Проектирование металлической конструкции здания

YkМК-1_1.dwg

- по нижним поясам ферм:
- по верхним поясам ферм:
Система связей каркаса:
1. Горизонтальные-располагаются по верхним и нижним поясам ферм
2. Вертикальные - расположения между колоннами и фермами
ИГАСА ИСФ ПГС-43 N97060 КП
Возведение производственного здания
Стальной каркас одноэтажного
производственного здания
Схема поперечной рамы
горизонтальных и вертикальных
Режим работы - тяжелый
Плиты покрытия 3х12 м

МК YKL.doc

Исходные данные для проектирования
Грузоподъемность мостовых кранов (Q) – 12520 (т)
Режим работы – Т (тяжелый режим работы)
Пролет производственного здания (L) – 36 (м)
Отметка головки рельса (Н1) – 12 (м)
Шаг ферм (Вф) – 12 (м)
Шаг рам (В) – 12 (м)
Длина здания – 84(м)
Место строительства – г. Самара
Тип здания – отапливаемое
Вес снегового покрова – 15 кНм2
Скоростной напор ветра- 0.3 кНм2
Исходные данные для проектирования1
Компоновка конструктивной схемы каркаса3
Компоновка однопролетных рам5
1.Определение вертикальных размеров5
2.Определение горизонтальных размеров6
Определение нагрузок на раму7
1.Постоянные нагрузки от покрытия7
2.Снеговая нагрузка8
3.Нагрузки от мостовых кранов8
4.Ветровая нагрузка9
Статический расчет рамы с жесткими узлами10
Расчет и конструирование стальных стропильных ферм13
1.Определение нагрузок13
1.1.Постоянные нагрузки13
1.2.Снеговая нагрузка13
2.Определение опорных моментов13
3.Расчет усилий в элементах стропильных ферм14
4.Подбор сечения стержней ферм14
Расчет и конструирование узлов ферм17
1.Прикрепление раскосов и стоек к узловым фасонкам17
2.Расчет и конструирование заводского стыка поясов19
3.Расчет и конструирование опорных узлов21
4.Расчет и конструирование узлов укрупнительного стыка25
1.Определение расчетных длин колонны27
2.Подбор сечения верхней части колонны27
3.Геометрические характеристики сечения29
4.Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента30
5.Подбор сечения нижней части колонны31
6.Расчет решетки подкрановой части колонны33
7.Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня33
8.Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны34
9.Расчет и конструирование базы колонны35
Компоновка конструктивной схемы каркаса
Компоновка однопролетных рам
Компоновку рамы начинают с установления генеральных размеров элементов конструкций в плоскости поперечника по вертикали и по горизонтали.
1.Определение вертикальных размеров
H2 = hk + a + 100(2.1)
гдеhk = 4000 (мм) – высота крана по ГОСТу;
a = 400 (мм) учитывает прогиб фермы;
0 (мм) – зазор безопасности.
Н2 = 4000 + 400 + 100 = 4500 (мм)
H0 = 12000 + 4500 = 16500 (мм)
В соответствии с "Основными положениями по унификации" размер Н0 принимаем кратным 1.8 при H0 = 16500 > 10.8 (м). При этом увеличим отметку до H1 = 19800 (мм). Принимаем H0 = 16500 (мм).
HB = H2 + hp + hп.б.(2.3)
гдеhp = 170 (мм) hп.б. = 1000 (мм) – соответственно высота рельса высота подкрановой балки
HB = 4500 + 170 + 1000 = 5670 (мм)
Высота нижней части колонны будет:
HH = H0 + hб – HB(2.4)
гдеhб = 600 (мм) – высота заглубления базы колонны
HH = 23400 + 600 - 5670 = 18330
Общая высота стоек рамы:
H = 18330 + 5670 = 24000 (мм)
2.Определение горизонтальных размеров
Принимаем b0 = 500 (мм).
Ширину верхней части колонны bb ³ 5670 12 = 470 (мм) 1000 (мм)
Ширина нижней части колонны будет:
bH = 0.5 × bB + l(2.6)
гдеl = 1000 (мм) при Q > 100 (т.с.)
bH =0.5 × 1000 + 1000 = 1500 (мм)
LK = 36 - 2 × 1. 0 = 34 (м)
После определения окончательных генеральных размеров выявляю ширину расчетного блока выбираю схему подстропильных ферм разрабатываю схему конструкций кровли и стен и перехожу к определению действующих на раму нагрузок.
