Стальной каркас одноэтажного промышленного здания

ПЗ.docx

Сопряжение колонны и ригеля
Отметка верха обреза фундаментам
Отметка уровня чистого полам
Отметка гл. рельса м
Грузоподъемность 1-ого крана кН
Грузоподъемность 2-ого крана кН
Тип стеновых панелей
Толщина стеновых панелеймм
Масса стеновых панелей кгм2
Масса окон с переплетом кгм2
Верхний слой гидроизоляционного ковра кгм2
Нижний слой гидроизоляционного ковра кгм2
Толщина верхнего утеплителя мм
Плотность верхнего утеплителя кгм3
Толщина нижнего утеплителя мм
Плотность нижнего утеплителя кгм3
Тип настила покрытия
Толщина настила покрытия м
Масса настила покрытия кгм2
Масса связей по покрытию кгм2
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ
1 Выбор типа поперечной рамы
При грузоподъемности мостовых кранов 500 кН и более колонны рам принимаются ступенчатыми защемленными в фундаментах.
Сопряжение ригелей с колоннами принимается жестким или шарнирным. Жесткое сопряжение ригеля с колонной применяется при наличии значительных по величине горизонтальных воздействий от мостовых кранов (поперечные инерционные силы от торможения тележки) возникающих как правило при грузоподъемности кранов с гибким подвесом 1250 кН и более при кранах с тяжелым режимом работы при кранах с жестким подвесом и т. п. и при высоте здания более 20 м. В остальных случаях применяется шарнирное сопряжение ригеля с колоннами которое к тому же позволяет более широко использовать типовые конструкции.
В курсовом проекте заданием установлено жесткое сопряжение.
2 Разбивка сетки колонн
В соответствии с основными положениями по унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий пролеты и шаги колонн назначаются кратными 6 м. Шаг однопролетных зданий принимается равным 60. Разделение здания на температурные отсеки производится в соответствии с указаниями табл. 44 [1]. При стенках из сборных панелей колонны у торцов здания смещаются с разбивочной оси на 500 мм для осуществления сопряжения стеновых панелей в углах здания (рис. 1).
При установлении основных размеров поперечной рамы производственных зданий должны выполняться следующие условия: обеспечение габаритов для передвижения мостовых кранов; обеспечение жесткости верхней и нижней частей колонн; обеспечение требований унификации объемно-планировочных и конструктивных решений; соответствие требованиям технического задания. Привязку размеров по вертикали производят относительно отметки пола d0 = 0000 м а по горизонтали – разбивочных осей А и Б.
При проектировании являются заданными L = 36 м – пролет цеха и dг=18.7 – отметка головки подкранового рельса эта величина может вычисляться в зависимости от заданного значения максимальной высоты подъема крюка.
Пролет мостового крана Lкр – увязан с пролетом здания зависимостью: Lкр = L - 2λ = 36 - 21 = 34 м
Основные параметры и размеры мостовых электрических кранов среднего режима работы
Характеристика крановых рельсов по ГОСТ 4121-96
Минимальный зазор между мостовым краном и конструкциями каркаса:
●вертикальный Δв + Δдоп = 100 + 300 = 300 мм где 100 мм – зазор обеспечивающий безопасность; 300 мм – прогиб ферм и связей при пролете ферм 24 м;
●горизонтальный Δг = 100 мм (при отсутствии прохода между колонной и горизонтальным выступом крана).
Размеры колонны по вертикали устанавливаются в соответствии с исходными параметрами с учетом габаритов крана и требований унификации.
Требуемая отметка низа ригеля:
Отметка ригеля принимается dр >dртр при этом dр должна быть кратной 06 м. Принимаем dр = 234 м.
Рис. 4 Поперечная рама
Длины нижней части lн и верхней lв ступенчатой колонны устанавливаются следующими:
где отметка чистого пола;
высота подкранового рельса;
высота подкрановой балки назначается по размерам приведенным в таблице:
отметка верхнего обреза фундамента.
Сечение типовой разрезной подкрановой балки из сварного двутавра Шаг колонн 60 м.
Грузоподъемность крана
Тормозные устройства
Размер сечений элементов балки мм
с тормозной фермой (балкой)
Размеры колонны по горизонтали устанавливаются по тем же принципам что и размеры по вертикали также с учетом обеспечения жесткости.
Привязка наружной грани колонны к разбивочным осям А и Б принимается по правилам унификации: а = 025 м при ширине верхней части колонны hв = (04-05) м; а = 05 при hв = (075-1) м. Принимается предварительно привязка а = 025 м.
Ширина нижней части колонны принимается исходя из следующих требований:
● – по условию увязки пролета цеха L и пролета крана Lкр
● – требуемая минимальная ширина нижней части колонны по условию жесткости;
●по требованиям унификации величина hн должна быть кратна 025 м
Принимаем ширину нижней части колонны hн = 125 м с привязкой наружной грани колонны к разбивочной оси а = 025 м
Ширина верхней части колонны:
● – по условию обеспечения габаритов крана;
● по условию жесткости
Окончательно принимаем (с учетом требований унификации):
Соединительная решетка проектируется треугольного типа (без распорок). Шаг решетки принимается 18 м. В случае если разбивка железобетонных стеновых панелей не увязана полностью с разбивкой решетки колонны в местах расположения столиков для опирания панелей в колонне устанавливают распорку.
