Конструювання будівлі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

1. Компонування поперечної рами

1.1 Розміщення колон на плані

1.2 Розробка конструктивної схеми каркасу

1.3 Забезпечення просторової жорсткості будівлі

2. Розрахунок поперечної рами

2.1 Визначення навантажень на раму

2.1.1 Постійне навантаження

2.1.2 Снігове навантаження

2.1.3 Кранове навантаження

2.1.4 Вітрове навантаження

2.2 Вихідні дані для статичного розрахунку рами

2.3 Розрахункова схема і статичний розрахунок рами

3. Розрахунок та конструювання колони

3.1 Вихідні дані для розрахунку колони

3.2 Визначення розрахункових довжин ділянок колони

3.3 Підбір перерізу верхньої частини колони

3.4 Підбір перерізу нижньої частини колони

3.5 Перевірка стійкості колони в цілому

3.6 Розрахунок з'єднання верхньої частини колони з нижньою

3.7 Розрахунок бази колони

3.8 Розрахунок фундаментних болтів

4. Розрахунок та конструювання ферми покриття

4.1 Збір навантаження і статичний розрахунок ферми

4.2 Підбір перерізів стержнів ферми

4.2.1 Загальні положення

4.2.2 Підбір перерізу верхньої частини поясу

4.2.3 Підбір перерізу нижнього поясу

4.2.4 Підбір перерізу нижнього поясу

4.3 Конструювання та розрахунок вузлів ферми

4.3.1 Конструювання та розрахунок проміжних вузлів ферми

4.3.2 Розрахунок та конструювання опорних вузлів ферми

Література

Основні характеристики мостового крану Q=80/20 т

Вантажна підйомність крана, т

Проліт будівлі

Розміри, мм

Тиск колеса крана, кН

Маса, т

Тип кранової рейки

Головний гак

Допоміжний гак

Нк

В1

В2

К

F1

F2

Візка Gt

Крана з візком G

80

20

24

3700

400

9100

4350

350

370

38

110

КР-100

Габаритні розміри мостового крану:

Q=80/20 т

1. Компонування поперечної рами

1.1 Розміщення колон на плані

Розміщення колон на плані (рис. 1.1) приймають з урахуванням технологічних, конструктивних та економічних факторів. Воно повинно бути узгоджене з габаритами технологічного обладнання, його розташуванням та напрямком вантажопотоків.

Колони розміщують так, щоб разом з ригелями вони утворювали поперечні рами.

Крок колон відповідно до завдання становить 6м. Біля торців будівлі колони зміщують всередину будівлі на 500мм для зручності оформлення кутів будівлі стандартними огороджу вальними конструкціями.

1.2 Розробка конструктивної схеми каркасу

навантаження розрахунок стержні

Компонування поперечної рами починають з визначення вертикальних розмірів будівлі, які залежать від технологічних умов виробництва, габаритів технологічного обладнання і підйомно-транспортних механізмів. Вони визначаються відстанню від рівня підлоги, відмітку якої приймають нульовою, до головки кранової рейки Н₀ і відстанню від головки кранової рейки до низу несучих конструкцій покриття Н₃ (рис. 1.2). Розмір Н₃ диктується габаритами мостового крана і умовами безпечної експлуатації крана та несучих конструкцій каркасу будівлі:

Н₃ = Н_к + а = 3,70+ 0,5 = 4,20 м

Де Н_к - висота мостового крана; а - розмір, який враховує прогин конструкцій покриття та висоту виступаючих донизу елементів, а також мінімальний зазор між верхньою точкою візка крана і низом несучої конструкції покриття, виходячи з вимог техніки безпеки. Корисна висота будівлі:

Н₄ = Н₀ + Н₃ = 15,9 + 4,20 = 20,10 м,

Довжина верхньої та нижньої частин колони:

Н₂ = h_b + H₃ = 1,2 + 4,20 = 5,40 м,

Н₁ = Н₄ - Н₂ + h₃ = 20,10 - 5,40 + 1,0 = 15,7 м,

Де h_b - висота підкранової балки з рейкою; h₃ - заглиблення колони нижче нульової відмітки. Загальна висота колони від низу бази до низу ригеля:

Н = Н₁ + Н₂ = 15,7 + 5,40 = 21,10 м.