Определение нагрузок на раму
1.Постоянные нагрузки от покрытия
Постоянные нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2 площади (gHкр gкр) удобно определять в табличной форм.
Вес ограждающих и несущих конструкций (кНм2)Таблица 1
Наименование элемента
Ограждающие элементы
1.Защитный слой 20 (мм) из гравия по мастике
2.Водоизоляционный ковер из 4х слоев рубероида
3.Утеплитель: пенопласт 80 (мм)
4.Пароизоляция из 1 слоя рубероида
Несущие элементы кровли здания
1.Жб плита из тяжелого бетона с заливкой швов 3х6 (м)
Элементы каркаса из стали
S = 2.57 (кНм2) S = 2.94 (кНм2)
Постоянная погонная расчетная нагрузка на ригель рамы будет:
g = Bф×S n× gHкр(3.1)
g = 6 × 2.57 = 15.42 (кНм)
Реакция стропильной фермы будет:
Vg = 15.42× 36 2 = 277.56 (кНм2)
На этом этапе расчета распределение снега принимают равномерно по всему покрытию:
P = p0 × n × Bф(3.4)
гдеp0 – нормативная нагрузка принимаемая по району строительства;
n = 1.4 – коэффициент перегрузки
P = 1.5 × 1.4 × 6 = 12.6 (кНм2)
Сосредоточенная сила на колонну от снеговой нагрузки при отсутствии промежуточных стропильных ферм:
Vp = 12.6 × 362 = 226.8 (кНм2)
3.Нагрузки от мостовых кранов
При расчете однопролетных промзданий крановую нагрузку учитываю только от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности с учетом сочетания крановых нагрузок nc = 0.85 для тяжелого режима работы.
Вертикальное давление кранов определяю по линиям влияния опорной реакции общей опоры двух соседних подкрановых балок.
Расчетные давления на колонну будут:
Dmax = nc× n× Pmax× S yi + Gп.к.(3.7)
Dmax = 0.95 × 1.2 × 565 × 2.44 + 5.8 × 12 = 3218.435 (кН)
Dmin = nc× n× Pmin× S yi + Gп.к.(3.8)
гдеn = 1.2 – коэффициент перегрузки;
Gп.к. = B × G – вес подкрановых конструкций.
Dmin =0.95 × 1.2 × 185× 2.44 + 5.8 × 12 = 1103 (кН)
Максимальное давление колеса крана Pmax:
Pmax = × (P1 max + P2 max)(3.9)
Pmax = (550 + 580) 2 = 565 (кН)
Минимальное давление колеса крана определяется по формуле:
Pmin = [(Q + Gk) n0 ] – Pmax (3.10)
гдеGk = 1750 (кН) – вес крана с тележкой;
n0 = 4 – количество колес на одной стороне моста крана.
Pmin = [(1250 + 1750) 4] – 565 = 185 (кНм)
Подкрановые балки устанавливаю с эксцентриситетом e1 по отношению оси нижней части колонны поэтому от вертикальных давлений возникают сосредоточенные изгибающие моменты:
Mmax = e1 × Dmax (3.11)
Mmin = e1 × Dmin (3.12)
гдеe1 = 0.5 × bН = 0.5 × 1.5 = 0.75 (м)
Mmax = 0.75 × 3218.4 = 2413.83(кНм)
Mmin = 0.75 ×1103= 827.25 (кНм)
Расчетное горизонтальное давление T от торможения тележки с грузом определяется по формуле:
гдеf = 0.1 – коэффициент трения;
GT = 430 (кН) – вес тележки.
Т=0.95х1.2х0.5х0.1х(1250+430)4=116.9 (кНм)
Для одноэтажных производственных зданий учитывается только статическая составляющая ветровой нагрузки. Она вызывает активное давление – с наветренной стороны – с противоположной стороны.