Высоту траверсы hтр следует назначать в пределах:
Разбивка треугольной системы решетки ригелей (трапецеидального очертания) производится с длиной панели верхнего пояса равной 30 м (горизонтальная проекция).
Решетчатый ригель для рамы с жестким сопряжением ригеля с колонной принят трапецеидального очертания с уклоном верхнего пояса i=01
Рис. 5 Схема решетчатого ригеля рамы
●на опоре (по обушкам поясных уголков)
Решетка ригелей разбита в соответствии с размерами сборных железобетонных настилов (60 х 30 х 03 м) Схемы решетчатых ригелей приведены на рис. 2.2.5.
Схема связей жесткости показана на рис. 2.2.6.
Фахверк продольных стен отсутствует.
Стеновые ограждения приняты из «сэндвич» панелей толщиной t=200 мм.
Рис. 6 Связи жесткости
Рис. 7 Схема торцевого фахверка
РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ КАРКАСА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ
1 Расчетная схема рамы
В процессе разработки компоновочной части проекта была установлена конструктивная схема поперечной рамы. Для определения усилий в элементах рамы сначала выполняется сбор нагрузок и на основе конструктивной схемы строится расчетная схема.
Переход от конструктивной схемы к расчетной начинается с замены реальных стержней поперечной рамы конечными элементами (КЭ) которые совмещаются с линиями проходящими через центры тяжести поперечных сечений стержней. Моделирование примыкания фермы сбоку к колонне и уступов ступенчатых колонн осуществляется абсолютно жесткими вставками или стержневыми элементами имеющую большую жесткость.
2 Нагрузки действующие на раму
На поперечную раму каркаса действуют постоянные и временные (в нашем случае только кратковременные) нагрузки (особые и временная длительная в данном КП не рассматриваются).
Рис. 8 Схема загружения рамы постоянными нагрузками
Рис. 9 Схема загружения рамы временными нагрузками
Таблица 5 - Подсчет интенсивности нагрузок
Виды нагрузок. Вычисления
Нормативная нагрузка
Коэффициент надежности по нагрузке γf
ПОСТОЯННЫЕ НАГРУЗКИ:
Ограждающие конструкции покрытия
Железобетонная плита покрытия (с заливкой швов) размером 03 х 30 х 60
–нижний теплоизолирующий слой t = 009 м γ = 1 кНм3
–верхний теплоизолирующий слой t = 004 м γ = 18 кНм3
–нижний слой гидроизоляционного ковра
–верхний слой гидроизоляционного ковра
Масса связей по покрытию
Ограждающие конструкции стен
«Сэндвич» - панели шириной 12 и 18 м длиной 6 м и t = 02 м
Переплеты остекления
Подкрановая балка с рельсом
Вес балки по принятому сечению:
????ПБ = (045 · 0018 + 025 · 0012 + 105 · · 001) · 785 = 1696 кНм
где 785 кНм3 - объемный вес прок. стали.
Вес рельса: ????р = 11347 кНм
Итого: = (????ПБ + ????р) ·k = (1696 +11347) · · 13 = 368 кНм
ВРЕМЕННЫЕ (КРАТКОВРЕМЕННЫЕ) НАГРУЗКИ:
Место строительства: г. Армавир – II район (прил. Е карта 1 [2]) V = 5 мс t = 0oC тип местности В b = 36 h = 279
Нормативная снеговая нагрузка (по формуле 10.1 [2]):
- (табл. Г.1 [2]) так как α=57º
– так как уклон проектируемого однопролетного здания i = 010 и средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца V = 5мс то коэффициент сноса снега по формуле 10.2. [2]:
где k = 095– коэффициент принимаемый в зависимости от высоты здания и типа местности (табл. 11.2 [2])
b = 36 м – ширина покрытия принимаемая не более 100 м
– Вследствие того что проектируемое здание имеет утепленную кровлю то термический коэффициент сt = 10 (п. 10.10 [2])
Кран грузоподъемностью Q1 = 1000 кН
Вертикальные давления колес крана:
где Q - грузоподъемность крана кН;
Gкр - вес крана с тележкой кН;
n0 - число колес на одной стороне крана.
Горизонтальные давления колес крана:
где = 005 для крана с гибким подвесом;
Кран грузоподъемностью Q2 = 500 кН
Определение средней составляющей ветровой нагрузки wm:
Ветровой район по давлению ветра в г. Армавир – IV район (Прил.Е карта 2а[2]);
Нормативное значение давления ветра wо = 048 кПа (по табл.11.1[2]);
Так как h = 279 м ≤ d=780 м то эквивалентную высоту здания ze принимаем ze = h = 279 м;
Коэффициент распределения давления по высоте k(ze = 279) = 095 (по табл.11.2 [2]);
Аэродинамический коэффициент (прил. В [2]):
Наветренная сторона c1 = 08
Подветренная сторона с2 = -05
По формуле 11.2 [2] вычисляем нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки:
Для наветренной стороны
wm1 = w0 · k(ze) · с1 = 048 · 095 · 08 = 0365 кПа
Для подветренной стороны
wm2 = w0 · k(ze) · с2 = 048 · 095 · (– 05) =
Определение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wp:
Коэффициент давления ветра
(ze = 279) = 0873 (табл. 11.4[2]).
