Определение усилий в колоннах от нагрузок

Расчетная схема и нагрузки

Поперечная рама одноэтажного каркасного здания испытывает действие постоянных нагрузок от массы по­крытия и различных временных нагрузок от снега, вертикального и горизонтального давления мостовых кранов, положительного и отрицательного давления ветра и др. (рис. XIII.19,а).

В расчетной схеме рамы соединение ригеля с колон­ной считается шарнирным, а соединение колонны с фун­даментами — жестким. Длину колонн принимают равной расстоянию от верха фундамента до низа ригеля. Цель расчета поперечной рамы — определить усилия в колон­нах и подобрать их сечения. Ригель рамы рассчитывают независимо как однопролетную балку, ферму или арку.

Постоянная нагрузка от массы покрытия передается на колонну как вертикальное опорное давление ригеля F. Эту нагрузку подсчитывают по соответствующей гру­зовой площади. Вертикальная нагрузка приложена по оси опоры ригеля и передается на колонну при привязке наружной грани колонны к разбивочной оси 250 мм с эксцентриситетом:

Рис. X1I1.I9. Расчетно-конструктивная схема поперечной рамы с кра­новыми

нагрузками

в верхней надкрановой части е=0,25/2 =0.125 (при нулевой привязке е=0);

в нижней подкрановой части e=(h₁—h₂)/2—0,125 (при нулевой привязке e=(h_l—h₂/2); при этом возникают моменты, равные M=Fe.

Временная нагрузка от снега устанавливается в соответствии с географическим районом строительства и профилем покрытия. Она также передается на колонну как вертикальное опорное давление ригеля F и подсчитывавается по той же грузовой площади, что и нагрузка от массы покрытия.

Временная нагрузка от мостовых кранов определя­ется от двух мостовых кранов, работающих в сближен­ном положении. Коэффициент надежности для определе­ния расчетных значений вертикальной и горизонтальной нагрузок от мостовых кранов γ_f=1,1.

Вертикальная нагрузка на колонну вычисляется по линиям влияния опорной реакции подкрановой балки, наибольшая ордината которой на опоре равна единице. Одна сосредоточенная сила от колера моста устанавли­вается на опоре, остальные силы располагаются в зависимости от стандартного расстояния между колесами крана (рис. XIII. 19,б). Максимальное давление на ко­лонну

при этом давление на колонну на противоположной сто­роне

Вертикальное давление от кранов передается через подкрановые балки на подкрановую часть колонны с экс­центриситетом, равным для крайней колонны

е=0,25 +λ—0,5 h_н„ (при нулевой привязке е=λ,—0,5 h_н), для средней колонны е=λ

(рис. XIII.19,в). Соответствующие моменты от крановой нагрузки

Горизонтальная нагрузка на колонну от торможения двух мостовых кранов, находящихся в сближенном положении, передается через подкрановую балку по тем же линиям влияния, что и вертикальное давление:

Временная ветровая нагрузка. В зависимости от географического района и высоты здания устанавливают значение ветрового давления на 1 м2 поверхности стен и фонаря.

С наветренной стороны действует положитель­ное давление, с подветренной - отрицательное. Стеновые панели передают ветровое давление на колонны в виде распределенной нагрузки p= ωa, где а — шаг колонн.

Неравномерную по высоте здания ветровую нагрузку приводят к равномерно распределенной, эквивалентной по моменту в заделке консоли.

Ветровое давление, действующее на фонарь и часть стены, расположенную выше колонн, передается в рас­четной схеме в виде сосредоточенной силы W.

2. Пространственная работа каркаса здания при крановых нагрузках

Покрытие здания из железобетонных плит, соединен­ных сваркой закладных деталей и замоноличиванием швов, представляет собой жесткую в своей плоскости горизонтальную связевую диафрагму. Колонны здания, объединенные горизонтальной связевой диафрагмой в по­перечные и продольные рамы, работают как единый про­странственный блок. Размеры такого блока в плане оп­ределяются расстояниями между температурными шва­ми (рис. XIII.20,а).

Нагрузки от массы покрытия, снега, ветра приложены повременно ко всем рамам блока, при этих нагрузках пространственный характер работы каркаса здания не проявляется и каждую плоскую раму можно рассчитывать в отдельности. Нагрузки же от мостовых кранов приложены лишь к двум-трем рамам блока, но благода­ря горизонтальной связевой диафрагме в работу включа­ется остальные рамы блока, происходит пространствен­ная работа.

Если учитывать пространственную работу рам лишь одного поперечного направления, то в упрощенном решении поперечную раму можно рассчитывать на крановые нагрузки с учетом пространственной работы каркаса здания ме­тодом перемещений с вве­дением к реакции от единич­ного смещения поперечной рамы коэффициента С_dim, равном при (шаге колонн 12 м С_dim=3,4; прн шаге 6м C_dim = 4.

