Расчет и конструирование промышленного предприятия(машинный зал)

Записка МК.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра строительных конструкций энергетики.
«Проектирование машинного зала электростанции».
Факультет курс группа: ТЭС IV-1
Компоновка поперечной рамы машзала.3
Определение нагрузок на конструкции машзала.5
1 Нагрузки от веса подкрановых балок.5
2 Нагрузки от веса колонн.5
3 Нагрузки от веса стены5
4 Снеговая нагрузка.6
5 Ветровая нагрузка.6
6 Нагрузки от мостовых кранов.6
7 Нагрузки на ригель рамы8
Расчёт колонны ряда А.11
1. Расчёт верхней части колонны.11
2. Расчёт нижней части колонны.15
1 Определение поперечных сил изгибающих моментов.21
2 Определение усилий в элементах фермы23
3. Подбор сечения сжатых элементов фермы.24
4. Подбор сечения растянутых элементов фермы.25
5. Расчёт узла крепления фермы к колонне.27
Компоновка поперечной рамы машзала.
Рис 1. Схема машинного зала электростанции
Место строительства – Смоленск. Пролёт зала составляет 42м. Шаг несущих конструкций – 12м длина машзала – 120м. Отметка оголовка кранового рельса (Hкр.р.) равна 21м. Грузоподъёмность мостового крана составляет 10020т. Стропильная ферма принята с параллельными поясами. Опирание фермы на колонну - сверху. В качестве ограждающих конструкций кровли приняты железобетонные панели.
Колонны машзала выполняются одноступенчатыми. Прежде чем определить высоту верхней и нижней частей колонны необходимо определить зазор a1 (рис. 2)между низом стропильной фермы и верхом крановой тележки. Этот зазор установленный по правилам техники безопасности не позволит крану задевать на нижние пояса ферм а также за элементы связей даже в том случае если прогиб фермы достигнет предельно допустимой СНиП величины. Размер а1 равен
- допускаемый предельный прогиб фермы.
Для пролёта равного 42м . Тогда
Высота верхней части колонны hв определяется высотой мостового крана кранового рельса а также высотой подкрановой балки.
hв = hкр + hкр.р + hп.б. + а1 где hкр – высота крана
hкр.р. – высота кранового рельса
hп.б. - высота подкрановой балки
Необходимые значения возьмём из таблицы характеристик мостовых кранов. Тогда получим
hв = 4600 + 170 + 1600 + 340 = 6710(мм)
Важным размером при компоновке поперечной рамы является отметка низа фермы (отметка верха колонны):
Нф = Нкр.р. + hкр + а1 где Нкр.р. – отметка оголовка кранового рельса
Нф = 21000 + 4600 + 340 = 25940(мм)
Так как отметка низа фермы назначается в соответствии с принятым архитектурным решением фасада и из условия унификации для обеспечения соизмеримости со стандартными ограждающими конструкциями необходимо уточнит величину Нф приняв её кратной 600мм.
n = = 4323 где n – число панелей ограждения .
Приняв n = 44шт получим новую отметку Нф = 44 х 600 = 26400(мм)
Разность отметок составляет 26400 – 25940 = 460мм.
Увеличим на это значение отметку кранового рельса и величину зазора а1:
а1 = 340 + 60 = 400(мм)
Нкр.р. = 21000 + 400 = 21400(мм)
Уточняем высоту верхней части колонны:
hв = 4600 + 170 + 1600 + 400 = 6770(мм)
Высота нижней части колонны равна
hн = Hф - hв + hзагл где hзагл - величина заглубления колонны (1м)
hн = 26400 – 6770 + 1000 = 20630(мм)
Для выполнения расчётов необходимо также знать отметку уступа колонны и отметку верха парапета:
Нуст = Hф - hв или Нуст = hн – hзагл
Нуст = 26400 – 6770 = 20630 – 1000 = 19630(мм)
Нпар = Hф + hф + 1000 где hф - высота фермы (примем равной 3500мм)
Нпар = 26400 + 3500 + 1000 = 30900(мм)
Верхнюю часть колонны проектируем в виде симметричного двутавра. Ширину верхней части колонны bВ из условия жёсткости принимаем равной hв15. Таким образом исходя из расчёта bВ 677015 = 451мм и унифицированных размеров примем bВ = 450мм
Нижняя часть колонны проектируется сквозной из двух ветвей соединённых между собой решеткой. Ширину нижней части колонны bн из условий жёсткости назначаем не менее hн15 и кратной 250мм. Тогда bн = 2063015 = 1375(мм). Окончательно примем bн = 1500мм
Расстояние от наружной грани колонны до точки приложения опорной реакции примем с = 250мм т.к. ферма опирается на колонну сверху и в этом случае расстояние от наружной грани колонны до точки приложения опорной реакции равно ширине надколонника.