Основной координатной плоскостью параллельно которой расположена расчетная поверхность (продольная стена здания) является плоскость ZOY (рис. 11.2 [2]) в соответствии с этим по табл. 11.7 [2] находим коэффициенты:
тогда коэффициент пространственной корреляции v = 0598 (табл. 11.6 [2]).
Вычисляем пульсационную составляющую ветровой нагрузки по формуле 11.5 [2]:
Для наветренной стороны:
wp1 = wm1 · (ze) · v = 0365 · 0873 · 0598 = 0190 кПа
Для подветренной стороны:
wp2 = wm2 · (ze) · v = – 0228· 0873 · 0598 =
Определение нормативного значения ветровой нагрузки wн:
По формуле 11.1 [2] вычисляем нормативное значение ветровой нагрузки:
Для наветренной стороны:
wн1 = wm1 + wp1 = 0365 + 019 = 0555 кПа
wн2 = wm2 + wp2 = – 0228 – 0119 =
3 Сбор нагрузок на раму
●Распределенная нагрузка на ригель
αугол уклона верхнего пояса ригеля; принято cosα
●Сосредоточенная нагрузка в узле фермы
●Сосредоточенные нагрузки на колонну
Рис. 10 Высотные отметки здания
●Сосредоточенная нагрузка от веса балок
Временные (кратковременные) нагрузки
●распределенная нагрузка на ригель
●сосредоточенная нагрузка в узле фермы
Вертикальная крановая нагрузка
●Давление от двух кранов:
Рис. 11 Схема к расчету давления крана
Горизонтальная крановая нагрузка
Расчетное значение распределенной ветровой нагрузки
-для наветренной стороны:
-для подветренной стороны:
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕШЕТЧАТОГО РИГЕЛЯ РАМЫ
Ферма жестко сопряженная с колоннами рамы при беспрогонной конструкции кровли по железобетонным настилам.
Материал фермы – сталь С245 с расчетным сопротивлением
Рис. 8. Схема фермы (обозначение элементов)
2.Определение РСУ в стержнях фермы
В результате статического расчета поперечной рамы каркаса были получены усилия в каждом элементе рамы в том числе в каждом элементе фермы которые представлены в таблице 11.
3.Определение расчетных длин
Расчетные длины поясов из своей плоскости зависящие от системы связей принимаются: для верхнего пояса в период эксплуатации (ширина плит настила) для нижнего
4.Подбор сечений уголков
●Задаемся гибкостью
●Определяем условную гибкость
●По прил. Д1 [1] находим коэффициент продольного изгиба φ в зависимости от типа сечения (с) и условной гибкости;
●Определяем требуемую площадь и радиус инерции
●По двум параметрам подбираем № уголка
●Выполняем проверки
5.Расчет и конструирование узлов
Расчет рядовых узлов
Соединение поясов с фасонками в узлах верхнего пояса рассчитывается на суммарное усилие а в узлах нижнего пояса – на суммарное усилие – усилия в поясе приложенные справа и слева от рассчитываемого узла фермы (по табл. 13).
Для расчета узлов принята ручная сварка электродами Э46.
Материал фасонок – сталь С245
Расчетное сопротивление углового шва и коэффициенты определяющие глубину провара составляют:
●по металлу границы сплавления
Проверяем правильность выбора марки электрода при ручной сварке:
Расчет сварного соединения с угловыми швами производится:
●по металлу шва при
●по металлу границы сплавления при
Катет углового шва принимаем Требуемая суммарная расчетная длина шва
Расчетная длина шва должна быть и не менее 4 см.
При расчетная длина шва должна быть и не менее 4 см.
Коэффициенты распределения длины швов по перу α"и α' уголков приняты:
●для равнополочных уголков
для неравнополочных уголков соединенных узкими полками
6.Расчет опорного узла
Момент раскладывается на пару сил которые передаются на верхний и нижний пояса фермы.
Материал фланцев – сталь С245
Соединение фланца с фасонкой осуществляется при помощи ручной сварки электродами Э46
Верхний опорный узел
В узле крепления верхнего пояса сила стремится оторвать фланец от колонны и вызывает изгиб.
Желательно чтобы линия действия силы Н проходила через центр фланца тогда усилие растяжения во всех болтах одинаково и определяется:
где – количество болтов.
Требуемая площадь болта:
где – расчетное сопротивление болта класса 5.6 по табл. Г.5 [1].
По табл. Г.9 [1]принимаем болты 20 мм
Исходя из условия размещения болтов установим размеры фланца:
Момент при изгибе фланца определяют как в защемленной балке пролетом b равным расстоянию между болтами:
Требуемая толщина фланца:
где по табл. В.5[1].
Напряжение во фланце:
Шов крепления фланца к фасонке работает на срез и его катет шва:
Под действием опорного давления швы крепления фасонки к фланцу срезаются вдоль шва и в них возникают напряжения:
– вертикальная реакция фермы.