Нормальное значение давления ветра на вертикальную поверхность продольной стены зависит от района строительства типа местности и высоты от уровня земли. Согласно СНиП “Нагрузки и воздействия” давление ветра на произвольной отметке от уровня земли (рис. ) определяется по формуле:
q = q0 × k × c [кНм2](3.15)
гдеq0 = 0.3 (кНм2) – нормативная скорость напора ветра на уровне 10 (м);
с = 0.8 – аэродинамический коэффициент учета конфигурации здания
k = 0.94– коэффициент учета изменения высоты и типа местности.
q = 0.3 × 0.8 × 0.94 = 0.2256(кНм2)
Для определения ветровой нагрузки рассматривается расчетный блок шириной В (часть продольной стены). При этом давление ветра до низа ригеля прикладывается к стойкам рамы в виде распределенных нагрузок а давление от шатровой части – в виде сосредоточенной силы приложенной к верхушкам стоек.
С целью упрощения расчетов фактическая эпюра давления ветра до отметки низа ригеля (по высоте Н) заменяется эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой:
qэкв = q10 × Dk(3.16)
гдеDk = 1.1– приращение напора за счет увеличения давления по высоте определяется из уравнения
qэкв = 0.3 × 0.8 × 1.1 = 0.264 (кНм2)
Для определения сосредоточенной силы от давления ветра в пределах шатра принимается фактическая эпюра давления которая имеет вид двух трапеций средняя общая ордината которых соответствует давлению на отметке 20.9 (м) (рис. )
a)Интенсивность распределения нагрузок на колонну будет:
qв = qэкв × gf × Bфахв(3.18)
qв = 0.264× 1.4 × 12 = 5.32 (кНм2)
qв = сс × qэкв × gf × Bфахв = 0.75× qв(3.19)
гдеВфахв – шаг колонн а если имеются фахверковые стойки – шаг этих стоек.
qв = 0.75 × 5.32 = 3.99 (кНм2)
b)Расчетная сосредоточенная сила от давления ветра на шатер цеха представляет собой равнодействующую давления на грузовую площадь с размерами Нш В.
Для активного давления
W=1.2х1.4х3.8х12х(0.2256+0.216)2=16.47(кН)
W=0.75х16.47=12.35 (кН)
Статический расчет рамы с жесткими узлами
Целью статического расчета является определение расчетных усилий в характерных сечениях элементов рамы которые необходимы для подбора сечения элементов для расчета сопряжений и узлов.
Принято усилия определять от каждой нагрузки в отдельности затем на основе сочетаний нагрузок выявить неблагоприятное загружение для каждого сочетания и соответствующие расчетные усилия.
В первую очередь необходимо принять расчетную схему рамы на основании конструктивной схемы поперечника.
Принятая расчетная схема (рис. )
На этом этапе сечения стоек и ригеля неизвестны приходится задаваться отношением жесткостей элементов рамы:
n = IB IH = 15 110IP IH = 2 4
Из опыта проектирования известно:
e = (0.45 0.55) × bH – 0.5 × bH
На практике часто принимают среднее значение:
e = 0.5 × (bH – bB)(4.1)
e = 0.5 × (1.5 – 1) = 0.25 (м)
гдеq = gHK + p0 = 3.19 + 1.5 = 4.69 (кНм2)
Q = 1000 – подъемная сила крана в (кН)
Коэффициент пространственной работы каркаса aпр зависит от типа кровли. При жестких кровлях из жб плит с замоноличиванием швов aпр находится по формуле:
Дальнейший статический расчет рамы произведен на ЭВМ с помощью программы “СТАТРАСЧЕТ 3”.
Все исходные данные для выполнения расчета занесены в табл. 3.
Расчет и конструирование стальных стропильных ферм
1.Определение нагрузок
1.1.Постоянные нагрузки
Постоянная нагрузка – погонная расчетная нагрузка на ригель рамы: 44.046 кН.
1.2.Снеговая нагрузка
Снеговая нагрузка – равномерно распределенная снеговая нагрузка: 25.2
2.Определение опорных моментов
В опорных сечениях ферм являющихся ригелями рам с жесткими узлами возникают изгибающие моменты. Для выявления дополнительных усилий в раскосах и при опорной панели верхнего пояса рассматриваются – Млевmax и соответствующий момент на правой опоре – Мпрсоот вычисляемый для тех же погрузок. Здесь – Mлевmax принимается по таблице расчетных комбинаций усилий для колонны левого ряда (из условия равновесия узла сопряжения ригеля со стойкой).
