Статический расчет поперечной рамы

На поперечную раму цеха действуют постоянные нагрузки от веса ограждающих и несущих конструкций здания, временные от мостовых кранов и атмосферные воздействия снега ветра.

На здание может действовать одновременно несколько нагрузок и возможно несколько комбинаций их с учетом отсутствия некоторых из них или возможного изменения схем их приложения.

Поэтому раму рассчитывают на каждую из нагрузок отдельно, а затем составляют расчетную комбинацию усилий при невыгодном сочетании нагрузок. При этом значения нагрузок должны подсчитываться отдельно, если даже они имеют одинаковые схемы распределения на конструкции, но отличаются по длительности воздействия.

 

Установление нагрузок на поперечную раму

На колонны действуют постоянные нагрузки: состоящие из веса элементов покрытия и стен, балок кранового пути и крановых путей, собственного веса надкрановой и подкрановой частей колонны, а также временные, состоящие из снеговой, крановой и ветровой нагрузки.

Проектируемое здание относится по степени ответственности к классу II, поэтому расчётные значения нагрузок определяют с учётом коэффициента надёжности по назначению конструкций .

 

Постоянная нагрузка

Постоянные нагрузки зависят от типа покрытия, которое может быть тяжелым или легким, утепленным или не утепленным. Значение постоянных нагрузок на 1 м² покрытия приведены в таблице 1. Расчетные нагрузки при получены как произведение нормативных нагрузок на коэффициент надежности по назначению .

 

Таблица 6 - Нормативные и расчетные нагрузки на 1 м² покрытия

Вид нагрузки	Нормативная кН/м^2	gf	Расчетная кН/м^2
Гидроизоляция	0,15	1,35	0,2
Цементно-песчаная стяжка –δ = 20 мм.	0,66	1,35	0,891
Утеплитель (пенополистерол ρ=50 кг/м^3; δ = 120).	0,075	1,35	0,101
Пароизоляция (1-н слой пергамина)	0,07	1,35	0,0945
Железобетонная ребристая плита с учётом заливки швов	1,7	1,35	2,295
ИТОГО	2,25		3,038

 

Нормативная нагрузка от веса ригеля составляет 80 кН, расчетная – 108 кН.

Постоянная нагрузка от массы покрытия передается на колонну как вертикальное опорное давление ригеля F₁ и определяется по формуле:

Расчётное опорное давление от покрытия и от фермы

(4.1)

где q₁ – расчетная нагрузка от массы кровли и плиты покрытия;

- грузовая площадь; м²;

а,L – шаг колонн и пролет (м);

G – нагрузка от фермы;

q₂ – расчетная нагрузка от массы ригеля;

- коэффициент безопасности по назначению;

-на крайнюю колонну:

-на среднюю колонну: .

Расчётная нагрузка от веса подкрановых балок

(4.2)

где q-вес подкрановой балки;

.

Расчётная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления приложена на уровне их опирания по вертикали, проходящей через геометрическую ось стеновых панелей на колонну от веса керамзитожелезобетонных панелей толщиной t = 200 мм и весом g_w=2,22 кН/м², а также от заполнения оконных проемов (вес 1м² -0,5 кН).

Расчётная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления выше отметки +7,200 м;

(4.3)

Нагрузка от веса стеновых панелей и оконных переплетов ниже отметки +7,2 м воспринимают фундаментные балки, поэтому усилия в колонне от нее не возникают.

Расчётная нагрузка от веса колонн определяется по формуле:

Крайние колонны подкрановая часть

Крайние колонны надкрановая часть

Средние колонны надкрановая часть

Средние колонны подкрановая часть

 

Временная нагрузка

Снеговая нагрузка

Расчетная сосредоточенная снеговая нагрузка на колонны определяется по формуле:

(4.4)

где S_o — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемая в зависимости от района строительства. Для города Могилева - нормативное значение снеговой нагрузки S _o = 1,2 кПа = 1200 ;

μ — коэффициент, учитывающий конфигурацию покрытия; для расчета рамы принимается μ = 1;

γ _f — коэффициент надежности по нагрузке, для снега принимаемый в зависимости от отношения нормативной нагрузки от веса покрытия к нормативному значению веса снегового покрытия. принимаем γ _f = 1.5;

L — пролёт стропильных конструкций.

Определим расчетную снеговую нагрузку на крайнюю колонну

Для средней колонны:

Крановая нагрузка

Вес поднимаемого груза Q=150 кН, пролёт крана L_к =22-2∙0,75=20,5 м. В соответствии со стандартами на мостовые электрические краны грузоподъемностью 15/3 т нормативное максимальное давление одного колеса на рельс кранового пути F_{max, n}=190 кН, масса крана т., масса тележки крана т., база крана грузоподъёмностью 15/3 К= 4,4 м, ширина крана В = 6,3 м.

Расчётное максимальное давление на колесо крана

; (4.5)

Минимальное давление колес крана можно определить по формуле

(4.6)

где G — полный вес крана с тележкой;

n₀ – число колес на одной стороне крана, n₀=2;

Расчётная поперечная тормозная сила на одно колесо.

(4.7)

.

Вертикальная крановая нагрузка на колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетаний :

(4.8)

где - сумма ординат линии влияния давления двух подкрановых балок на колонну (рисунок 17) где 0.85 —коэффициент сочетаний при совместной работе двух кранов для групп режимов работы кранов 1К–6К;

F_max(min) — наибольшее (наименьшее) вертикальное давление колес на подкрановую балку;

Рисунок 17 – Линия влияния давления на колонну

Вертикальная крановая нагрузка на колонны от четырех сближенных кранов на среднюю колонну с коэффициентом сочетаний :

При торможении тележки крана на колонны рамы действует горизонтальная поперечная нагрузка. Расчетное горизонтальное давление на колонну от двух сближенных кранов при поперечном торможении равно:

(4.9)

Ветровая нагрузка

Скоростной напор ветра для города Могилева до 10м от поверхности земли k= 1; w₀ =230 Н/м²; то же высотой до 20м при коэффициенте, учитывающем изменение скоростного напора по высоте k= 1,25.

(4.10)

В соответствии с линейной интерполяцией нагрузка на высоте 13,80 м

Переменный по высоте скоростной напор ветра заменяем равномерно распределённым, эквивалентным по моменту в заделке колонны длиной 10,8 м.

(4.11)

Значение аэродинамического коэффициента для наружных стен с наветренной стороны с_е = +0,8, с подветренной стороны с_е’= 0,6

Расчётная равномерно распределённая нагрузка колонны до отметки 10,8 м при коэффициенте надёжности по ветровой нагрузке =1,4,

(4.12)

с наветренной стороны

с подветренной стороны

Расчётная сосредоточенная ветровая нагрузка выше отметки 10,8 м

(4.13)