Для расчета поперечной рамы на различные нагрузки и воздействия наиболее удобен метод перемещений с од­ним неизвестным ∆— горизонтальным перемещением плоской загружаемой рамы. Вводя по направлению не­известного перемещения стерженек-связь, получим основ­ную систему (рис. ХШ.22, а). Основную систему подвер­гают единичному воздействию неизвестного, при этом в rолоннах возникают реакции R_∆ и изгибающие моменты |рис. ХШ.22, б). Затем основную систему последова­тельно загружают постоянными и временными нагрузками F, M, Н, р, которые вызывают в стойках соответст­вующие реакции и изгибающие моменты (рис. ХШ.22, в-д). Значение реакций R в ступенчатых колоннах переменного сечения при неподвижной верхней опоре могут быть определены по формулам, приведенным в приложе­нии XII. В уравнении приняты обозначения: r₁₁ — реакция поперечной рамы от единичного перемещения;R_1p=∑R— сумма реакций верха колонн от нагрузки; положительные реакции направлены в сторону неизвестного переме­щения.

Рис. XIII.22. Основная система по­перечной рамы и эпюры момента от ветрового воздействия и нагрузок

Рис. XIII.23. К расчету двухъярусной поперечной рамы а — конструктивная схема; б — расчетные схемы

Коэффициент C_dim для различных загружений поперечной рамы, кроме загружения крановой нагрузкой, ра­вен единице.

Из уравнения находят неизвестное∆, а затем упру­гую реакцию

При числе пролетов рамы, равном трем и более, верх­нюю опору колонн при действии крановых нагрузок рас­сматривают как неподвижную и принимают ∆=0.

Для рамы с двухъярусным ригелем при жесткости внутренних колонн В₁ превышающих жесткость наруж­ных колонн В₂, так что В₁≥5В₂, в качестве расчетной схемы средней высокой части может быть принята независимая однопролетная рама (рис. XIII.23).

Эту раму также рассчитывают с учетом пространственной работы каркаса.

Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях колонны определяют как в консольной балке, загружен­ной внешней нагрузкой и реакцией Re. Обычно расчет­ными являются три основных сечения по длине колонны: 1-0 - над крановой консолью; 1-2 - под крановой консолью; 2-1 - в основании.

Эпюры моментов строят для каждого вида нагрузки, Действующей на раму. Затем составляют таблицу усилий М, N, Q, и в расчетных сечениях колонны устанавливают расчетные сочетания усилий или нагрузок. Постоянная нагрузка на колонны участвует во всех сочетаниях, временные нагрузки — в невыгоднейших.

Согласно нормам, временные нагрузки (снег, ветер, мостовые краны), действующие на поперечную раму, от­носятся к кратковременным. При расчете поперечной ра­мы на основные сочетания нагрузок, включающие одну кратковременную нагрузку, значение которой учитыва­ют без снижения, а при расчете на основные сочетания, включающие две или три кратковременные нагрузки, расчетные значения этих нагрузок или соответствующих им усилий умножают на коэффициент сочетаний 0,9. При этом за одну кратковременную нагрузку следует считать нагрузку от действия двух кранов на одном пути, умно­женную на коэффициент 0,85 для кранов легкого и среднего режимов, или же нагрузку от четырех кранов, совмещенных в одном створе разных пролетов, умноженную на коэффициент 0,7.

Сечения колонн поперечной рамы рассчитывают с уче­том влияния прогиба на значение эксцентриситета про­дольной силы. Колонны из плоскости поперечной рамы. Проверяют на устойчивость как сжатые элементы. Кроме того, колонны проверяют на усилия, возникающие при транспортировании и монтаже.

Расчетная длина lо сборных железобетонных колонн зданий с мостовыми кранами для подкрановой (нижней) части и надкрановой (верхней) части в плоскости поперечной рамы и из плоскости поперечной рамы различная т устанавливается согласно табл. XIII.1.

Расчетная длина сборных железобетонных колонн зданий без мостовых кранов однопролетных lo=l,5 H, многопролетных lo =1,2 Н.

Таблица XI11.1. Расчетная длина l₀ сборных железобетонных колонн зданий с мостовыми кранами

Рис. XII 1.24. Схемы армирование консолей колонн

а - наклонными хомутами; б - горизонтальными хомутами и отгибами

Короткие консоли (рис. XIII.24) колонн, поддержива­ющие подкрановые балки, рассчитывают на действия по­перечной силы из условия (XI.20), а также из условия

в котором правая часть неравенства принимается не более 2,5R_btbh_o; φ =0,75 - при кранах тяжелого режима работы

φ= 1 — при кранах среднего и легкого режимов ра­боты.

Короткими считаются консоли, у которых вылет l_k≤0,9h0. Угол наклона сжатой грани консоли с горизон­тальной линией должен быть γ≤45°, а высота сечения консоли у свободного края должна быть h₁≥h/2 (где h — высота опорного сечения).

Армируют консоли наклонными хомутами при h≤2,5, Горизонтальными хомутами и отгибами — при h>2,5 а. Отогнутые стержни допускается не ставить, если h>3,5 а и Q≤R_btbh₀. Во всех случаях расстояние между хомутами должно быть не более 150 мм и не более h/4; диаметр отогнутых стержней должен быть не более 1/15 длины отгиба и не более 25 мм. Суммарное сечение отгибов и наклонных хомутов, пересекающих верхнюю половину линии, соединяющей крайние точки в пределах
вылета консоли (см. рис. XIII.24), должно быть

Площадь сечения продольной арматуры консоли А_s, подбирают по увеличенному на 25 % изгибающему мо­менту, действующему в месте примыкания консоли к ко­лонне. Продольная арматура снабжена на конце прива­ренными анкерами в виде шайб или уголков.

Дата добавления: 2014-01-14