Для определения отрицательных опорных моментов ригеля рассматриваются два вида основных сочетаний:
Постоянная и одна наиболее неблагоприятная временная нагрузка с коэффициентом сочетаний nc = 1 (крановая или ветровая)
Постоянная и две кратковременные нагрузки (крановая и ветровая) с коэффициентом nc = 0.9
Расчет усилий в элементах стропильных ферм выполнена на ЭВМ .
3.Расчет усилий в элементах стропильных ферм
4.Подбор сечения стержней ферм
Стержни стропильных выполнены из проектных уголков с сечением показанном на рис. 6:
Сечение а) принят для поясов ферм т.к. обеспечивает большую жесткость из плоскости ферм б) принято для раскосов и стоек.
Для изготовления фермы принята сталь марки С245 со следующими нормативными и расчетными сопротивлениями:
Для подбора сечения стержней использованы формула расчета на прочность и устойчивость центрально растянутых и сжатых элементов:
а) Условие прочности центрально-растянутого элемента имеет вид:
гдеN – расчетное усилие в рассматриваемом стержне;
Ry – расчетное сопротивление материала;
Аn – площадь сечения стержня нетто;
gс – коэффициент условия работы.
Для растянутых элементов gс = 0.95.
Требуемая площадь из условия будет:
Далее из сортамента соответствующего профиля подбираю два уголка: равнобокий по ГОСТ 8509-72* неравнобокий по ГОСТ 8510-72*.
б) Расчет на устойчивость центрально-сжатого стержня выполняют по формуле:
гдеА – площадь сечения элементов брутто;
j – коэффициент продольного изгиба который зависит от гибкости стержня l
Требуемая площадь сжатого стержня определяется из условия:
т.к. коэффициент j в неявном виде зависит от площади сечения то задачу решаю методом последовательных приближений. В первом приближении задаюсь: для поясов l = 80 100. Для раскосов и стоек l = 100 120.
Определив j в зависимости от l и Ry вычисляем величину Атр в первом приближении из сортамента подбираю соответствующие профили уголков.
Необходима проверка принятого сечения по условию устойчивости: сжатый стержень потеряет устойчивость в той плоскости относительно которой максимальная т.к. при этом j - min. Поэтому вычисляют гибкости lx и ly.
rx ry – моменты инерции сечения относительно осей х и у.
Для верхнего пояса и опорного раскоса будем иметь:
гдеl – расстояние между центрами узлов.
Для остальных сжатых стержней раскосов и стоек вводится коэффициент опорного защемления m = 0.8 так что расчетная длина будет:
Для определения расчетных длин сжатых стержней из плоскости фермы рассматривается схема связей по верхним поясам ферм.
Связи по верхним поясам ферм уменьшают расстояние между узлами закрепленными от горизонтального смещения поэтому:
гдеlзакр. – расстояние между закрепленными от горизонтального смещения точками.
При бес прогонной системе покрытия с применением крупноразмерных жб плит считается что проверка плит к верхним поясам ферм создает закрепленные точки поэтому:
Для сжатых раскосах и стоек расчетная длина принимается по формуле (6.6.).
При подборе сечений необходимо иметь в виду предельные гибкости стержней (табл. 8 графа 13)
Слабо загруженные сжатые стержни решетки рассчитываются по предельной гибкости а сечения подбирают по требуемому радиусу:
Толщина фасонок назначается конструктивно исходя из величины усилий в опорном раскосе: при N = 654.8 толщина фасонки принимается tф = 12 (мм).
Общее количество различных уголков типоразмеров должно быть равно 6 8 (шт.).
Во избежание повреждения при транспортировке и монтаже наименьший уголок принимается с размерами 50 5 (мм).