Висота ферми на опорі для трапецієподібного контуру поясів h₀=2,2 м, а висота ферми посередині прольоту:

h_f = h₀ + 0,5·L·i = 2,2 + 0,5·24·0,1 = 3,4 м,

Де L=24м - проліт ферми; i - ухил верхнього поясу ферми.

Після визначення необхідних розмірів по вертикалі визначають основні габаритні розміри по горизонталі. Прив'язку зовнішньої грані колони крайнього ряду до поздовжньої координаційної осі будівлі приймаємо залежно від висоти будівлі і вантажопідйомності крана b₀=250 мм. Ширину перерізу верхньої частини колони приймаємо з умови стійкості таким чином, щоб:

м.

Остаточно приймаємо h₂=500 мм.

Ширину перерізу нижньої частини колони приймають з умови забезпечення необхідної жорсткості будівлі в поперечному напрямку таким чином, щоб:

.

Приймаємо h₁=1250 мм.

Відстань від осі колони до осі підкранової балки:

л = h₁- b₀ = 1250- 250 = 1000мм.

Для того, щоб кран під час руху не торкався колон, повинна виконуватись умова:

л =1000 мм > В₁ + (h₂- b₀ ) + 75 мм = 400+(500-250)+75=725 мм,

Де В₁ - виступ моста крана за межі осі підкранової балки; 75мм - зазор, виходячи з техніки безпеки.

Умова виконується.

1.3 Забезпечення просторової жорсткості будівлі

В каркасах виробничих будівель використовують в'язі в площині верхніх і нижніх поясів ферми, а також вертикальні - між фермами і між колонами (рис. 1.3, рис. 1.4, рис. 1.5).

Горизонтальні в'язі в площині верхніх поясів ферм, які служать для забезпечення їх стійкості, встановлюють посередині та біля торців температурного блоку (рис. 1.3). Горизонтальні в'язі в площині нижніх поясів ферм, розташовують по периметру температурного блоку (рис 1.4).

Якщо довжина блока близька до граничної, то поперечні горизонтальні в'язі по верхніх і нижніх поясах ферм влаштовують через 50...60м. Вертикальні в'язі між фермами використовують для збільшення їх бокової жорсткості та зручності монтажу. В'язі влаштовують біля опор ферми та по довжині ферм через 9... 12м. Вздовж будівлі ці в'язі розміщують в площині поперечних в'язей і в проміжку через 3...4 кроки ферм.

Вертикальні в'язі між колонами (рис. 1.5) забезпечують загальну стійкість та геометричну незмінність будівлі, а також сприймають зусилля від поздовжнього гальмування кранів і тиску вітру на торець будівлі. В'язі нижнього ярусу між колонами розміщують посередині температурного блоку або близько до неї в площині підкранової та зовнішньої віток колони. В'язі верхнього ярусу між колонами, які розміщуються вище підкранових балок, встановлюють посередині блоку та в його торцях.

2. Розрахунок поперечної рами

2.1 Визначення навантажень на раму

2.1.1 Постійне навантаження

В курсовому проекті постійне розрахункове граничне навантаження на ригель рами q =6кН/м².

Розрахункове граничне погонне постійне навантаження на ригель рами:

q_p=g·B=6·6=36 кН/м,

Де В=6м - поздовжній крок колон.

Опорний тиск ригеля від постійного навантаження відносно центру перерізу нижньої частини колони викликає момент М_q (рис.2.1).

Опорний тиск ригеля від постійного навантаження:

V_q = = =432кН.

Ексцентриситет опорного тиску:

е = = = 375 мм.

Момент:

М_q = V_q·e = 432 ^. 0,375 = 162 кНм.

Постійне навантаження від власної ваги верхньої та нижньої частини ступінчатої колони:

а)від нижньої частини колони:

G_н = g₁·H₁= 2,5·15,7 = 39,25кН;

б)від верхньої частини колони:

G_в = g₂·H₂= 2,2·5,40 = 11,88кН.

Навантаження на раму від власної ваги підкранових конструкцій:

G₃ = g · В = 3,5 · 6 = 21,0 кН,

Де g₁ = 2,5 кН/м, g₂ = 2,2кН/м, g = 3,5кН/м - значення, які задані у вихідних даних.