Усилие Н приводит к срезу шва в направлении перпендикулярном оси шва:
Поскольку центр шва может не совпадать с осью нижнего пояса на шов действует момент где е – эксцентриситет приложения усилия Н. Под действием момента шов также работает на срез перпендикулярно оси шва:
Прочность шва или металла по границе сплавления проверяют в наиболее напряженной точке на действие результирующих напряжений:
Болты (6 шт.) назначаются конструктивно 16 мм класса 5.6 т.к. сила Н прижимает фланец к колонне и болты не работают.
Назначаются поперечные размеры фланца 150х10 мм. напряжение смятия торца (в опирании на столик):
Опорный столик толщиной рассчитывается на усилие
Назначен шов Остальные характеристики сварного шва приняты без изменений.
Требуемая длина шва:
Принимается длина столика 23 см.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТУПЕНЧАТОЙ КОЛОННЫ РАМЫ
1 Расчет внецентренно сжатых колонн рам
1.1 Выбор невыгоднейших комбинаций усилий в колонне рамы
Верхняя часть колонны:
Нижняя часть колонны:
комбинация для подкрановой ветви (№1) колонны:
комбинация для наружной ветви (№2) колонны:
1.2 Определение расчетных длин колонн в плоскости рамы
Так как нижний участок рассматриваемой колонны защемлен в основании а верхний участок закреплен от поворота но имеет возможность свободного смещения то определяем коэффициент расчетной длины н по табл. И2 [1]:
По табл. И2 [1] применяя линейную интерполяцию определяем
1.3 Определение расчетных длин колонн из плоскости рамы
Нижняя часть колонны:
Верхняя часть колонны:
2 Расчет верхней части ступенчатой сплошной колонны
2.1 Подбор сечения колонны
Сталь С345. Расчетное сопротивление Ry = 320 Нмм2. Модуль упругости
из плоскости рамы: .
Размеры принятого сечения
Высота сечения колонны: hв = 50 см
Ширина сечения колонны: b = 25 см
Толщина полки: tf = 10 см
Толщина стенки: tw = 10 см
Характеристики принятого сечения
Площадь сечения: А =100 см2
Моменты инерции: Ix = 4293335 см4 Iу = 2608 см4 It = 5019 см4
Моменты сопротивления: Wx = 165128 см3 Wу = 20867 см3
Радиусы инерции: ix = 207 см iу = 51 см
Статический момент инерции: Sx = 86882 см3
Соотношение площадей:
Эксцентриситет приложения силы N:
Относительный эксцентриситет:
Приведенный относительный эксцентриситет:
где – коэффициент влияния формы сечения определяется по табл. Д.2 [1]
Расчетная комбинация усилий
(сечение 4 -Nmax пв) ( п. 4.1)
2.2 Проверка условия прочности на срез
2.3 Проверка колонны на устойчивость в плоскости действия момента
Расчет на устойчивость внецентренно сжатых (сжато-изгибаемых) элементов постоянного сечения в плоскости действия момента совпадающей с плоскостью симметрии следует выполнять по формуле 109 [1]:
где – определяется по табл. Д.3[1] при
= 105 – принимается по табл. 1[1].
Устойчивость обеспечена
1.Расчет внецентренно сжатых колонн рам
выбор невыгоднейшей комбинации усилий
Верхняя часть колонны (сечение 4):
комбинация для подкрановой ветви (№1) колонны (сечение 2):
комбинация для наружной ветви (№2) колонны (сечение 1):
определение расчетных длин колонны
Рис. 9. Расчетная схема ступенчатой колонны при жестком сопряжении ригеля с колонной
Определение расчетной длины колонн в плоскости действия момента
Определение расчетной длины колонн из плоскости действия момента
Закрепление колонны из плоскости рамы осуществляется при помощи вертикальных связей между колоннами и продольных элементов – подкрановых балок и распорок. В местах прикрепления продольных элементов закрепление считается шарнирным. В нашем случае закрепление на уровне базы считается жестким для сквозной колонны и шарнирным для сплошной колонны.
здесь – учитывает податливость заделки;
при постановке распорки
где – высота подкрановой балки.
2.Расчет верхней части ступенчатой колонны
2.1.Подбор сечения колонны
Принимаем материал по табл. В.1 [1]. В нашем случае принимаем сталь С345. Расчетное сопротивление по табл. В.5 [1] для стали С345 при t = 2 – 20 мм принимаем модуль упругости по табл. Г.10 [1].
Высота сечения колонны
– в плоскости рамы:
– из плоскости рамы:
Расчетная невыгоднейшая комбинация усилий (сеч.4):
Расчетные характеристики предварительно принятого сечения:
Радиус ядра сечения:
Эксцентриситет приложения силы
Приведенный относительный эксцентриситет:
где определяют по табл. Д.2 [1]. Для 5 типа сечения. Принимаем предварительно
В соответствии с п. 9.1.2 [1] при и отсутствии ослаблений расчет внецентренно-сжатых стержней производится на устойчивость следовательно требуемую площадь сечения определяем исходя из расчета на устойчивость в плоскости рамы.
где путем интерполирования по табл. Д.3 [1].
