Компоновка связей по покрытию

Связи по конструкциям покрытия (шатра) здания ставятся для обеспечения пространственной жесткости каркаса, устойчивости покрытия в целом, устойчивости сжатых элементов покрытия и передачи ветровых нагрузок с торцов здания на связи колонн. Связи по покрытию располагают:

- горизонтально в плоскости нижних поясов ферм:

- вертикально между фермами:

- горизонтально в плоскости верхних поясов ферм:

- по фонарю (при его наличии).

Система горизонтальных связей по нижним поясам ферм состоит из продольных связевых ферм, устанавливаемых вдоль рядов колонн, и поперечных связевых ферм, устанавливаемых у торцов температурного блока и между теми фермами, которые опираются на колонны, связанные вертикальными связями (рис. 17).

Для превращения вертикальных ферм, соединенных в плоскости нижних поясов поперечными горизонтальными связевыми фермами , в неизменяемый жесткий пространственный брус между ними в плоскости всех стоек ставятся вертикальные связевые фермы (см. рис. 16).

Роль горизонтальных связей по верхним поясам ферм покрытия (при расположении вертикальных связевых ферм в плоскости каждой стойки) выполняют прогоны с прикрепленным к нему стальным настилом.

Сечения элементов этих связей также назначаются по [4, 10, 11, 13].

Рис. 17. Примеры компоновки горизонтальных связей в плоскости нижних поясов ферм при шаге ферм 6 м (а) и 12 м (б)

Компоновка торцового фахверка

Фахверк (стеновой каркас) предназначен для восприятия действующих на стены нагрузок и передачи их на основной каркас и фундаменты. Состоит он из стоек (1), ригелей (2) и элементов связей (3), обеспечивающих устойчивость стоек в плоскости торцовой стены (рис. 18).

	Рис. 18. Вариант схемы торцового фахверка

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ УСИЛИЙ В СТОЙКЕ РАМЫ

Расчетные усилия (продольные усилия, изгибающие моменты и перерезывающие усилия) в характерных сечениях стоек рамы определяются из статического расчета на все нагрузки, приложенные к раме.

Расчетная схема рамы

В курсовом проекте с целью упрощения статического расчета допускается из пространственного каркаса здания выделять плоскую поперечную раму и рассчитывать ее как отдельно стоящую, т. е. не учитывать разгружающего влияния соседних рам при нагружении первой крановыми нагрузками.

Для облегчения статического расчета плоской рамы вводятся следующие дополнительные упрощения:

-сквозной ригель рамы заменяется эквивалентным по линейной жесткости сплошным с осью, совпадающей с осью нижнего пояса фермы;

- нижние концы стоек рамы в плоскости рамы жестко связаны с фундаментом и основанием, верхние их концы – шарнирно соединены с ригелем;

- снеговая нагрузка на кровлю принимается равномерно распределенной по длине ригеля, постоянная нагрузка от веса стен и колонн мала и во внимание не принимается;

- пространственный стержень колонны представляется ломаным линейным стержнем с жесткой вставкой в уровне уступа колонны (рис. 19);

- абсолютные жесткости элементов рамы назначаются приближенно (при этом можно использовать результаты расчетов примеров [4, 10, 11, 16]).

Рис. 19. Расчетная схема рамы

Нагрузки на поперечную раму

На поперечную раму каркаса промышленного здания действуют следующие основные нагрузки:

-нагрузка от собственного веса конструкций шатра и веса подкрановой конструкции (постоянные нагрузки);

-снеговая нагрузка на кровлю (кратковременная нагрузка);

-вертикальные крановые нагрузки (кратковременные нагрузки);

-горизонтальные крановые нагрузки от торможения тележки крана (кратковременные нагрузки);

-ветровые нагрузки (кратковременные нагрузки).

Постоянные нагрузки

Нагрузка от массы конструкций шатра обычно принимается равномерно распределенной по длине ригеля (рис. 20). Ее расчетная величина (кН/м) определяется выражением ,

где - составляющие нормативной нагрузки от элементов шатра, кПа (табл. 7);

- коэффициент надежности по нагрузке, соответствующий составляющей нагрузки (см. табл. 7);

- коэффициент надежности проектируемого здания по назначению;

- шаг поперечных рам в каркасе здания, м.

(Этой нагрузке присвоим порядковый номер 1).

	Рис. 20. Схема приложения к раме постоянных нагрузок

Таблица 7. Вес некоторых элементов покрытия и шатра

Наименование элементов покрытия и шатра	, кПа
Защитный слой гравия в битумной мастике	0,21	1,3
Гидроизоляционный ковер 4-х слойный	0,16	1,3
Утеплитель из минераловатных плит	0,2…0,3	1,3
Пароизоляция (один слой рубероида)	0,04	1,3
Стальной профилированный настил	0,11…0,15	1,05
Прогоны	0,1…0,15	1,05
Ферма	0,2…0,4	1,05
Связи шатра	0,03…0,15	1,05

Ориентировочный нормативный вес, кН, подкрановой конструкции, , приведен в табл. 8. При этом ее расчетный вес равен

кН.