Схема компоновки поперечной рамы машзала представлена на рис.2
Определение нагрузок на конструкции машзала.
1 Нагрузки от веса подкрановых балок.
Нагрузка от подкрановых балок передается на колонну в виде сосредоточенной силы приложенной на отметке уступа с эксцентриситетом .
Нагрузка от подкрановых балок зависит от грузоподъемности мостового крана пролета подкрановой балки (шага колонн)и пролета машзала. Расчетная нагрузка определяется по формуле
Рис 2. Схема компоновки поперечной рамы
- нормативная нагрузка от подкрановых балок
=105-коэффициент надежности по нагрузке для стали.
Gп.б. = 55 * 105 = 5775 (КН)
2 Нагрузки от веса колонн.
Нагрузка от веса верхней и нижней частей колонны зависит от пролета машзала шага колонн грузоподъемности крана и нагрузок от покрытия. Расчетная нагрузка от веса верхней и нижней частей колонн равна
где и -нормативные нагрузки от верхней и нижней частей колонны.
Gв = 26 * 105 = 273 (КН)
Gн = 74 * 105 = 777 (КН)
3 Нагрузки от веса стены
При расчете рамы необходимо определить расчетную линейную нагрузку на колонну от веса стенового ограждения
где - нормативная нагрузка от 1 м2 стенового ограждения с ригелями и остеклением
- коэффициент надежности по нагрузки для стенового ограждения
Qст = 12 * 11 * 12 = 1584 (КНм)
4 Снеговая нагрузка.
Примем равномерное распределение снеговой нагрузки. Расчетная схема поперечной рамы машзала при действии снеговой нагрузки в этом случае оказывается такой же как при действии постоянной нагрузки на ригель рамы
Расчетная снеговая нагрузка на 1 кв. м перекрытия Sg принимается по СНиП [3] в зависимости от района строительства. Расчетная линейная снеговая нагрузка на ригель рамы без учета снегового мешка
где - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Для плоской или малоуклонной кровли коэффициент =1.
Опорная реакция стропильной фермы от снеговой нагрузки:
Gсн = 18 * 1 * 12 = 216 (КНм)
Fсн = 216 * 42 2 = 4536 (КН)
5 Ветровая нагрузка.
Так как пульсационная составляющая из-за конструкции машзала несущественна то необходимо определить только статическое ветровое давление действующее на стену машзала неравномерно: до высоты 5 м над уровнем земли оно принимается постоянным а затем увеличивается в зависимости от увеличения высоты здания.
Для расчетов по программе «Zal» достаточно задать расчетное значение ветровой нагрузки qв на колонну ряда А на высоте 5 м
от положительного давления ветра. Значение qв определяется по формуле
где w0 - нормативное значение ветрового давления для заданного района строительства кНм(см. СНиП [3] п.6.4 )
k - коэффициент учитывающий тип местности и изменение ветрового давления по высоте. Коэффициент k в расчетах по программе «Zal» учитывается самой программой
c=08 – аэродинамический коэффициент для отдельно стоящего плоского сплошного здания с наветренной стороны
=14 - коэффициент надежности по нагрузке для ветровой нагрузки
qв= 023 * 1 * 08 * 14 * 12 = 31 (КНм2)
6 Нагрузки от мостовых кранов.
От мостовых кранов на каркас машзала передаются нагрузки в трех направлениях:
- вертикальная нагрузка вызванная весом крана и груза на крюке;
- горизонтальная поперечная нагрузка вызванная силами инерции возникающими при торможении тележки с грузом.
- горизонтальная продольная нагрузка вызванная продольным торможением самого крана.
Однако при расчете поперечной рамы машзала на нагрузки от мостовых кранов учитывают только две их составляющие действующие всегда совместно: вертикальную крановую нагрузку и горизонтальную поперечную крановую нагрузку.
Нагрузки от мостовых кранов определяют с учетом грузоподъемности кранов группы режимов работы способа подвески груза и положения тележки на крановом мосту. Особенностью кранового оборудования главных корпусов электростанций является большая грузоподъемность кранов (до 125 т) легкий режим работы кранов (1К-3К).
Крановые нагрузки являются динамическими однако проявление динамических эффектов на элементы поперечной рамы машзала несущественно и при расчете поперечной рамы крановые нагрузки можно рассматривать как статические.
Мостовые краны через колеса и рельсы передают сосредоточенные вертикальные и горизонтальные давления на подкрановые балки. С подкрановых балок крановая нагрузка в виде вертикальных и горизонтальных реакций передается на колонны.
