Формирование ветровой нагрузки на одноэтажное промышленное здание.

Ветровая нагрузка.

Для зданий и сооружений необходимо учитывать следующие воздействия ветра:

а) расчетную ветровую нагрузку;

б) пиковые значения расчетной ветровой нагрузки, действующие на конструктивные эле-

менты ограждения и элементы их крепления;

в) резонансное вихревое возбуждение;

г) аэродинамические неустойчивые колебания типа галопирования, дивергенции и флат-

тера (см., также, раздел 9).

Резонансное вихревое возбуждение и аэродинамические неустойчивые колебания типа га-

лопирования необходимо учитывать для зданий и сплошностенчатых сооружений, у которых

h/d > 10, где h - высота, d - характерный поперечный размер.

6.1. РАСЧЕТНАЯ ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА

6.1.1 Нормативную ветровую нормативную нагрузку w следует задавать в одном из двух

вариантов. В первом случае нагрузка w представляет собой совокупность: 20

а) нормального давления we, приложенного к внешней поверхности сооружения или эле-

мента;

б) сил трения wf

, направленных по касательной к внешней поверхности и отнесенных к

площади ее горизонтальной (для шедовых или волнистых покрытий, покрытий с фона-

рями) или вертикальной проекции (для стен с лоджиями и подобных конструкций);

в) нормального давления wi

, приложенного к внутренним поверхностям сооружений с

проницаемыми ограждениями, с открывающимися или постоянно открытыми проема-

ми.

Во втором случае нагрузка w рассматривается как совокупность:

а) проекций wx и wy, внешних сил в направлении осей х и y, обусловленных общим со-

противлением сооружения;

б) крутящего момента wz относительно оси z.

При разработке архитектурно-планировочных решений городских кварталов, а также при

планировании возведения зданий внутри существующих городских кварталов рекомендует-

ся провести оценку комфортности пешеходных зон в соответствии с требованиями норм (в

том числе территориальных) или технических условий.

6.1.2 Нормативную ветровую нагрузку w следует определять как сумму средней wm и

пульсационной wр составляющих:

w=wm+wp (6.1)

При определении внутреннего давления wi

пульсационную составляющую ветровой на-

грузки допускается не учитывать.

6.1.3. Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm в зависимо-

сти от эквивалентной высоты zе над поверхностью земли следует определять по формуле

wm=w0k(zе)c (6.2)

где

w0 - характеристическое значение ветрового давления (см. п. 6.1.4);

k(ze) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты zе (см. пп.

6.1.5 и 6.1.6);

c - аэродинамический коэффициент (см. п.6.1.7).

6.1.4 Характеристическое значение ветрового давления w0 следует принимать в зависи-

мости от ветрового района по данным таблице 6.1 В том случае, если характеристическое

значение ветрового давления устанавливается на основе данных метеостанций Росгидромета

(см. п. 1.1.5), то w0 в (Па), следует определять по формуле:

wo = 0.43

v (6.3)

где

v50 (Па) – давление ветра, соответствующее скорости ветра (в м/с) на уровне 10 м над по-

верхностью земли для местности типа А (п. 6.1.6), определяемой с 10-

минутным интервалом осреднения и превышаемой в среднем один раз в 50 лет.

Т а б л и ц а 6.1

Ветровые районы (при-

нимаются по карте 3

приложения Е)

Ia I II III IV V VI VII

w0, кПа 0, 17 0, 23 0, 30 0, 38 0, 48 0, 60 0, 73 0, 85

6.1.5 Эквивалентная высота zе определяется следующим образом:

1. Для башенных сооружений, мачт, труб и т.п. сооружений21

zе = z

2. Для зданий

а) При h ≤ d → zе = h

б) При h ≤ 2 d

- для z ≥ h- d → zе=h

- для 0 < z < h- d → zе= d

в) При h > 2 d

- для z ≥ h- d → ze=h

- для d < z < h- d → ze=z

- для 0 < z ≤ d → ze= d

Здесь

z - высота от поверхности земли;

d - размер здания (без учета его стилобатной части) в направлении, перпендикулярном

расчетному направлению ветра (поперечный размер);

h - высота здания.

