Кузнецов Н. В. - Практический расчет рам и каркасов

Н. В. Кузнецов. Практический расчет рам и каркасов. Киев, изд-во «Буд1вельник», 1970.

В книге даны краткие формулы для расчета многоэтажных статически неопределимых рамных конструкций и каркасов, а также таблицы коэффициентов к ним для быстрого приближенного расчета одно, двух и трехпролетных регулярных рам любой этажности на вертикальные нагрузки методом распределения моментов защемления в общем виде.

Даны также примеры расчета рам и каркасов на вертикальные, а также на горизонтальные нагрузки от ветра. Книга рассчитана на проектировщиков-конструкторов, инженеров-строителей и студентов инженерно-строительных вузов и факультетов.

Книга подготовлена при участии инженера Д.. Н. Печенова, которому выражается глубокая благодарность за ценные советы и помощь.

Глава I

К ПРИМЕНЕНИЮ ТАБЛИЦ

§ 1. Назначение таблиц. В таблицах даны коэффициенты для определения изгибающих моментов симметричных рам любой этажности от любых симметричных вертикальных нагрузок. Коэффициенты вычислены для рам, в которых отношение погонных жесткостей ригелей и стоек находится в пределах 8—0,125.

Используя сведения, изложенные в главе V, можно решить и несимметричные рамы. Расчет рам на горизонтальные нагрузки, а также учет горизонтального смещения узлов их при несимметричной нагрузке может быть осуществлен с помощью сведений, приведенных в § 13 и 15.

§ 2. О методе составления таблиц. Коэффициенты высчитаны но формулам опорных изгибающих моментов рам, выведенных методом распределения моментов защемления в общем виде, разработанным автором. Основные положения этого метода и все необходимые данные для практического расчета рам любых схем на вертикальные нагрузки приведены в главе V. Там же дан пример расчета рамы этим методом без помощи таблиц.

§ 3. О точности коэффициентов. При вычислении коэффициентов учитывалось влияние моментов защемления каждого данного узла, а также всех его соседних узлов. Влияние моментов более далеких узлов не учитывалось. Коэффициенты высчитывали с помощью логарифмической линейки, поэтому расчет рам при помощи приведенных здесь коэффициентов следует считать приближенным. Однако точность расчета достаточна для стадии технического проекта, так как погрешность в большинстве случаев имеет место в третьем знаке или там, где изгибающий момент незначителен.

§ 4. О других методах расчета. Теоретически расчет многократно-статически неопределимых конструкций давно изучен, но существующие методы расчета являются очень трудоемкими и достаточно сложными. Они доступны только высококвалифицированным специалистам.

§ 5. О применении электронно-вычислительных машин. Электронно-вычислительные машины избавляют расчетчиков от трудоемких вычислений, но пока не везде применяются в связи с затратой времени на программирование задания и расшифровку результатов расчета машиной, которые требуют участия специально подготовленных' инженеров и операторов.

§ 6. Преимущества настоящего метода. Расчет при помощи таблиц очень прост и доступен для техников-конструкторов, не отличается по сложности от расчета равнопролетных неразрезных балок при помощи широко известных таблиц Менша. Изгибающие моменты определяются здесь непосредственно в нужных сечениях рамы и не требуют вычисления многочисленных вспомогательных величин.

Для суждения о точности расчета рам при помощи настоящих таблиц приводим примеры расчетов, произведенных на электронно-вычислительной машине (ЭВМ), методом Кани (принятым во многих проектных организациях) и при помощи настоящих таблиц.

Рассчитана 2-пролетная, 5-ярусная рама с равномерно распределенной нагрузкой всех ригелей при соотношении погонных жесткостей ригелей и стоек К = 0,5. Схема такой рамы и эпюра моментов изображены на рис. 118 к табл. 72. Пролет рамы / = 6,0 м. нагрузка q = 6,0 т/м (<//2 = 6-62 = 216,0 тм).

Изгибающие моменты в сечениях рамы, полученные перечисленными выше методами, приведены в табл. 1. Результаты расчета на ЭВМ приняты условно за 100% и даны отклонения результатов, полученных другими методами, от результатов расчет та на ЭВМ по каждому из опорных и пролетных сечений стержней рамы. Характерны приведенные здесь наибольшие отклонения от результатов расчета на ЭВМ, средние отклонения по всем сечениям, а также данные о времени, затраченном старшим инженером-конструктором на расчет рамы каждым из приведенных здесь методов.

Наибольшее отклонение от расчета, выполненного на ЭВМ, методом Кани составило 13, по таблицам — 8%. Среднее отклонение по всем сечениям от расчета на ЭВМ методом Кани составило 4,6, по таблицам — 2,5%.

Время, затраченное на расчет рассмотренной здесь рамы на ЭВМ (с зашифровкой и расшифровкой) составляет половину рабочего дня старшего инженера; на расчет методом Кани требуется целый рабочий день, по таблицам — только полчаса. Как видно из данных табл. I, расчет рамы при помощи готовых коэффициентов имеет достаточную для практических целей точность, а преимущество в простоте и быстроте неоспоримо.

§ 7. Случаи применения. Быстрый расчет при помощи настоящих таблиц может быть особенно полезен в стадии нахождения оптимальных поперечных сечений элементов рамы, при предварительном подборе сечений; для сравнения целесообразности разных конструктивных схем; для внесения частичных изменений нагрузки или размеров в ранее решенную конструкцию; проверки расчета, выполненного иным методом; исследования влияния на конструкцию в целом отдельной нагрузки; стадии технического проекта; для выполнения сравнительных расчетов вариантов рам с разными размерами пролетов и шага; для поисков и определения наиболее экономичных и выгодных решений и т. д.

§ 8. Решаемые здесь конструктивные схемы. При помощи настоящих таблиц на вертикальные нагрузки могут быть рассчитаны 1—3-пролетные рамы; 1—5-ярусиые и многоярусные (любой этажности); с консолями и без консолей; с равными высотами этажей и с неодинаковой высотой этажей, но при одинаковой погонной жесткости стоек; с равными и неравными пролетами, но при одинаковой погонной жесткости ригелей.

Отметим, что указанные здесь условия соответствуют современным требованиям унификации конструкций каркаса в целях индустриализации строительства и применения стандартных типовых сборных элементов заводского изготовления.

§ 9. Обозначение элементов рамы. Принятая здесь символика простая, с наименьшим количеством знаков в индексах. Поскольку основной и наиболее сложной задачей расчета многократно статически неопределимых систем является определение опорных моментов стержней, порядковые номера даны именно опорным сечениям стержней рам. Это дает возможность избежать ошибок в наименовании элементов.