МК_Справочник_том_2

-2,000

РАСЧЕТНАЯ СХЕМА

21

∙выполнение крайней колонны с шарнирным креплением ее к ригелю кровли и фундаментам (качающаяся стойка, рис.2.7 ряд АА);

∙установка стропильной фермы на подвижной опоре (при этом колонна, связанная с рамой через подвижную опору, должна рассматриваться как консольный стержень, заделанный в фундаменте);

∙применение конструктивных схем, в которых температурные деформации не вызывают усилий в элементах каркаса.

22

2.2. ÐЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ КОНСТРУКТИВНОЙ И РАСЧЕТНОЙ СХЕМ

Конструктивная схема каркаса выбирается на основе сравнения вариантов на стадии технико-экономического обоснования. Рекомендуется применять шарнирные конструктивные схемы, а также конструктивные схемы с ядрами жесткости; для однопролетных зданий высотой выше 30 м и небольшой протяженности (до 100 м) эффективным может оказаться применение пространственных схем.

Применение жестких конструктивных схем может быть рекомендовано при од- но-, двухпролетных зданиях, оборудованных кранам значительной грузоподъемности (свыше 100 т), устанавливаемыми на высоте свыше 20 м в тех случаях, когда обеспечение поперечной жесткости при шарнирной схеме вызывает значительный перерасход материала.

Жесткие конструктивные схемы не рекомендуется применять на слабых и просадочных грунтах, при строительстве на подрабатываемых территориях, а также во всех случаях, когда требования по осадкам фундаментов, определяемые конструкциями здания с жесткой конструктивной схемой, не могут быть обеспечены.

элементов вводить в расчетную схему элементы сплошного сечения. Моменты инерции сквозных ригелей и колонн рам рекомендуется вычислять по формуле

ãäå À1, À2 – площади сечения поясов; h – расстояние между осями поясов; J0 – момент инерции сквозного элемента (для фермы – посередине пролета).

Для стержней, в которых момент инерции изменяется постепенно, допускается принимать в расчетной схеме постоянный момент инерции, равный среднему арифметическому между максимальным и минимальным его значением. Расчетный момент инерции для двускатных ферм может быть определен по формуле

23

При выполнении предварительных расчетов без применения ЭВМ можно использовать упрощенные схемы, не искажающие характера статической работы конструкции. В этом случае допускается принимать бесконечной жесткость отдельных элементов (как привило, ригелей), если такое допущение идет в запас прочности рассчитываемого элемента конструкции. В частности, при расчете одноэтажных рам на горизонтальные нагрузки допускается принимать жесткость ригеля бесконечной, если

ãäå ip = Jp/l – погонная жесткость ригеля; в случае примыкания к колонне ригелей на

менять две расчетные схемы: при расчете на вертикальную нагрузку, приложенную к ригелю – схему с конечной жесткостью ригеля (рис.2.13á); расчете на остальные нагрузки – схему с ригелем бесконечной жесткости (рис.2.13â).

Рис.2.13. Изменение расчетной схемы одноэтажной рамы в зависимости от направления и места приложения нагрузки

à - конструктивная схема; á - расчетная схема при вертикальных нагрузках на ригель; â - расчетная схема при горизонтальных нагрузках на ригель и любых нагрузках на колонны

24

2.3. ÏРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАБАРИТОВ И ЖЕСТКОСТЕЙ СТЕРЖНЕЙ РАМЫ

Габариты и жесткости стержней рам определяются предварительно на основе аналогов, либо на основе приближенного расчета. При предварительном расчете, выполняемом для вычисления размеров и жесткостей элементов рам допускается:

∙учитывать только основные нагрузки, не производя детального сбора всех нагрузок. Влияние неучтенных нагрузок может компенсироваться введением поправочных коэффициентов на значения, полученные в ходе расчета усилий, либо на значения, принимаемые в окончательном расчете жесткостей;

∙ветровые нагрузки на стены и шатер приводить к узловым, расположенным в уровне ригелей, в частности, для одноэтажных производственных зданий – в уровне покрытия;

∙ригели рам рассчитывать на вертикальные нагрузки без учета защемления, а на горизонтальные нагрузки – как элементы с бесконечной жесткостью;

∙колонны рассчитывать на все нагрузки, за исключением горизонтальных, без учета смещений и без учета моментов от стен и примыкающих конструкций;

∙вводить другие упрощения, ускоряющие предварительный расчет.

