2.1. Определение нагрузок на ферму от веса покрытия
Нагрузки на ферму определяются согласно СНиП 2.01.07.-85. Все нагрузки, действующие на ферму сводятся в таблицу 2.1.
Таблицу 2.1
| №,п/п | Наименование нагрузки | gn, кН/м2 | γf | Ψ | g, кН/м2 |
| Постоянные нагрузки | |||||
| 4-х слойный рулонный ковёр | 0,15 | 1,3 | 0,195 | ||
| Цементная стяжка толщиной 3 см | 0,6 | 1,3 | 0,78 | ||
| Утеплитель толщиной 50 мм | 0,125 | 1,2 | 0,15 | ||
| Пароизоляция | 0,05 | 1,3 | 0,065 | ||
| Ж/б ребристая плита(3x6) | 1,57 | 1,1 | 1,73 | ||
| Временные нагрузки | |||||
| Снеговая (II район) | 0,7 | 1,4 | 1,73 | ||
| ИТОГО | |||||
| Полная нагрузка на ферму | 3,2 | -- | -- | 3,9 | |
| Длительная нагрузка | 2,5 | -- | -- | 2,92 | |
| Погонная нагрузка | |||||
| Погонная нагрузка на ферму | 38,4 | 1,3 | -- | 49,92 | |
| Длительная нагрузка на ферму | 1,3 | -- | |||
| Сосредоточенная нагрузка | Pn, kH | γf | -- | P, kH | |
| Узловая нагрузка на ферму | 115,2 | 1,3 | -- | 149,76 | |
| Длительная нагрузка на ферму | 1,3 | -- |
2.2 Определение усилий от длительных и временных нагрузок на колонну
Для выбранной фермы 
.
Постоянная нагрузка от массы покрытия передаётся на колонны как вертикальное опорное давление ригеля и определяется:
(3)
где 
- расчётная нагрузка от веса кровли и плит покрытия, кПа;
- шаг поперечных рам;
- длина смежных пролётов рам, м;
- вес ригелей смежных пролётов, kH.
Давление 
приложено по оси опоры ригеля и передаётся на крайнюю колонну с эксцентриситетом:
· в надкрановой части
· в подкрановой части
От внецентренного приложения давления в сечениях надкрановой и подкрановой частей колонны возникают соответственно изгибающие моменты:
Расчётная нагрузка от веса надкрановой части колонны определяется по формуле:
(4)
Определяем нагрузку от веса надкрановой части колонны по формуле 4.
Расчётная нагрузка от веса стеновых панелей и остекления участка стены определяется:
где 
- нормативная нагрузка соответственно от веса стеновых панелей и остекления;
- суммарная высота стеновых панелей, расположенных выше отметки крановой консоли;
- суммарная высота остекления.
Эта нагрузка условно считается сосредоточенной и приложенной в уровне отметки крановой консоли с эксцентриситетом относительно оси подкрановой части колонны, определяемым из формулы:
Нагрузка от веса подкрановой балки и крановых путей 
передаётся на подкрановую часть колонны с эксцентриситетом:
где 
– привязка оси подкрановой балки к оси продольного ряда (принимаем равной 
, так как грузоподъёмность крана не превышает 50 т).
2.3 Снеговая нагрузка
Определяем расчётную снеговую нагрузку на покрытие по формуле:
(5)
где 
– нормативный вес снегового покрова;
- коэффициент, зависящий от профиля кровли, для расчёта рам допускается принимать равным 1.
Продольные силы в колоннах от снеговой нагрузки определяются:
Эксцентриситеты приложения этих продольных сил такие же, как и для продольных сил от массы покрытия.
2.4Крановая нагрузка
В соответствии со стандартами на мостовые электрические краны принимаем нагрузки и габариты:
Грузоподъёмность: Q = 30 т
Максимальное нормативное давление колеса: Pn,max = 315 kH
Общая масса крана: Gкр = 52 т
Масса тележки: Gт = 12 т
Ширина крана: Bk = 6,3 м
База крана: Аk = 5,1 м
Минимальное давление колеса:
Нормативная тормозная сила от поперечного торможения тележки крана, приходящаяся на одно колесо равна:
Расчётное максимальное вертикальное давление кранов на колонны определяется по линиям влияния опорных реакций подкрановых балок.
Расчётная схема для определения нагрузок от кранов приведена на рисунке 4.
Рис.4 Расчётная схема для определения нагрузок от кранов
Сумма ординат линий влияния:
Расчётное максимальное и минимальное давление от двух сближенных кранов равно:
где 
- коэффициент сочетаний для групп режимов работы кранов;
- коэффициент надёжности по нагрузке;
- коэффициент надёжности по назначению здания.
