Главная » Книжные издания

1 2 3 4 5 6 ... 51

2.2. Рекомендации ho 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 бьггь рекомендовано при одно-, 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 про-садочных 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.

При анализе расчетной схемы

bi а.

Рис.2.11. Изменение геометрии расчетной схемы в ходе статического расчета а - расчетная схема, заданная на основе предварительного расчета; 6 - расчетная схема, полученная в результате уточненного статического расчета и подбора сечений; а;, - геометрические размеры первоначальной схемы; а^ Ь2 - геометрические размеры уточненной расчетной схемы. При aja2 и bib2 требуется оценка влияния изменения геометрии и, в случае необходимости, перерасчет

необходимо обращать особое внимание на места перехода сечений и изменение геометрии, так как их влияние на величину усилий весьма значительно. Соответствие геометрии, принятой при составлении схемы с тем, что получено в результате окончательного расчета, должно быть проверено после подбора сечений и разработки узлов. Изменение геометрии учитывается при окончательном определении усилий в элементах (рис.2.11).

Сечения элементов расчетной схемы определяются на основании предварительного расчета; допускается вместо решетчатых

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

/ = 12 0,9/0, (2.1)

где Al, А2 - площади сечения поясов; h - расстояние между осями поясов; /о -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

/ = Л/о, (2.2)

где к - учитывает влияние уклона и решетки: при / = 1:8 к = 0,65; /=1:12 к = 0,75;

/ = 0 ;t = o,9.

Для колонн / = kJQ, где Л = 0,8 при решетке; Л = 0,5 при планках.



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

->-, (2.3)

где /р = /р - погонная жесткость ригеля; в случае примыкания к колонне ригелей на одном уровне с двух сторон с погонными жесткостями /р^ и /р^ j , ip = i + i ;

/i, /2 - погонные жесткости нижней в верхней частей ступенчатой колонны.

При наличии жестких ригелей-

диафрагм, например, стенок бункеров, рапионально разделить раму по высоте на две части, каждую из которых рассматривать независимо (рис.2.12). При расчленении расчетной схемы рамы сложной конфигу-рапии на отдельные расчетные схемы допускается не учитывать взаимную связь этих схем, если влияние, оказываемое ими одна на другую, невелико, либо учитывать равенство смещений в местах разрыва дополнительно. Краевые условия для элементов в местах сопряжения независимых расчетных схем назначают с учет размеров и конструктивных особенностей каждой из систем.

В рамах с относительно жесткими ригелями (рис.2.13) следует применять две расчетные схемы: при расчете на вертикальную нагрузку, приложенную к ригелю - схему с конечной жесткостью ригеля (рис.2.13; расчете на остальные нагрузки - схему с ригелем бесконечной жесткости (рис.2.13 в).

Рис.2.12. Расчленение расчетной рамы на две при жестком ригеле а - конструктивная схема; б - расчетная схема при вертикальных нагрузках на ригель; в - расчетная схема при горизонтальных нагрузках на ригель и любых нагрузках на колонны

у\/\/\/\

Рис.2.13. Изменение расчетной схемы одноэтажной рамы в зависимости от направления

и места приложения нагрузки а - конструктивная схема; б - расчетная схема при вертикальных нагрузках на ригель; в - расчетная схема при горизонтальных нагрузках на ригель и любых нагрузках на колонны



2.3. Предварительное 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 колопп можно рекомендовать следующие приемы, упрощающие расчет и сокращающие его трудоемкость:

1. Нагрузки от мостовых крапов вычислять как от эквивалептпой равпомерпо распределеппой нагрузки па подкрановые балки, зпачепие которой допускается принимать по табл.2.1.

Таблица 2.1. Нормативные эквивалептпые нагрузки q кН/м мостовых крапов

Пролет балки, L, м

Грузоподъемность кранов

Ртах = LkikjJc,

где - коэффициент падежпости по нагрузке; = 1,1 - коэффициент, учитывающий собствеппый вес балок и нагрузку па тормозные площадки; 2 = 1Д5 - коэффициент, учитывающий увеличение усилий при перазрезпых балках. (При разрез-пых балках к2=1); L - шаг колопп (пролет подкрановых балок).