Машинные залы как правило оборудуют двумя и более мостовыми кранами. Однако крановые нагрузки на колонны и подкрановые балки определяют от совместной работы только двух сближенных кранов. Поскольку крановая нагрузка является подвижной и может занимать любое положение по длине машзала (подкрановой балки) то при расчете рамы определяется наиболее опасное расположение кранов. Для колонн наиболее опасным является такое расположение кранов при котором сумма реакций подкрановых балок опирающихся на данную колонну будет наибольшей. При этом крайнее колесо одного из кранов находится над колонной а другой кран приближен к первому настолько насколько это позволяют длины буферов bбуф. Расчетное расположение кранов изображено на рис.3.
Рис 3. Схема расчетного расположения кранов
Расчетное давление кранов на колонну удобно определять с помощью соответствующей линии влияния опорных реакций подкрановых балок (см. рис.3).Определяют сумму ординат линий влияния в местах расположения колес крана уместившихся на подкрановой балке. Наибольшее значение =1 остальные ординаты линии влияния определяются по правилам геометрии.
y1 = (12 – 15 – 15 – 09 – 46 – 09) 12 = 0217
y2 = (12 – 15 – 15 – 09 – 46) 12 = 0292
y3 = (12 – 15 – 15 – 09) 12 = 0675
y4 = (12 – 15 – 15) 12 = 075
y6 = (12 – 09 ) 12 = 0925
y7 = (12 – 09 – 46) 12 = 0542
y8 = (12 – 09 – 46 – 09) 12 = 0467
Вероятность совпадения нагрузок от нескольких кранов мала. Она зависит от того насколько часто краны поднимают большие грузы и располагаются в наиболее невыгодном положении. Это учитывается в расчетах введением коэффициента сочетания нагрузок который для групп режимов работы 1К-3К равен =085.
Когда мостовые краны находятся в наиболее опасном расположении по отношению к рассматриваемой в расчете колонне а тележки с грузом максимально приближены к ней то на эту колонну будет действовать максимальное вертикальное давление кранов
где = 11 - коэффициент надежности по нагрузке для крановой нагрузки;
= 085 - коэффициент сочетания нагрузок;
- сумма ординат линий влияния в местах расположения колес уместившихся в пределах линии влияния.
Dmax = 11 * 085 * 560 * 4868 = 25489 (КН)
При аналогичном расположении мостовых кранов на подкрановых балках но максимальном удалении тележки с грузом от рассматриваемой колонны на колонну будет действовать минимальное вертикальное давление
Dmin = 11 * 085 * 245 * 4868 = 11151 (КН)
Горизонтальная крановая нагрузка на колонну возникающая от одновременного торможения двух тележек с максимальным грузом
T = 11 * 085 * 18 * 4868 = 82 (КН)
7 Нагрузки на ригель рамы
Определим нагрузки от покрытия результаты занесём в таблицу 1.
Несущие э-ты кровли (железобетон)
Тогда опорная реакция фермы равна
верх парапета = 30900мм
верх колонны = 26400мм
уступ колонны = 19630мм
низ колонны = -1000мм
Размеры конструкций машзала:
ширина верхней части колонны = 450мм
ширина нижней части колонны = 1500мм
расстояние от наружной грани колонны до точки приложения опорной реакции
стропильной фермы = 250мм
высота подкрановой балки = 1600мм
моменты инерции сечения колонн:
в верхней части = 1.00
в нижней части = 10.00
Расчетные нагрузки на колонну ряда А:
- реакция стропильной фермы = 10584 КН
- вес верхней части колонны = 273 КН
- вес нижней части колонны = 777 КН
- вес подкрановой балки = 5775 КН
- линейная нагрузка от веса стены = 1584 КН
б) снеговая нагрузка = 4536 КНм
в) ветровая нагрузка
- линейная нагрузка на колонну на отметке 5 м = 31 КНм2
- реакция стропильной фермы при ветре со стороны ряда А = 001 КН
- реакция стропильной фермы при ветре со стороны ряда В = 001 КН
г) крановые нагрузки
- max вертикальная = 25488 КН
- min вертикальная = 11151 КН
- горизонтальная = 82 КН
Расчёт колонны ряда А.
Колонны ряда А - одноступенчатые. Верхняя часть колонн выполняется в виде сварного двутавра развитого в плоскости действия момента. Нижняя часть колонны выполняется составного сечения. Подкрановые балки опираются на уступ нижней части колонны и располагаются по оси подкрановой ветви. Верхнюю и нижнюю части колонны рассчитывают отдельно как самостоятельные конструкции каждая из которых имеет свои размеры расчетные длины и комбинации нагрузок.
1. Расчёт верхней части колонны.
Исходные данные: hв = 6770 мм = 677 см
hп.б. = 1600 мм = 160 см
Для верхней части колонны принимаем сталь С375 ( Ry = 345 кНсм2)
1.1. Определение расчётной длины и усилий.
Расчетная длина верхней части колонны в плоскости рамы равна
= 25×677 = 16925 см.