2.1.2 Снігове навантаження

Граничне розрахункове значення снігового навантаження на горизонтальну проекцію покриття обчислюється за формулою:

Де г_fm - коефіцієнт надійності за граничним значенням снігового навантаження, визначається залежно від заданого середнього періоду повторюваності Т. За табл. 8.1 [3] г_fm = 1,04;

S_o - характеристичне значення снігового навантаження, яке дорівнює вазі снігового покриву на 1 квадратний метр поверхні грунту, яке може бути перевищене у середньому один раз за 50 років. Характеристичне значення снігового навантаження S_o визначається залежно від снігового району. В курсовому проектні значення S_o задане у вихідних даних: S_o = 1,3кН/м²; С - коефіцієнт, що визначається за формулою (п. 8.6 [3]):

C =мС_еС_alt= 1·1·1 = 1;

Де м - коефіцієнт переходу від ваги снігового покриву на поверхні грунту до снігового навантаження на покрівлю, який визначається залежно від форми покрівлі і схеми розподілу снігового навантаження, м = 1 згідно додатку Ж; С_е - коефіцієнт, що враховує вплив особливостей режиму експлуатації на накопичення снігу на покрівлі (очищення, танення тощо) і встановлюється завданням на проектування. При відсутності даних про режим експлуатації покрівлі коефіцієнт С_е допускається приймати рівним одиниці; С_alt - коефіцієнт географічної висоти, що враховує висоту Н (у кілометрах) розміщення будівельного об'єкта над рівнем моря і при:

Н<0,5 км С_alt = 1.

Тоді, граничне розрахункове значення снігового навантаження на горизонтальну проекцію покриття буде рівне:

= 1,04·1,4·1 = 1,456кН/м².

Лінійне снігове граничне розрахункове значення навантаження на ригель рами при кроці рам В=6м:

q_s = S_m·B =1,456·6 = 8,736кН/м.

Опорний тиск ригеля від снігового навантаження (див. рис. 2.1):

V_s = = = 104,832 кН·м.

Зосереджений момент в уступі колони від снігового навантаження (див. рис. 2.1):

М_S= V_S· е = 104,832· 0,375 = 39,312кН·м.

2.1.3 Кранове навантаження

Вертикальне та горизонтальне кранове навантаження на раму визначають від двох найбільш несприятливих за впливом кранів. Кранове навантаження передається на раму підкрановими та гальмівними балками у вигляді вертикальних опорних тисків V_max і V_min горизонтальної сили гальмування візка крана Т.

V_mах = ш · г_f · F_mах · Уy + G₃ = 0,85•1,1•360•2,866+21 = 985,69 кН;

V_mіп = ш · г_f · F_mіп · Уy + G₃ = 0,85•1,1•115•2,866+21=329,16 кН,

Де ш - коефіцієнт сполучень за сумісної роботи двох кранів легкого та середнього режимів роботи;

г_f = 1,1 - коефіцієнт надійності за навантаженням для кранового навантаження;

F_mах - максимальний тиск колеса крана, для кранів Q>80:

F_max=0,5(F₁+ +F₂)=0,5(350+ 370)=360кН

Де F₁ та F₂- за стандартами на крани;

Уy - сума ординат ліній впливу для опорного тиску на колону (табл.2.1);

G₃=21 кН - навантаження від власної ваги підкранових конструкцій;

F_mіп - мінімальний тиск колеса крана:

F_mіп = - F_mах= - 360 =115кН;

Де Q=80 т - вантажопідйомність крана;

G = 110 т - повна вага крана з візком;

n₀ = 4 - кількість коліс з одного боку крана.

Горизонтальний розрахунковий тиск гальмівних балок на колону.

Т = ш · гf ·ТК · Уy = 0,85?1,1?14,75•2,866 = 39,53кН,

Де:

Т_k = = = 14,75 кН

Тиск одного колеса крана;

G_t -вага крана.

Підкранові балки встановлюють відносно осі нижньої частини колони з ексцентриситетом, тому в рамі від їх опорного тиску виникають зосереджені моменти (рис.2.2).

М_mах = V_мах · е₁ = 985,69 · 0,625= 616,05 кН·м²;

М_mіп = V_міn · е₁ = 329,16 · 0,625= 205,69 кН·м²,

Де:

е₁ = = = 0,625м.

