечения.

Далее находим сумму реакций всех колонн от смещения Δ.

Получаем

r11=ΣRΔi.

· Затем основную систему последовательно загружаем постоянной и временной нагрузкой. Fпост.кр; Fs; P; N; Dmax;H.

· Находим суммарную реакцию от каждого вида загружения во всех стойках. R1pi=Σrgi

· Для определения усилий в колонне составляем кононическое уравнение метода перемещений при рассматриваемом загружении. Cdin* r11*Δi+ R1pi=0

· Δi=(R1pi)/(Cdin* r11)

· Вычисляем упругую реакцию:

Rli=Ri+ Δi* RΔ.

· Определяем изгибающий момент, продольную силу и поперечную силу в каждой стойке или колонне, как и консольной балке от действия упругой реакции Re и одной из внешних нагрузок. Для расчета колонн необходимо знать усилия как минимум в 3-х сечениях:

А) над крановой консолью

Б) под крановой консолью

В) в основании колонны.

· В каждом сечении колонны определяют следующие комбинации усилий:

А) Mmax--- N; Q

Б) Mmin----- N;Q

В) Nmax--- M; Q

Рассматривая две группы основных сочетаний. В 1 гр. Основных сочетаний учитываются постоянные и одна временная нагрузка с коэффициентом сочетания γi=1. во второй группе учитываются постоянные и несколько временных в их наиболее невыгодном сочетании при γi=0,9.