Для предварительного определения габаритов и жесткостей колонн можно рекомендовать следующие приемы, упрощающие расчет и сокращающие его трудоемкость:

1. Нагрузки от мостовых кранов вычислять как от эквивалентной равномерно распределенной нагрузки на подкрановые балки, значение которой допускается принимать по табл.2.1.

Таблица 2.1. Нормативные эквивалентные нагрузки q кН/м мостовых кранов

Pmax = qLk1k2γ c,

ãäå γñ – коэффициент надежности по нагрузке; k1 = 1,1 – коэффициент, учитывающий собственный вес балок и нагрузку на тормозные площадки; k2 = 1,15 – коэффициент, учитывающий увеличение усилий при неразрезных балках. (При разрезных балках k2 = 1); L − шаг колонн (пролет подкрановых балок).

В случае необходимости значение отрывающего усилия на опорах неразрезных балок можно определить по формуле Pîòð − 0,2Pmax. Горизонтальное усилие от торможения кранов можно принимать для режимов 1−6Ê Ò 0,03Ðmax, для кранов режимов 7−8Ê Ò 0,04Ðmax.

2. Как один из приемов приближенного определения габаритов и жесткостей сечений колонн может быть рекомендован подбор сечений только на нормальную силу без учета моментов. При этом расчетное сопротивление принимается 0,5Ry , а значение коэффициента продольного изгиба можно принять равным 0,7.

При необходимости более точного вычисления усилий в колоннах и их сечений и при условии минимальной трудоемкости расчетов целесообразно использовать

25

максимально упрощенные расчетные схемы, например, – при шарнирном креплении ригелей к колоннам колонны однопролетных рам рассчитывать как консольные стержни, защемленные в фундаменте, а колонны двух и более пролетных рам также при шарнирном креплении ригелей рассчитывать как несмещаемые стержни на основании таблиц.

3. Предварительное определение сечений ригелей рам производится как свободно опертых в результате расчета на вертикальные нагрузки; более точные схемы могут потребоваться только при жестком сопряжении ригелей с колоннами, при относительно небольших вертикальных нагрузках и значительных – горизонтальных, например в здании с легкой кровлей в сочетании с кранами большой (200 т и более) грузоподъемностью.

2.4. ÍАГРУЗКИ, ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ

Нагрузки, действующие на каркас, определяются на основании архитектурностроительных решений, данных по оборудованию, технологических требований, а также в зависимости от климатических условий строительства (снеговая, ветровая, сейсмическая и другие воздействия). Величины нагрузок, коэффициенты надежности по нагрузке, сочетания нагрузок, учитываемые при вычислении усилий в элементах, находятся в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85.

При определении усилий в элементах каркаса от равномерно распределенной нагрузки, действующей на перекрытия и площадки, по согласованию с технологи- ческой организацией необходимо учитывать снижение этих нагрузок – в соответствии с пп.3.8, 3.9 СНиП 2.01.07-85, либо на основании анализа размещения оборудования, условий его обслуживания и ремонта, а также условий обеспечения технологического процесса.

При вычислении сочетания нагрузок, определяющих значение Àmin (используется для расчета фундаментов и фундаментных болтов), необходимо учитывать возможность образования в перекрытиях, примыкающих к основным конструкциям, технологических проемов.

