2. Расчет поперечной рамы.

Рассмотрим случай шарнирного сопряжения ригеля и колонн. Расчетная схема однопролетной рамы показана на рис. 11. Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести сечений верхнего и нижнего участков колонны. Расстояние от центра тяжести сечения нижней части колонны до наружной грани колонны приближенно принимается равным . Заделка колонн располагается на уровне верха фундамента. Ось ригеля совмещается с осью нижнего пояса стропильной фермы.

Рис. 7. Схема поперечной рамы.

Рис. 8. Схемы связей для кровли профилированным настилом (а,а’) и для кровли с железобетонными ребристыми плитами (б,б’) при шаге ферм 6м.

Рис. 9. Схемы связей для кровли с профилированным настилом (а,а’) и для кровли с железобетонными ребристыми плитами (б,б’) при шаге ферм 12м.

Рис. 10. Схемы связей по фонарям в плоскости верхнего пояса фонаря (а-г) и в плоскости верхнего пояса фермы (а’-г’)

Рис. 11. Расчётная схема рамы.

Рис. 12. К определению узловых нагрузок на ферму.

Расстояние между центрами тяжести сечений верхней и нижней части колонны

.

Подкрановые балки по отношению к оси нижней части колонны установлены с эксцентриситетом .

Эксцентриситет е₃ равен расстоянию от оси опорного фланца фермы до центра тяжести сечения верхней части колонны. При опирании фермы на колонны сбоку эксцентриситет .

Соотношение моментов инерции верхней и нижней частей колонны может быть принято в пределах .

При подсчете нагрузок на поперечную раму необходимо учитывать коэффициент надежности по ответственности (см. табл. 17).

Таблица 17.

№	Уровень ответственности	Коэффициент
1.	I. – резервуары для нефти и нефтепродуктов V›10000 м3, магистральные трубопроводы, производственные здания пролетами 100 м и более, сооружения связи высотой 100 м и более, уникальные здания и сооружения	0,96 – 1,2
2.	II. – жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения массового строительства	0,95
3.	III. – сооружения сезонного и вспомогательного назначения	0,8 – 0,94

Значения интенсивности постоянных нагрузок от веса несущих и ограждающих конструкций приведены в табл. 18.

Таблица 18.

№	Наименование	Нормативное значение нагрузки (кН/м2)	Коэффициент Надежности по нагрузке
1	2	3	4
1.	Прогоны	0,1	1,05
2.	Стальной профилированный настил	0,15	1,05
3.	Утеплитель из пенопласта кН/м3		1,2
4.	Цементная стяжка ,	0,27	1,3
5.	Гидроизоляционный ковер	0,2	1,3

Продолжение таблицы 18

6.	Утеплитель из ячеистого бетона		1,3
7.	Пароизоляция (1 слой рубероида)	0,04	1,3
8.	Утеплитель из минераловатных плит		1,3
9.	Железобетонные плиты покрытия: размером 63м размером 123м	1,6 1,8	1,1 1,1
10.	Легкобетонные стеновые панели	2,4	1,2
11.	Переплеты двойного остекления	0,5	1,1
12.	Остекление фонарей	0,4	1,1
13.	Бортовая плита фонаря	1,4	1,2
14.	Каркас фонаря	0,15	1,05
15.	Гравийная защита t = 10 мм	0,21	1,3

В состав утепленного покрытия по стальному профилированному настилу входит пароизоляция, утеплитель из пенопласта, ячеистого бетона или минераловатных плит, гидроизоляция и защитный слой толщиной до 20 мм. Покрытие по железобетонным плитам состоит из ячеистого бетона (минераловатных плит, фибролита и др.), цементной стяжки, гидроизоляции и защитного слоя толщиной 10÷20мм.

Вес фермы со связями приближенно может быть определен по формуле

,

где

.

Погонная постоянная нагрузка на ферму в заданиях без фонарей определяется выражением

где расчетное значение интенсивности постоянных нагрузок на ферму;

b – ширина грузовой площади, равная шагу ферм;

 – угол наклона кровли (при можно принять ).

Постоянные нагрузки собирают в сосредоточенные силы, приложенные в узлах ферм, а также к низу подкрановой и надкрановой частей колонн по осям их сечений. Узловая постоянная нагрузка на ферму подсчитывается по формуле

,

где l_m – длина панели верхнего пояса.

В зданиях с фонарем сосредоточенные силы подсчитываются для безфонарных участков (F₁), для подфонарных участков (F₂) и для узлов, на которые опираются крайние стойки фонаря (F₃). Сосредоточенные силы от постоянной нагрузки

где расчетный вес каркаса фонаря со связями на 1м² горизонтальной проекции;

расчетный вес остекления фонаря на 1 м² остекленной поверхности;

расчетный вес бортовой плиты фонаря на 1 м² поверхности;

высота остекленной поверхности фонаря;

суммарная высота карниза и бортовой плиты фонаря.