(Этой нагрузке присвоим порядковый номер 2).

Таблица 8. Ориентировочный вес подкрановой конструкции, кН

Шаг	при грузоподъемности мостовых кранов, т
рам, м	16/3,2…20/5	30/5	50/12,5

Снеговая нагрузка

При расчете рамы нагрузка от веса снега, как уже отмечалось, принимается равномерно распределенной по длине ригеля. Расчетная ее величина на 1 м погонный ригеля при малом уклоне его верхнего пояса определяется по формуле , кН/м,

где - расчетный вес снегового покрова, кПа, для района строительства проектируемого здания, принимаемый по [9] или по табл. 9 и прил. 2;

- коэффициент надежности по снеговой нагрузке.

(Этой нагрузке присваиваем порядковый номер 3).

Схема приложения снеговой нагрузки к раме приведена на рис. 21.

	Рис. 21. Схема приложения снеговой нагрузки к раме

Таблица 9. Вес снегового покрова, кПа, на горизонтальной поверхности земли

Снеговой район по [9]
, кПа	0,8	1,2	1,8	2,4	3,2	4,0	4,8	5,6

Крановые нагрузки

Невыгодным для поперечной рамы является такое положение двух кранов, при котором они сблизились для совместной работы, а их тележки находятся в одном из крайних положений. При этом со стороны кранов, к которой приблизились тележки, через каждое колесо крана на крановый рельс будет передаваться максимальное давление , а на каждое колесо противоположной стороны крана – минимальное давление - .

Максимальное давление колеса крана на рельс, кН, принимается по ГОСТ или ТУ на мостовые краны или по прил. 1, в зависимости от грузоподъемности, пролета и режима работы крана. Минимальное давление колеса крана на рельс, кН, определяется по формуле , где и - соответственно, грузоподъемность крана (т) и полная его нормативная масса (т).

Расчетное максимальное вертикальное давление на колонну, к которой приблизились тележки кранов определяется по линии влияния опорной реакции 2-х смежных балок и равно ,

где =1,1 – коэффициент надежности по крановой нагрузке;

- коэффициент сочетания крановых нагрузок. При совместной работе двух кранов легкого и среднего режимов работы (1К…6К) он равен 0,85 , при тяжелом их режиме работы – 0,95;

- сумма ординат линии влияния опорных реакций двух подкрановых балок опертых на уступ колонны (принимается по прил. 3).

(Этой нагрузке присваиваем номер 4).

На другую колонну расчетное (минимальное) давление кранов, кН, будет равно . (Этой нагрузке присвоим номер 5).

Расчетное горизонтальное усилие от поперечного торможения кранов, кН, вызываемое торможением загруженных тележек, определяется выражением , где - нормативное горизонтальное (поперечное) давление на одно колесо крана, кН; - нормативная масса тележки крана (т).

Горизонтальное усилие может передаваться на любую колонну, прикладывается на уровне верха подкрановой балки (на расстоянии h_pp от подкранового уступа) и может быть направлено в любую сторону в плоскости рамы. (Этой нагрузке присвоим номер 6).

Схемы приложения крановых нагрузок приведены на рис.22.

Рис. 22. Схемы приложения крановых нагрузок на поперечную раму

Ветровые нагрузки

Действие ветра на здание вызывает давление с наветренной стороны и отсос с противоположной стороны (отсос направлен по направлению действия ветра).

Ветровая нагрузка по высоте здания переменная и зависит от типа местности [9].

Расчетное усредненное погонное активное давление и отсос на стойки рамы соответственно равны, кН/м:

; ,

где w_о – нормативное значение ветрового давления, кПа (табл. 10);

Таблица 10. Нормативное значение давления ветра

Ветровой район	I	II	III	IV	V	VI	VII
w o , кПа	0,23	0,3	0,38	0,48	0,6	0,73	0,85

с_а = 0,8 и с_ot = 0,6 – аэродинамические коэффициенты, соответственно, для наветренной и подветренной стороны;

k_st - коэффициент, учитывающий высоту здания и тип местности, на которой оно расположено (табл. 11);

= 1.4 - коэффициент надежности по ветровой нагрузке.

(При действии ветра слева этим нагрузкам присвоим номера 7 и 8, соответственно, при этом они будут иметь знак «минус», при направлении ветра справа их номера соответственно равны 12 и 11).

