Нагрузки, действующие на поперечную раму

7.3. Нагрузки, действующие на поперечную раму

Поперечную раму (см. пример 6.1) рассчитывают на воздействие основных нагрузок: постоянных от веса несущих и ограждающих конструкций; снеговой; крановой и ветровой. Для расчета рамы каждую нагрузку определяют отдельно.

7.3.1. Постоянные нагрузки

Постоянные нагрузки от ограждающих и несущих конструкций покрытия принимают равномерно распределенными по длине ригеля. Вес кровли подсчитывают по фактическим показателям в соответствии с принятыми ограждающими конструкциями покрытия (см. табл. 7.2).

Общая равномерно распределенная постоянная нагрузка на ригель рамы (см. пп. 7.2.1 и 7.2.2) при шаге колонн 12 м

q = (g_nk + g_nрγ_f  + g_фγ_f)В =

= (1,43 + 0,1192 · 1,05 + 0,167 · 1,05) 12 = 20,77 кН/м.

При наличии фонарной надстройки учитывают:

– g_фон,n = 0,12 – 0,18 кН/м² – вес каркаса фонаря со связями на 1 м² горизонтальной проекции фонаря;

Рекомендуемые материалы

– g_ост,n = 0,35 – 0,4 кН/м² – вес остекления фонаря на 1 м² остекленной поверхности;

– g_б,n = 0,06 – 0,08 кН/м² – фактический вес бортовой плиты с учетом утеплителя, выравнивающего слоя и рубероидного ковра на 1 м² поверхности плиты.

Расчетное давление ригеля на колонну от постоянной нагрузки

V_g = qL/2 = 20,77 · 30 / 2 = 311,55 кН.

Расчетный сосредоточенный момент, действующий в уровне верха подкрановой части колонны и возникающий от постоянной нагрузки вследствие излома оси колонны, равен:

M_g = V_ge₁ = 311,55 · 0,275 = 85,68 кН·м.

В конструктивной схеме с подстропильными фермами (рис. 7.4), кроме погонной постоянной нагрузки на ригель рамы

q₁ = (g_nk + g_nрγ_f  + g_фγ_f)b_ф =

= (1,43 + 0,0684 · 1,05 + 0,224 · 1,05) 6 = 10,42 кН/м,

на колонны передается еще сосредоточенная сила F, равная двум опорным реакциям подстропильных ферм F_пф и собственному весу подстропильной фермы G_пф:

F = 2F_пф + G_пф,nγ_f  = 2 · 78,15 + 15,55 · 1,05 = 172,63 кН,

где    F_пф = 0,5R_сф = 0,5 · 156,3 = 78,15 кН,

здесь R_сф – реакция стропильной фермы, опирающейся на подстропильную:

R_сф  = q₁L/2 = 10,42 · 30 / 2 = 156,3 кН.

Рис. 7.4. Схема нагружения рамы постоянной нагрузкой от элементов

 покрытия с применением подстропильных ферм

Передача нагрузок на колонны от веса стеновых навесных панелей, подкрановых балок осуществляется в местах их приложения с учетом эксцентриситетов. Эксцентриситет приложения нагрузки от стенового ограждения по отношению к центру тяжести сечения надкрановой части колонны равен:

e_ст = (h_в + t_ст)/2 = (0,7 + 0,3) / 2 = 0,5.

Для упрощения расчета без использования ЭВМ нагрузки от стенового ограждения и собственного веса частей колонны условно прикладываются к низу подкрановой и надкрановой частям колонны по осям их сечения.

Сила F_н включает в себя собственный вес нижней части колонны G_к,н и

нагрузки от стен на участке от низа рамы до уступа колонны F_ст,н:

F_н = G_к,н + F_ст,н = 64,21 + 202,5 = 266,7 кН.

Сила F_в включает в себя собственный вес верхней части колонны и вес стен выше уступа:

F_в = G_кв + F_ст,в = 8,99 + 199,5 = 208,49 кН.

Суммарная сила, приложенная на уровне обреза фундамента,

F_фун = F_н + F_в = 266,7 + 208,49 = 475,49 кН.

Вес подкрановой конструкции при пролете 12 м

G_пб  = G_пб,nγ_f  = 84,38 · 1,05 = 88,6 кН.