Расчетная длина верхней части колонны из плоскости рамы равна
Расчётные комбинации усилий определяем по таблице в сечении 2-2. Наибольшие значения:
М = 43838 кН*м = 46338кН*см
1.2. Подбираем сечение верхней части колонны.
Сечение верхней части колонны подбираем из сварного двутавра (рис.4)
Для определения площади сечения необходимо знать радиус инерции который в первом приближении можно принять равным
ix = 042*bв = 042 * 45 = 189 см
а также радиус ядра сечения:
Определяем условную гибкость по формуле:
Рис 4. Схема сечения верхней части колонны
и относительный приведенный эксцентриситет
где - коэффициент влияния формы сечения. В первом приближении можно принять ;
– эксцентриситет приложения силы.
Определив условную гибкость и относительный приведённый эксцентриситет по табл.74 СНиП интерполяцией находим коэффициент=0271
и получаем требуемую площадь сечения верхней части колонны в первом приближении:
Определив требуемую площадь сечения верхней части колонны назначаем размеры стенки и полок.
Стенку изготавливают из листового проката толщину которого принимают равной 170 – 180 ширины сечения колонны но не менее 6 мм. При толщине полок более 20 мм толщину стенки принимают не менее 8 мм.
Пояса делают из широкополосного универсального проката. Ширину полок назначают такой чтобы возможно было применить автоматическую сварку при изготовлении верхней части колонны.
Принимаем толщину стенки 8 мм а полок 16 мм. Тогда ширина полок
В соответствии с сортаментом горячекатаного широкополосного универсального проката принимаем полку из листа 450 х 16 мм. При сварке полок и стенки применяем полуавтоматическую сварку. Принятое сечение колонны изображено на рис 5.
1.3. Определяем геометрические характеристики сечения.
- площадь сечения верхней части колонны:
= 418*08 + 2*45*16 = 17744 см2
- моменты инерции сечения относительно осей и :
Рис 5. Принятое сечение верхней части колонны
- момент сопротивления сечения относительно оси :
-радиусы инерции относительно осейи:
= = 2024см; = = 117см;
- гибкости верхней части колонны относительно осей и :
= = 836284; = = 44245. .
Гибкости и не превышают 120.
1.4. Проверяем устойчивость верхней части колонны в плоскости изгиба.
Определяем коэффициенты и :
где - коэффициент определяется по табл. 73 СНиП в зависимости от отношения площадей полки и стенки
=(45*16)(418*08) = 215 > 10
условной гибкости = 342 5 и относительного эксцентриситета
=(19 - 01*152) - 002*(6 - 152)*342 =144.
Зная приведенный относительный эксцентриситет = 219 и относительную гибкость=342 по табл.74 СНиП интерполяцией находим значение = 0281.
Устойчивость верхней части колонны в плоскости изгиба (рамы) проверяем по формуле
= = 3353 кНсм2 = 345 кНсм2.
1.5. Проверяем устойчивость верхней части колонны из плоскости рамы.
Проверку устойчивости верхней части колонны из плоскости изгиба (в направлении оси у) выполняем по формуле
Коэффициент определяем из табл. 72 СНиП [1] по ранее найденному значению=45 =0842
Коэффициент учитывает влияние момента в плоскости рамы на устойчивость колонны из плоскости. Коэффициент определяется в зависимости от относительного эксцентриситета
При определении относительного эксцентриситета за расчетный момент принимается максимальный момент в пределах средней трети высоты верхней части колонны(как для стержней с шарнирно-опертыми концами и закрепленными от смещения).
= 23*46338 = 30892 кНсм.
При значениях относительного эксцентриситета коэффициент определяется по формуле
где значения и определяются по табл. 10 СНиП .
При 1 =101 5 = 065 + 005*101 =07
При = 45 = = = 767 =1;
Подставляем значения и в формулу и проверяем устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента.
1.6. Проверяем гибкость верхней части колонный в плоскости и из плоскости рамы.
Гибкости верхней части колонны в плоскости и из плоскости рамы были определены выше и соответственно равны =84; =45.
Гибкость колонны не должна превышать предельной.
Определяем предельную гибкость верхней части колонны в плоскости рамы предварительно определив коэффициент
Определяем предельную гибкость верхней части колонны из плоскости рамы
Из сопоставления расчетов видно что гибкость верхней части колонны не превышает предельную.
1.7. Проверяем местную устойчивость полки верхней части колонны.
Для обеспечения местной устойчивости полки внецентренно - сжатой колонны необходимо соблюдать условие
В нашем случае отношение свеса полки к толщине полки (рис5) не превышает допускаемых величин
Условие выполняется следовательно полка верхней части колонны не потеряет местную устойчивость.
1.8. Проверяем местную устойчивость стенки верхней части колонны.
