Основы и особенности статического и конструктивного расчетов балочных, рамных и арочных конструкций

Статический расчет балочных, рамных, арочных конструкций большепролетных зданий: обычно выполняют в плоских расчетных схемах (КЭ-моделях) со всеми существующими требованиями по сбору нагрузок, заданию начальных жесткостей и основными предпосылками перехода от конструктивной схемы к ее идеализированной расчетной. Согласно   [15, п.4.2.4] расчетные схемы и основные предпосылки расчета плоских систем должны отражать действительные условия работы стальных конструкций как для отдельных элементов, так и для всей плоской системы со связями. Допускается [15, п..4.2.5] выполнять проверку устойчивости стержневых конструкций и каркаса в целом по недеформированной схеме с использованием сертифицированных вычислительных комплексов в предположении упругих деформаций, но с учетом коэффициента надежности по устойчивости [15, п.4.3.2].  При этом согласно [16, п.4.24] расчет конструкций, для которых нормы проектирования не содержат указаний по определению усилий с учетом неупругих деформаций, допускается определять их в предположении упругой работы, а поперечные сечения конструктивных элементов допускается рассчитывать с учетом неупругих деформаций. Стержни плоских большепролетных сквозных ригелей (балочных, рамных, арочных), как правило, соединяются в узлах двухсторонними фасонками. Поэтому при создании КЭ-моделей таких конструкций узлы принимают жесткими (рамными).

Проверочные конструктивные расчеты стержневых элементов балочных, рамных и арочных конструкций: выполняют согласно [15] на расчетные сочетания усилий по следующим формулам:

– № 6, 7 – на прочность и устойчивость центрально растянутых и сжатых;

– № 41…46 – изгибаемых 1-го класса на прочность;

– № 50…55 – изгибаемых 2-го и 3-го классов на прочность;

– № 63…76 – изгибаемых на общую устойчивость;

– № 105…121 – внецентренно-сжатых или сжато-изгибаемых сплошного сечения на прочность и общую устойчивость;

– п.9.3 – внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых сквозного сечения на общую устойчивость.

Особенности конструктивных проверочных расчетов монтажных узлов: состоят в том, что они имеют двухфасоночные соединения (как правило). Проверочные расчеты таких соединений следует начинать с эскизного изображения узлов, затем выполнять расчет соединений. Если монтажный узел проектируется на болтах (обычных или высокопрочных), то определяют требуемое количество болтов для каждого элемента от его расчетного усилия в узле и размещают болты на минимальных (по нормам) расстояниях (для уменьшения расхода стали на фасонки и накладки). Монтажная сварка в таких соединениях применяется при соответствующем обосновании. Для этого назначают сварочные материалы, выполняют эскиз соединения и рассчитывают длины соответствующих стыковых и угловых швов по формулам [15]. Основные формулы для практических расчетов монтажных соединений имеют вид по [15]:

– № 186 – для расчета одного болта на срез;

– № 187 – то же на смятие болта или соединения;

– № 186 – то же на растяжение;

– № 189 – для определения количества болтов кл. А, В в срезных и растянутых соединениях;

– п.14.2.12 – проверка болтового соединения на одновременное действие и ;

– п.14.2.13 – то же при одновременном действии усилий , (формула № 190);

– № 192 – при расчете болтов во фрикционных соединениях;

– по п.14.1(14.1.1…14.1.20) – при расчете сварных стыковых и угловых соединений (формулы № 175, 44 – с учетом п. 14.1.15 и формул № 176; 177; 178…183; 184, 185).

Кроме приведенных формул для расчета количества болтов или длин сварных швов в монтажных стыках могут потребоваться расчеты отдельных деталей: планок, накладок и т.п.

Особенности конструктивных проверочных расчетов опорных узлов

В большепролетных балочных конструкциях горизонтальные смещения опор могут быть весьма значительными. Поэтому для исключения появления дополнительных горизонтальных усилий конструктивное решение опорных узлов делают с одной стороны шарнирно неподвижным, а с другой – шарнирно подвижным. При этом неподвижную опору выполняют в форме плиточного шарнира балансирного типа, а подвижную – на катках с опорной подушкой. Конструктивные схемы таких опор приведены в    [19, с. 276…283]. Основные расчетные формулы для неподвижных опорных частей приведены в [19, с. 283…286]. Основы расчета подвижных кольцевых опор изложены в [19, с. 286…280].

В большепролетных рамных и арочных конструкциях для конструирования и расчета опорных узлов можно воспользоваться [10, с. 256, 268], [3, с. 498, 499, 501-502].