Расчет рамы на горизонтальную (ветровую) нагрузку

Расчет рамы на горизонтальную нагрузку выполняем приближенным способом.

Ветровая нагрузка определяется как сумма двух составляющих: средней (статической) и пульсационной (динамической).

Средняя составляющая соответствует установившемуся скоростному напору ветра и учитывается во всех случаях.

Пульсационная составляющая, вызываемая пульсацией скоростного напора, учитывается при расчете башен, дымовых труб, линий электропередач и многоэтажных зданий высотой более 40м в зависимости от частоты свободных горизонтальных колебаний здания.

Нормативное значение средней составляющей от ветра по CHиП 2.01.07 – 85 [23]:

где W_o - нормативное значение ветрового давление в зависимости от ветрового района (табл.2); k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (табл.3); с - аэродинамический коэффициент. Для многоэтажных зданий с=1,4.

Таблица 2

Москва – в I ветровом районе

Коэффициент k Таблица 3

A – открытая местность

B - города и лесные массивы с препятствиями ≥ 10м

C - города с застройкой зданиями высотой > 25м

· Приводим неравномерную по высоте здания ветровую нагрузку к эквивалентной равномерно-распределенной нагрузке Wэкв. через равенство моментов относительно заделки стоек в фундаментах (рис.8).

Рис.8. Приведение неравномерной эпюры давления ветра к эквивалентной равномерно распределенной по высоте здания горизонтальной нагрузке

Расчетная нагрузка от ветра:

· Заменяем равномерно-распределенную ветровую нагрузку сосредоточенными силами P, приложенными к узлам рамы в уровне каждого этажа (рис.9).

, где а – шаг рам.

Рис.9. Замена распределенной горизонтальной нагрузки сосредоточенными силами

· Определяем ярусные поперечные силы:

· Распределяем Q между стойками в ряду пропорционально жесткостям стоек:

,

где B – изгибная жесткость сечения стойки; m – число стоек в ряду.

Если жесткость стоек одинакова, то Q делится на число стоек в ряду Q/m.

Однако, крайняя стойка, на которую ригель опирается только с одной стороны, имеет меньшую степень защемления в узле и воспринимает меньшую долю поперечной силы, что учитывается уменьшением жесткости стойки путем умножения на коэффициент β < 1,0.

· Определение моментов в стойках.

Считают, что нулевые точки эпюры изгибающих моментов стоек всех этажей рамы, кроме первого, расположены в середине высоты этажа. В первом этаже эти точки находятся на расстоянии 2/3 высоты от фундамента, в котором степень защемления стойки больше, чем в междуэтажном перекрытии. Изгибающие моменты k-ой колонны любого яруса (кроме первого этажа) составляют . Изгибающие моменты в верхнем и нижнем сечениях колонны на первом этаже: ;

· Определяем опорные моменты в ригелях, исходя из равенства нулю суммы моментов в узле рамы. В узлах В и Г моменты распределяются в ригелях пропорционально их погонной жесткости (рис.10).

Рис.10. Эпюры моментов в стойках (а) и ригелях (б) рамы от ветровой нагрузки

· Расчетные усилия и подбор сечений.

Составляем таблицу усилий, соответствующих отдельным загружениям. Вычисляем суммарные усилия от вертикальной и горизонтальной нагрузок. Находим М*⁾ max и М min и соответствующие им значения N, а также N max и соответствующее M. Затем рассчитываем ригель на изгиб, а стойку - на внецентренное сжатие.

В ригеле три расчетных сечения: два на опоре и одно в пролете. В стойке два сечения: вверху и внизу. В высоких стойках могут быть еще одно или два сечения посредине.

*) ; . Момент от постоянной нагрузки входит в каждое сочетание со своим знаком.

4. Конструкции многоэтажных гражданских зданий