Вертикальные крановые нагрузки создают моменты:
Расчётная тормозная сила от двух кранов в пролёте равна:
Вертикальные нагрузки 
от кранов приложены с теми же эксцентриситетами, что и постоянная нагрузка от подкрановых балок; горизонтальные тормозные силы Т приложены в уровне верха подкрановых балок, т.е. на отметке 12,45 м.
2.5 Ветровая нагрузка
Нормативную ветровую нагрузку определяем по формуле:
где 
- нормативное ветровое давление для города Минска (1-й район по ветровой нагрузке), 
;
–коэффициент, учитывающий изменение давления по высоте, для открытой местности имеется следующая зависимость:
| Z | <5 | |||
| K | 0,5 | 0,65 | 0,75 | 0,85 |
C – аэродинамический коэффициент, для наветренной стороны С = 0,8, для подветренной стороны С = 0,6.
Расчётная ветровая нагрузка равна:
Давление с наветренной стороны:
при z<5
при z=10
при z=15
в верхней точке здания
Давление ветра с подветренной стороны:
при z<5
при z=10
при z=15
в верхней точке здания
Рис. 5 Определение ветровой нагрузки
Вычисляем моменты в заделке от действия давления ветра с наветренной стороны:
Эквивалентная равномерно распределённая нагрузка:
Нагрузка на 1 м длины: 
Ветровая нагрузка, действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне низа ригеля рамы:
F=qпог×3.315=0.732×3.315=2.43 кН/м
Вычисляем момент в заделке от действия давления ветра с подветренной стороны:
Эквивалентная равномерно распределённая нагрузка:
Нагрузка на 1 м длины: 
Ветровая нагрузка, действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне низа ригеля рамы:
F=qпог×3.315=0.54×3.315=1.79 кН/м
Далее расчет ведем в программе KISRGB.
Необходимые данные для расчета:
Учёт пространственной работы каркаса.
В качестве расчётной принимаем вторую от торца блока раму, работающую в наиболее неблагоприятных условиях.
Коэффициент пространственной работы каркаса:
Исходные данные для расчета Таблица 2.2
| JB | Момент инерции сечения надкрановой части колонны крайнего ряда | 0.009 |
| JH | Момент инерции сечения подкрановой части колонны крайнего ряда | 0.072 |
| JB1 | Момент инерции сечения надкрановой части колонны среднего ряда | |
| JH1 | Момент инерции сечения подкрановой части колонны среднего ряда | |
| H | Расчетная высота рамы (расстояние от верха фундамента до низа ригеля | 15.7 |
| HB | Высота надкрановой части колонны | 4.1 |
| H1 | Расстояние от низа ригеля до наивысшей точки покрытия | 3.665 |
| H2 | Расстояние от низа ригеля до верха подкрановой балки | 3.1 |
| L | Пролет рамы | |
| DMAX | Максимальное давление от кранов на колонну | 546.61 |
| DMIN | Минимальное давление от кранов на колонну | 164.85 |
| T | Максимальное значение горизонтальной нагрузки, передаваемое на колонну | 17.84 |
| QCB | Погонная нагрузка на ригель от собственного веса конструкций покрытия | 38.4 |
| QCN | Погонная нагрузка на ригель от снега | 5,88 |
| QW | Эквивалентное значение распределенной ветровой нагрузки с наветренной стороны | 0.732 |
| QW1 | Эквивалентное значение распределенной ветровой нагрузки с подветренной стороны | 0.54 |
| E | Расстояние между надкрановой и подкрановой осями колонны | 0.4 |
| E1 | Расстояние от оси подкрановой балки до оси подкрановой части колонны | 0.3 |
| E2 | Эксцентриситет приложения давления фермы на надкркновую часть крайней колонны | 0.125 |
| EC1 | Расстояние от оси надкрановой части колонны до оси подкрановой балки | 0.7 |
| K | Число пролетов | |
| ALPR | Коэффициент пространственной работы железобетонного каркаса | 1.754 |
| SK | Характеристика шага колонн. SK=1 | |
| FK | При одинаковом шаге колонн FK=1 | |
| JK | Момент инерции ветви колонны крайнего ряда | 0,026 |
| JC | Момент инерции ветви колонны среднего ряда | |
| NK | Количество распорок в сквозной колонне крайнего ряда | |
| NC | Количество распорок в сквозной колонне среднего ряда | |
| GCH | Коэффициент надежности по нагрузке от снега | 1.4 |
| GKP | Коэффициент надежности по нагрузке от крана | 1.2 |
| DCH | Доля длительно действующей части снеговой нагрузки от ее полного значения | 0.7 |
| DKP | Доля длительно действующей части крановой нагрузки от ее полного значения | 0.7 |
| GBK | Собственный вес подкрановой балки крайнего ряда | |
| GBC | Собственный вес подкрановой балки среднего ряда | |
| GCT | Собственный вес стеновых панелей выше уровня операния подкрановых балок действующий на крайние колонны. | 92.2 |
| E3 | Эксцентриситет приложения этой нагрузки относительно надкрановой части колонны | 0.45 |
Результаты расчета:
***********************************************************
РАМА Ж.Б.КАФЕДРА КИС.