2.1.4 Вітрове навантаження

Граничне розрахункове значення вітрового навантаження на раму визначається за формулою:

W_m = г_fmW₀C,

Де г_fm- коефіцієнт надійності за граничним розрахунковим значенням вітрового навантаження, визначається залежно від заданого середнього періоду повторюваності Т. Для об'єктів масового будівництва допускається середній період повторюваності Т приймати таким, що дорівнює встановленому терміну експлуатації конструкції T_ef. За додатком В приблизний термін експлуатації будівлі становить 60 років. За табл. 9.1 г_fm = 1,035; W₀ - характеристичне значення вітрового тиску, яке дорівнює середній (статичній) складовій тиску вітру на висоті 10м над поверхнею землі, що може бути перевищений у середньому один раз за 50 років. Характеристичне значення вітрового тиску W₀ визначається залежно від вітрового району по карті районування території України. В курсовому проекті значення W₀ задане у вихідних даних: W₀= 0,3 кН/м²;

С - коефіцієнт, який визначається за формулою (п. 9.7 [3]):

С = С_aerС_hС_altС_relС_dirС_d;

Де C_h - коефіцієнт висоти споруди, що враховує збільшення вітрового навантаження залежно від висоти споруди або її частини, що розглядається, над поверхнею землі (Z), типу навколишньої місцевості і визначається за рис. 9.2. Тип місцевості за п.9.9 - III (приміські і промислові зони). Значення С/, залежно від висоти Z наведені в табл. 2.2;

Таблиця 2.2:

Z, м	? 5,0	20,10	22,30
Ch	0,40	0,851	0,88

С_alt - коефіцієнт географічної висоти, що враховує висоту Н (в кілометрах) розміщення будівельного об'єкта над рівнем моря, і за п. 9.10 [3] рівний С_alt = 1 (при Н<0,5 км);

С_rel - коефіцієнт рельєфу, що визначається за 9.11 [3]; він враховує мікрорельєф місцевості поблизу площадки розташування будівельного об'єкта і приймається таким, що дорівнює одиниці, за винятком випадків, коли об'єкт будівництва розташований на пагорбі або схилі;

С_dir- коефіцієнт напрямку, що визначається за 9.12 [3]; він враховує нерівномірність вітрового навантаження за напрямками вітру і, як правило, приймається таким, що дорівнює одиниці. Значення С_dir, що відрізняється від одиниці, допускається враховувати при спеціальному обґрунтуванні тільки для відкритої рівнинної місцевості та при наявності достатніх статистичних даних;

С_d-коефіцієнт динамічності, що визначається за 9.13 [3]. Він враховує вплив пульсаційної складової вітрового навантаження і просторову кореляцію вітрового тиску на споруду. С_d =1,0;

С_aer - аеродинамічний коефіцієнт, що визначається за додатком 1 [3] залежно від форми споруди або конструктивного елемента. За схемою 1 додатку І [3] аеродинамічний коефіцієнт рівний:

С_aer = 0,8 (для навітряного боку),

С_aer = 0,6 (для завітряного боку).

Значення коефіцієнта С для активного тиску вітру обчислене нижче на відмітці Z ? 5 м:

С = С_aerС_hС_altС_relС_dirС_d= 0,8•0,4•1•1•1•1 = 1,32;

На відмітці низу ферми на опорі Z = 20,10 м

С = С_aerС_hС_altС_relС_dirС_d = 0,8•0,851•1•1•1•1 = 0,6808;

На відмітці верху ферми на опорі Z = 22,30 м

С = С_aerС_hС_altС_relС_dirС_d = 0,8•0,88•1•1•1•1 = 0,704;

Обчислення граничного розрахункового значення вітрового навантаження W_mна різних відмітках Z виконане в табличній формі (табл. 2.3).

Таблиця 2.3 - Обчислення значень W_m:

Відмітка над рівнем землі Z, м	гfm	W0, кН/м2	С	Wm, кН/м2
? 5,0 20,10 22,30	1,035 1,035 1,035	0,3 0,3 0,3	0,32 0,6808 0,704	0,10 0,21 0,22

Ширина вантажної площі вітрового тиску рівна В = 6 м. Лінійні граничні розрахункові значення вітрового навантаження на раму визначаються, як:

q = W_m•B,кН/м.

Обчислення значень q виконані в табличній формі (табл. 2.4).