6.1.6 Коэффициент k(ze) определяется по таблице 6.2 или по формуле (6.4), в которых

принимаются следующие типы местности:

А - открытые побережья морей, озер и водохранилищ, сельские местности, в том числе, с

постройками, высотой менее 10 м, пустыни, степи, лесостепи, тундра;

В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые

препятствиями высотой более 10 м;

С - городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м.

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность со-

храняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h - при высоте сооружения h

до 60 м и на расстоянии 2 км - при h > 60 м.

Примечание - При определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных рас-

четных направлений ветра.

6.1.7 При определении компонентов ветровой нагрузки we, wf

, wi

, wx, wy и wz следует

использовать соответствующие значения аэродинамических коэффициентов: внешнего дав-

ления сe, трения сf

, внутреннего давления сi

и лобового сопротивления сx, поперечной

силы сy, крутящего момента сz, принимаемых по приложению В.1, где стрелками показано

направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов сe или сi

соответствует направлению

давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» - от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интер-

поляцией.

Скоростной напор ветра по главе СНиП " Нагрузки и воздействия" для г. Костромы для части здания высотой до 10 м от поверхности земли

ω ₀= 0, 27кн/м².

С учетом тина местности Б для части здания высотой до 10 м

ω ₀₁ = k₁× ω ₀ = 0, 65× 0, 27=0, 18кн/м² (4, 8)

То же высотой до 20м

ω ₀₂ = k₂× ω ₀ = 0, 9× 0, 27=0, 24кн/м² (4, 9)

где к1 и к2 - коэффициенты, учитывающие изменчивость скоростного на-

пора ветра по высоте здания.

Для типа местности А k₁ =1, k₂ = 1, 25.

Отметка конька здания 15.0 м.

Отметка низа стропильной конструкции 12, 6 м.

В соответствии с линейной интерполяцией на высоте Н_l = 15, 0 м

находим

(ω ₀₂ - ω ₀₁)

ω ₀₃ = ω ₀₁ + [—————(H_l - 10)] = (4.10)

(0, 24 – 0, 18)

= 0, 18 + [—————(15 - 10)] = 0, 21кн/м²

То же на высоте H=12, 6м

(0, 24 – 0, 18)

ω ₀₄ = 0, 18 + [—————(12, 6 - 10)] = 0, 195кн/м²

Переменный по высоте скоростной напор ветра заменяем равномерно распределенным, эквивалентным по моменту в заделке консольной балки

длиной 12, 6 м (рис.4.2).

2× Mact

ω _n= ———— = (4.11)

H²

0, 195 + 0, 18

= 2× [—————— × (12, 6-10) ×

12, 6 – 10 0, 18× 10²

× (———— + 10) + ———— ] ÷

2 2

÷ 12, 6² = 0, 183кн/м²

Рис. 4.2.

При условии H/2× L = 15, 0/2× 18 = 0, 42 < 0, 5, значение аэродинамического коэффициента С_w на ограждающие вертикальные поверхности при­нимаем: с наветренной стороны С_w = 0, 8; с подветренной

С_w =0, 5.

Расчетная, равномерно распределенная ветровая нагрузка до отметки 12, 6 м при коэффициенте надежности γ _f =1, 2

с наветренной стороны

v₁ = ω _n × l × C_w × γ _f × γ _n = 0, 183× 12× 0, 8× 1, 2× 0, 95 = 2 кн/м; (4.12)

с подветренной стороны

v₂ = 0, 183× 12× 0, 5× 1, 2× 0, 95 = 1, 25 кн/м.

Расчетная сосредоточенная ветровая нагрузка выше отметки 12, 6 м

ω ₀₃ + ω ₀₄

W= ————— × (H_l - H) × l × γ _f × γ _n × (C_w1+C_w2)= (4.13)

0, 21 + 0, 195

= ————— × (15 - 12, 6) × 12 × 1, 2 × 0, 95 × (0, 8+0, 5) = 8, 6кн

Крановые нагрузки.

4.1 Нагрузки от мостовых и подвесных кранов следует определять в зависимости от групп

режимов их работы, устанавливаемых ГОСТ 25546, от вида привода и от способа подвеса

груза. Примерный перечень мостовых и подвесных кранов разных групп режимов работы

приведен в приложении А.1.

