7. Определение расчетных сочетаний

После определения внутренних усилий (изгибающие моменты М, продольные и поперечные силы N и Q) в поперечной раме каркаса от каждой нагрузки в отдельности необходимо выявить их неблагоприятные сочетания, которые определят расчетные (наибольшие) усилия в характерных сечениях рамы.

В зависимости от учитываемого состава нагрузок в соответствии со сводом правил [1] различают:

• Основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;

• Особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок (сейсмических, взрывных и др.).

Для рам производственных зданий, находящихся в обычных условиях, составляются комбинации нагрузок основных сочетаний (постоянные, снеговые, крановые и ветровые нагрузки).

Для каждого элемента (сечения) конструкции определяют наиболее опасное сочетание нагрузок. При этом анализируют следующие варианты:

а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных:

С_m=Р_d+(ψ_l1Р_l1+ψ_l2Р_l2+ψ_l3Р_l3+…) +(ψ_t1Р_t1+ψ_t2Р_t2+ψ_t3Р_t3+…) (7.1)

б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

С_s=С_m+Р_s , (7.2)

где

С_m - нагрузка для основного сочетания;

С_s - нагрузка для особого сочетания;

ψ_li (i=1,2,3,…..) - коэффициенты сочетаний для длительных нагрузок;

ψ_ti (i=1,2,3,…..) - коэффициенты сочетаний для кратковременных нагрузок.

Для основных и особых сочетаний нагрузок, за исключением случаев, оговоренных в нормах проектирования сооружений в сейсмических районах и в нормах проектирования конструкций и оснований, коэффициент сочетаний длительных нагрузок ψ_l определяется следующим образом:

- для равномерно распределенных длительных нагрузок

ψ_l1=1.0; ψ_l2 = ψ_l3 = …= 0.95,

где

ψ_l1 - коэффициент сочетаний, соответствующий основной по степени влияния длительной нагрузке;

ψ_l2 , ψ_l3 – коэффициенты сочетаний для остальных длительных нагрузок;

для крановых нагрузок в соответствии с указаниями СП;

для остальных нагрузок ψ_l=1.0.

Для основных сочетаний необходимо использовать следующие значения коэффициентов сочетаний кратковременных нагрузок:

ψ_t1= 1.0; ψ_t2 = 0.9 , ψ_t3 = ψ_t4 = …= 0.7,

где

ψ_t1 - коэффициент сочетаний, соответствующий основной по степени влияния кратковременной нагрузке;

ψ_t2 – коэффициент сочетаний, соответствующий второй кратковременной нагрузке;

ψ_t3 , ψ_t4 – коэффициенты сочетаний для остальных кратковременных нагрузок.

Итак, расчеты элементов каркаса здания должны выполняться с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок и соответствующих им усилий. Эти сочетания устанавливают на основе анализа возможных вариантов одновременного действия различных нагрузок. Для этого, как уже отмечалось, статический расчет рамы производят отдельно на каждую нагрузку. Пользуясь данными такого расчета, находят для каждого характерного (расчетного) сечения рамы свою комбинацию нагрузок (усилий), которая создает наиболее неблагоприятные условия работы этого сечения.

Для расчета колонны расчетные усилия определяют для всех характерных сечений элементов рамы (места сопряжений элементов друг с другом и с фундаментом, места изменения сечения и др.), в которых ожидаются наибольшие усилия. В каждом таком сечении вначале определяют комбинацию нагрузок, которая дает наибольший положительный изгибающий момент +М_max и соответствующую этой комбинации нормальную силу N_sootv. При этом анализируют все возможные варианты загружений с соответствующими им коэффициентами сочетаний. Затем определяют наибольший по величине отрицательный момент - M_max при соответствующей нормальной силе. И, наконец, наибольшую нормальную силу при соответствующих (положительном или отрицательном) изгибающих моментах. Таким образом, для каждого расчетного сечения получают следующие группы усилий:

+ M_max, N_sootv; - M_max, N_sootv; /N/_max, + M_sootv; /N/_max, - M_sootv [2].

Анализируя все возможные комбинации, для дальнейших расчетов выбирается наиболее неблагоприятное сочетание усилий, по которому затем подбирается сечение рассматриваемого элемента конструкции, а на все остальные проверяют это сечение.

Для расчета анкерных болтов в нижнем сечении колонны (узел сопряжения базы колонны с фундаментом) составляют дополнительную комбинацию усилий: N_min и M_sootv . Если постоянная нагрузка разгружает анкерные болты, то ее следует принимать с коэффициентом γ_f = 0,9.

Для расчета стропильных ферм при ее жестком сопряжении с колонной следует найти наибольший опорный момент в верхнем сечении колонны. Определив такой момент на одной стороне фермы, необходимо определить величину опорного момента на другой ее стороне при этой же комбинации нагрузок.

Для нижнего участка колонны, кроме усилий М и N , определяют значение поперечной силы Q_max, которое необходимо для расчета решетки сквозных колонн и фундаментов.