Таблиця 2.4 - Обчислення значень q:

Відмітка над рівнем землі Z, м	Розподілене навантаження Wm,кН/м2	Ширина вантажної площі В, м	Лінійне розрахункове навантаження q, кН/м
? 5,0 20,10 22,30	0,10 0,21 0,22	6 6 6	0,60 1,27 1,31

Для спрощення статичного розрахунку рами дійсне вітрове лінійне навантаження на ділянці від рівня землі до відмітки низу ферми замінюємо на еквівалентне (рівновелике) рівномірно розподілене лінійне навантаження, а навантаження на торець ферми замінюємо на зосереджену силу W, яка прикладається в рівні ригеля рами (рис. 2.3).

Еквівалентне навантаження визначаємо з умови рівності згинаючих моментів в защемленні колони від фактичного та еквівалентного навантажень.

Згинаючий момент від фактичного навантаження:

Згинаючий момент від еквівалентного навантаження:

М = q_w•

Звідси:

q_w==0,96 кН/м

W = 0,875•h_o(q₂ +q₃) = 0,875•2,2•(1,27 + 1,31) = 4,97кН.

Інтенсивність вітрового навантаження з завітряного боку отримують множенням інтенсивності вітрового навантаження з завізного боку на коефіцієнт:

k = c^'/c = = 0,75

Значення вітрового навантаження з завітряного боку:

q'_w= k•q_w = 0,75•0,96 = 0,72кН/м;W' = k•W =0,75•4,97 = 3,72кН.

2.2 Вихідні дані для статичного розрахунку рами

Вихідні дані для виконання статичного розрахунку рами наведені в табл.2.5.

Таблиця 2.5 - Вихідні дані для статичного розрахунку поперечної рами на ПЕОМ:

№ п/п	Найменування	Од. вимір.	Позначення	Величина
			В розрахунках	В програмі
1	2	3	4	5	6
1	Висота підкранової балки з рейкою			H	1,2
2	Довжина нижньої частини колони			LH	15,7
3	Довжина верхньої частини колони			LB	5,4
4	Вага нижньої частини колони			GH	39,25
5	Вага верхньої частини колони			GB	11,88
6	Вага підкранової балки з рейкою			G	21
7	Постійне навантаження на ригелі			QP	36
8	Снігове навантаження на ригелі			QS	8,736
9	Максимальний тиск кранів			D1	985,69
10	Мінімальний тиск кранів			D2	329,16
11	Горизонтальний тиск кранів			T	39,53
12	Вітрове навантаження на колону з навітряного боку			QB	0,96
13	Вітрове навантаження на колону з завітряного боку			QZ	3,72
14	Зосереджене вітрове навантаження			W	4,97
15	Проліт рами			L	24
16	Момент від постійного навантаження			MP	162
17	Момент від снігового навантаження			MS	39,312
18	Момент від максимального тиску кранів			M1	616,05
19	Момент від мінімального тиску кранів			M2	205,69
20	Співвідношення моментів інерції перерізів верхньої та нижньої частин колони			R1	0,105
21	Співвідношення моментів інерції перерізів ригеля та нижньої частини колони			R2	6,0
22	Коефіцієнт просторової жорсткості			D	0,56

2.3 Розрахункова схема і статичний розрахунок рами

Розрахунок рами за дійсною схемою достатньо трудомісткий, тому її замінюють моделлю - розрахунковою схемою (рис.2.4), у якій фізичні процеси в основному відбуваються так, як і в дійсній схемі.

Розрахункову схему отримують з дійсної, відкидаючи несуттєві деталі і враховуючи головні фактори, до яких відносять: розміри контуру рами, жорсткості її елементів (І₁,І₂,І₀), характер закріплення стержнів рами.

За розрахунковий проліт рами В приймають відстань між осями верхньої частини колони, а за розрахункову висоту Н - відстань від низу бази колони до осі нижнього поясу ферми ригеля. Зусилля в елементах рами визначаються за допомогою ЕОМ від кожної з десяти схем навантажень окремо (рис.2.5).

Результати статичного розрахунку рами на ЕОМ наведені в табл.2.6.