Принимаем сварной двутавр со следующим сечением:
Подбор сечения стенки:
1.высота стенки: (принимаем );
а) из условия местной устойчивости стенки
где предельная гибкость стенки определяемая по табл. 22 [1] (на данном этапе условие допускается не учитывать).
б) из условия среза стенки
где поперечная сила в сечении 4 определяемая по табл. 6;
в) из условия корродирования стенки
Толщину стенки принимаем высота стенки
Подбор сечения полки:
В соответствии с ГОСТ 82-70 «Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный»:
Ширину полки принимаем толщину полки
Расчетные характеристики принятого сечения:
)Радиус ядра сечения:
)Условная гибкость:
)Относительный эксцентриситет:
)Приведенный относительный эксцентриситет:
где определяется по табл. Д.2 [1]. Для 5 типа сечения. Так как тогда при интерполяцией получим
2.2.Проверка колонны на устойчивость в плоскости действия момента
Проверку на устойчивость внецентренно-сжатых (сжато-изгибаемых) элементов постоянного сечения в плоскости действия момента совпадающей с плоскостью симметрии выполняют по формуле:
где определяется по табл. Д.3 [1] принимается по табл. 1 [1].
Устойчивость обеспечена.
2.3.Проверка местной устойчивости полок и стенки
Проверка местной устойчивости полки:
В соответствии с п.9.4.7 [1] устойчивость поясов (полок) внецентренно-сжатых (сжато-изгибаемых) стержней с гибкостью следует считать обеспеченной если условная гибкость свеса пояса (полки) не превышает значений предельной условной гибкости определяемых по формулам табл. 22 [1] (табл.17).
Применяя линейную интерполяцию при получим
Устойчивость полки обеспечена.
Проверка местной устойчивости стенки:
В соответствии с п.9.4.2 [1] устойчивость стенок внецентренно-сжатых (сжато-изгибаемых) элементов следует считать обеспеченной если условная гибкость стенки не превышает значений предельной условной гибкости которая определяется по формулам табл. 22 [1] (табл.18).
Так как устойчивость стенки обеспечена то нет необходимости увеличивать предельную условную гибкость .
2.4.Проверка колонны на устойчивость из плоскости действия момента
)Эксцентриситет приложения силы N: где расчетный момент определяется в соответствии с п.9.2.6 [1] а именно для стержней с концами закрепленными от смещения перпендикулярно плоскости действия момента - максимальный момент в пределах средней трети длины но не менее половины наибольшего момента по длине стержня. В нашем случае в сечении 4: от комбинации нагрузок В сечении 3 значение определяется от той же комбинации нагрузок:
В сечении на уровне верхнего пояса подкрановой балки (исходя из соотношения моментов в концевых сечениях).
Тогда расчетный момент:
Проверку на устойчивость внецентренно-сжатых (сжато-изгибаемых) стержней сплошного постоянного сечения кроме коробчатого из плоскости действия момента при изгибе их в плоскости наибольшей жесткости () совпадающей с плоскостью симметрии а также для швеллеров следует выполнять по формуле:
При по табл. Д.1 [1] для типа сечения b (табл.7 [1]); при
при (по формуле (112) [1]
Для составного двутавра коэффициент следует определять по формуле Д.1 [1]:
момент инерции сечения при свободном кручении;
соответственно ширина и толщина листов образующих сечение включая стенку;
3.Расчет нижней части ступенчатой сквозной колонны
3.1.1.Подбор сечения и расчет сквозной колонны как фермы с параллельными поясами
Материал колонны – сталь С345; расчетное сопротивление табл. В.5 [1]; модуль упругости (табл. Г.10 [1]).
Предварительные геометрические характеристики сечения:
Высота сечения колонны установлена при компоновке поперечной рамы.
Сечение наружной ветви из холодногнутого швеллера ограничивается максимальной площадью сечения (ГОСТ 8278-83) с высотой Приближенно максимальная несущая способность ветви
комбинация для подкрановой ветви (№1) колонны (сечение 1):
В нашем случае следовательно принимаем сечение нижней части колонны из двух двутавров.
Требуемая площадь сечения ветвей:
По сортаменту ГОСТ Р 57837-2017 принимаем сечение двутавра со следующими характеристиками:
Характеристики сечения
Подкрановая ветвь (№1)
Расчетная длина ветвей колонны:
в плоскости рамы разбивкой решетки сквозной колонны – .
Площадь сечения колонны
Определяем положение оси Х:
Момент инерции сечения колонны:
Радиус инерции сечения колонны
Уточняем усилия в ветвях колонны с учетом истинного положения центра тяжести колонны:
Проверка устойчивости ветвей колонны:
где коэффициент продольного изгиба при (табл. Д.1 [1]).
Устойчивость ветвей колонны обеспечена.
3.2.Расчет стержней соединительной решетки колонны
Согласно п. 9.3.7 [1] для расчета стержней соединительной решетки колонны определяется максимальное значение поперечной силы выбираемое из двух приводимых ниже значений Q:
Согласно требованиям п. 7.2.7 [1] определяется значение условной поперечной силы:
где максимальное продольное усилие определяемое в сечение 1 по табл. 7;
определяется по табл. Д.1 [1] при
По табл. 6 в сечении 1 выбирается максимальное значение поперечной силы
Максимальное значение поперечной силы –
Расчетное усилие в раскосе –
Выбирается сечение стержней решетки из одиночного уголка Lсо следующими характеристиками сечения (ГОСТ 8509-93):
площадь сечения уголка
наименьший радиус инерции
Определяется гибкость –
Определяется по табл. Д.1 [1] коэффициент продольного изгиба -
Проверка принятого сечения:
где принимается по табл. 1 [1].