При определении нагрузок на каркас от напорных трубопроводов и трубопроводов, подвергающихся тепловому воздействию (пар, горячая вода и т.п.), необходимо учитывать их фактическое расположение, места крепления и расположение компенсаторов и заглушек. При этом должны учитываться неуравновешенные нагрузки, действующие в целом на каркас, а также нагрузки от опор, действующих на отдельные элементы конструкции. Следует принимать такую схему неподвижных опор и компенсаторов, при которой нагрузки на здание были бы минимальными. К таким решениям относятся: симметричное расположение компенсаторов и неподвижных опор, подвеска трубопроводов (вместо опирания), уменьшение расстояния между компенсаторами и др.

При вычислении ветровых нагрузок следует учитывать значение пульсационной составляющей, определяемой в соответствии с требованиями п.6.7 СНиП 2.01.07-85.

Для конструктивных схем зданий, оборудованных мостовыми кранами, в которых разность осадок не вызывает усилий в элементах каркаса, разность осадок соседних фундаментов в продольном и поперечном направлениях не должна превышать значений, указанных в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов».

Для зданий с жесткой конструктивной схемой, а также с конструктивными схемами, в которых разность осадок вызывает дополнительные усилия, деформации не должны превышать значений, указанных в табл.2.2.

26

Таблица 2.2. Допускаемая разность осадок фундаментов и максимальные значения осадок

Ï ð è ì å ÷ à í è ÿ : Â – ширина пролета в поперечном направлении; L – расстояние между колоннами в продольном направлении.

*Указанные величины осадок определяются только от крановых нагрузок, если предусмотрены мероприятия по рихтовке подкрановых балок по высоте.

**Только для отдельно стоящих сооружений типа дымовых башен и вытяжных труб.

2.5. ÓЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Климатические температурные воздействия определяются в соответствии с указаниями п.1.7 и п.8 СНиП 2.01.07-85. Расчет стальных конструкций одноэтажных производственных зданий на климатические температурные воздействия может не производиться, если:

∙расстояние между температурными швами, панелями связей и расстояния от панелей связей до температурных швов в продольном направлении, а также расстояния между температурными швами в поперечном направлении не превышают значений, указанных в табл.42 СНиП II-23-81*, а жесткости колонн и уровни расположения продольных конструкций соответствуют традиционным, по которым имеется положительный опыт эксплуатации;

∙применяют конструктивные схемы, в которых не накапливаются температурные перемещения, благодаря промежуточным гибким конструкциям.

Во всех остальных случаях конструкции следует рассчитывать на климатические температурные воздействия, при этом, как правило, необходимо учитывать температурные деформации только продольных элементов (прогонов, подстропильных ферм, подкрановых балок, балок междуэтажных перекрытий) или ригелей рам. При расчете конструкций на упомянутые температурные воздействия рекомендуется учитывать пластическую стадию работы, а также податливость фундаментов.

Температурные воздействия, вызванные технологическими процессами и работой технологического оборудования, отличаются, как правило, локальностью, связанной с расположением оборудования, большой степенью возможного нагрева и значительной цикличностью, вызванной технологическим процессом, когда цикл нагрев – охлаждение от максимальной температуры с последующим охлаждением до температуры окружающего воздуха (часто отрицательной) достигает нескольких тысяч раз в год. Наиболее сильно температурные воздействия технологических процессов на конструкции сказываются в горячих цехах черной металлургии – сталеплавильном, прокатном, доменном и др.

27

Основанием для учета технологических температурных воздействий при проектировании является схема технологического нагрева конструкций с указанием количества циклов за время эксплуатации, полученная на основе теплового моделирования либо на основе опыта эксплуатации аналогичных сооружений.

В ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова, выполнено исследование явления тепловой хрупкости строительных сталей, которое заключается в значительном увеличе- нии (до +50 – +200°С) температуры вязкохрупкого перехода в результате длительного воздействия повышенной (150–550°С) температуры. При этом отмечено слабое влияние состояния тепловой хрупкости на прочностные (σ0,2, σÂ) и пластиче- ские (δ5, ψ) свойства сталей. Следствие тепловой хрупкости – появление трещин и последующее разрушение конструкций и их соединений, в том числе сварных, подвергающихся в процессе эксплуатации воздействию повышенных температур. На развитие тепловой хрупкости влияет полное время пребывания конструкции в интервале температур, вызывающих охрупчивание.