Таблица 11. Поправочные коэффициенты увеличения ветрового напора по

высоте здания для местностей типов А (открытая местность), В (городские территории и лесные массивы с высотой препятствий более 10 м)

и С (городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м)

Высота до низа ригеля, м	Тип местности В	Тип Местности А	Тип местности С
kst	k h	kst	k h	kst	k h
	0,654	0,737	1,004	1,087	0,515	0,628
	0,664	0,787	1,014	1,137	0,529	0,696
	0,678	0,837	1,028	1,187	0,548	0,765
	0,694	0,887	1,044	1,237	0,56	0,802
	0,712	0,927	1,062	1,267	0,57	0,847
	0,73	0,952	1,080	1,302	0,583	0,869
	0,748	0,982	1,098	1,332	0,606	0,909
	0,766	1,012	1,116	1,362	0,629	0,949
	0,783	1,042	1,133	1,392	0,651	0,989
	0,799	1,072	1,25	1,422	0,673	1,029
	0,816	1,102	1,266	1,452	0,695	1,069

Ветровая нагрузка (от давления и отсоса), действующая на шатер здания (на высоте h_h), заменяется сосредоточенной силой, прикладывается к раме на уровне условного ригеля (рис. 23) и определяется по формулам:

; ,

где - коэффициент, учитывающий высоту расположения конька шатра над уровнем земли, определяемый по табл. 11. (При направлении ветра слева этим нагрузкам присвоим номера 9 и 10, соответственно, причем они будут иметь знак «минус», а при действии его справа, -соответственно, 14 и 13).

Рис. 23. Схемы приложения к раме ветровых нагрузок

Статический расчет рамы

Статический расчет плоской рамы на все 8 нагружений (см. схемы 1…8 на рис. 20…23) выполняется на ПК по программе Лира. Если узлы рамы (1…10), ее элементы (числа 1…9 в кружечках) и типы сечений (числа 1…4 в рамочках) занумеровать по рис. 24 и использовать при этом конечные элементы типа 1 для условного ригеля и типа 2 для остальных элементов рамы, то исходные данные можно представить в «машинном» виде по форме, приведенной в табл. 12.

Рис. 24. Схема нумерации узлов, элементов и типов сечений

В результате расчета ПК определяет и выдает в виде таблицы расчетные сочетания усилий (РСУ) в сечениях нижней части левой колонны (элемент 1) и в сечениях верхней ее части (элемент 3). Из табл. РСУ необходимо выбрать следующие сочетания усилий:

-для нижней части кoлонны (элемент 1) :

|N|_max; M_max и N_соотв; M_min и N_соотв; |Q|_max; |N|_min и ±M_{соотв.max};

-для верхней части колонны (элемент 3): |N|_max; |M|_max и N_соотв.

Таблица 12. Текстовый вариант представления исходных данных для расчета плоской поперечной рамы по программе Лира (или Мираж или Scad)

(0/1;фамилия студента или шифр задачи/2;2/5;1;2;/6;/7;/8;1 3/16;1 1/)

(1/2 1 1 4/2 1 2 7/2 2 3 9/2 2 8 10/2 3 3 4/2 3 4 5/ 2 3 6 7/2 3 7 8/1 4 9 10/)

(2/3 2 5/4 2 5/)

(3/1 5Е6 3Е5 У 1 1 Z/0 1 1/ 2 4E5 3E4 У 1 1 Z/0 1 1/3 5E7 6E6/4 5E6/)

(4/C1/(L-C1)/0 0 hn/C1 0 hn/C2 0 hn/(L-C2) 0 hn/(L-C1) 0 hn/L 0 hn/ 0 0 h/L 0 h/)

(5/1 1 3 5/2 1 3 5/)

(6/9 6 3 1 1/5 0 3 2 1/6 0 3 2 1/9 6 3 3 2/ 5 0 3 4 3/6 0 3 5 3/5 0 3 5 4/6 0 3 4 4/ 3 5 3 6 5/4 5 3 6 6/ 1 6 3 7 7/3 6 3 7 7/9 0 1 9 7/2 6 3 8 7/4 6 3 8 7/10 0 1 10 7/ R 6 1/0 0 0 4 1/)

(7/1 gш/2 Gpk/3 pc/4 Dmax/5 Dmin/6 T hpp/7 -qa/8 -qot/9 -Wa/10 -Wot/ 11 qot/12 qa/13 Wot/14 Wa/)

(8/0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1/2 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0.9/ 3 0 0 1 0 5 6 1 1 1 0.9/3 0 0 1 0 5 6 1 1 1 0.9/ 4 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0.9/4 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0.9/ 2 0 0 2 0 0 0 1 1 1 0.9/2 0 0 2 0 0 0 1 1 1 0.9/)

Примечания: 1) Длина строк таблицы на экране монитора не должна превышать 72 символа. 2) Размеры С₁, С₂, h_n и h - приведены в п. п. 4.1 и 3.2.1. 3) Величины нагрузок приведены в п. 4.2.

РАСЧЕТ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ

Расчет фермы покрытия промздания выбранной схемы (см. п. 1.3) включает в себя определение нагрузок, статический расчет (определение усилий в стержнях), подбор сечений стержней, расчет и конструирование узлов.