4.2 Нормативные значения вертикальных нагрузок, передаваемых колесами кранов на

балки кранового пути, и другие необходимые для расчета данные следует принимать в соот-

ветствии с требованиями государственных стандартов на краны, а для нестандартных кранов

- в соответствии с данными, указанными в паспортах заводов-изготовителей.

Примечание. Под крановым путем понимаются обе балки, несущие один мостовой кран, и все балки, несу-

щие один подвесной кран (две балки - при однопролетном, три - при двухпролетном подвесном кране и т. п.).

4.3 Нормативное значение горизонтальной нагрузки, направленной вдоль кранового пути

и вызываемой торможением моста электрического крана, следует принимать равным 0, 1

полного нормативного значения вертикальной нагрузки на тормозные колеса рассматривае-

мой стороны крана.

4.4 Нормативное значение горизонтальной нагрузки, направленной поперек кранового пу-

ти и вызываемой торможением электрической тележки, следует принимать равным:

- для кранов с гибким подвесом груза – 0, 05 суммы подъемной силы крана и веса тележки;

- для кранов с жестким подвесом груза – 0, 1 суммы подъемной силы крана и веса тележки.

Эту нагрузку следует учитывать при расчете поперечных рам зданий и балок крановых

путей. При этом принимается, что нагрузка передается на одну сторону (балку) кранового

пути, распределяется поровну между всеми опирающимися на нее колесами крана и может

быть направлена как внутрь, так и наружу рассматриваемого пролета.

4.5 Нормативное значение горизонтальной нагрузки, направленной поперек кранового пу-

ти и вызываемой перекосами мостовых электрических кранов и непараллельностью крано-

вых путей (боковой силой), для каждого ходового колеса крана следует принимать равным

0, 2 полного нормативного значения вертикальной нагрузки на колесо.

Эту нагрузку необходимо учитывать только при расчете прочности и устойчивости балок

крановых путей и их креплений к колоннам в зданиях с кранами групп режимов работы 7К,

8К. При этом принимается, что нагрузка передается на балку кранового пути от всех колес

одной стороны крана и может быть направлена как внутрь, так и наружу рассматриваемого

пролета здания. Нагрузку, указанную в п. 4.4, не следует учитывать совместно с боковой си-

лой.

4.6 Горизонтальные нагрузки от торможения моста и тележки крана и боковые силы счи-

таются приложенными в месте контакта ходовых колес крана с рельсом.

4.7 Нормативное значение горизонтальной нагрузки, направленной вдоль кранового пути

и вызываемой ударом крана о тупиковый упор, следует определять в соответствии с указа-

ниями, приведенными в приложении А.2. Эту нагрузку необходимо учитывать только при

расчете упоров и их креплений к балкам кранового пути.

4.8 Коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок следует принимать: для

кранов групп режимов 7К, 8К  f = 1, 2, для кранов групп режимов 1К-6К  f = 1, 1.

4.9 При учете местного и динамического действия сосредоточенной вертикальной нагруз-

ки от одного колеса крана полное нормативное значение этой нагрузки следует умножать

при расчете прочности балок крановых путей на дополнительный коэффициент, равный:

1, 6 - для группы режима работы кранов 8К с жестким подвесом груза;

1, 4 - для группы режима работы кранов 8К с гибким подвесом груза и для кранов группы

режима работы 7К;

1, 2 - для остальных групп режимов работы кранов.

4.10 При проверке местной устойчивости стенок балок значение коэффициента надежно-

сти по нагрузке следует принимать равным 1, 2. 16

4.11 При расчете прочности и устойчивости балок кранового пути и их креплений к несу-

щим конструкциям расчетные значения вертикальных крановых нагрузок следует умножать

на коэффициент динамичности, равный:

при шаге колонн не более 12 м:

1, 2 - для группы режима работы мостовых кранов 7К и 8К;

1, 1 - для групп режимов работы мостовых кранов 6К, а также для всех групп режимов ра-

боты подвесных кранов;

при шаге колонн свыше 12 м:

1, 1 - для группы режима работы мостовых кранов 7К и 8К.

Расчетные значения горизонтальных нагрузок от мостовых кранов группы режима работы

7К следует учитывать с коэффициентом динамичности, равным 1, 1, 8К – 1.2.

В остальных случаях коэффициент динамичности принимается равным 1, 0.

При расчете конструкций на выносливость, проверке прогибов балок крановых путей и

смещений колонн, а также при учете местного действия сосредоточенной вертикальной на-

грузки от одного колеса крана коэффициент динамичности учитывать не следует.