Основные меры борьбы с технологическими воздействиями на конструкции следующие:

∙устройство теплозащитных экранов, обеспечивающих температуру на поверхности конструкций не более 100– 130°Ñ;

∙применение конструктивных решений, обеспечивающих наличие минимального количества концентраторов;

∙учет температурных напряжений и деформаций конструкций в случаях, когда невозможно избежать их нагрева;

∙обеспечение режима эксплуатации, при котором выдерживаются как максимальные, так и минимальные значения температуры нагрева, полученные на основании специальных исследований конкретной конструкции и условий ее эксплуатации;

∙применение специальных марок сталей, не склонных к тепловому охрупчиванию.

2.6. ÐАСЧЕТ РАМ

Статический, а в необходимых случаях и динамический расчет рам необходимо выполнять по соответствующим программам с использованием электронновычислительной техники. Для случаев, когда ЭВМ не могут быть использованы, рекомендуется руководствоваться следующими указаниями.

Способ расчета рам1 (точный или приближенный) выбирается в зависимости от принятой расчетной схемы рамы, значения действующих нагрузок, характера сооружения и требующейся точности результатов расчета. При расчете рекомендуется применять готовые формулы, графики, таблицы и различные приближенные способы определения усилий в элементах. К точным способам расчета следует прибегать лишь в тех случаях, когда усилия не могут быть определены более простыми методами.

При выполнении расчетов рам следует уделять особое внимание надлежащему выбору основной системы для сокращения числа неизвестных, уменьшения числа побочных перемещений при расчетах методом сил и т.п. Для упрощения расчета рекомендуется широко использовать симметрию систем, включать в состав основной системы статически неопределимые стержни и элементарные рамы, усилия в которых могут быть определены по имеющимся формулам и т.п.

1 Приводимые указания относятся к расчету рам по плоскостной схеме

28

При наличии большого числа различных по значению и приложенных в одних и тех же точках нагрузок рекомендуется производить расчет на единичные нагрузки, а действительные усилия от нагрузок определять при составлении таблиц комбинаций усилий умножением усилий от единичной нагрузки на соответствующие коэффициенты.

В результате статического расчета рам должны быть получены усилия в каждом элементе и в узловых сопряжениях элементов от всех видов нагрузок, а также и от расчетных сочетаний, необходимые как для подбора сечений элементов, так и для расчета сопряжений (в том числе и сопряжений с фундаментом). Расчетные соче- тания усилий удобнее всего вычислять в табличной форме.

Практические приемы расчета одноэтажных рам разных типов. Рамы типа 1 с шарнирным сопряжением ригелей с колоннами. Ригели примыкают к общим колоннам на одном уровне (рис.2.14). Изгибающие моменты в каждой стойке рамы вычисляются как для консоли, находящейся под воздействием непосредственно приложенной к ней внешней нагрузки и силы Rn, приложенной на шарнирном конце стойки, определяемой по формуле

ãäå Rb – опорная реакция на шарнирном конце рассматриваемой стойки, определяемая от внешней нагрузки при условии неподвижности этого конца; значение Rb находится по табл.2.3; rb – сила, которую нужно приложить к шарнирному концу рассматриваемой стойки для смещения этого конца на D =1; значение rb определя-

n-1

Рис.2.14. Эпюры моментов в стойках рам с шарнирным примыканием ригелей

âодном уровне

à- схема рамы; á - схема стойки с нагрузками; â - эпюры моментов в стойках: 1 - от внешней нагрузки; 2 - от реактивной силы; 3 - суммарная

вследствие фактической податливости шарнирного конца стойки. Окончательная эпюра изгибающих моментов в каждой стойке представляет собой сумму эпюр 1 è 2 (рис.2.14), возникающих в консоли от внешней нагрузки и от силы Rn.

Если ригели примыкают к общим колоннам на разных уровнях, то рекомендуется применять метод сил независимо от числа пролетов и нагрузок, приняв за известные усилия в ригелях.

29

30