7.3.2. Снеговая нагрузка

Расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли для г. Иркутска S_g = 1,2 кН/м².  Полное расчетное значение

снеговой нагрузки на горизонтальную поверхность покрытия

S = S_g μ = 1,2 · 1 = 1,2 кН/м²,

где μ = 1 (при уклоне кровли φ ≤ 25°) – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Воздействие снеговой нагрузки через покрытие на поперечную раму аналогично воздействию нагрузки от веса покрытия.

Равномерно распределенная снеговая нагрузка на ригель поперечной рамы

p = SB = 1,2 · 12 = 14,4 кН/м.

Расчетное давление ригеля на колонну от снеговой нагрузки

V_p = pL/2 = 14,4 · 30 / 2 = 216 кН.

Расчетный сосредоточенный момент, действующий в уровне верха подкрановой части колонны от снеговой нагрузки:

М_p = V_pe₁ = 216 · 0,275 = 59,4 кН·м.

7.3.3. Нагрузки от мостовых кранов

Нагрузки от мостовых кранов определяют с учетом группы режимов работы кранов, вида привода и способа подвески груза.

На крановый рельс от колес крана передаются: вертикальные силы F_k, которые зависят от веса крана, грузоподъемности крана и положения тележки на крановом мосту; горизонтальные поперечные силы T_k, возникающие при торможении тележки с грузом; горизонтальная продольная сила T_kр, возникающая при продольном торможении крана с грузом и воспринимаемая вертикальными связями по колоннам.

Вертикальные и горизонтальные поперечные нагрузки воспринимаются поперечной рамой. Максимальные вертикальные нагрузки передаются на колонну рамы подкрановыми балками на уровне их нижнего пояса в виде вертикального опорного давления D_max, когда тележки с грузом при совместной работе двух кранов наибольшей грузоподъемности расположены в непосредственной близости от колонны. Минимальные вертикальные нагрузки в виде вертикального опорного давления D_min передаются на колонну рамы с противоположной стороны крана.

Горизонтальные нагрузки передаются на колонну через те же колеса тормозными конструкциями на уровне верхних поясов подкрановых балок, полагая, что эта нагрузка целиком передается на одну сторону кранового пути, распределяется поровну между всеми колесами и может быть направлена как внутрь, так и наружу рассматриваемого пролета.

Вертикальное давление определяют по линии влияния опорной реакции подкрановой балки (см. рис. 7.3). Расчетное вертикальное давление на колонну D_max = 2109,98 кН от двух сближенных кранов при шаге колонн      B = 12 м (см. п. 7.2.5).

Расчетное значение вертикального давления крана на противоположную колонну

где    F_k,min – минимальное нормативное давление одного колеса крана, определяемое по формуле

F_k,min = (Q + G_кр)/n_o – F_k,max = (1000 +1450) / 4 – 465 = 147,5 кН,

здесь Q = 1000 кН – номинальная грузоподъемность крана;

G_кр = 1450 кН вес крана с тележкой (см. табл. 6.2); n_o = 4 – число колес на одной стороне крана.

В кранах с грузоподъемностью Q ≥ 80 т для разных колес F_k,max различно, в расчете обычно принимают среднее значение максимальных давлений колес:

F_k,max = (F_k1,max + F_k2,max)/2 = (450 + 480) / 2 = 465 кН.

Для более точного расчета распределяют минимальные давления колес крана пропорционально распределению максимальных давлений:

F_k1,min = F_k,min(F_k1,max/F_k,mak) = 147,5 (450 / 465) = 142,7 кН;

F_k2,min = F_k,min(F_k2,max/F_k,mak) = 147,5 (480 / 465) = 152,3 кН.

Вертикальное давление

При совмещении оси подкрановой балки с осью подкрановой ветви колонны силы D_max и D_min прикладывают по отношению к геометрической оси сечения нижнего участка колонны с эксцентриситетом e_k, принимают примерно равным (0,5 – 0,55)h_н.

Приняв e_k = 0,5h_н = 0,5 · 1,25 = 0,625 м, определяют сосредоточенные моменты от вертикального давления кранов:

M_max = D_maxe_k = 2109,98 · 0,625 = 1318,74 кН·м;

M_min = D_mine_k = 681,6 · 0,625 = 426 кН·м.

Нормативное значение горизонтальной силы на одно колесо от поперечного торможения тележки с грузом в направлении вдоль кранового моста определяют по формуле

T_k,n = β(Q + G_T)/n_о = 0,05 (1000 + 410) / 4 = 17,63 кН,

где    β = 0,05 – для кранов с гибким подвесом груза и β = 0,1 – с жестким подвесом груза;

G_T = 410 кН – вес тележки.

