5 Расчет средней рамы железобетонного каркаса одноэтажного промышленного здания.

Требуется провести расчет средней поперечной рамы одноэтажного промышленного здания. Здание отапливаемое. Площадка строительства относится к III снеговому району и ко II ветровому району, тип местности В.

Здание состоит из трех температурных блоков: крайние длиной по 48 м, средний – длиной 42 м. Покрытие – утепленное без светоаэрационных фонарей, плиты покрытия – ребристые размером 36 м. Стропильные фермы – железобетонные сегментные пролетом 24 м.

В каждом пролете установлены два мостовых крана с группой работы 5К грузоподъемностью 50/5 т. Отметка верха кранового рельса 10.8 м. Высота подкрановых балок – 1.4 м.

Наружные стены – панельные: до отметки 9.6 м самонесущие, выше – навесные.

Для обеспечения пространственной жесткости здания в продольном направлении в середине каждого температурного блока предусмотрены стальные вертикальные связи крестового типа по колоннам.

Жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается защемлением колонн в фундаментах.

Жесткость диска покрытия в горизонтальной плоскости создается крупноразмерными железобетонными плитами, приваренными не менее, чем в трех точках к стропильным конструкциям. Швы между плитами должны быть замоноличены бетоном класса не менее В10.

Рис. 36 План одноэтажного промышленного здания.

Рис. 37 Разрез 1-1

В качестве расчетной модели каркаса здания будем использовать плоскую стержневую конечно-элементную модель. При ее разработке будем руководствоваться следующими положениями и предпосылками:

1. В расчетную модель каркаса вводим только несущие конструктивные элементы.

2. Двухветвевые колонны представляем в виде рам, состоящих из стержневых конечных элементов общего вида (см. рис. 38).

Рис. 38 Геометрические параметры и расчетная схема колонн.

3. Защемление колонн в стаканах фундамента моделируем абсолютно жесткой опорой.

4. Ветровую нагрузку приводим к равномерно распределенной нагрузке на поперечные рамы (работа здания в продольном направлении в данном примере не рассматривается). Учитываем только горизонтальную составляющую ветровой нагрузки по направлению действия ветра.

5. Пространственная работа каркаса при действии крановых нагрузок при расчете плоской рамы не учитывается.

Расчетные нагрузки:

При расчете зданий с использованием программного комплекса STARK ES задаются расчетные значения нагрузок без учета коэффициента сочетаний. Нагрузки от веса несущих конструкций определяются программой автоматически по заданным значениям объемного веса материала. Нагрузки от веса покрытия и снеговую нагрузку передаем в виде сосредоточенных сил в узлах фермы.

Для удобства работы с моделью и для последующего определения расчетного сочетания усилий целесообразно распределять нагрузки, действующие на расчетную модель по отдельным группам – нагружениям.

Нагружение – это группа нагрузок, вызванная одним источником или несколькими источниками, если известно, что эти нагрузки всегда действуют совместно друг с другом. Обычно в одно нагружение объединяются нагрузки единого происхождения (нагрузки от собственного веса конструкций, снеговые, ветровые и т.д.) с одинаковыми коэффициентами надежности по нагрузке _f и коэффициентом длительности (для временных нагрузок). Коэффициент длительности – это доля длительной составляющей временной нагрузки в ее полном значении, согласно СНиП 2.01.-85* равная отношению пониженного значения нагрузки к ее полному значению.

Если одна и та же нагрузка (например, снеговая, крановая или временная) имеет разный характер возможного распределения по пролету, разные значения или разные точки приложения, то она также записывается в разные нагружения. При определении расчетных сочетаний усилий (РСУ) эти нагружения считаются несочетаемыми (т.е. исключается их совместное действие). Рассмотрим действие нагрузок в нашем примере.