Устойчивость раскоса обеспечена.
3.3.Расчет колонны на устойчивость в плоскости действия момента как сквозного внецентренно-сжатого стержня
Материал принимаем (как и в п.7.3.1) сталь С345 при t = 2 – 20 мм с расчетным сопротивлением (табл. В.5 [1]). Модуль упругости (табл. Г.10 [1]).
Высота сечения нижней части колонны
Расчетная длина нижней части колонны в плоскости рамы:
Расчетная комбинация усилий:
a) комбинация для подкрановой ветви (№1) колонны (сечение 1):
b)комбинация для наружной ветви (№2) колонны (сечение 1):
Расчетные характеристики принятого сечения в пп. 7.3.1-7.3.2:
Гибкость колонны в плоскости действия момента
Приведенная гибкость сквозной колонны (табл. 8 [1]):
Эксцентриситет приложения силы N:
при действии комбинации усилий «а»:
при действии комбинации усилий «б»:
Относительный эксцентриситет (формула 123 [1]):
при действии комбинации усилий «а» (сжата подкрановая ветвь)
где для сечения ветви из двутавра
при действии комбинации усилий «б» (сжата наружная ветвь)
Проверка устойчивости колонны в целом в плоскости действия момента:
где коэффициент продольного изгиба при (табл. Д.4 [1]).
Устойчивость колонны в целом обеспечена.
4.Проверка соотношения значений моментов инерции верхней и нижней частей колонны
При статическом расчете жесткой рамы было принято соотношение (для сечений принятых в п. 5).
В результате подбора сечений верхней и нижней частей колонны жесткой рамы получено
для верхней части колонны (п. 7.2.1);
для нижней части колонны (п. 7.3.1).
По результатам подбора сечений получено отношений
Ошибка составляет 1992%. В реальном проекте необходимо было бы произвести перерасчет рамы независимо от величины ошибки с корректированными значениями а в данном курсовом проекте допускается перерасчет не производить.
5.Расчет базы сквозной колонны
База является опорной частью колонны и служит для передачи усилий с колонны на фундамент. Конструктивное решение базы зависит от типа и высоты сечения колонны способа ее сопряжения с фундаментом принятого метода монтажа колонн. В зависимости от типа и высоты сечения колонны применяют общие и раздельные базы которые в свою очередь могут быть без траверс с общими или раздельными траверсами одностенчатыми либо двустенчатыми. Расчет и конструктивное решение вышеперечисленных типов приведен в п. 6.8.5 [3]. В нашем случае для расчета принята конструкция раздельной базы. Если расчетное усилие для подбора сечения ветвей принято в сечении 2 то для расчета базы необходимо взять новую комбинацию усилий в сечении 1.
Материал фундамента принимаем бетон класса В15 с расчетным сопротивлением (табл. 5.2 [9]). Коэффициент условий работы
Материал опорной плиты принимаем сталь С245 толщиной св. 20-30 мм (табл. В.5 [1]) (табл.1 [1]).
Материал траверсы принимаем сталь С245 толщиной 2-20 мм (табл. В.5 [1]) (табл. 1 [1]). Материал и расчетные характеристики для приварки траверс см. ниже.
Материал анкерной плитки принимаем сталь С255 толщиной св. 20-40 мм (табл. В.5 [1]) (табл. 1 [1]).
Усилия сжатия для расчета опорной плиты (п.7.3.1):
Усилия для расчета анкерных болтов:
Расчет опорной плиты:
Площадь опорной плиты определяется из условия локального сжатия (смятия) бетона фундамента по формуле 6.90 [9]:
где коэффициент принимаемый равным 10 при равномерном и 075 при неравномерном распределении местной нагрузки по площади смятия;
расчетное сопротивление бетона сжатию при местном действии сжимающей силы;
площадь приложения сжимающей силы (площадь смятия).
Значение определяют по формуле 6.91 [9]:
где коэффициент повышения расчетного сопротивления бетона при местном сжатии принимаемый не более 25 и не менее 10 а на этапе проектирования (при определении требуемой площади опорной плиты) предварительно назначается в пределах 11 12;
площадь обреза фундамента и опорной плиты соответственно.
В нашем случае требуемая площадь опорной плиты базы:
назначается длина плиты исходя из конструктивных соображений
тогда требуемая ширина плиты принимаем
Уточняется расчетное сопротивление бетона при размерах обреза фундамента (размеры обреза фундамента назначаются кратными 03 м и расстояние от края опорной плиты ветви колонны до края фундамента должно быть не менее 10 см).
Проверка напряжений:
Толщина опорной плиты и размеры траверсы определяются для наиболее загруженной базы ветви колонны а размеры плиты и траверсы для другой ветви принимаются аналогичными. Для рассматриваемого примера рассчитывается база наружной ветви.