Для обеспечения местной устойчивости стенки колонны необходимо соблюдать условие:
где- определяем из табл.27 СНиП в зависимости от величины . При 2 но не более 31
= 12 + 035*342 =239 31 ;
Условие выполняется следовательно стенка верхней части колонны не потеряет местную устойчивость.
2. Расчёт нижней части колонны.
Нижнюю часть колонны принимаем сквозного сечения состоящего из двух ветвей соединенных решеткой. Наружная ветвь называется шатровой а внутренняя - подкрановой. Так как машинный зал электростанции имеет большие пролеты и оборудованы кранами большой грузоподъемности то обе ветви оказываются приблизительно одинаково нагруженными и их сечение можно проектировать из одинаковых прокатных двутавров.
Решетку проектируют из одиночных уголков. Устанавливают их в двух плоскостях приваривая к полкам ветвей или к фасонкам приваренным к полкам ветвей. Схему решетки принимаем треугольную.
Исходные данные: hн = Нуст + hзагл = 19630 + 1000 = 20630 (мм)
Для нижней части колонны принимаем сталь С375 ( Ry = 345 кНсм2)
2.1. Определение расчётной длины и усилий.
Расчетная длина всей нижней части колонны в плоскости действия момента равна
= 16 * 2063 = 3301 см.
Расчетная длина всей нижней части колонны из плоскости действия момента равна расчетной длине ветвей и равна
= 20632 = 10315 см т.к. имеется распорка по середине длины нижней части колонны
Из таблицы в сечениях 3-3 и 4-4 выбираем несколько наиболее опасных комбинаций и :
= 7096 кНм; = - 42758 кН;
= 81161 кНм; = - 442914кН;
= -92624 кНм; = - 36165 кН;
2.2. Подбираем сечение ветвей нижней части колонны.
Продольные усилия в ветвях колонны от выше указанных комбинаций и подбираем по формуле . В первом приближении принимаем
= 1500 - 100 = 1400 мм
где 100 мм – в первом приближении половина ширины полки.
9614 + 427582 = 2645 кН
16114 + 4429142 = 2794 кН
62414 + 362152 = 2472 кН
Наиболее опасная - вторая комбинация усилий следовательно ее принимаем за расчетную и используем в дальнейших расчетах.
2.3. Определение требуемую площадь сечения ветвей.
Задаемся гибкостью = 60 для которой по табл.72 СНиП [1] находим коэффициент = 0755.
По сортаменту подбираем двутавр I 50Б2 =1028 см2; =1873 см4;
=213 см; =433 см; =200 мм.
2.4. Проверяем устойчивость ветви из плоскости изгиба.
Определяем гибкость = » 48;
по табл. 72 СНиП [1] при= 48 = 0833
Определяем недонапряжение
Недонапряжение не превышает 5 10 % следовательно окончательно принимаем I 50Б2.
На рис 6 показано сечение нижней части колонны из подобранных двутавров.
Рис 6. Принятое сечение нижней части колонны
2.5. Проверяем гибкость ветви из плоскости изгиба.
Гибкость ветви=48. Предельная гибкость:
= 180 – 60 * 095 = 1236
Следовательно гибкость ветви не превышает предельной.
2.6. Определяем расстояние между узлами решётки.
Проверив устойчивость ветви из плоскости изгиба обеспечивают ее равноустойчивость в плоскости изгиба = 48.
Ветвь в плоскости изгиба будет терять устойчивость на участке между узлами решетки ( рис. 7). Следовательно расчетная длина ветви в плоскости изгиба равна расстоянию между узлами решетки а гибкость
откуда требуемое расстояние между узлами решетки
= 48* 433 =20784 см = 20784мм.
2.7.Компонуем решетку колонны.
Принимаем расстояние = 180 мм; высоту траверсы = 07 * 1500 =1050 мм (рис.111); оставшееся расстояние
= = 20630 – 1050 – 180 = 19400 мм
Определяем число полушагов решетки = 2* 194002078 = 187.
Уточняем размер полушага решетки приняв = 19.
= 1940019 = 1021 мм.
Рис 7. Расчетная схема колонны
Определяем угол наклона раскосов (рис7).
= 10211500 = 0681 откуда » 35°.
Угол » 35° находится в допускаемых пределах от 30 до 60°.
Изменяем размер = 180 +1 = 181 мм.
Проверяем размеры колонны по вертикали
= 1050 + 1021 * 19 + 181 = 20630 мм.
2.8. Подбираем сечение раскосной соединительной решетки.
Определяем поперечные силы реальную и условную .
Максимальное абсолютное значение реальной силы = 7899 кН находим в таблице. Условную силу возникающую в результате изгиба ветвей при потере ими устойчивости определяем по формуле
Рис 8. Расчетная схема раскоса
Так как сечение раскоса подбираем по поперечной силе =7899 кН. Усилие в одном раскосе:
Раскосы принимаем из одиночных равнополочных уголков. Требуемая площадь сечения одного уголка
где =0258 при гибкости = 130.