Таблица проверки сечений стержней ферм
Геометрическая длинна мм
Коэф-нт предельного изгиба
Коэф-нт условия работ
Расчетные напряжения
Принимаем А5 А8 1-2 -> L125*10; Г3 Д4 Е6 Ж7И9 –> L160*10; В17-8 8-9 2-3 А2 -> L80*7; 4-5-> L110*8; 5-6 3-4 6-79-10 -> L63*6
Расчет и конструирование узлов ферм
1.Прикрепление раскосов и стоек к узловым фасонкам
Стержни решетки из парных уголков прикрепляются к узловым фасонкам угловыми швами по обушку и по перу (рис. )
Величина усилия Nn и Nоб определяется по формуле:
N = g × Nоб = (1 - g) × N2 (4.1)
где g = z0 b; N - расчетное усилие
Значение g приближенно можно принимать:
g = 0.3 - для равнобоких уголков;
g = 0.25 - для неравнобоких уголков прикрепленных узкой полкой.
Требуемую длину сварных швов прикрепления определяют из условия прочности угловых швов на условный срез по металлу шва:
гдеkобf kпf - катет швов соответственно по обушку и по перу;
Rwf = 180 (МПа) - расчетное сопротивление углового шва;
bf - коэффициент глубины проплавления.
Для автоматической и полуавтоматической сварки электродной проволокой диаметром 1.4 2 (мм) можно принять:
bf = 0.9 при kf = 3 8 (мм);
bf = 0.8 при kf = 9 12 (мм)
bf = 0.7 при kf = 14 16 (мм)
Для ручной сварки принимают bf = 0.7
Максимальная величина катета швов kf не должна превышать:
гдеtmin – толщина фасонки или полки уголка
Расчет прикрепления стержней решетки выполняется в табличной форме приведенной ниже.
Для уменьшения сварочных напряжений в фасонках минимально принимаю:
a = 6 × tф – 20 (мм)
гдеtф = 14 (мм) – толщина фасонок.
Для плавной передачи усилий от стержня к фасонке угол между краями фасонки и уголка принят 15°.
Таблица расчета угловых швов
2.Расчет и конструирование заводского стыка поясов
Толщина листовой накладки:
Aн = bн × tн ³ bуг × tуг(4.4)
Aн = 10.5 × 1.0 = 10.5 (см)
Из конструктивных соображений имеем:
bн = b' - 40 + (20 30)(4.5)
bн = 125 – 40 + 20 = 105 (мм)
tн = 125 × 7 105 = 10(мм)
По ГОСТ 82-70* принимаю tн = 10(мм)
Усилие вертикальных полок стыкуемых уголков передается через фасонку поэтому должно удовлетворяться условие:
hф × tф = Aф ³ 2 × Aв.п. » 2 × bв.п. × tуг(4.7)
гдеhф = 260 - высота фасонки;
tф = 14 - толщина фасонки;
bв.п. = 80 - высота вертикальной полки уголка;
tуг = 7 - толщина полки уголка
Aф = 260 × 14 = 3640 >2 × Aв.п = 2 × 80 ×7 = 1120 (мм2)
hф = 2 × 80 × 7 14 = 80 (мм)
Работа таких узлов достаточно сложна поэтому проверку прочности ослабленного сечения выполняют условно на центральное растяжение:
Прикрепление стыкуемого уголка к накладке рассчитывается по предельному усилию которое может выдержать накладка:
Nрасч = Nн = Aн × Rу(4.12)
Nрасч = 10.5 × 24 = 252 (кН)
Приняв одинаковый шов для пера и обушки находим величину напуска накладок:
Прикрепление вертикальной полки стыкуемого уголка к фасонке рассчитывают на предельное усилие воспринимаемое расчетным сечением фасонки:
Nф = 24 × 36.4 = 873.6 (кН)
Задаваясь величиной катета шва kf находим требуемую длину шва:
3.Расчет и конструирование опорных узлов
В опорном сечении фермы возникает отрицательный момент (- Mmax) =. Для расчета узла опорный момент заменяют парой сил (рис.).
гдеh0 = 2150 (мм) - плечо для двускатных ферм
Требуемую площадь болтов нормальной точности определяют по формуле:
гдеRbt = 25 - расчетное сопротивление болта на растяжение принимаемое в зависимости от класса болта
гдеА = 4.59 - площадь сечения одного болта по нарезке резьбы
n = 15 4.59 = 3.3 » 4 принимаем 4 болта 27ммклассом 6.6
Болты устанавливают симметрично относительно центра узла с соблюдением конструктивных требований: в результате определяется длина фланца. Толщину фланца определяют из условия прочности на изгиб рассматривая его как балку с защемленными опорами пролетом b:
Швы прикрепляющие фасонку к фланцу работают на срез. Так как длина швов известна то при заданной толщине шва kf можно проверить прочность:
или из условия прочности (4.20) определить kf:
Расчет сварных швов крепления верхнего пояса к фасонке на усилие Н выполняют по формулам (4.2) и (4.3). Конструктивный подкос приваривают к фасонке конструктивными швами.