Опорное давление ригеля на колонну для бесфонарных зданий

для зданий с фонарем

,

где - сумма всех сосредоточенных сил, действующих на ферму.

Вес верхней и нижней частей колонны можно подсчитать по приближенным формулам

где ;

- размеры колонны в метрах.

Вес подкрановых конструкций учитывается совместно с вертикальными нагрузками от кранов. Вес одного погонного метра подкрановых конструкций принимается в зависимости от грузоподъемности мостовых кранов (см. табл. 19).

Таблица 19.

Грузоподъемность мостового крана (т)	5-15	20-50	50-80	>80
Вес одного погонного метра подкрановых конструкций (кН/м)	2-6	4-8	6-12	12-18

При определении веса стенового ограждения можно воспользоваться формулами

где вес одного квадратного метра стеновых панелей (нормативное значение);

вес одного квадратного метра переплетов с остеклением (нормативное значение);

.

Отметки показаны на рис. 13.

Расчетная погонная нагрузка на ригель рамы от снега (при отсутствии фонаря) определяется по формуле:

где расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое в зависимоcти от снегового района (см. табл. 20, 21.);

коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Нормативное значение снеговой нагрузки определяется умножением расчетного значения на коэффициент 0,7.

Рис. 13. К определению нагрузок от веса стенового ограждения.

Коэффициент для зданий без фонарей с уклоном до 12%, которые проектируются в районах со средней скоростью ветра за три наиболее холодных месяца (см. табл. 21.), следует снижать умножением на коэффициент , где k принимается по табл. 23. При уклоне покрытия от 12% до 20% зданий без фонарей, проектируемых в районах с , коэффициенты снижают умножением на 0,85. Еще на 20% снижается снеговая нагрузка на покрытие зданий с избыточным тепловыделением при неутеплённой кровле с уклоном более 3% и обеспечении надлежащего отвода талой воды.

Таблица 20.

Снеговые районы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Sg, кПа	0,8	1,2	1,8	2,4	3,2	4,0	4,8	5,6

Таблица 21.

Место строительства	Ветровой район	Снеговой район	Средняя скорость ветра за 3 наиболее холодных месяца (м/сек)
Ставрополь Омск Волгоград Москва Саратов Нижний Новгород Казань Южно-Сахалинск Пермь Новокузнецк	IV II III I III I II V II III	II III II III III IV IV VI V IV	5 5 5 4 5 5 5 3 4 3

Узловая снеговая нагрузка на ферму подсчитывается по формуле:

Если в задании имеется фонарь, нормами [6] предусматривается два варианта загружения снеговой нагрузкой.

При выполнении курсового проекта допускается рассматривать только первый вариант снегового нагружения (рис. 14.).

Рис. 14. Схема снеговой нагрузки на здания с фонарём.

Сосредоточенные силы от снеговой нагрузки на бесфонарных участках

для подфонарных участков

для узлов, на которые опираются крайние стойки фонаря,

Опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки для бесфонарных зданий

;

для зданий с фонарем

.

Крановая нагрузка определяется от двух мостовых кранов при их невыгоднейшем для рамы положении: одно из колес крана находится над опорой, а остальные как можно ближе к ней (рис. 15.). Расчетное усилие на колонну, к которой приближена тележка крана, составляет

где коэффициент надежности для крановой нагрузки;

коэффициент сочетания, равный 0,85 для кранов среднего и легкого режимов работы (по старой классификации) или 0,95 для кранов тяжелого и весьма тяжелого режима работы;

наибольшее нормативное давление колеса крана;

ордината линии влияния опорного давления;

;

нормативное значение погонной нагрузки от собственного веса подкрановых конструкций (см. табл. 19.);

коэффициент надежности для временной нагрузки;

на тормозной площадке;

ширина тормозной площадки равная h_н.

Расчетное усилие на другую колонну рамы подсчитывается аналогично с заменой на

Для четырехколесных кранов

;

для восьмиколесных кранов

,

где полный вес крана (кН);

число колес на одной стороне крана.

Расчетная горизонтальная сила T, передаваемая на колонну и обусловленная торможением грузовой тележки, определяется при том же положении кранов по формуле:

где нормативное значение горизонтальной силы, передаваемой одним колесом крана;

коэффициент, равный 0,05 для кранов с гибким подвесом груза или равный 0,1 для кранов с жестким подвесом груза;

вес тележки крана (кН).

В соответствии с п.6.3[5] нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте Z над поверхностью земли следует определять по формуле

где нормативное значение ветрового давления;

коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

аэродинамический коэффициент.

Пульсационная составляющая ветровой нагрузки для промышленных зданий не учитывается.

Нормативное значение ветрового давления принимается в зависимости от ветрового района (табл. 22).

Таблица 22.

Ветровые районы	Ia	I	II	III	IV	V	VI	VII
	0,17	0,23	0,30	0,38	0,48	0,60	0,73	0,85

Рис. 15. К определению вертикальной нагрузки на раму от мостовых кранов грузоподъёмностью а) до 50 т.; б) свыше 50 т.