Согласно п. 8.6.2 [1] толщина опорной плиты определяется из расчета ее на изгиб как пластинки опирающейся на ветвь колонны и на траверсы и загруженной отпорным давлением фундамента на единицу площади плиты в нашем случае
Изгибающие моменты в опорной плите определяются для каждого участка отличающегося размерами и условиями опирания. В рассматриваемой плите имеются следующие участки:
I участок – плита опертая по трем сторонам с соотношением сторон следовательно расчет производим как для консольного участка с вылетом
II участок – консольный участок с вылетом
III участок – плита опертая по контуру.
Рис. 11. Схема участков опорной плиты для определения изгибающих моментов М
Изгибающий момент в консольных участках определяется по формуле 102 [1] только для II участка:
где определяется по табл. Е.2 [1] в зависимости от отношения длинной стороны плиты b к короткой a
Расчет плиты производится на максимальный изгибающий момент требуемая толщина опорной плиты определяется из расчета ее на изгиб по формуле:
(ширина полосы была принята 1 см)
Высота траверсы определяется из условия расчета сварных швов соединяющих ее с ветвями колонны. Толщина траверсы назначается конструктивно (10 16 мм)
Прочность траверсы проверяется как однопролетной двухконсольной балки опирающейся на ветви (полки) колонны и воспринимающей отпорное давление от фундамента.
Определение нагрузки на траверсу:
Равномерно распределенная нагрузка на траверсу:
Определение усилий возникающих в траверсе:
Определение высоты траверсы:
Принимаем ручную сварку Э42А (табл. Г.1 [1]). Расчетное сопротивление углового шва и коэффициенты определяющие глубину провара составляют:
по металлу шва (табл. Г.2 [1]) (табл. 39 [1]);
по металлу границы сплавления (табл. 4 [1]) (табл. 39 [1]).
Проверяем правильность выбора марки электрода при ручной сварке (п. 14.1.8 [1]):
Расчет сварного соединения с угловыми швами производится (п. 14.1.16 [1]):
по металлу границы сплавления при
В данном случае расчет производим по металлу шва так как
Согласно п. 14.1.7 [1] катет углового шва следует принимать в пределах:
где определяется по табл. 38 [1]; наименьшая из толщин свариваемых элементов.
В данном случае принимаем катет так как
где при тавровом соединении с односторонними угловыми швами и при толщине более толстого из свариваемых элементов (табл.38 [1]);
Расчетная длина шва должна быть
Требуемая расчетная длина шва определяется по формуле 176 [1]:
Принимается траверса высотой
Проверка прочности траверсы:
по нормальным напряжениям от максимального момента:
где момент сопротивления траверсы.
по касательным напряжениям:
по приведенным напряжениям:
Проверка прочности траверсы и сварного шва на максимальное усилие в анкерных болтах:
Максимальное усилие в анкерных болтах возникает в подкрановой ветви колонны и составляет (см. Расчет анкерных болтов).
прочность сварного шва:
Расчет анкерных болтов:
Расчет анкерных болтов следует выполнять в соответствии с прил. 2 [10]. Подбор сечения болтов для обеих ветвей ведется по максимальному усилию растяжения в анкерных болтах и сечение всех болтов принимается одинаковым.
Усилия в анкерных болтах:
В нашем случае расчет производим на усилие (наибольшее усилие растяжения в анкерных болтах). Принимаем в каждой ветви по 4 болта из стали Ст09г2с (табл. Г.7 [1]).
Требуемая площадь болтов нетто (по резьбе) определяется по формуле Г.1 прил. Г [10]:
где коэффициент учитывающий характер изменения нагрузки во времени для статических нагрузок равен 105; количество болтов.
Принимаем 4 болта диаметром (табл. Г.9 [1]).
Конструкцию болта и основные размеры принимаем по ГОСТ 24379.1-80 в нашем случае принимаем болт с анкерной плитой (глухой исполнение 1). Анкерную плитку используем общую под 2 спаренных болта Минимальную глубину заделки болта следует определять по формуле Г.10 прил. Г [10]:
где минимальная глубина заделки (табл. Г.1 прил. Г [10]) для бетона В125 и стали ВСт3кп2;
отношение расчетного сопротивления растяжению бетона В125 к расчетному сопротивлению бетона принятого класса;
отношение расчетного сопротивления растяжению металла болтов принятой марки стали к расчетному сопротивлению стали марки ВСт3кп2.
Исходя из высоты траверсы толщины плитки под анкерные болты (30 40 мм) толщины опорной плиты глубины заделки болта и длины резьбы определяем требуемую длину шпильки:
По прил. Б табл. Б.1 ГОСТ 24379.1-2012 принимаем шпильку длиной
Плитки под анкерные болты рассчитываются на поперечный изгиб от воздействия болтов. Анкерные болты исходя из конструктивных соображений устанавливаются на расстоянии от внутренней грани траверсы. Изгибающий момент в плитке:
Требуемая толщина плитки под анкерные болты:
где длина анкерной плитки под анкерные болты
Принимаем плитку под анкерные болты сечением
Конструктивные требования
Наименьшие допустимые расстояния между осями болтов и от оси крайних болтов до грани фундамента приведены в табл. Г.1 прил. Г [10].