4.12 Вертикальные нагрузки при расчете прочности и устойчивости балок крановых путей

следует учитывать не более чем от двух наиболее неблагоприятных по воздействию мосто-

вых или подвесных кранов.

4.13 Вертикальные нагрузки при расчете прочности и устойчивости рам, колонн, фунда-

ментов, а также оснований в зданиях с мостовыми кранами в нескольких пролетах (в каждом

пролете на одном ярусе) следует принимать на каждом пути не более чем от двух наиболее

неблагоприятных по воздействию кранов, а при учете совмещения в одном створе кранов

разных пролетов - не более чем от четырех наиболее неблагоприятных по воздействию кра-

нов.

4.14 Вертикальные нагрузки при расчете прочности и устойчивости рам, колонн, стро-

пильных и подстропильных конструкций, фундаментов, а также оснований зданий с подвес-

ными кранами на одном или нескольких путях следует принимать на каждом пути не более

чем от двух наиболее неблагоприятных по воздействию кранов. При учете совмещения в од-

ном створе подвесных кранов, работающих на разных путях, вертикальные нагрузки следует

принимать:

не более чем от двух кранов:

- для колонн, подстропильных конструкций, фундаментов и оснований крайнего ряда при

двух крановых путях в пролете;

не более чем от четырех кранов:

- для колонн, подстропильных конструкций, фундаментов и оснований среднего ряда;

- для колонн, подстропильных конструкций, фундаментов и оснований крайнего ряда при

трех крановых путях в пролете;

- для стропильных конструкций при двух или трех крановых путях в пролете.

4.15 Горизонтальные нагрузки при расчете прочности и устойчивости балок крановых пу-

тей, колонн, рам, стропильных и подстропильных конструкций, фундаментов, а также осно-

ваний следует учитывать не более чем от двух наиболее неблагоприятных по воздействию

кранов, расположенных на одном крановом пути или на разных путях в одном створе. При

этом для каждого крана необходимо учитывать только одну горизонтальную нагрузку (попе-

речную или продольную).

4.16 Число кранов, учитываемое в расчетах прочности и устойчивости при определении

вертикальных и горизонтальных нагрузок от мостовых кранов на двух или трех ярусах в

пролете, при одновременном размещении в пролете как подвесных, так и мостовых кранов, а

также при эксплуатации подвесных кранов, предназначенных для передачи груза с одного

крана на другой с помощью перекидных мостиков, следует принимать по строительному за-

данию на основании технологических решений.

4.17 При определении вертикальных и горизонтальных прогибов балок крановых путей, а

также горизонтальных смещений колонн нагрузку следует учитывать от одного наиболее не-

благоприятного по воздействию крана. 17

4.18 При наличии на крановом пути одного крана и при условии, что второй кран не будет

установлен во время эксплуатации сооружения, нагрузки на этом пути должны быть учтены

только от одного крана.

4.19. При учете двух кранов нагрузки от них необходимо умножать на коэффициент соче-

таний:

 l = 0, 85 - для групп режимов работы кранов 1К - 6К;

 l

= 0, 95 - для групп режимов работы кранов 7К, 8К.

При учете четырех кранов нагрузки от них необходимо умножать на коэффициент сочета-

ний:

 l

= 0, 7 - для групп режимов работы кранов 1К - 6К;

 l

= 0, 8 - для групп режимов работы кранов 7К, 8К.

При учете одного крана вертикальные и горизонтальные нагрузки от него необходимо

принимать без снижения.

4.20 Пониженные значения крановых нагрузок определяются умножением нормативного

значения вертикальной нагрузки от одного крана (см. п. 4.2) в каждом пролете здания на ко-

эффициент: 0, 5 - для групп режимов работы кранов 4К-6К; 0, 6 - для группы режима работы

кранов 7К; 0, 7 - для группы режима работы кранов 8К. Группы режимов работы кранов при-

нимаются по ГОСТ 25546.