Расчетное значение горизонтальной силы на колонну от поперечного торможения тележек кранов при том же расположении мостовых кранов определяют по линии влияния опорной реакции тормозной балки, такой же, как и для подкрановой балки:

7.3.4. Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка оказывает активное давление на здание с наветренной стороны и отсос с заветренной стороны и может быть направлена как в одну, так и в другую сторону (рис. 7.5, а).

Нормативное значение ветрового давления (скоростного напора ветра) w_o принимают в зависимости от ветрового района страны по табл. 7.4.

Для г. Иркутска (ΙΙΙ район) w_o = 0,38 кН/м².

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

q_w = w_okcγ_fB,

где    k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяемый в зависимости от типа местности по табл. 7.5;

c – аэродинамический коэффициент, зависящий от конфигурации здания  и учитывающийся только для вертикальных стен (принимают с = 0,8 с наветренной стороны и с′ = 0,6 с заветренной стороны);

γ_f = 1,4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

В = 12 м – ширина расчетного блока, равная шагу колонн.

Рис. 7.5. Схема загружения рамы ветровой нагрузкой:

а – по нормам проектирования; б – расчетное загружение

эквивалентной нагрузкой

Таблица 7.4

Нормативные значения ветрового давления w_o

В соответствии со строительными нормами и правилами [7] рассматриваются следующие типы местности:

А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

С – городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Территория строительства проектируемого здания относится к местности типа В.

Расчетная погонная нагрузка на раму от активного давления по высоте:

q₅ = w_ok₅cγ_f B = 0,38 · 0,5 · 0,8 · 1,4 · 12 = 2,55 кН/м²;

q₁₀ = w_ok₁₀cγ_f B = 0,38 · 0,65 · 0,8 · 1,4 · 12 = 3,32 кН/м²;

q₂₀ = w_ok₂₀cγ_f B = 0,38 · 0,85 · 0,8 · 1,4 · 12 = 4,34 кН/м²;

q₃₀ = w_ok₃₀cγ_f B = 0,38 · 0,98 · 0,8 · 1,4 · 12 = 5,01 кН/м².

Таблица 7.5

Коэффициенты k для типов местности

П р и м е ч а н и е. При определении ветровой нагрузки типы мест-

ности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра.

Расчетная погонная нагрузка на уровне низа ригеля (определяют линейной интерполяцией)

q_19,8 = 3,32 + (4,34 – 3,32) 9,8 / 10 = 4,32 кН/м².

Расчетная погонная нагрузка на уровне верхней точки здания

q_23,3 = 4,34 + (5,01 – 4,34) · 3,3 / 10 = 4,56 кН/м².

Ветровую нагрузку, действующую на участке от низа ригеля до верхней точки здания, заменяют сосредоточенной силой, приложенной в уровне нижнего пояса фермы.

Значение этой силы:

– со стороны активного давления ветра

W = (q_19,8 + q_23,5)H_ш/2 = (4,32 + 4,56) 3,5 / 2 = 15,54 кН/м²;

– со стороны отсоса

W′ = Wс′/с = 15,54 · 0,6 / 0,8 = 11,66 кН.

Общая сосредоточенная сила

W_W  = W + W′ = 15,54 + 11,66 = 27,2 кН.

Фактическую линейную нагрузку (в виде ломаной линии) для упрощения расчета заменяют равномерно распределенной по высоте эквивалентной нагрузкой q_э (рис. 7.5, б). Интенсивность эквивалентной нагрузки находят из условия равенства изгибающего момента M_о в основании условной защемленной консольной стойки, по длине равной высоте рамы, от фактического ветрового давления и от эквивалентной нагрузки.

Информация в лекции "Значение солнечной энергии для биосферы и путиее наиболее полного использования" поможет Вам.

Изгибающий момент в защемленной стойке от фактического ветрового давления

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка с наветренной стороны с учетом коэффициента с = 0,8

q_э = 2M_о/H² = 2 · 689,75 / 20,4² = 3,31 кН/м².

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка с заветренной стороны (отсос) с учетом коэффициента с′ = 0,6

q_э′ = q_эс′/с = 3,31 · 0,6 / 0,8 = 2,48 кН/м².