Нагрузки, воздействующие на раму здания.

На поперечную раму цеха действуют постоянные нагрузки — от веса ограждающих и несущих конструкций здания, временные — технологические, (от мостовых кранов, подвесного транспорта, рабочих площадок и т.п.), а также атмосферные (воздействие снега, ветра). В некоторых случаях приходится учитывать особые нагрузки, вызываемые сейсмическими воздействиями, просадкой опор, аварийными нарушениями технологического процесса и др.

Постоянные нагрузки

Постоянные нагрузки на ригель рамы обычно принимают равномерно распределенными по длине ригеля (рис. 12.5).

Величину расчетной постоянной нагрузки на 1 м2 покрытия gKp удобно определять в табличной форме (см. пример).

В распределенную поверхностную нагрузку включаются нагрузки.от всех слоев кровли, конструкций фермы, фонаря, связей с соответствующими коэффициентами перегрузки. Линейная распределенная нагрузка на ригель собирается с цлощади Аг (рис. 12.5).

При подсчете линейной нагрузки на ригель qu (см. рис. 12.5, а, б) нужно спроектировать qKP на горизонтальную поверхность (см. рис. 12.5, в) и собрать с ширины, равной шагу стропильных ферм bф. Таким образом,

QП=gкрbф/cosα

При шарнирном сопряжении ригеля с колонной нужно учесть внег центренность опирания фермы на колонну (см. рис. 12.5, б), из-за которой возникает сосредоточенный момент, равный произведению опорной реакции фермы на эксцентриситет eф. При наличии подстропильных ферм ца колонны передаются еще сосредоточенные силы Fпф, равные опорным реакциям подстропильных ферм. Сила Fпф равна весу покрытия на площади А2 (рис. 12.5).

Остальные постоянные нагрузки собирают в сосредоточенные силы, условно приложенные к низу подкрановой и надкрановой части колонны по оси сечения. Сила F1 включает в себя собственный вес нижней части колонны и нагрузку от стен на участке от низа рамы до уступа колонны (если стена не самонесущая); аналогично сила F2 включаете себя вес верхней части колонны и вес подвесных стен выше уступа; силы F1c и F2C равны весу нижней и верхней частей средней колонны. При этом моменты, возникающие от веса стен, в расчете не учитываются.

Собственная масса конструктивных элементов стальных каркасов производственных зданий может быть ориентировочно определена по табл. 12.1, составленной на основе анализа запроектированных зданий.

Временные нагрузки

Нагрузки от мостовых кранов. При движении колеса мостового крана на крановый рельс передаются силы трех направлений (рис. 12.6, с).

Вертикальная сила FK зависит от веса крана, веса груза на крюке крана, положения тележки на крановом мосту. Сила FK динамическая, так'как из-за ударов колеса о рельс, рывков при подъеме груза возникают вертикальные инерционные силы, суммирующиеся со статической составляющей. У мостовых кранов не менее четырех колес, и, следовательно, опирание крана на рельсы статически неопределимо. При движении крана происходит перераспределение вертикальных сил между колесами, движущимися по рельсу с одной стороны крана. Динамические воздействия колес крана, а также перераспределение усилий между колесами с одной стороны крана учитываются при расчете подкрановых балок (см. гл. 15, § 1), а при расчете рам вертикальная составляющая считается квазистатической и одинаковой для всех колес с одной стороны крана (небольшая разница может быть за счет смещения центра тяжести механизмов передвижения и кабины). Наибольшее вертикальное нормативное усилие FKmax определяется при крайнем положении тележки крана на мосту с грузом на крюке крана, масса которого равна грузоподъемности крана Q (рис. 12.6,6). FKmax указана в стандартах на краны (см. прил. 1) или в паспортах кранов.

Горизонтальная сила Тк, расположенная в плоскости поперечной рамы, возникает из-за перекосов крана, торможения тележки, распирающего воздействия колес при движении по рельсам, расстояние между которыми несколько меньше пролета крана и т. п.

зависит от того, насколько часто краны поднимают большие грузы, масса которых близка к грузоподъемности, и поэтому связана с режимом работы кранов. Разная вероятность совпадения нормативных нагрузок от разных кранов учитывается в расчете введением коэффициента сочетаний пс, равного при учете нагрузок от двух кранов весьма тяжелого ВТ и тяжелого Т режимов работы 0,95, среднего С и легкого Л режимов — 0,85, а при учете от четырех кранов—соответственно 0,8 и 0,7.

(12.5)

Расчетное усилие Dmax, передаваемое на колонну колесами крана, можно определить по линии влияния опорных реакций (л. b.D) подкрановых балок (рис. 12.6,6): при наиневыгоднейшем расположении кранов на балках

Dmax = nnС ∑FKmax у + nGн +ngn bTb

где n, nС —коэффициенты перегрузки и сочетаний; FKmax — нормативное вертикальное усилие колеса; у — ордината линии влияния; Gн—нормативный вес подкрановых конструкций (условно включаемый во временную нагрузку); gH — полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке (1,5 кН/'м2); bт — ширина тормозной площадки; b — шаг колонн.