4.21. При расчете на выносливость балок крановых путей под электрические мостовые

краны и креплений этих балок к несущим конструкциям следует учитывать пониженные

значения нагрузок в соответствии с п. 4.20, и при этом для проверки выносливости стенок

балок в зоне действия сосредоточенной вертикальной нагрузки от одного колеса крана по-

ниженные значения вертикального усилия колеса следует умножать на коэффициент, учи-

тываемый при расчете прочности балок крановых путей в соответствии с п. 4.9 Группы ре-

жимов работы кранов, при которых следует производить расчет на выносливость, устанавли-

ваются нормами на конструкции.

Вес поднимаемого груза Q = 100 кн. Пролет крана L_cr =18- 2× 0, 75=

= 16, 5 м. Согласно стандарту на мостовые краны, ширина крана В = 0300 мм, расстояние между колесами к = 4400 мм, вес тележки G = 38 кн. Нормативное максимальное давление на колесо крана F_n1max = 125 кн.

То же минимальное

Q + Q₁ 100+243

F_n1min = ————— - F_n1max = ————— - 125 = 46, 5кн (4.14)

2 2

где Q - грузоподъемность крана;

Q₁ - вес крана с тележкой.

Нормативная поперечная тормозная сила на одно колесо

Q + G_тел 100+38

H_n1max = ————— × 0, 5 = ————— × 0, 5 = 3, 45кн; (4.15)

20 2

Где G_тел - вес тележки.

Расчетные максимальные давления на колесо крана

F_max = F_n1max × γ _f × γ _n = 125× 1, 1× 0, 95 = 130.6 кн; (4.16)

F_min = F_n1min × γ _f × γ _n = 46, 5× 1, 1× 0, 95 = 48.6 кн; (4.17)

H_max = H_n1max × γ _f × γ _n = 3, 45× 1, 1× 0.95 = 3.6 кн; (4.18)

Вертикальная крановая нагрузка на колонны от двух сближенных кранов с коэффициентом сочетаний γ _c =0, 85

Д_max = F_max × γ _c × ∑ y = 130, 6× 0, 85× 2, 95 = 328 кн; (4.19)

Д_min = F_min × γ _c × ∑ y = 48, 6× 0.85× 2.95 = 122 кн; (4.20)

где ∑ y = 2, 95 - сумма ординат линии влияния давления двух подкрановых балок на колонну (рис.4.3).

То же от четырех кранов на среднюю колонну с коэффициентом соче­тания γ _c = 0, 7

2Д_max = 2× 130, 6× 0.7× 2.95 = 540 кн; (4.21)

Горизонтальная крановая нагрузка на колонну от двух кранов при поперечном торможении

T= H_max × γ _c × ∑ y = 3, 6× 0.85× 2.95 = 9 кн; (4.22)

Рис. 4.3. Линии влияния давления на колонну

51. Порядок статического расчёта поперечной рамы одноэтажного промышленного здания.

Поперечные рамы одноэтажных промышленных зданий являются статически неопределимыми системами.

Цель статического расчета — определение усилий и перемещений в сечениях элементов рамы. Для расчета вначале устанавливают расчетную схему, величины нагрузок и места их приложения.

1. Расчётная схема. В расчетной схеме рамы сопряжение ригеля с колонной принимают шарнирным, а колонны с фундаментом — жестким. Если уклон стропильной конструкции (ригеля рамы) не превышает 1/12, то в расчетной схеме ригели считают горизонтальными. Геометрические оси ригелей принимаются соединяющими места их опирания, а жесткость — бесконечной. В такой системе расчет ригелей можно выполнять независимо от расчета поперечной рамы. Длину колони принимают равной расстоянию от обреза фундамента до низа ригеля. Размеры пролетов принимают равными расстояниям между геометрическими осями колонн, при этом для ступенчатых колонн крайних рядов учитывается сдвиг оси в месте ступени.

2. Сбор нагрузок на колонну:

2.1. постоянная нагрузка от собственного веса покрытия

2.2. постоянная нагрузка от собственного веса стены

2.3. Нагрузка от веса подкрановой части колонны и подкрановой балки

2.4. Нагрузка от снега

2.5. Крановые нагрузки

Поперечные рамы рассчитывают на воздействие нагрузок постоянных (масса покрытия, каркаса, навесных стен и т.п.) и временных (длительных и кратковременных). К длительным относятся нагрузки от массы стационарного оборудования, одного мостового крана с коэффициентом 0, 6 и часть снеговой нагрузки. Кратковременной считают нагрузку от двух сближенных кранов, от ветра, снега.