В случае необходимости зпачепие отрывающего усилия па опорах перазрезпых балок можно определить по формуле Р^р = - 0,2Р^. Горизоптальпое усилие от торможения крапов можно принимать для режимов 1-6К Т= 0,03Р^г^, для крапов режимов 7-8К Т= 0,04Р^.

2. Как один из приемов приближеппого определения габаритов и жесткостей сечепий колопп может быть рекомепдовап подбор сечепий только па пормальпую силу без учета моментов. При этом расчетное сопротивление принимается 0,5Ry, а зпачепие коэффициента продольного изгиба можно принять равным -0,7.

При необходимости более точного вычисления усилий в колоппах и их сечепий и при условии мипимальпой трудоемкости расчетов целесообразно использовать



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 таблип.

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. Нагрузки, осдцки фундаментов

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

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

При вычислении сочетания нагрузок, определяющих значение (используется для расчета фундаментов и фундаментных болтов), необходимо учитывать возможность образования в перекрытиях, примыкающих к основным конструкпи-ям, 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 пелом на каркас, а также нагрузки от опор, действующих на отдельные элементы конструкпии. Следует принимать такую схему неподвижных опор и компенсаторов, при которой нагрузки на здание бьши бы минимальными. К таким решениям относятся: симметричное расположение компенсаторов и неподвижных опор, подвеска трубопроводов (вместо опирания), уменьшение расстояния между компенсаторами и др.

При вьгаислении ветровых нагрузок следует учитывать значение пульсапионной составляющей, определяемой в соответствии с требованиями п.6.7 СПиП 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 эксплуатапии грузоподъемных кранов .

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



Таблица 2.2. Допускаемая разность осадок фундаментов и максимальные

значения осадок

Допускаемая разность осадки

Конструктивная

но условиям эксплуатации крана*

но условию допол-

Максимальное

схема

в поперечном сечении, мм

на соседних колоннах, мм

нительных усилий в элементах каркаса

значение осадок, мм

в< 10 м

в> 10 м

поперек

вдоль

Шарнирная

0,002В

0,002L

12 см**

с заполнением каркаса ограждением

0,004В 0,004L

Жесткая

без заполнения каркаса ограждением

0,001В 0,001L

Примечания: В - ширина пролета в поперечном направлении; L - расстояние между колоннами в продольном направлении.

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

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

2.5. Учет 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 пе производиться, если:

расстояние между температурными швами, панелями связей и расстояния от панелей связей до температурных швов в продольном паправлепии, а также расстояния между температурными швами в поперечном паправлепии пе превышают зпачепий, указанных в табл.42 СНиП П-23-81*, а жесткости колопп и уровни расположения продольных конструкций соответствуют традициоппым, по которым имеется положительный опыт эксплуатации;

применяют копструктивпые схемы, в которых пе накапливаются температурные перемещения, благодаря промежуточным гибким конструкциям.

Во всех остальных случаях конструкции следует рассчитывать па 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 па упомянутые температурные воздействия рекомендуется учитывать пластическую стадию работы, а также податливость фундаментов.

Температурные воздействия, вызваппые технологическими процессами и работой технологического оборудования, отличаются, как правило, локальностью, свя-заппой с расположением оборудования, большой степенью возможного пагрева и зпачительпой цикличностью, вызваппой 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 па конструкции сказываются в горячих цехах черной металлургии -сталеплавильном, прокатном, домеппом и др.



Основанием для учета технологических темнературных воздействий при проектировании является схема технологического нагрева конструкпии с указанием количества пиклов за время эксплуатапии, полученная на основе теплового моделирования либо на основе опьгга эксплуатапии аналогичных сооружений.

В ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова, выполнено исследование явления тепловой хрупкости строительных сталей, которое заключается в значительном увеличении (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 (оо,2, Од) и пластические (85, \/) свойства сталей. Следствие тепловой хрупкости - появление трещин и последующее разрушение конструкпии и их соединений, в том числе сварных, подвергающихся в пропессе эксплуатапии воздействию повышенных температур. Па развитие тепловой хрупкости влияет полное время пребывания конструкпии в интервале температур, вызывающих охрупчивание.