На другой ряд колонны также будут передаваться усилия, но значительно меньшие (рис. 12.6,6), Силу Dmin можно определить, если заменить в формуле (12.5) FKmax на FK, т. е. на нормативные усилия, передаваемые колесами другой стороной крана, кН:

F'’K = (9,8Q + QK)/n0-FKmax

где Q — грузоподъемность крана, т; QK — масса крана с тележкой, кН; n0 — число колес с одной стороны крана.

Силы Dmax, Dmin приложены по оси подкрановой балки и поэтому не только сжимают нижнюю часть колоны, но и передают на нее изгибающие моменты (рис. 12.6, г):

Mmax = Dmax ек;  Mmin — Dmin еx

где ек — расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны.

В многопролетных цехах при определении нагрузок от мостовых кранов нужно учитывать, что при определенном положении мостовых кранов могут быть загружены несколько колонн, входящих в расчетный блок.

Снеговая нагрузка. Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы от снега qCН определяется по формуле

qCН=ncp0bф

где ρо — вес снегового покрова на земле, зависящий от района строительства и определяемый по СНиП; с — коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1 м2 проекции кровли, равный при уклоне а<25° единице; bф — шаг ферм; n — коэффициент перегрузки.

При сильных ветрах часть снега сносится с покрытия, и поэтому при строительстве в районах с сильными зимними ветрами расчетная снеговая нагрузка может быть снижена. Также снижается нагрузка на покрытия зданий с неутепленной кровлей и уклоном для отвода талой воды при избыточных тепловыделениях (по СНиП II-6-74).

Схемы рам при расчете на снеговую нагрузку подобны схемам на рис. 12.5.

Ветровая нагрузка. В связи с тем что скорость ветра достаточно резко меняется, эта нагрузка воздействует динамически, но в низких широких зданиях не появляются колебания от ветра и для них рассматривается только статическая составляющая, связанная с разницей давлений внутри помещения и снаружи у стеновых (или кровельных) ограждений. Для высоких и узких зданий (высота более 36 м, отношение высоты к пролету более 1,5) учитывается  динамическое воздействие ветра.

Давление ветра на высоте 10 м над поверхностью земли в открытой .местности, называемое скоростным напором ветра g0, зависит от района строительства. Ветровая нагрузка меняется по высоте, но. в нормах принято, что до высоты 10 м от поверхности земли скоростной напор не меняется. Он принят за нормативный, а увеличение его при большей высоте учитывается коэффициентами k, разными при разной высоте и при разных защищенностях от ветра проектируемого здания (прил. 3).

За зданием (по направлению ветра) возникает зона   пониженного давления и появляются поверхностная нагрузка g'   (отсос), направленная так же, как и нагрузка go-Условия обтекания ветром учитываются аэродинамическими коэффициентами с, указанными в главе СНиП по нагрузкам и воздействиям.

Таким образом, расчетная линейная ветровая нагрузка, передаваемая на стойку рамы в какой-то точке по высоте при отсутствии продольного фахверка, определяется по формуле

qB=ng0kcB

где g0 — нормативный скоростной напор ветра, принимаемый по СНиП П-6-74 (для некоторых городов значения go приведены в прил. 2); k — коэффициент, учитывающий высоту и защищенность от ветра другими строениями (см. прил. 3); с — аэродинамический коэффициент, зависящий от расположения и конфигурации поверхности. Для вертикальных стен с=0,8 с наветренной стороны и с=0,6 для отсоса; n — коэффициент перегрузки, который для зданий равен 1,2; В — ширина расчетного блока.

В однопролетных зданиях, а также в многопролетных с одинаковым шагом колонн по всем рядам ширина В равна шагу рам b (рис. 12.8, а).

Ширина расчетного блока для многопролетного здания с разным шагом колонн по рядам, а также при наличии стоек фахверка показана на рис. 12.8, б, е.

Схема изменения ветровой нагрузки по высоте для однопролетного здания показана на рис. 12.8, г. Для удобства расчета фактическую линейную нагрузку (в виде ломаной прямой) можно заменить эквивалентной qэ, равномерно распределенной по всей высоте. Если принять, что моменты в заделке консоли, равной по длине высоте рамы от эквивалентной и фактической нагрузки, равны, то эквивалентные нагрузки активного давления и отсоса определяются по формулам:

qЭ=qB10α, q’Э=q’B10α

где qB10 — расчетная ветровая нагрузка на высоте 10 м; а — коэффициент (при H<=10 м— 1; 15 м — 1,04; 20 м — 1,1; 25 м — 1,17; 30 м — 1,23; 35 м — 1,29).

Ветровая нагрузка, действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне низа ригеля рамы. Величина этой силы от активного давления FB и отсоса F'’B показана на рис. 12.8, г (заштрихованная часть площади эпюры):

FB=(q1+q2)h’/2, F’B=(q’1+q’2)h’/2,

Расчетная схема рамы однопролетного здания при действии ветровой нагрузки показана на рис. 12.8, д. Направление ветра может быть как в одну, так и в другую сторону.

В многопролетных зданиях одинаковой высоты активное давление и отсос на наружные стойки определяют точно так же; в зданиях более сложной конфигурации или с продольным фахверком учитываются конкретные условия ветрового воздействия.

Например, при наличии стоек продольного фахверка (см. рис. 12.8, в) на раму воздействует линейная нагрузка qB, собираемая с ширины b', а нагрузка с ширины b" передается стойками фахверка частично на фундамент, а частично в виде cосредоточенной силы на рамы в верхних их узлах.