Нагрузки на покрытие:

Элемент покрытия	Нормативное значение нагрузки Н/м2 (Па)	Коэф. надежности по нагрузке f	Расчетное значение нагрузки Н/м2 (Па)	Номер нагружения
Вес рулонного ковра	100	1.3	130	2
Вес цементно-песчаной стяжки	630	1.3	819	2
Вес пароизоляции	50	1.3	65	2
Итого (нагружение 2):	780	1.3	1014	2
Вес плитного утеплителя	360	1.2	432	3
Вес железобетонных ребристых плит 36 м	1570	1.1	1727	4
Снеговая нагрузка по всему пролету53	1.26	1:0.7=1.43	1.8	5
Снеговая нагрузка на половине пролета	1.26	1:0.7=1.43	1.8	6

Продольная сила от фермы покрытия передается на колонну с эксцентриситетом e₁= 0.125м;

Нагрузки от навесных стеновых панелей:

Расчетная нагрузка от стеновых панелей и остекления на участке между отметками 9.6 м и 13.8 м равна G_1 = 26.3⁵⁴ кН. Нагрузка приложена с эксцентриситетом e₄ = 0.7 м в уровне верха подкрановой части колонн.

Расчетная нагрузка от стеновых панелей и остекления на участке между отметками 13.8 м и 16.2 м равна G_2 = 37.6 кН. Нагрузка приложена с эксцентриситетом e₂ = 0.45 м в уровне верха крайних колонн.

Коэффициент надежности по нагрузке _f = 1.1, поэтому относим эти нагрузки к 4 нагружению.

Нагрузки от подкрановых балок:

Расчетная нагрузка от подкрановых балок и крановых путей составляет G_св =53.3 кН и приложена в уровне верха подкрановой части колонн с эксцентриситетом e₅ = 0.45 м на крайних колоннах и с эксцентриситетом e₆ = 0.75 м – на средних.

Коэффициент надежности по нагрузке _f = 1.1, поэтому вес подкрановых балок также относится к 4 нагружению.

Крановые нагрузки:

Рассматриваются следующие виды нагружений:

Характер распределения крановых нагрузок:	Номер нагружения
Вертикальная нагрузка Dmax на крайней колонне и Dmin на средней.	7
Вертикальная нагрузка Dmin на крайней колонне и Dmax на средней.	8
Вертикальная нагрузка от четырех кранов с 2Dmax на средней колонне и Dmin на крайних	9
Горизонтальная тормозная нагрузка H на крайней колонне	10
Горизонтальная тормозная нагрузка H на средней колонне	11

Крановые нагрузки прикладываем в виде сосредоточенных вертикальных, горизонтальных сил и моментов на консоли двухветвевых колонн. Вес поднимаемого груза Q = 500 кН, пролет крана 22.5 м. База крана 6500 мм, расстояние между колесами 5250 мм, вес тележки 130 кН.

Величины крановых нагрузок:

• Максимальная вертикальная крановая нагрузка от двух сближенных кранов D_max = 647 кН⁵⁵;

• Минимальная вертикальная крановая нагрузка от двух сближенных кранов D_min = 209.5 кН;

• Максимальная вертикальная крановая нагрузка от четырех сближенных кранов D_max = 1065.7 кН⁵⁶;

• Минимальная вертикальная крановая нагрузка от четырех сближенных кранов D_min = 172.5 кН;

• Горизонтальная крановая нагрузка от двух кранов при поперечном торможении H = 26.8 кН;

Горизонтальная нагрузка от поперечного торможения приложена к колоннам в уровне верха подкрановой балки на расстоянии 3.75 м от верха колонны. Вертикальная нагрузка на крайней колонне приложена с эксцентриситетом e₅ = 0.45 м, а на средней колонне с эксцентриситетом e₆ = 0.75 м;

Ветровые нагрузки:

Рис. 39 Схема распределения ветровой нагрузки по высоте здания.

Здание расположено во втором ветровом районе в местности типа B. Для простоты расчетов неравномерное давление ветра с наветренной и подветренной стороны заменено равномерно распределенной нагрузкой эквивалентной по моменту в заделке W_e = 189.6 Н/м² = 0.19 кН/м² (рис. 3.16). Расчетная ветровая нагрузка с наветренной стороны q₁ = 1.21 кН/м, с подветренной стороны q₂ = 0.76 кН/м

Расчетное ветровое давление на парапет и покрытие между отметками 14.4 м и 17.55 м заменим сосредоточенной силой, приложенной в уровне верха крайней колонны W = 8.42 кН.