Перечень городов, предусмотренных в задании на курсовой проект, с указанием ветровых районов приведен в таблице 21.

Коэффициент определяется по таблице 23 зависимости от типа местности. В задании на курсовой проект тип местности не оговаривается и выбирается студентами самостоятельно. До высоты 5м от поверхности земли коэффициент не меняется (ветровое давление принимается постоянным).

Таблица 23.

Высота Z, м	Коэффициенты для типов местности
	А	В	С
5 10 20 40	0,75 1,00 1,25 1,50	0,50 0,65 0,85 1,10	0,40 0,40 0,55 0,80

К местности типа А относятся открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра; к местности типа В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; к местности типа С – городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Значение аэродинамического коэффициента при учете ветрового давления на вертикальные поверхности с наветренной стороны всегда положительно . При учете ветрового давления с заветренной стороны значение коэффициента всегда отрицательно и определяется по таблице 24 зависимости от отношений , где ширина здания; длина здания; высота здания.

Промежуточные значения коэффициента определяются линейной интерполяцией.

Таблица 24.

	Значение при
	0,5	1	2
1 2	-0,4 -0,5	-0,5 -0,6	-0,6 -0,6

Расчетные значения погонной ветровой нагрузки с наветренной и заветренной сторон определяются с учетом коэффициента надежности по ветровой нагрузке

Схема изменения ветровой нагрузки по высоте здания приведена на рис. 16.

Для упрощения расчетов фактическую нагрузку заменяют эквива-лентной, равномерно распределенной по длине колонны (см. рис. 11).

Величину этой эквивалентной нагрузки находят из условия равенства изгибающих моментов в защемленной стойке от фактической и равномерно распределенной нагрузки

Рис. 16. Схема загружения рамы ветровой нагрузкой.

где момент от действительной ветровой нагрузки.

Значение может быть определено по формуле ,

где значение погонной ветровой нагрузки на отметке 10м;

коэффициент, равный 1 ри м; 1,04 при м; 1,1 при м; 1,17 при м; 1,23 при м. Для других промежуточных значений l коэффициент  можно подсчитать с помощью линейной интерполяции.

Ветровая нагрузка на участке от низа ригеля до верхней точки здания заменяется сосредоточенными силами

.

Статический расчет поперечной рамы (определение изгибающих моментов и поперечных сил) выполняется на ЭВМ. Исходные данные для статического расчета оформляются в табличной форме (см. пример заполнения таблицы 25).

Обязательным требованием является запись данных в той последовательности, в которой они представлены в таблице 25. Шифр задания определяется студентом и должен представлять собой целое трехзначное число, которое соответствует последним трём цифрам номера зачётной книжки. Остальные данные необходимо представить с точностью до 0,01.

Таблица 25.

№	Характеристика	Обозначение	Величина	Единица измерения
1	2	3	4	5
1.	Шифр задания	-	203	-
2.	Высота нижней части колонны		12,50	м
3.	Высота верхней части колонны		4,90	м
4.	Опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки		100,80	кН
5.	Опорная реакция ригеля от постоянной нагрузки		210,00	кН
6.	Погонная ветровая нагрузка с наветренной стороны		3,10	кН/м
7.	Погонная ветровая нагрузка с заветренной стороны		2,30	кН/м
8.	Суммарная горизонтальная нагрузка от ветра, приложенная в уровне нижнего пояса ригеля		25,60	кН
9.	Относительное значение момента инерции нижней части колонны		8,35	-
10.	Максимальное значение вертикального усилия передаваемого колесами кранов на колонну		900,00	кН
11.	Минимальное значение вертикального усилия передаваемого колесами кранов на колонну		228,00	кН
12.	Высота подкрановой балки		1,08	м
13.	Усилие от поперечного торможения кранов		33,00	кН
14.	Расстояние между осями верхней и нижней частей колонны		0,30	м
15.	Расстояние от оси подкрановой балки до оси нижней части колонны		0,50	м
16.	Эксцентриситет		0,23	м

Усилия определяются в восьми сечениях колонн (см. рис. 11) от каждой из расчетных нагрузок: постоянной 0(от собственного веса несущих и ограждающих конструкций) и кратковременных (снеговой, крановой и ветровой). Положительные знаки усилий M, N, Q приняты в случаях, когда изгибающие моменты вызывают растяжение внутренних волокон элементов рамы, продольные силы вызывают растяжение элементов рамы, поперечные силы вызывают «вращение» участков левой колонны по часовой стрелке либо «вращение» участков правой колонны против часовой стрелки.

Ниже приводятся формулы для определения расчетных значений продольных сил в сечениях колонн.

А) Постоянная нагрузка

;

или ,

если вес подкрановых конструкций не учтен при определении и ;

.

Б) Снеговая нагрузка

.

В) Вертикальное давление кранов (тележка слева)

Г) Вертикальное давление кранов (тележка справа)

В остальных случаях (загружение горизонтальной крановой нагрузкой и ветровой нагрузкой)