4. Нагрузки, действующие на поперечную раму

В соответствии с СНиП 2.01.07-85 нагрузки, действующие на поперечную раму, разделяются на постоянные и временные.

К постоянный нагрузкам относятся собственный вес стоек, вес покрытия и его несущих конструкций, вес подкрановых балок, а к временным нагрузкам относятся снеговая, ветровая и крановая нагрузки.

Кроме этих, при расчете бетонных и железобетонных конструкций выделяются следующие нагрузки:

1. Длительно действующие нагрузки, в которые включаются постоянная, временная длительная, длительно действующая часть кратковременных нагрузок (в частности, 70% снеговой нагрузки и 50% временных нагрузок на перекрытия жилых и общественных зданий от веса людей и легкого оборудования).

2. Нагрузки малой суммарной длительности, характеризующиеся тем, что суммарная длительность действия их расчетной ве­личины за срок службы сооружения весьма мала. К ним относят­ся ветровая нагрузка, нагрузка от кранов (кроме кранов весь­ма тяжелого режима работы) при учёте совместного действия двух кранов в пролете, особые нагрузки (сейсмические, аварийные и т.п.).

П о с т о я н н а я н а г р у з к а. Собственный вес квадратного метра покрытия принимается в зависимости от его конструкции с учетом данных в /1,2,3,4/. При наличии фонарей следует дополнительно учитывать вес их конструкций и переплетов на один квадратный метр горизонтальной проекции фонаря /1,2,3,4/. Нагрузка на стойку от веса покрытия исчисляется по грузовой площади соответствующей стойки без учета угла наклона покрытия к горизонту с добавлением нагрузки от фо­нарей и несущих конструкций покрытия. При углах наклона всего покрытия или его части больше 18° необходимо вес покрытия де­лить на косинус угла наклона к горизонту. Собственный вес надкрановой и подкрановой частей стоек вычисляется по принятым размерам.

Собственный вес подкрановых балок и крановых путей можно принимать по /1,2,3,4/.

Коэффициенты надежности по нагрузке следует определять по приложению 1.

Постоянные нагрузки на ригель рамы от веса кровли, стропильных конструкций и связей по покрытию принимаются обычно равномерно распределенными по длине ригеля.

Постоянные нагрузки зависят от типа покрытия, которое может быть тяжелым или легким, утепленным или не утепленным. В курсовом проекте применяются – сборные железобетонный плиты покрытия толщиной 300 мм.

Рис 4.1. Состав покрытия одноэтажного промышленного здания: 1 – наплавляемый рулонный материал; 2 – стяжка; 3 – утеплитель; 4 – пароизоляция; 5 – плита покрытия

Покрытие состоит из сборных железобетонных плит, опирающихся непосредственно на стропильную конструкцию, пароизоляции, теплоизоляционного слоя, стяжки, водоизоляционного ковра. Толщина теплоизоляционного слоя может быть принята без теплотехнического расчета в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха.

Нагрузка от покрытия определяется суммированием отдельных элементов, значения которых сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Сбор нагрузок на 1 м² покрытия

№	Вид нагрузки	Нормативная , кПа	gf	Расчетная , кПа
1	Рулонный ковер		1,35
2	Стяжка, d = мм, r = кг/м^3		1,35
3	Утеплитель, d = мм, r = кг/м^3		1,35
4	Оклеечная пароизоляция		1,35
5	Собственная масса железобетонных плит покрытия		1,15
Итого:		=	–	=

Постоянная расчетная нагрузка от покрытия на крайнюю колонну составит:

(4.1)

где – расчетная нагрузка от покрытия, кПа;

L – пролет;

В – шаг колонн;

Постоянная расчетная нагрузка от покрытия на крайнюю колонну c учетом коэфициента надежности по назначению составит:

(4.2)

где – нагрузка от собственного веса стропильной балки;

– нормативная нагрузка от собственного веса стропильной конструкции.

На среднюю колонну:

(4.3)

Эксцентриситет приложения нагрузки зависит от привязки.

Рис 4.2. Схема для определения эксцентриситетов продольных сил

в крайней колонне

Определим нагрузку от собственного веса подкрановой балки и крановых путей:

(4.4)

где – длина подкрановой балки;

– нормативная нагрузка от собственного веса подкрановой балки;

– нормативная нагрузка от собственного веса крановых путей;

– коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса постоянно уложенных элементов и конструкций заводского изготовления;

– коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса конструкций не заводского изготовления при обеспеченной системе контроля качества.

Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления, передаваемая на колонну выше отметки остекления нижней полосы, м:

(4.5)

где – нормативное значение веса 1 м² стеновых панелей;

– высота стеновых панелей;

– нагрузка от собственно веса остекления;

– высота панелей остекления;

Расчетная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления, передаваемая непосредственно на фундаментную балку:

(4.6)

Расчетная нагрузка от веса колонн. Крайние колонны:

– надкрановая часть

(4.7)

– подкрановая часть:

(4.8)

С н е г о в а я н а г р у з к а. Согласно п.5.I /5/, нормативная снеговая нагрузка на 1 м² площади горизонтальной проекции покрытия должна определяться по формуле:

(4.9)

где – вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной повер­хности земли, принимаемый по /прил.16/.

– коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, приминаемый в соответствии с указаниями п.п. 5.3 - 5.6 /5/.

Расчетная снеговая нагрузка на ригель рамы определяется по формуле:

(4.10)

где – нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое в зависимости от района строительства.

Согласно СНиП 2.01.07-85 и дополнений к нему определяют снеговой район. Для РБ см. прил. 16.

– коэффициент надежности по нагрузке, для снега принимаемый в зависимости от отношения нормативной нагрузки от веса покрытия к нормативному значению веса снегового покрытия согласно п.5,7 /5/.

В е т р о в а я н а г р у з к а. В курсовом проекте ветровая нагрузка на поперечную раму определяется только как статическая, соответствующая установившемуся скоростному напору.

Ветровая нагрузка на колонны наружных рядов в пределах их высоты принимается распределенной по высоте.

Давление ветра на колонны собирается с вертикальной полосы шириной, равной шагу колонны вдоль цеха.

Давление ветра на конструкции, расположенные выше верха колонны, заменяется сосредоточенной силой W, приложенной на уровне верха стоек. С наветренной стороны действует положительное давление ветра, а с подветренной – отрицательное (отсос).

При расчете одноэтажных производственных зданий высотой до 36м при отношении высоты к пролету менее 1,5 (размещаемых в местностях типов А и В) учитывается только статическая составляющая ветровой нагрузки, соответствующая установившемуся напору на здание:

(4.11)

где w_o – нормативное значение ветрового давления, принимаемое в зависимости от района строительства, согласно /5/;

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления в зависимости от высоты здания и типов местности см. п. 6.5 /5/;

с – аэродинамический коэффициент; c  0,8  для наветренной стороны,

– см. приложение 4 /5/ для подветренной стороны.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки с наветренной стороны здания: при коэфициенте, учитывающем изменение ветрового давления по высоте:

до 5м k = 0,5 -

до 10м k = 0,65 -

до 20м k = 0,85 -

и соответственно на высоте низа стропильной конструкции ( ) и отметке конька покрытия или отметки парапета ( ) определяют интерполяцией.

Для упрощения расчёта фактическую ветровую нагрузку заменяем эквивалентной, равномерно распределенной по высоте колонны. Величину эквивалентной нагрузки находим из условия равенства изгибающих моментов в защемлённой стойке от фактической эпюры ветрового давления и от равномерно распределённой нагрузки.

Найдя эквивалентную равномернораспределенную нагрузку на здание с наветренной стороны , находим с подветренной стороны:

(4.12)

Найдем эквивалентную равномернораспределенную нагрузку на раму с наветренной стороны:

(4.13)

С подветренной стороны:

(4.14)

Расчетная сосредоточенная сила от ветровай нагрузки выше отметки низа стропильной конструкции:

(4.15)

К р а н о в ы е н а г р у з к и. Крановые нагрузки определяются по данным соответствующих стандартов в зависимости от грузоподъемности и пролета крана L_кр:

(4.16)

где L – расстояние между осями стоек;

– привязка подкрановых путей по разбивочным осям здания.

Производственные здания часто оборудуются большим числом мостовых кранов в каждом пролете. Одновременное неблагоприятное воздействие их на раму, маловероятно, поэтому при расчете нагрузка учитывается только от двух сближенных кранов.

Вертикальная крановая нагрузка передается на подкрановые балки в виде сосредоточенных сил P_max и P_min при их невыгодном положении на подкрановой балке. Расчетное давление на колонну, к которой приближена тележка, определяется по формуле:

D_max = (4.17)

на противоположную колонну:

D_min = (4.18)

где = 0,85 – коэффициент сочетаний при совместной работе двух кранов для групп режимов работы кранов 1К–6К;

= 1,5 – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок;

P_max – наибольшее вертикальное давление колес на подкрановую балку.

Согласно ГОСТ 25.711–83 принимаем характеристики для крана:

Q, L_k, А, В, P_max, P_min, G_t (таблицы с характеристиками кранов приведены в приложении)

Рис 4.3. Линия влияния давления на колонну

Наибольшее давление колеса крана вычисляется по формуле:

(4.19)

Наименьшее давление колеса крана вычисляется по формуле:

(4.20)

Давление на колонну:

(4.21)

где – коэффициент сочетания при двух сближенных кранах;

– сумма ординат по линии влияния давления на колонну.

(4.22)

То же от четырех кранов на среднюю колонну (если требуется) с коэфициентом сочетаний :

(4.23)

Горизонтальные силы поперечного торможения, возникающие при торможении крановой тележки, передаются на колонны через тормозные балки или фермы.

Нормативную поперечную горизонтальную силу от торможения тележки Т_оⁿ, действующую поперек цеха, определяют по формуле:

(4.24)

где f = 0,1 – коэффициент трения при торможении тележки с жестким подвесом груза;

Q – грузоподъемность крана;

G_t – вес тележки;

– число тормозных колес тележки;

– общее количество колес.

Нормативная поперечная сила, действующая на одно колесо:

Т_кⁿ = (4.25)

Расчетное горизонтальное давление на колонну от двух сближенных кранов равно:

Т = (4.26)

где