Нагрузка от веса покрытия и стропильной конструкции.

Привязка колонн к разбивочным осям 250мм, так как два из трех условий не выполняются. В= 12м > 6м, Q= 30тс=30тс, Ĥ=13,2<16,2м. Шаг колонн 12м.

Центр опирания стропильной конструкции смещен на расстоянии 0,175 м от разбивочной оси внутрь здания. Расчетный эксцентриситет для верхней части колонны при привязке «250»

 

Расчетный эксцентриситет для нижней части колонны

 

Таблица 4.

Сбор постоянных нагрузок на покрытие

Элемент	Нормативная нагрузка кН/м^2	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка кН/м^2
Рубероид δ= 0,005м; ρ= 600кг/м^3	0,03	1,3	0,039
Цементно-песчаная стяжка δ= 0,035м; ρ=1800кг/м^3	0,63	1,1	0,693
Утеплитель δ= 0,1м; ρ=180кг/м^3	0,18	1,3	0,234
Ребристая плита	2,05	1,1	2,255
ИТОГО	g ≈ 3,22

Примечание. Нормативный вес плиты принят 205кг/м², нормативный вес стропильной фермы Gн=14,9т (149Кн).

Продольное расчетное усилие N₁ в крайних колоннах.

N₁ = (gB·0,5L + γ_n0,5G)γ_n= (3,22·12·0,5·24+1,1·0,5·149)0,95= 545,63кН.

γ_п – коэффициент надежности по назначению здания равен 0,95;

γ_n - коэффициент надежности по нагрузке, для железобетонных сборных конструкций со средней плотностью более1600кг/м³ равен 1,1.

Продольная сила, приложенная с эксцентриситетом, вызывает моменты в верхней и нижней части колонны

М₁= N₁е₀^в= 545,63·0,175=95,49кНм (сила расположена справа от оси верхней части колонны). Момент положительный, приложен в голове колонны.

М₂= N₁е₀^н= 545,63·(-0,2)=-109,13 кНм (сила расположена слева от оси нижней части колонны). Момент отрицательный, приложен в уровне уступа колонны.

Для средней колонны N=2N₁= 545,63·2= 1091,26кН. М=0.

Нагрузка от веса стеновых панелей и остекления.

Вес 1м² стеновой панели для отапливаемых зданий и шаге колонн 12м принят 280кг/м². В предварительных расчетах примем: толщину панели - 300мм и что

центр тяжести панели находится в середине сечения и высоты панели. Вес 1 м² остекления с переплетами принимаем 40 кг/м².

Для упрощения расчетов примем, что вес панелей и остекления расположенных выше уступа колонны приложен к верхней части колонны, а ниже уступа непосредственно на фундамент (рис. 8).

 

 

Продольное расчетное усилие N₂^в, приложенное к верхней части колонны

 

Здесь высоты h₁ и h₂ определяются из чертежа компоновки рамы (рис.8),

h₁- сумма высот панелей выше уступа колонны, h₁= 6,0м,

h₂ - сумма высот остекления выше уступа колонны, h₂=2,4м.

Момент от панелей и остекления М₂^ст приложен в уровне уступа колонны слева от оси - момент отрицательный.

М₂^ст = N₂·е_0н^ст= 222,7·(-0,6)=-133,62кНм.

Продольное расчетное усилие N₂^н, приложенное к нижней части колонны и передаваемое непосредственно на фундамент.

 

Здесь высоты h₁ и h₂ определяются из чертежа компоновки рамы (рис.8),

h₃- сумма высот панелей ниже уступа колонны, h₁= 6,6м,

h₄ - сумма высот остекления ниже уступа колонны, h₂=4,2м.

Для средней колонны N=0.

Нагрузка от веса подкрановых балок.

Вес железобетонных подкрановых балок для статических расчетов при шаге колонн В=12м равен G =11,5тс (115 Кн).

Эксцентриситет приложения продольной силы определяется как расстояние от оси симметрии сечения балки до физической оси сечения подкрановой части колонны. Так как расположение подкранового рельса, а следовательно и подкрановой балки зависит от унифицированных размеров кранов, то и величина эксцентриситета будет зависеть от размера λ, который при грузоподъемности кранов Q ≤ 50 тс равен 750 мм. Для крайней колонны при привязке 250

е_0н=0,75+0,25-h_н/2=0,75+0,25-0,9/2=0,55м.

N₃= G γ_f γ_n =115·1,1·0,95=12,02=120,2кН. Сила приложена справа от оси колонны. М₃= N₃е_0н=120,2·0,55=66,1кНм. Момент – положительный.