Принимаем уголок 755; = 739 см2; = 149 см.
Определяем длину раскоса
2.9. Проверяем устойчивость и гибкость раскоса.
Сечение раскоса приняли из одиночного уголка следовательно устойчивость будем проверять относительно оси наименьшей жесткости Определяем гибкость = 174149 = 1167 »117. При гибкости = 117 = 0286
Проверяем устойчивость по формуле
= 2281 кНсм2 = 345 * 075 = 2588 кНсм2
где - коэффициент условий работы сжатого одиночного уголка.
Проверяем предельную гибкость раскоса
= 210 - 60 * 088 = 1572
Гибкость раскоса = 117 меньше предельной =1572.
2.10. Проверяем устойчивость нижней части колонны как единого сквозного стержня.
Проверку устойчивости выполняем по формуле . Для определения коэффициента в формуле необходимо определить относительный эксцентриситет и условную гибкость колонны. Относительный эксцентриситет вычисляется по формуле
где = 81161442914 = 1832 - эксцентриситет;
= 2 *1028 =2056 см2- площадь поперечного сечения нижней
- момент инерции сечения колонны относительно оси :
=2*(1873 + 1028 *1402 4) = 1011186 см4
где = 1873 см4 - момент инерции ветви относительно собственной оси.
Условная приведенная гибкость колонныопределяем по формуле
где - приведенная гибкость колонны относительно оси определяемая по табл. 7 СНиП равна
где = 33017013 =4706 гибкость стержня относительно оси ;
= = 7013 см - радиус инерции сечения колонны относительно оси;
Проверяем устойчивость нижней части колонны как единого сквозного стержня. По табл. 75 СНиП [1] линейной интерполяцией находим коэффициент = 0627 при = 026 и =21.
= = 2167 кНсм2 345 кНсм2
Схема с изображением элементов фермы представлена на рис 9.
Рис 9. Схема элементов фермы
1 Определение поперечных сил изгибающих моментов.
Определим линейную расчетную нагрузку:
Определим узловую нагрузку и опорную реакцию фермы (рис.10):
Рис 10. Схема приложения узловой нагрузки
Найдем усилия в элементах фермы (рис.9). Произведем расчет используя балочный метод по рис.:
Построим эпюру моментов:
Рис 11. Эпюра моментов
Построим эпюру поперечных сил:
Рис 12. Эпюра поперечных сил
2 Определение усилий в элементах фермы.
Найдем усилия в элементах “В” и “Н” см. рис9 и рис.13 :
Рис 13. Фрагмент фермы
3. Подбор сечения сжатых элементов фермы.
Подбор сечения сжатых элементов фермы производим по формуле
= N(φ*A) ≤ Ry*γc задавшись в первом приближении гибкостью λ = 80 при которой φ = 0602 для С345 (Ry = 315 кНсм2). Усилия определяем из таблицы комбинаций усилий.
3.1. Элементы верхнего пояса.
Верхний пояс состоит из двух равнополочных уголков. Расчётная длина элементов верхнего пояса lx = 2750мм ly = 275см – для первого эл–та lx = ly = 3000 мм = 300см – ля последующих (ширина панели расстояние между узлами фермы)
А = 2101(0602 *315*095*2) = 5831 см2
По сортаменту выбираем уголок 200х16 с Аф = 62 см2 ; i iy = 873 (двух уголков).
λпред = 180 - 60α = 180 – 60*067 = 139
α = N( φ*A* Ryγc) = 2101(0842*2*62*315*095) = 067
λx = 27562 = 45 λпред λy = 275873 = 32 λпред
= 2101(0842*62*2) = 2012 кНсм2 299 кНсм2
А = 3574(0602 *315*095*2) = 992 см2
По сортаменту выбираем уголок 200х25 с Аф = 943 см2 ; i iy = 895 (двух уголков).
λпред = 180 - 60α = 180 – 60*073 = 1362
α = N( φ*A* Ryγc) = 3574(0820*2*943*315*095) = 073
λx = 300606 = 50 λпред λy = 300895 = 34 λпред
= 3574(0820*943*2) = 231 кНсм2 299 кНсм2
А = 4309(0602 *315*095*2) = 1196 см2
По сортаменту выбираем уголок 200х30 с Аф = 112 см2 ; i iy = 905 (двух уголков).