Не надо забывать о том, что нагрузки от вертикального давления и поперечного торможения двух кранов рассматриваются как одна кратковременная нагрузка.

Для удобства расчетов все выше указанное оформляется в виде сводной таблицы усилий в характерных сечениях рамы.

Таблица 7.1.

Таблица расчетных усилий в сечениях левой стойки рамы

№	Нагрузки и комбинации усилий	Коэф. сочет. ψ	Сечения стойки
			1 - 1		2 - 2		3 - 3		4 - 4
			M	N	M	N	M	N	M	N	Q
1	Постоянная	1	0	-64,5	8,81	-64,5	-12,07	-64,5	7,22	-64,5	-2,75
2	Снеговая	1	0	-34,2	4,67	-34,2	-6,40	-34,2	3,83	-34,2	-1,46
		0,9	0	-30,8	4,20	-30,8	-5,76	-30,8	3,45	-30,8	-1,31
		0,7	0	-23,9	3,27	-23,9	-4,48	-23,92	2,68	-23,9	-1,02
3	Dmaxна левую стойку	1	0	0	-473,6	0	1296,4	-1836	260,5	-1836	148
		0,9	0	0	-426,2	0	1166,8	-1653	234,5	-1653	133,2
		0,7	0	0	-331,52	0	907,5	-1285	182,3	-1285	103,6
3*	Dmaxна правую стойку	1	0	0	-473,6	0	0,122	-492,2	-1035,8	-492,2	148
		0,9	0	0	-426,2	0	0,110	-442,9	-932,22	-442,9	133,2
		0,7	0	0	-331,52	0	0,085	-344,5	-725,06	-344,5	103,6
4	Т на левую стойку	1	0	0	±1208,3	0	±1208,3	0	±5899,6	0	±1015,4
		0,9	0	0	±1087,5	0	±1087,5	0	±5309,6	0	±913,9
		0,7	0	0	±845,8	0	±845,8	0	±4129,7	0	±710,8
4*	Тна правую стойку	1	0	0	±1208,3	0	±1208,3	0	±3851,3	0	±377,6
		0,9	0	0	±1087,5	0	±1087,5	0	±3466,2	0	±340
		0,7	0	0	±845,8	0	±845,8	0	±2695,9	0	±264,3
5	Ветровая слева	1	0	0	14,03	0	14,03	0	85,4	0	-14,2
		0,9	0	0	12,63	0	12,63	0	76,86	0	-12,8
		0,7	0	0	9,82	0	9,82	0	52,78	0	-9,94
5*	Ветровая справа	1	0	0	-16,65	0	-16,65	0	-80,4	0	11,8
		0,9	0	0	-14,9	0	-14,9	0	-72,36	0	10,62
		0,7	0	0	-11,65	0	-11,65	0	-56,28	0	8,26
№ нагр. +Mmax Усилия Nsootv № нагр. Усилия		1	-		1; 3, 4		1; 3, 4		1; 3, 4
		0,9	-	-	5		5		5
		0,7	-		2		-		2
		значение	-	-	759,43	-88,4	2505,26	-1900	6246,86	-1924
№ нагр. - Mmax Усилия Nsootv № нагр. Усилия		1	-	-	1, 3, 4		1, 3*, 4*		1, 3*, 4
		0,9	-	-	5*		5*		5*
		0,7	-	-	-		2		-
		значение	-	-	-1688	-64,5	-1239,6	-530,6	-7000,5	-556,7
№ нагр. Nmax Усилия + Msootv № нагр. Усилия		1	-	-	1, 2		1; 3, 4		1; 3, 4
		0,9	-	-	3, 4		2		2
		0,7	-	-	5		5		5
		значение	-	-	684,6	-98,7	2254,8	-1931	6223,55	-1931
№ нагр. Nmax Усилия - Msootv № нагр. Усилия		1	-	-	1, 2		1, 3*, 4		1; 3, 4
		0,9	-	-	3,4		2		2
		0,7	-	-	5*		5*		5*
		значение	-	-	-1511,9	-98,7	-1237,7	-587,5	-5684,7	-1931
Nmin № нагр. MsootvУсилия		1							1, 5*
		0,9							2
		0,7							3*, 4*
		значение							-3490,6	-439,8
Qmax № нагр. Усилия		1							1; 3, 4
		0,9							5
		0,7							-
		значение									1171,27

Надкрановая часть колонны (сечения 1-1, 2-2)

+M_max = 759,43 кНм N_sootv = -88,4 кН

- M_max = -1688 кНм N_sootv = -64,5 кН

N_max = -98,7 кН +M_sootv = 684,6 кНм

N_max = -98,7 кН - M_sootv = -1511,9 кНм

Подкрановая часть колонны (сечения 3-3, 4-4)

+M_max = 6246,86 кНм N_sootv = -1924 кН

- M_max = -7000,5 кНм N_sootv = -556,7 кН

N_max = -1931 кН +M_sootv = 6223,55 кНм

N_max = -1931 кН - M_sootv = -5684,7 кНм