Bakulin A.S
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
JB = 9.00000E-03 JH = 7.20000E-02 JB1= 0.00000E-00 JH1= 0.00000E-00 H = 1.57
000E+01
HB = 4.10000E+00 H1 = 3.66500E+00 H2 = 3.10000E+00 L = 2.40000E+01 DMAX= 5.46
610E+02
DMIN= 1.64850E+02 T = 1.78400E+01 QCB= 3.84000E+01 QCH= 5.88000E+00 QW = 7.32
000E-00
QW1 = 5.40000E-01 E = 4.00000E-01 E1 = 3.00000E-01 E2 = 1.25000E-01 EC1 = 7.00
000E-01
K = 1.00000E+00 CDIM= 1.75400E+00 SK = 1.00000E+00 FK = 1.00000E+00 JK = 2.60
000E-02
JC = 0.00000E+00 NK = 4.00000E+00 NC = 0.00000E+00 GCH= 1.40000E+00 GKP = 1.20
000E+00
DCH = 7.00000E-01 DKP = 7.00000E-01 GBK = 4.20000E+01 GBC = 0.00000E+00 GCT = 9.
22000E+01
E3 = 4.5000000000E-01
РЕЗУЛЬТАТЫ
ЗНАЧЕНИЯ УСИЛИЙ ОТ РАСЧЕТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ НАГРУЗОК
----------------------------------------------
S
НАГРУЗКА ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА
MA1 = 57.600 MA2 = 96.962 MA3 = 116.248MA4 = -4.884
QA = 9.600 NA = 595.900
S
СНЕГОВАЯ НАГРУЗКА
MA1 = 8.820 MA2 = 13.704 MA3 = 14.520 MA4 = -0.700
Q = 1.191 N = 70.560
КРАНОВАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ НАГРУЗКА
MA4 = -1.570 MA3 = 121.569 MБ2 = 26.514 MA2 = 42.414 MБ2= 26.514
MБ3= 22.941MБ4=52.076 NА =546.610NБ =164.850QА = 10.345QБ = 6.467
S
КРАНОВАЯ ТОРМОЗНАЯ НАГРУЗКА
MA4 = 96.607 MБ4 = 51.107 MТ = 25.309 MА2 = 15.633
MБ2 = 13.347 QA = 9.676 QБ = 3.255
S
НАГРУЗКА ВЕТРОВАЯ С ЛЕВОЙ СТОРОНЫ
MA4 = 118.736 MБ4= 0.009 M4= 111.286 MБ4=МВ4= 0.009 MA2= 13.600
M2 = 16.221 QA = 13.309 QБ= 13.309 Q4 = 11.327 QБ=QВ= 0.001
ЗНАЧЕНИЯ УСИЛИЙ ОТ НОРМАТИВНЫХ НАГРУЗОК
------------------------------------------
S
НАГРУЗКА ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА
MA1 = 50.087 MA2 = 84.314 MA3 = 101.086MA4 = -4.247
QA = 8.348 NA = 517.391
S
СНЕГОВАЯ НАГРУЗКА
MA1 = 6.300 MA2 = 9.789 MA3 = 10.371 MA4 = -0.500
Q = 0.851 N = 50.400
КРАНОВАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ НАГРУЗКА
MA2 = 35.345 MA3 = 101.308 MА4 = -1.308 MБ2= 22.095
MБ3= 19.117MБ4= 43.396
NА = 455.508NБ = 137.375QА = 8.621QБ = 5.389
S
КРАНОВАЯ ТОРМОЗНАЯ НАГРУЗКА
MA4 = 80.506 MБ4 = 42.589 MТ = 21.091 MА2 = 13.028
MБ2 = 11.122 QA = 8.063 QБ = 2.713
S
НАГРУЗКА ВЕТРОВАЯ С ЛЕВОЙ СТОРОНЫ
MA4 = 84.811 MБ4 = 0.006 M4 = 79.490 МБ4=МВ4=0.006 МА2=9.715
M2 = 11.586 QА = 9.506 QБ = 9.506 Q4=8.091 QБ=QВ=0.000
ЗНАЧЕНИЯ УСИЛИЙ ОТ ДЛИТЕЛЬНО ДЕЙСТВУЮЩ.ЧАСТИ НАГРУЗКИ
---------------------------------------------
S
НАГРУЗКА ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА
MA1 = 50.087 MA2 = 84.314 MA3 = 101.086MA4 = -4.247
QA = 8.348 NA = 517.391
S
СНЕГОВАЯ НАГРУЗКА
MA1 = 4.410 MA2 = 6.852 MA3 = 7.260 MA4 = -0.350
Q = 0.596 N = 35.280
КРАНОВАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ НАГРУЗКА
MA2 = 24.741 MA3 = 70.915 MА4 = -0.916 MБ2 = 15.467
MБ3= 13.382 MБ4= 30.377
NА = 318.856NБ = 96.163QА = 6.034QБ = 3.772
S
КРАНОВАЯ ТОРМОЗНАЯ НАГРУЗКА
MA4 = 56.354 MБ4 = 29.813 MТ = 14.764 MА2 = 9.119
MБ2 = 7.785 QA = 5.644 QБ = 1.899
S
НАГРУЗКА ВЕТРОВАЯ С ЛЕВОЙ СТОРОНЫ
MA4 = 0.000 MБ4= 0.000 M4= 0.000 MБ4=МВ4= 0.000 MA2= 0.000
M2 = 0.000 QA = 0.000 QБ= 0.000 Q4 = 0.000 QБ=QВ= 0.000
Рис.6 Эпюры моментов от собственного веса, снеговой, крановой вертикальной, крановой тормозной, ветровой нагрузок
Расчётные усилия в сечениях рамы (M,N,Q) Таблица 2.3
| Номер нагрузки | Нагрузки и комбинация усилий | ψ | Сечение стойки | |||||||||
| 1-1 | 2-2 | 3-3 | 4-4 | |||||||||
| M | N | M | N | M | N | M | N | Q | ||||
| Собственный вес | 1,0 | 57,6 | -595,9 | 96,96 | -595,9 | -116,25 | -595,9 | -4,88 | -595,9 | 9,6 | ||
| Снеговая | 1,0 | 8,82 | -70,56 | 13,7 | -70,56 | -14,52 | -70,56 | -0,7 | -70,56 | 1,19 | ||
| 0,9 | 7,94 | -63,5 | 12,33 | -63,5 | -13,07 | -63,5 | -0,63 | -63,5 | 1,07 | |||
| DMAX | на левую стойку | 1,0 | -546,61 | 42,41 | -546,61 | -121,6 | -546,61 | 1,57 | -546,61 | 8,62 | ||
| 0,9 | -491,9 | 38,17 | -491,9 | -109,44 | -491,9 | 1,4 | -491,9 | 7,76 | ||||
| 3* | на правую стойку | 1,0 | -164,85 | 26,51 | -164,85 | -22,94 | -164,85 | -52,076 | -164,85 | -6,5 | ||
| 0,9 | -148,4 | 23,86 | -148,4 | -20,65 | -148,4 | -46,87 | -148,4 | -5,85 | ||||
| 4, 4** | T | на левую стойку | 1,0 |  25,3
|  25,3
| 96,6
| 9,68
| |||||
| 0,9 | 22,7
| 22,7
| 86,9
| 8,7
| ||||||||
| 4*, 4*** | на правую стойку | 1,0 | 13,4
| 13,4
| 51,1
| 3,25
| ||||||
| 0,9 | 12,1
| 12,1
| 46
| 2,93
| ||||||||
| Ветровая | слева | 1,0 | 13,6 | 13,6 | 118,74 | 13,31 | ||||||
| 0,9 | 12,24 | 12,24 | 106,86 | 11,98 | ||||||||
| 5* | справа | 1,0 | -16,22 | -16,22 | -111,3 | -11,33 | ||||||
| 0,9 | -14,59 | -14,59 | -100,2 | -10,2 | ||||||||
| +MMAX Nсоотв | № нагрузок | 1,0 | ||||||||||
| усилия | ||||||||||||
| № нагрузок | 0,9 | |||||||||||
| усилия | ||||||||||||
| -MMAX Nсоотв | № нагрузок | 1,0 | ||||||||||
| усилия | ||||||||||||
| № нагрузок | 0,9 | |||||||||||
| усилия | ||||||||||||
| +NMAX Mсоотв | № нагрузок | 1,0 | ||||||||||
| усилия | ||||||||||||
| № нагрузок | 0,9 | |||||||||||
| усилия |