λпред = 180 - 60α = 180 – 60*073 = 1332
α = N( φ*A* Ryγc) = 4309(0820*2*112*315*095) = 078
λx = 3006= 50 λпред λy = 300905 = 331 λпред
= 4309(0820*112*2) = 2345 кНсм2 299 кНсм2
Раскосы состоят из двух равнополочных уголков. Расчётная длина элементов раскоса lx = ly = = 445 см (для первого раскоса)
lx = ly = = 461 см (для последующих раскосов)
λ = 80 при которой φ = 0686 для С245 (Ry = 24 кНсм2)
А = 17665 (0686 *24*2*095) = 5647 см2
По сортаменту выбираем уголок 200х14 с Аф = 546 см2 ; i iy = 873 (двух уголков).
λпред = 180 - 60α = 180 – 60*094 = 126
α = N( φ*A* Ryγc) = 17665(0750*2*546*24*095) = 094
λx = 44562 = 72 λпред λy = 445873 = 51 λпред
= 17665(0750*2*546) = 2156 кНсм2 228 кНсм2
А = 12713 (0686 *24*2*095) = 4064 см2
По сортаменту выбираем уголок 180х12 с Аф = 422 см2 ; i iy = 79 (двух уголков).
λпред = 180 - 60α = 180 – 60*098 = 1212
α = N( φ*A* Ryγc) = 12713(0669*2*422*24*095) = 098
λx = 461559 = 82 λпред λy = 46179 = 59 λпред
= 12713(0669*2*422) = 2251 кНсм2 228 кНсм2
А = 7063 (0686 *24*2*095) = 2257 см2
По сортаменту выбираем уголок 160х10 с Аф = 314см2 ; i iy = 705 (двух уголков).
λпред = 180 - 60α = 180 – 60*083 = 132
α = N( φ*A* Ryγc) = 7063(0592*2*314*24*095) = 083
λx = 461496 = 93 λпред λy = 461705 = 65 λпред
= 7063(0592*2*314) = 19 кНсм2 228 кНсм2
А = 1413 (0686 *24*2*095) = 451 см2
По сортаменту выбираем уголок 110х8 с Аф = 172см2 ; i iy = 502 (двух уголков).
λпред = 180 - 60α = 180 – 60*05 = 150
α = N( φ*A* Ryγc) = 1413(0358*2*172*24*095) = 0 5
λx = 461339 = 136 λпред λy = 461502 = 92 λпред
= 1413(0358*2*172) = 1147 кНсм2 228 кНсм2
Стойки состоят из двух равнополочных уголков. Расчётная длина стоки lx = ly = 350 см
А = 2147 (0686 *24*2*095) = 686 см2
По сортаменту выбираем уголок 100х8 с Аф = 156см2 ; i iy = 462 (двух уголков).
λпред = 180 - 60α = 180 – 60*068 = 1392
α = N( φ*A* Ryγc) = 2147(0440*2*156*24*095) = 0 68
λx = 350307 = 115 λпред λy = 350462 = 75 λпред
= 2147(0440*2*156) = 156 кНсм2 228 кНсм2
4. Подбор сечения растянутых элементов фермы.
Подбор сечения растянутых элементов фермы производим по формуле
= N(A) ≤ Ryγc .Усилия определяем из таблицы комбинаций усилий. λпред = 400
(Согласно СНиП II-23-81* таб.20)
Выбираем сталь С245 (Ry = 24 кНсм2)
4.1. Элементы нижнего пояса.
Нижний пояс состоит из двух равнополочных уголков. Расчётная длина элементов нижнего пояса lx == 5750 мм = 575см ly = 5750мм = 575см – для первого элемента lx == 6000 мм = 600см ly = 12000мм = 1200см – для последующих (расстояние между узлами фермы).
А = 1139 5 (24*2*095) = 249 см2
По сортаменту выбираем уголок 140х10 с Аф = 273 см2; i iy = 626 (двух уголков).
λx = 575433 = 132 λпред λy = 575626 = 92 λпред
= 1139 5(273*2) = 2086 кНсм2 228 кНсм2
А = 2979 9 (24*2*095) = 653 см2
По сортаменту выбираем уголок 200х20 с Аф = 765 см2; i iy = 886 (двух уголков).
λx = 600617 = 97 λпред λy = 1200886 = 135 λпред
= 2979 9(765*2) = 195 кНсм2 228 кНсм2
А = 4083 9 (24*2*095) = 8955 см2
По сортаменту выбираем уголок 200х25 с Аф = 943 см2; i iy = 895 (двух уголков).
λx = 600606 = 99 λпред λy = 1200895 = 134 λпред
= 4083 9(943*2) = 2165 кНсм2 228 кНсм2
А = 4452 1 (24*2*095) = 9763 см2
По сортаменту выбираем уголок 200х30 с Аф = 112 см2; i iy = 905 (двух уголков).
λx = 6006= 100 λпред λy = 1200905 = 133 λпред
= 4452 1(112*2) = 1987 кНсм2 228 кНсм2
Раскосы состоят из двух равнополочных уголков. Расчётная длина растянутых раскосов lx = ly = = 461 см
Принимаем сталь С245 (Ry = 24 кНсм2)
А = 1553 7 (24*2*095) = 341 см2
По сортаменту выбираем уголок 160х12 с Аф = 374 см2; i iy = 709 (двух уголков).