Таблиця 2.6 - Результати статичного розрахунку рами на ЕОМ:

№ перерізів	Постійне навантаження	Снігове навантаження	Кранове навантаження	Вітрове навантаження
			Вертикальний тиск	Горизотнальний тиск
2	3	4	5	6	7
1	25,29	8,46	11,40	-23,49	-42,43
2	3,77	1,18	-57,60	5,22	1,92
3	-20,23	-6,72	19,57	5,22	1,92
4	-28,05	-9,36	-5,49	-3,53	6,26
5	-28,05	-9,36	-5,49	-3,53	6,26
6	-28,05	-9,36	-8,49	-4,71	-7,22
7	-28,05	-9,36	-8,49	-4,71	-7,22
8	-20,23	-6,72	8,21	0,60	-1,16
9	3,77	1,18	-21,09	0,60	-1,16
10	25,29	8,46	24,92	15,24	39,88
1	-1,37	-0,46	-4,40	1,83	4,34
2	-1,37	-0,46	-4,40	1,83	1,31
3	-1,37	-0,46	-4,40	1,83	1,31
4	-1,37	-0,46	-4,40	-2,43	0,21
5	64,80	21,60	-0,08	-0,03	-0,37
6	-64,80	-21,60	-0,08	-0,03	-0,37
7	1,37	0,46	2,93	0,93	0,65
8	1,37	0,46	2,93	0,93	1,48
9	1,37	0,46	2,93	0,93	1,48
10	1,37	0,46	2,93	0,93	3,75
1	72,00	21,60	122,92	-0,03	-0,37
2	68,10	21,60	122,92	-0,03	-0,37
3	66,00	21,60	-0,08	-0,03	-0,37
4	64,80	21,60	-0,08	-0,03	-0,37
5	1,37	0,46	4,40	2,43	0,28
6	1,37	0,46	4,40	2,43	0,28
7	64,80	21,60	0,08	0,03	0,37
8	66,00	21,60	0,08	0,03	0,37
9	68,10	21,60	46,98	0,03	0,37
10	72,00	21,60	46,98	0,03	0,37

№ Перерізу	Постійні навантаження	Сніг	Вертикальний тиск кранів	Гальмування візка крана	Вітер
			Візок зліва	Візок справа	Біля лівої колони	Біля правої колони	зліва	справа
					вправо	вліво	Вліво	вправо
Б	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	252,9	84,6	114	249,2	-234,90	234,9	152,40	-152,4	-424,3	398,8
2	37,7	11,8	-576	-210,9	52,20	-52,2	6,00	-6	19,2	-11,6
3	-202,3	-67,2	195,7	82,1	52,20	-52,2	6,00	-6	19,2	-11,6
4	-280,5	-93,6	-54,9	-84,9	-35,30	35,3	-47,10	47,1	62,6	-72,2
5	-280,5	-93,6	-54,9	-84,9	-35,30	35,3	-47,10	47,1	62,6	-72,2
6	-280,5	-93,6	-84,9	-54,9	-47,10	47,1	-35,30	35,3	-72,2	62,6
7	-280,5	-93,6	-84,9	-54,9	-47,10	47,1	-35,30	35,3	-72,2	62,6
8	-202,3	-67,2	82,1	195,7	6,00	-6	52,20	-52,2	-11,6	19,2
9	37,7	11,8	-210,9	-576	6,00	-6	52,20	-52,2	-11,6	19,2
10	252,9	84,6	249,2	114	152,40	-152,4	-234,90	234,9	398,8	-424,3
1	-13,7	-4,6	-44	29,3	18,30	-18,3	9,30	-9,3	43,4	37,5
2	-13,7	-4,6	-44	29,3	18,30	-18,3	9,30	-9,3	13,1	14,8
3	-13,7	-4,6	-44	29,3	18,30	-18,3	9,30	-9,3	13,1	14,8
4	-13,7	-4,6	-44	29,3	-24,30	24,3	9,30	-9,3	2,1	6,5
5	648	216	-0,8	-0,8	-0,30	0,3	-0,30	0,3	-3,7	-3,7
6	-648	-216	-0,8	-0,8	-0,30	0,3	-0,30	0,3	-3,7	-3,7
7	13,7	4,6	29,3	-44	9,30	-9,3	-24,30	24,3	6,5	2,1
8	13,7	4,6	29,3	-44	9,30	-9,3	18,30	-18,3	14,8	13,1
9	13,7	4,6	29,3	-44	9,30	-9,3	18,30	-18,3	14,8	13,1
10	13,7	4,6	29,3	-44	9,30	-9,3	18,30	-18,3	37,5	43,4
1	720	216	1229,2	469,8	-0,30	0,3	0,30	-0,3	-3,7	3,7
2	681	216	1229,2	469,8	-0,30	0,3	0,30	-0,3	-3,7	3,7
3	660	216	-0,8	0,8	-0,30	0,3	0,30	-0,3	-3,7	3,7
4	648	216	-0,8	0,8	-0,30	0,3	0,30	-0,3	-3,7	3,7
5	13,7	4,6	44	44	24,30	-24,3	24,30	-24,3	2,8	2,8
6	13,7	4,6	44	44	24,30	-24,3	24,30	-24,3	2,8	2,8
7	648	216	0,8	-0,8	0,30	-0,3	-0,30	0,3	3,7	-3,7
8	660	216	0,8	-0,8	0,30	-0,3	-0,30	0,3	3,7	-3,7
9	681	216	469,8	1229,2	0,30	-0,3	-0,30	0,3	3,7	-3,7
10	720	216	469,8	1229,2	0,30	-0,3	-0,30	0,3	3,7	-3,7