Основные меры борьбы с технологическими воздействиями на конструкпии следующие:

устройство теплозащитных экранов, обеспечивающих температуру на поверхности конструкпии не более 100-130°С;

применение конструктивных решений, обеспечивающих наличие минимального количества конпенграторов;

учет температурных напряжений и деформапий конструкпии в случаях, когда невозможно избежать их нагрева;

обеспечение режима эксплуатапии, при котором выдерживаются как максимальные, так и минимальные значения температуры нагрева, полученные на основании спепиальных исследований конкретной конструкпии и условий ее эксплуатапии;

применение спепиальных марок сталей, не склонных к тепловому охрупчиванию.

2.6. Расчет рам

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

Способ расчета рам^ (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.

Приводимые указания относятся к расчету рам по плоскостной схеме



При наличии большого числа различных по зпачепию и приложеппых в одних и тех же точках нагрузок рекомендуется производить расчет па 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 бьггь получены усилия в каждом элементе и в узловых сопряжениях элементов от всех видов нагрузок, а также и от расчетных сочетаний, необходимые как для подбора сечепий элементов, так и для расчета сопряжений (в том числе и сопряжений с фундаментом). Расчетные сочетания 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 пепосредствеп-по приложеппой к пей впешпей нагрузки и силы R , приложеппой па шарнирном конце стойки, определяемой по формуле

(2.4)

где Rf, - опорная реакция па шарнирном конце рассматриваемой стойки, определяемая от впешпей нагрузки при условии пеподвижпости этого конца; зпачепие R, находится по табл.2.3; г^, - сила, которую пужпо приложить к шарнирному концу рассматриваемой стойки для смещения этого конца на А=1; значение г^, определяется по табл.2.4; Y.Rb, Y.rj, - соответствеппо суммы Rj, и rj, по всем стойкам рампой системы.

а) <>

М

м


К

77Г

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

в одном уровне

а - схема рамы; б - схема стойки с нагрузками; в - эпюры моментов в стойках: i - от внешней нагрузки; 2 - от реактивной силы; 3 - суммарная

Величина Г/,

представляет собой усилие, па которое уменьшается 7?

вследствие фактической податливости шарпирпого конца стойки. Окопчательпая эпюра изгибающих моментов в каждой стойке представляет собой сумму эпюр 1 и 2 (рис.2.14), возникающих в коисоли от впешпей нагрузки и от силы 7? .

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



Рамы типа 2 с ригелями бесконечной жесткости, жестко сопряженными с колоннами. Ригели примыкают к общим колоппам па одном уровне (рис.2.15).

Изгибающие моменты в каждой

стойке рамы определяются как для консоли, находящейся под воздействием непосредственно приложенной к ней внешней нагрузки и усилий 7? и Af . Усилие R находится по формуле (2.4), а Af - по формуле

М„=М -ти

(2.5)


1+2=3

+ 4 -Лт-

Рис.2.15. Эпюры моментов в стойках рам с жестким

примыканием ригелей в одном уровне а - схема рамы; 6 - схема с нагрузками; в - эпюры моментов в стойках: i - от внешней нагрузки; 2 - от силы iJ ; J - от момента М ; 4 - суммарная

где RfjH М/, - опорная реакпия и опорный момент на коппе стойки, примыкающей к ригелю, определенные от внешней нагрузки, при условии закрепления этого коппа от поворота и от смещения. Значения 7? Mi, находятся по табл.2.3; г^, - сила, которую нужно приложить к примыкающему к ригелю коппу стойки, закрепленному от поворота, для смещения этого конца на А=1; mi, - изгибающий момент, возникающий на примыкающем к ригелю конце стойки, закрепленном от поворота при смещении его на А=1. Значения г^, и да, вычисляются по табл.2.4.