Для средней колонны N₃=24,04тс =240,4кН.

Нагрузка от веса крайней колонны.

Расчетное продольное усилие от собственного веса верхней части колонны

N₄^в = G^в_к = h_в b H_в γ_f γ_n ρ = 0,5·0,5·4,95·1,1·0,95·25,0 = 32,33кН.

N₄^в действует на нижнюю часть колонны слева от оси с эксцентриситетом

 

М₄^Н = N₃^ве₀^н = 32,33(-0,2)= -6,47кНм. Момент – отрицательный.

N₄^н = G^н_к = h_н b H_н γ_f γ₂ ρ = 0,5·0,9·8,4·1,1·0,95·25,0 = 98,75кН.

γ_{f –} коэффициент надежности по нагрузки, γ_n - коэффициент надежности по назначению здания, ρ – плотность материала (2500кг/м³), h, b, H – размеры расчетных участков колонны.

Нагрузка от веса средней колонны.

Нагрузка от веса верхней части средней колонны N₄^в,ср.

N₄^в,ср = G^в_к = h_вb H_в γ_f γ_n ρ = 0,6·0,5·4,95·1,1·0,95·25,0 = 40,84кН.

Нагрузка от веса нижней части средней колонны N₄^н,ср.

N₄^н,ср =G^н_к= (h_нbH_н -nsbс)γ_f γ_n ρ =(1,2·0,5·8,4 - 3·2,2·0,6·0,5)1,1·0,95·25,0 = 79,94кН.

2.3. Временные нагрузки на раму

Ветровая нагрузка

 

Район строительства по давлению ветра – I, местность типа В, (нормативное давление ветра 23кгс/м²= 0,23кН/м²). Коэффициент k на высотах: 5м-0,5; 10м-0,65; 20м-0,85. Аэродинамический коэффициент с_е определяется при условиях В/L=144/48=3>2 и h/L =16,8/48=0,35<0,5. В соответствии с таблицей 2 с_е=0,8 с наветренной стороны и с подветренной стороны с_е3= -0,5. Коэффициент k на высоте +16,8м равен 0,65+(0,85-0,65)(20-16,8)/10=0,714.

Вычисляется момент в заделке колонны от ступенчатой нагрузки k.

М_з= 0,5·10²/2+0,5·5·0,15(5+2·5/3)+0,65·6,8(10+6,8/2)+0,5(0,714- 0,65)6,38(10+2·6,8/3) = 90,05.

При определении k_экв момент от равномерно распределенной нагрузки k_экв должен быть равен фактическому моменту М_з в заделке колонны от ступенчатой нагрузки k

М_экв= k_эквН²/2= М_з.

Отсюда находится k_экв=2М_з/ Н²= 2·90,05/16,8²=0,638.

Расчетная эквивалентная нагрузка от ветра на раму с наветренной стороны

 

Расчетная эквивалентная нагрузка от ветра на раму с подветренной стороны

Равномерно распределенную нагрузку выше уровня головы колонны заменяем сосредоточенной силой W

W = (P_экв+ P´_экв) (Н₁-Н)=(1,87+1,17)(16,8-13,2)=10,944кН.

 

Снеговая нагрузка.

Для района строительства (III район) расчетное значение снеговой нагрузки на 1м² горизонтальной поверхности 180кгс/м² =1,8 кН/м², длительная снеговая нагрузка 90кгс/м²,средняя скорость ветра за зимний период - 4м/сек. Уклон плоской кровли 3% менее 12%, скорость ветра 4м/сек больше 2м/сек. Коэффициент уменьшения снеговой нагрузки равен /12/

с_е =(1,2 - 0,1v√k)(0,8+0,002b)=(1,2-0,1·4√0,71)(0,8+0,002·48)=0,773.

Здесь k- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (на отметке +16,8м значение коэффициента k равно 0,71, рис.9), b– ширина покрытия, b=2L=48м меньше 100м.

Расчетное усилие, передаваемое на крайнюю колонну

N₅^кр= с_е·s_0·γ_n·BL/2 =0,773·1,8·0,95·12·24/2=190,34кН.

Усилие на среднюю колонну удваивается.

N₅^ср= 2·190,34= 380,68кН

Поскольку снеговая нагрузка передается на колонны через стропильные фермы, эксцентриситеты приложения нагрузки те же, что и для нагрузок о т веса покрытия: е₀^в=0,175м, е₀^н=0,2м.

Момент от снеговой нагрузки на крайней колонне.

