4. Расчет поперечных рам каркаса

Статистический расчет каркаса необходим для определения составляющих компонентов расчетных усилий в их сечениях и отдельных элементах от всех видов нагрузок. Расчет может быть выполнен по крайней мере в двух подходах:

как плоскостной – без учета взаимодействия соседних рам через посредство соединяющих их конструкций;

как пространственный – с учетом такого взаимодействия.

Важность именно этих двух подходов к расчету рам дополнительно подкреплено и нормами жесткости, предъявляемыми к горизонтальным отклонениям их колонн по (4, табл. 41).

По существу они различаются не собственно вычислительными методами (это прерогатива строительной механики), но отношением к нагрузкам. В плоскостном подходе все собранные нагрузки передаются раме (любой, кроме торцевых), воспринимающей их индивидуально. При рассмотрении же каркаса в качестве единого конструктивного комплекса (чем он фактически и является) легко заметить, что распределенные нагрузки – постоянные, снеговые и ветровые (фасадные) – действуют на все рамы и одновременно и одинаково, а локальные нагрузки – крановые – действуют непосредственно только на одну раму. Причем, эта рама связана с соседними несущими конструкциями кровли (например, ж-б плитами) в покрытии, продольными связями по нижним поясам ферм в шатре, тормозными конструкциями на уровне верхних поясов подкрановых балок. Горизонтальная жесткость этих ‘‘связей’’ различна (они перечислены в последовательности ее убывания), различна и степень подключения соседних рам к нагруженной непосредственно, но в любом случае их учет позволяет перераспределить воздействие, снизив тем самым локальные (крановые) нагрузки на рассчитываемую раму.

1. Особенности расчета рамы

Особенности расчета, а точнее применения классической строительной механики, рассмотрим на примере однопролетной рамы, для простоты и привязываясь к курсовому проекту.

Обычно однопролетная рама металлического каркаса имеет жесткое сопряжение ригеля с колоннами, жесткую заделку колонн в фундаментах и является трижды статически неопределимой. Неизвестными параметрами являются:

для метода сил – усилия M, N, Q в любом ее сечении;

для метода перемещений – горизонтальное смещение ригеля и углы поворота верхних узлов.

Чтобы выбрать более удобный для решений метод обратим внимание, что:

1. соотношение жесткостей (моментов инерции) участков постоянного сечения: надкрановой части колонны – J₂, подкрановой части колонны – J₁, ригеля – J_р – по осредненной статистике выглядит следующим образом

J₂: J₁: J_р = 1: (7…12): (25…40)

2. нагрузки действующие на ригель (постоянная, снеговая), - симметричные относительно середины пролета.

С учетом этого заметим, что при одних воздействиях (например, постоянными или снеговыми нагрузками) смещения ригеля не будет, а углы поворота верхних узлов рамы будут одинаковы по величине и различны по знаку – следствие симметрии; при других воздействиях (например, ветровыми или крановыми нагрузками) смещение ригеля наблюдаться будет, а вот повороты верхних узлов практически отсутствуют – следствие относительно высокой жесткости ригеля (J_р/ J₂ = 25…40). В конечном счете при любых воздействиях мы имеем только одно неизвестное метода перемещений, поэтому именно этот метод наиболее удобен в применении к расчету рам рассматриваемого вида.