Конструкция нижнего опорного узла показана на рис.
Толщину и ширину фланца принимаю конструктивно tфл ³ 16 (мм) и проверяю прочность торцевой поверхности на смятие:
гдеRp =36.1 - расчетное сопротивление по смятию при наличии пригонки(СНиП II-23-81*)
V = 702.25 соs45=497кН - опорная реакция фермы
Высоту и ширину фасонки определяю из условия прикрепления нижнего пояса и опорного раскоса по методике изложенной в п. 4.1.
В швах прикрепляющих фасонку к фланцу возникают срезающие напряжения:
от опорной реакции вдоль шва:
от изгибающего момента в следствии эксцентричного действия силы H создающей момент M = e × H:
Прочность швов при условном срезе проверяют по формуле:
Опорный столик передает опорную реакцию V на колонну. Из условия прочности сварных швов на срез при известном значении катета шва определяют длину столика:
где23 - учитывает возможный эксцентриситет приложения опорной реакции
Ширину столика принимаю конструктивно:
bст = bфл + (50 100) (мм)
bст = 180 + 70 = 250 (мм)
4.Расчет и конструирование узлов укрупнительного стыка
В данной ферме имеется два узла укрупнительного стыка (верхний и нижний).
Стык горизонтальных полок поясов осуществляют с помощью листовых накладок. Размеры сечения горизонтальных накладок и фасонки подбирают из условия их равно прочности с перекрываемыми вертикальными и горизонтальными полками пояса по методике расчета заводского стыка.
Длину сварных швов прикрепляющих накладки к полкам уголков по одну сторону от узла определяю по формуле:
гдеNн = Aн × Rу = 18 × 24 = 432 (кН см2)
Aн = 1.0 × 18 = 18 > 11 × 0.8 = 8.8
Прикрепление вертикальных полос к фасонке определяется:
Сварные швы прикрепления рассчитывают по условию равно прочности:
× bf × kf × Rwf ³ tф × Rу(4.33)
× 0.7 × 1.4 × 18 = 35.3 > 1.4 × 24 = 33.6
Расчет нижнего узла такой же т.к. уголки размерами одинаковы.
Требуется подобрать сечения сплошной верхней и сквозной нижней частей колонны однопролетного производственного здания
-1М = - 821.8658(кН × м)N = 481.68 (кН)
-2М = - 359.5 (кН × м)N = 347.616 (кН)
-3М = - 1060.263 (кН × м)N = 1783.98 (кН)
-4М = 1303.315 (кН × м)N = 1783.98 (кН)
1.Определение расчетных длин колонны
В однопролетной раме с жестким сопряжением ригеля с колонной верхний конец колонны закреплен только от поворота m1 = 2; m2 = 3;
Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определены по формуле: lx1 = m1 × l1 и lx2 = m2 × l2
lx1 = 2 × 1833= 3666 (см)
lx2 = 3 × 567 = 1701 (см)
Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей рамы равны:
ly2 = Hв – Lб = 567 – 100 = 467(см).
2.Подбор сечения верхней части колонны
Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой hb = 1000 (мм)
Определяю требуемую площадь двутавра:
mx = ex rx = M(N × 0.35 × h) = 821.8658481.68×35 = 4.9
В первом приближении примем:
Ан Аст = 1 тогда h = (1.9 – 0.1 × 4.9) – 0.02(6 – 4.9)1.3 = 1.38
m1x = h × mx = 1.38 × 4.9 = 6.8
Атр = 481.68 0.2 × 21.5 = 112 (см2)
высота стенки hcт = hв – 2 × tп = 100 – 2 × 1.4 = 97.2 (см)
Предварительно принимаю tп = 1.4 (см)
Конструктивная схема.