М₅^в= N₁е₀^в= 190,34·0,175=33,31кНм. 45кНм (сила расположена справа от оси верхней части колонны, момент положительный).

М₅^н= N₁е₀^н= 190,34·(-0,2)=38,07кНм (сила расположена слева от оси нижней части колонны, момент отрицательный).

Расчетные усилия от длительной части снеговой нагрузки составляют 50% от полной снеговой нагрузки.

 

 

Крановые нагрузки.

В соответствии с таблицей 3 для мостового электрического крана грузоподъемностью Q=30тс, пролетом 24м максимальное нормативное давление колеса P_n,max=280 кН, общая масса крана G_кр=45т, масса тележки G_т=12 т, ширина крана B_к=6300 мм. База крана A_к=5100 мм.

Минимальное давление колеса кН.

Нормативное значение горизонтальной нагрузки, вызываемой торможением электрической тележки, для кранов с гибким подвесом груза равно 0,05

Полная нормативная тормозная сила от поперечного торможения тележки

T_т=(Q+G_Т)0,05 = (30+20)0,05=2,1≈21,0кН.

Нормативная тормозная сила, приходящаяся на одно колесо:

T_n= 0,5T_т ≈ 0,5·21=10,5кН.

 

 

 

 

Расчетное максимальное вертикальное давление кранов на колонны определяем по линиям влияния опорных реакций подкрановых балок (рис.10).

Сумма ординат линии влияния

Расчетное максимальное и минимальное давление от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетания ψ=0,85:

кН.

кН.

Здесь - коэффициент надежности по нагрузке, - коэффициент на­дежности по ответственности здания.

Расчетная горизонтальная крановая нагрузка от двух кранов при поперечном торможении тележки

кН.

Расчетное максимальное давление от четырех сближенных кранов с коэффициентом сочетания ψ=0,7 (для средней колонны).

кН

Расчетная горизонтальная крановая нагрузка от четырех кранов в одном створе при поперечном торможении тележки (для средней колонны).

Вертикальные нагрузки и от кранов на крайней колонне приложены с теми же эксцентриситетами, что и постоянная нагрузка от подкрановых балок (е_0н=0,55м)

M_max= D_max е_0н=734,2·0,55=403,81кНм.

M_min= D_min е_0н=249,1·0,55=157,081кНм.

На средней колонне нагрузки и от кранов приложены с эксцентриситетами е_0н= λ=0,75м).

M_max= D_max е_0н=734,2·0,75=550,65кНм.

M_min= D_min е_0н=249,1·0,75=186,83кНм.

Горизонтальные тормозные силы Т приложены в уровне верха подкрановых балок (отм. +9,65 м).

Расчетные усилия от длительной части крановых нагрузок для групп режимов кранов 4К–6К составляют 50% от вертикальной крановой нагрузки.

2.4. Статический расчет рамы

Статический расчет рамы выполним методом перемещений. Неизвестным является горизонтальное перемещение верха колонны Δ₁. Основная система двухпролетная рама с горизонтальной связью, препятствующей горизонтальному смещению. Основная система подвергается единичному перемещению, т.е. Δ=1. При этом в колоннах возникают моменты и реакции R_Δi (для двухпролетного здания R_Δ1, R_Δ2, R_Δ3). Затем рама загружается постоянными и временными нагрузками и определяются основные усилия.

Каноническое уравнение метода перемещений

c_dimr₁₁ Δ₁+R_1p=0

Здесь r₁₁ = ∑R_Δi – сумма реакций колонн рамы от единичной нагрузки,

R_1р = ∑ R_рi - сумма реакций верха колонн от внешней нагрузки,

Δ – перемещение от внешнего воздействия,

c_dim- коэффициент, учитывающий пространственную работу каркаса и принимаемый при шаге рам 12м c_dim=3,5; при шаге рам 6м c_dim=4,0. Коэффициент c_dim учитывается только при действии крановых нагрузок.

Порядок расчета.

· Определяется R_Δi – реакция верха каждой колонны от единичного перемещения Δ=1 (по таблицам приложения)

· Определяется r₁₁ – суммарная реакция связи от единичного смещения

· Определяется реакция каждой колонны R_i от силовых воздействий M, N, T, P, по формулам, приведенным в таблице приложения.

· Находится суммарная реакция связи от силового воздействия

1. Определяется горизонтальное смещение от конкретного воздействия

 

2. Вычисляются упругие реакции колонн R_ie для каждой колонны

3. Строятся эпюры моментов от каждого вида загружения.