λx = 461494= 93 λпред λy = 461709 = 65 λпред
= 1553 7(374*2) = 2077 кНсм2 228 кНсм2
А = 988 7 (24*2*095) = 217 см2
По сортаменту выбираем уголок 125х9 с Аф = 22 см2; i iy = 563 (двух уголков).
λx = 461386= 119 λпред λy = 461563 = 82 λпред
= 988 7(22*2) = 2247 кНсм2 228 кНсм2
А = 423 7 (24*2*095) = 929 см2
По сортаменту выбираем уголок 80х6 с Аф = 938 см2; i iy = 38 (двух уголков).
λx = 461247= 186 λпред λy = 46138= 121 λпред
= 423 7(938*2) = 2258 кНсм2 228 кНсм2
5. Расчёт узла крепления фермы к колонне.
Расчёт узлов фермы производится из условия сварки её элементов между собой (равнополочные уголки и фасонки).
Рис.14. Узел крепления нижнего пояса фермы к колонне.
5.1 Расчет сварных швов.
Nоб = 07N = 07*17665 = 12365 Кн
Nп = 03N = 03*17665 = 5299 Кн
Вид сварки – полуавтоматическая в среде углекислого газа;
Сварочный материал – проволока св08Г2С
Положение шва в пространстве – нижнее;
Расчетные сопротивления: по металлу шва Rwf=215 кНсм2 (т.к. проволока св08Г2С таб. 56 СНиП); по металлу границы сплавления Rwz=045Run=045*37=1665 кНсм2 (где Run=37 кНсм2 для стали С245);
Коэффициенты глубины проплавления для сварки при катете шва kfоб=12мм по шву f=08; по зоне сплавления z=10;
Коэффициенты глубины проплавления для сварки при катете шва kfп=10мм по шву f=08; по зоне сплавления z=1;
Коэффициент γw=1 γc=095
5.1а Расчет шва по обушку.
Определяем отношение f Rwf z Rwz= (08*215)(1*1665)= 1033 > 1 следовательно расчет выполняем по металлу границы сплавления по формуле:
+1 = 34 см. (с учетом на непровар)
5.1б Расчет шва по перу.
99(2*1*1*1665*095*1) = 1675
+1 = 18см (с учетом на непровар).
5.2 Расчет прикрепления фланца к фасонке.
+V = Vпост + 09(V2+V4+V7)=390+09(11+256+527)=11937 кН
-V = Vпост – 09(V3+V5+V6+V8)=390 – 09(341+808+353+527)= -14361 кН
Расчетные сопротивления: по металлу шва Rwf=215 кНсм2 (т.к. проволока св08Г2С); по металлу границы сплавления Rwz=045Run=045*37=1665 кНсм2 (где Run=37 кНсм2 для стали С245);
Коэффициенты глубины проплавления для однопроходной сварки при катете шва kf=11мм по шву f=08; по зоне сплавления z=10;
Определяем отношение f Rwf z Rwz= (08*215)(10*1665)= 1033 > 1 следовательно проверку выполняем по металлу границы сплавления по формуле:
F= Fоп.пост.+ Fоп.снег. =10584 +4536 = 1512 см
-1 =72см=85*08*11=748см

Чертеж.dwg

Фамилия преподавателя
КАФЕДРА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИИ
СХЕМА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ М1:200
БИКРОСТ УНИФЛЕКС ЦП СТЯЖКА МИНЕРАЛОВАТНАЯ ПЛИТА ФОЛЬГОИЗОЛ ЖБ ПЛИТА ПОКРЫТИЯ
ПО НИЖНИМ ПОЯСАМ ФЕРМ
ПО ВЕРХНИМ ПОЯСАМ ФЕРМ
Геометрические размеры (мм)
Отправочная марка Ф-1 М1:200
Отправочная марка Ф-2 М1:200
ТОРЕЦ КОЛОННЫ ФРЕЗЕРОВАТЬ
ОПОРНЫЕ РЕБРА СТРОГАТЬ
ФУНДАМЕНТНЫЕ БОЛТЫ Ф24
ФРЕЗЕРОВАТЬ ПЛИТУ И НИЖНЮЮ ЧАСТЬ КОЛОННЫ
ОТВЕРСТИЯ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ СВЯЗЕЙ
Примечания 1. Материал конструкции: колонна - сталь марки С375
ферма - С345 (ВП1-3)
С) 2. Катеты сварных швов 6 мм
кроме оговоренных. 3. Болты нормальной точности М20 из серии "Селект"
кроме оговоренных. 4. Все конструукции покрыть масляной краской .