Результати статичного розрахунку рами Таблиця 2.6

3. Розрахунок та конструювання лівої колони рами

3.1 Вихідні дані для розрахунку колони

Розрахункові комбінації зусиль в колоні обчислені в табл. 3.1.

Для розрахунку верхньої (надкранової) частини колони приймаємо наступну комбінацію зусиль:

N₂= 846,72 кН; М₂=-548,52 кНм; Q₂=22,75 кН.

Для розрахунку нижньої (підкранової) частини колони приймаємо наступні комбінації зусиль: N₁=2024,28кН; М₁=1001,97кНм (для розрахунку зовнішньої вітки, тобто коли згинаючий момент довантажує зовнішню вітку);

N'₁=1910,50кН; М'₁ =-590,50кНм (для розрахунку підкранової вітки, тобто коли згинаючий момент довантажує підкранову вітку).

Матеріал колони - сталь марки 10Г2СІ, що відповідає класу сталі С375 (за табл. 51, б [1]).

Геометрична довжина верхньої частини колони:

l₂=Н₂=5,4м

Геометрична довжина нижньої частини колони:

l₁=Н₁=15,7м.

Висота перерізу верхньої частини колони h₂=500 мм, нижньої частини h₁=1250 мм.

Співвідношення моментів інерції нижньої та верхньої частин колони:

І₁:І₂=9,52

Висота підкранової балки: h_в=1,2м.

3.2 Визначення розрахункових довжин нижньої і верхньої частин колони

Розрахункові довжини нижньої і верхньої частин колони в площині рами визначаються за формулами: l_1x=м₁l₁ та l_2x=м₂l₂, де м₁і м₂-коефіцієнти приведення розрахункової довжини відповідно нижньої і верхньої частин колони. Нормами проектування прийнято визначати спочатку коефіцієнт м₁залежно від трьох параметрів:

1) значення б₁;

2) співвідношення погонних жорсткостей верхньої та нижньої
частин колони;

3) розрахункової схеми закріплення верхнього кінця колони
(нижній практично завжди защемлений).

Величина:

,

Де в - відношення між критичними силами для окремих частин колони, яке приймається рівним відношенню діючих в них зусиль. Для різних комбінацій навантажень це відношення має різні значення. А тому обчислюється найбільше значення поздовжньої сили в нижній частині колони N₁^* (за розрахунковою комбінацією N_max, M_відп. в перерізі 1-1) і визначається відповідна цій же комбінації навантажень поздовжня сила N₂ в верхнійчастині колони (в перерізі 4-4 розрахункової схеми). Отримані в подальшому значення м₁і м₂ використовуються для розрахунку і при інших комбінаціях навантажень.

За табл.3.1 в перерізі 1-1 рами:

N₁^*=N_1,тах=2024,28 кН;

Для верхньої частини колони N₂^*в перерізі 4-4 рами обчислюється при тій же комбінації навантажень, що й N₁^*, а саме:

1+ш(2+4+7+10)

Де 1, 2, 4, 7 і 10 - номери навантажень згідно табл. 3.1

N₂^*=660+0,9·(216,0+0,8+0,30+3,7) = 858,72кН.