При установке спаренных болтов (например для закрепления несущих стальных колонн зданий и сооружений) следует предусматривать общую анкерную плиту с расстоянием между отверстиями равным проектному расстоянию между осями болтов или устанавливать одиночные болты с разбежкой по глубине.
Расстояния между болтами а также от оси болтов до грани фундамента допускается уменьшить на при соответствующем увеличении глубины заделки болта на Расстояние от оси болта до грани фундамента допускается уменьшить еще на один диаметр при наличии специального армирования вертикальной грани фундамента в метсе установки болта.
Во всех случаях расстояние от оси болта до грани фундамента не должно быть менее 100 мм для болтов диаметром 30 мм включительно 150 мм – для болтов диаметром до 48 мм и 200 мм – для болтов диаметром более 48 мм.
Проверка базы колонны на восприятие сдвигающей силы:
Сдвигающую силу Q действующую в плоскости изгибающего момента для сквозных стальных колонн имеющих раздельные башмаки под ветви колонны допускается воспринимать силой трения под сжатой ветвью колонны удовлетворяющей условию 8 прил.2 [10]:
где Q – максимальная сдвигающая сила в сечении 1;
f – коэффициент трения принимаемый равным 025;
N M –соответственно продольная сила и изгибающий момент в сквозной колонне в сечении 1 соответствующие нагрузкам от которых определяется сдвигающая сила;
h – расстояние между осями ветвей колонны;
b – расстояние от центра тяжести сечения колонны до оси сжатой ветви.
В нашем случае максимальную сдвигающую силу Q и соответствующие ей N M определяем по табл. 6: соответствуют комбинации проверяем условие:
Условие выполняется следовательно сдвигающая сила воспринимается силой трения под сжатой ветвью колонны.
6.Конструкция и расчет сопряжения верхней и нижней частей колонны
Сопряжение верхней и нижней частей колонны осуществляется при помощи:
монтажного стыка на листовых накладках;
накладки соединяющей наружную полку траверсы с наружной ветвью нижней частью колонны.
Монтажный стык на листовых накладках выполняется при помощи сварки на отметке выше уровня головки рельса на 500 мм и проектируется в соответствии с требованиями п. 14 [1] а в курсовой работе данный стык допускается не рассчитывать.
Длина наружной накладки определяется из условия расчета сварных швов а также для равномерного распределения напряжений необходимо соблюдать соизмеримость длины и ширины накладки. Верхняя часть полунакладки приваривается к наружному поясу верхней части колонны нижняя к наружной ветви нижней части колонны.
Траверса на которую передается воздействие верхней части колонны и половина давления подкрановой балки (вторая часть передается на наружное ребро) рассчитывается как однопролетная балка прикрепленная к ветвям колонны.
6.1.Определение длины накладки
Материал накладки – сталь С245 толщиной 2-20 мм толщину накладки принимаем
Для определения максимального продольного усилия в накладке выбирается расчетная комбинация усилий в сечений 3 при которой действует
Продольное усилие в накладке:
Длина полунакладки определяется длиной угловых швов при ручной сварке электродами Э42А
при тавровом соединении с односторонними угловыми швами и при толщине более толстого из свариваемых элементов (табл. 38 [1]).
Требуемая расчетная длина шва:
Расчетная длина шва должна удовлетворять условию:
Принимается длина исходя из условия
верхней части полунакладки
нижней части полунакладки
общая длина накладки
Материал траверсы – сталь С245 толщиной 2-20 мм
Толщину стенки траверсы определяем из условия ее смятия:
ширина нижнего пояса подкрановой балки.
Учитывая возможный перекос опорного ребра балки принимаем
Определяется поперечная сила (опорная реакция траверсы в месте ее примыкания к подкрановой ветви колонны) с учетом действия и специальной комбинации усилий в сечении 3 колонны.
В расчетную комбинацию усилий в сечении 3 входят обязательно все постоянные нагрузки и вертикальное давление крана у левой колонны из поперечных торможений крана следует выбирать ту которая имеет максимальное значение из остальных воздействий берутся такие нагрузки которые увеличивают величину то есть нагрузки со значениями усилий
(если момент в сечении 3 имеет знак «плюс» то второе вычитаем а если имеет «минус» то прибавляем).
Высота траверсы была определена при компоновке рамы. Высота стенки траверсы за вычетом толщины горизонтальных листов составляет
Проверяем прочность траверсы на срез:
Сварные швы крепления траверсы к подкрановой ветви (ш1) вертикального ребра к стенке траверсы (ш2) а также горизонтальных листов траверсы выполняются ручной сваркой электродами Э42А
Предельная длина шва:
Проверка напряжений в сварном шве:
напряжения в сварном шве (ш1):
напряжения в сварном шве (ш2):
где максимальное продольное усилие внутреннего пояса верхней части колонны определяемое в сечении 3.

Графическая часть.dwg

Геометрическая схема фермы ФС1 с сечениями и усилиями
Схема расположения колонн и подкрановых конструкций на отм. +19
Схема расположения колонн на отм. 0
Схема покрытий на уровне верхнего пояса ферм
Схема покрытий на уровне нижнего пояса ферм
Схема торцевого фахверка