Рамы типа 3 с ригелями конечной жесткости, жестко сопряженными с колоннами. При расчете рам этого типа в связи с необходимостью учета деформаций ригелей возрастают число неизвестных и объем расчетов по сравнению с расчетом ранее рассмотренных рам. Для упрощения расчетов и сокращения их объема рекомендуются способы, основанные на методе деформаций. Общим для всех этих способов является то, что раму рассчитывают сначала в предположении неподвижности всех ее узлов, а затем с учетом поворотов и их смещений; при этом реактивные усилия, возникающие в дополнительных опорных стержнях, препятствующих смещению и поворотам узлов, считают приложенными к рассчитываемой раме с обратным знаком в качестве внешней нагрузки. Окончательные эпюры моментов находят суммированием эпюр, полученных в раме с неподвижными узлами, с эпюрами, полученными в раме от отрицательных реактивных усилий.

Для рам рассматриваемого типа рекомендуются три способа расчета, каждый из которых имеет свою область применения.

1. Способ последовательных приближений рационально применять для рам, рассчитываемых на однократную загрузку (всех стержней или части). Особенно быстро вычисляются искомые значения моментов на концах стержней при отсутствии смещений узлов рам. Если необходимо найти отдельно моменты от загружения каждого из стержней временной нагрузкой, то объем вычислений существенно возрастает, поэтому проще сначала определить моменты по концам стержней, возникающие от единичных внешних моментов, приложенных к каждому узлу рамы, а затем, умножая их на действительные узловые моменты и суммируя, получить окончательные значения моментов.



Таблица 2.3. Формулы для определения реакций Rj, и Mj возникающих при пагружепии стойки

Вид нагрузки

Схема I b

Схема II

в

а

О

Схема III

а

/7

X < а

Rt=-lil-Xfi2 + X) +

+ \i(a-Xy(2a + X)]

Mb =-[(l-Xf + + p(a-X)2)]

(1 - Xf [(2 + X)B - 2C] + p(a - Xf[(2a + Х)Д - 2C] . * 4AC-3B

(1-Xf [3B - 2A(2 + X)] + \i(a-Xf[3B- 2A(2a + X)]

Rb=-

4AC-3B

X = a

=-(1-аГ(2 + а)

(1-аГ[(2 + а)г-2С]

4AC-3B

af[3B-2A(2

+ oc)]

4AC-3B

-Xf[(2 + X)B-

4AC-3B

Xf[3B-2A(2

4AC-3B

X> a

Rb=-j(l-W(2 + X)

PH ; P

p = 0

iJi =-y(l-X)2(2 + X)

Мь=Ц1-ХуРН; Rb=-(i-Xf(l + 2X)P

p ?i 0

9BF-8C

12(4 AC-3B)

2BC-3AF 2(4 AC-3B)

p = 0

Rb=-iqH

qH



Продолжение табл.2.3

Вид нагрузки

Схема I b

Схема II b

О

Схема III

X < а

i?/, =-

[(l-X2)+p(a2-X2)]

=-[(1-Х) + р(а-Х)]

(l-X)[3S(l + X)-4C] + p(a-X)[3S(a + X)-4C]

Ml, = -=-м

4АС - ЗВ

6(1 -Х)[В- А(1 + X)] + 6р(а -Х)[В- А(а + X)] М

4С - ЗВ

Н

X = а

М„=-(1-а)

(1-а)[ЗД1 + а)-4С] 4С - 35

6(1 - а)[Д - А(1 + а)] М

4АС - ЗВ

Н

X > а

Mt = -il-X)

(1 - Х){ЗВ{\ + Х)- 4С]

4АС - ЗВ

6(1 -Х)[В- А(1 + X)] М * 4С - ЗВ Н

р = 0

iJ, = -lf (l-x)

Mb = -M(l - X)

Мь={1- X){3X - Х)М Rb=-6(l-X)X

Примечание. Конец b стойки закреплен: в схеме I - от смещения; в схеме II - от поворота сечения; в схеме III - от смещения и поворота сечения. Конец а стойки во всех схемах закреплен от смещения и поворота. На схемах указаны положительные направления внещних нагрузок и реакций Кь и Мь.

р = 4 1; = 1 + ар; 5 = 1 + a}[i; С = 1 + а^р; F = \ + ai.



1 2 3 4 5 6 ... 51