hст tст (0.9 + 0.5 × )×
tст ³ 97.2 48= 2.0 (см)
Принимаем tст = 0.8 (см)
Включаем в расчетную площадь сечения колонны два крайних участка стенки шириной по:
Требуемая площадь стенки:
из условия местной устойчивости полки:
гдеbсв = (bn – tст)2 = (25 – 0.8) 2 = 13.1
Принимаем bn = 25 (см); tf = 1.6 (см2)
Ап = 25 × 1.6 = 40 (см2) > Ап.тр = 39;
bn = 25 > 120 × lyг = 120 × 467 = 20 (см)
bсв tn = (25-0.8) 1.6 2 = 7.6 15.2
3.Геометрические характеристики сечения
Полная площадь сечения:
А0 = 2 × 25 × 1.6 + 0.8 × 96.8 = 157.44(см2);
расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки:
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента по формуле 14.9 (I)
Значения коэффициента h определяем по прил. 10 (I) при АnAст = 0.5
s =481.68 (0.19 × 114) = 21.1 (кнсм2) R = 21.5 (кнсм2);
4.Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента
с5 = 1 (1 + a × mx) = 1 (1 + 0.87 × 4.5) = 0.25
в расчетное сечение включаю только устойчивую часть стенки:
s = 481.68 (0.25 × 0.754 × 114) = 21.4 = R = 21.5 (кHсм2)
5.Подбор сечения нижней части колонны
Сечение нижней части колонны сквозное состоящее из двух ветвей соединенных решеткой. Высота сечения Lм =1750 (мм). Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополочного двутавра наружную – составного сварного сечения из трех листов.
Определяем ориентировочное положение центра тяжести.
Принимаем z0 = 5 (см); h0 = h – z0 = 150 – 5 =145 (см);
y2 = h0 – y1 = 145 – 80 = 65 (см);
Усилие в подкрановой ветви:
Nb1 = 1783.98 × 65 145 + 1060.263 × 100 145 = 1530(кН)
Усилие в наружной ветви:
Nb2 = 1783.98 × 80 145 + 1303.315 × 100 145 = 1883 (кН)
Определяем требуемую площадь ветвей.
Для подкрановой ветви:
Аb1 = Nb1 j × R задаемся j = 0.8; R = 22.5 (кнсм2)
Аb1 = 1530 0.8 × 22.5 = 85 (см2)
Принимаю: 155 Б 1 Аш = 110.8(см) ixi = 4.55 (см) iy = 29.3 (см)
Требуемая площадь полок:
Из условия местной устойчивости полки швеллера:
Принимаем bn = 18 (см) tn = 1.4 (см) A = 25.2 (см)
Геометрические характеристики ветви:
Уточняем положение центра тяжести сечения колонны:
ho = hм – z0 = 150 – 3.9 = 146.1 (см)
y2 = 146.1 – 82 = 64.1 (см)
Проверка устойчивости ветвей:
Подкрановая ветвь: ly = ly jy =0.612
s = Nb1 jy × Ab1 = 1508 (0.612 × 110) = 22.4 (кнсм2) Ry = 22.5 (кнсм2)
Наружная ветвь: ly = ly jy = 0.612
s = 1893 (0.612 × 140) = 21.3 (кнсм2) Ry = 21.5 (кнсм2)
Из условия равно устойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:
l lb1 = 90× ix1 = 90 × 4.55= 410 (см)
Принимаем lb1 = 300 (см) разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей. Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы.
s = 1508 (0.754 × 110) = 18.2 (кнсм2) Ry = 22.5 (кнсм2)
s = 1893 (140 × 0.805) = 17 (кнсм2) Ry = 21.5 (кнсм2)
6.Расчет решетки подкрановой части колонны
Поперечная сила в сечении колонны: Qmax = 142.97 (кн)
Условная поперечная сила:
Qусл = 0.2 × A = 0.2 × (124 + 126.4) = 50.1 Qmax = 172.873 (кН)
Расчет решетки проводим на Qmax
Усилие сжатия в раскосе:
Np = Qmax 2 × sina = 142.97 2× sin60° = 101 (кН)
Требуемая площадь раскоса:
Напряжение в раскосе:
s = Nр (j × Ар) = 101 (0.478 × 13.8) = 15.3 (кНсм2) Ry × g = 22.5 × 0.75 = 16.9 (кНсм2)
7.Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
Геометрические характеристики сечения:
А = Аb1 + Ab2 = 110 + 140 = 250 (см2)
Yx = Ab1 × y12 + Ab2 × y22 = 110 × 822 + 140 × 64.12 = 1314873 (см4)
Приведенная гибкость:
a1 – по таблице 7 СНиП II – 23 – 81
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно т.к. она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
8.Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
Толщину стенки траверсы определяем из условия сжатия:
Принимаем tтр = 1.4 (см)
Усилие во внутренней полке верхней части колонны:
Длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы:
Для расчета шва крепление траверсы к подкрановой ветви (ш3) составляем комбинацию дающую наибольшую опорную реакцию траверсы:
F = Nhb 2 × hн – M hн + Dmax × 0.9
F = 48168 (2 × 150) – (-428.24 ×100) 150 + 1447 × 0.9 = 1748 (кн)
Требуемая длина шва:
Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы определяем высоту траверсы hтр:
Принимаем hтр = 75 (см)
9.Расчет и конструирование базы колонны
Ширина нижней части колонны превышает 1м поэтому проектируем базу раздельного типа.
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны:
M = 1303.32 (кH× м); N = 1783.98 (кH) (нар. ветви)
М = -293.81 (кH× м); N = 1579.86 (кH) (подкранов. ветвь)
Усилия в ветвях колонны:
База наружной ветви.
Требуемая площадь плиты:
Апл.тр = Nb2 Rф = 1893 0.84 = 2254 (см2)
По конструктивным соображениям свес плиты С2 должен быть не менее 4см. Тогда:
Rф = g × Rб = 1.2 × 0.7 = 0.84
В ³ bk + 2 × C2 = 55.1 + 2 × 4 = 63.1 (см)
Принимаем В = 65 (см)
Lтр = Апл.тр В = 2254 65 = 34.6 (см)
Lтр принимаю конструктивно равной наружной ветви колонны Lтр = 40 (см)
Апл.факт = B × Lтр = 65 × 40 = 2600 (см2) > Апл.тр
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
sф = Nb2 Апл.факт = 1893 2600 = 0.73 (кНcм2)
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно:
× (bn + tст – z0) = 2 × (18 + 1.6 – 3.9) = 31.4 (см)
c1 = (40 – 31.4 – 2 × 1.2) 2 = 3.1 (см)
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:
участок 1. [консольный свес с = с1 = 3.1 (см)]
участок 2. [консольный свес с = с2 = 5 (см)]
участок 3. [плита опертая на четыре стороны]
участок 4. [плита опертая на четыре стороны]
Принимаем для расчета Мmax = M3 = 30 (кН см2)
Требуемая толщина плиты:
Принимаем tпл = 32 (мм)
Сварка полуавтоматическая:
Принимаем hтр = 40 (см)
База внутренней ветви:
Апк.тр. = 894 0.84 = 1064 (см2)
В = 65 (см).Lтр = 1064 65 = 16 (см).Принимаю: 30 (см)
Апл.факт. = 65 × 30 = 1950 (см2)
sф = 1064 1950 = 0.55 (кНcм2)
Расстояния между траверсами:
с1 = (30 – 21.5 – 2 × 1.2) 2 = 3.05 (см)
участок 3 участок 4.
Принимаем для расчета Мmax = M34 = 22 (кН× см)
Принимаем tпл = 14 (мм)
Принимаем hтр = 20 (cм)
Для определения анкерных болтов принимаю следующие комбинации усилий:
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. - М. 1982
Металлические конструкции. Под. Ред. Беленя Е. И. - М.: Стройиздат 1976
Телоян А. Л. Конструктивные схемы и узлы стальных конструкций одноэтажных производственных зданий. Методические указания для курсового и дипломного проектирования. Альбом №2. - Иваново ИСИ 1985
Телоян А. Л. Расчет и конструирование стальных стропильных ферм. Методическое указание для курсового и дипломного проектирования. - Иванова ИСИ 1984
Телоян А. Л. Статический расчет рам одноэтажных однопролетных производственных зданий. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию для специальностей: 1402 1205. - Иваново ИИСИ 1985