Тоді:

Співвідношення погонних жорсткостей верхньої та нижньої частин колони:

Для рам з жорстким опиранням ригеля за табл. 68 залежно від n=0,3 та б₁=0,69 визначаємо м₁=1,916. Знаючи м₁, визначаємо зі співвідношення коефіцієнт м₂:

.

Якщо м₂ > 3, то остаточно приймаємо м₂ = 2,79.

Таким чином,

l_1х= м₁·l₁=1,916·15,7=30,08м;

l_2х= м₂·l₂=2,79·5,4=15,07м;

Розрахункові довжини верхньої і нижньої частин колони з площини рами відповідно:

l_2y=l₂ -h_в =5,4-1,2=4,2м; l_1y=l₁=15,7м.

3.3 Підбір перерізу верхньої частини колони

Переріз верхньої частини колони прийнятий у вигляді складеного зварного двотавра висотою h₂=500мм. За табл. 51 для сталі С375 при товщині 10 мм <t ? 20 мм розрахунковий опір сталі розтягу, стиску, згину за межею текучості R_у= 345МПа (листовий та фасонний прокат). Модуль пружності сталі Е=2,06·10⁵МПа. Необхідна площа перерізу визначається, виходячи з умови стійкості позацентрово-стиснутих елементів в площині дії моменту:

Для цього необхідно знати коефіцієнт зниження розрахункового опору сталі при позацентровому стиску ц_e, який залежить від умовної гнучкості і приведеного відносного ексцентриситету m_ef.

Для симетричного двотавра радіус інерції перерізу на початковому етапі розрахунку приблизно рівний:

i_х ? 0,42 h₂ =0,42·50=21см.

Тоді:

;

.

Для симетричного двотавра ядрова відстань на початковому етапі розрахунку приблизно рівна:

см;

Фізичний ексцентриситет:

см;

Відносний ексцентриситет:

Коефіцієнт впливу форми перерізу з визначається за табл.73 [1] залежно від m=3,70 ,=2,95 і відношення площ полиці і стінки . Оскільки розміри поперечного перерізу ще невідомі, то можна попередньо прийняти .

Тоді:

.

За табл.74 ц_e=0,19402

см².

Компонуємо переріз колони, враховуючи, що ширина поясних листів повинна бути не меншою

см.

Приймаємо стінку з наступними розмірами та площею перерізу:

A_w=t_w·h_w=8·450=3600мм²=36,00 см²,

Поясні листи з наступними розмірами та площею перерізу:

A_f=t_f·b_f=16·300=4800 мм²=48,00 см².

Обчислюємо фактичні геометричні характеристики перерізу:

A₂=A_w+2A_f=36,0+2·48,00=132см²;

см⁴;

см⁴;

см;

см;

см³.

Визначаємо гнучкості стержня колони в площині та із площини рами:

; .

Умовна гнучкість:

.

Перевіряємо місцеву стійкість поясів:

,

Де b_ef - ширина звисання поясного листа:

см;

- граничне значення відношення, яке визначається за табл. 29^*[1]:

.

Місцева стійкість поясів забезпечена. Перевіряємо стійкість верхньої частини колони в площині дії моменту за формулою:

Для чого попередньо обчислюємо фактичні значення л_xі m_ef:

; ;

За табл. 73 [1]при =2,8 , m=3,4 та коефіцієнт впливу форми перерізу рівний:

m_ef =з·m=1,41 · 3,42=4,8

За табл. 74 [1] залежно від = 2,8 і m_ef =4,8 коефіцієнт ц_e=0,207

Перевіряємо умову стійкості колони в площині дії моменту:

.

Умова стійкості виконується.

Перевірка стійкості верхньої частини колони з площини дії моменту виконується за формулою:

.

Коефіцієнт поздовжнього згину ц_у визначається як для центрально-стиснутого елемента. При л_y= 56,75 та R_у=345МПа за табл. 72[1]ц_у =0,798

Коефіцієнт с визначається залежно від величини відносного ексцентриситету m_х згідно п.5.31 [1].

При обчисленні m_х за розрахунковий згинаючий момент М_х для стержнів з шарнірно-опертими кінцями, закріпленими від зміщення перпендикулярно площині дії моменту, приймається максимальний момент в межах середньої третини довжини, але не менше половини найбільшого по довжині стержня моменту.

Згідно рис.3.2: найбільший момент по довжині верхньої частини колони згідно табл.3.1 виникає в перерізі 4-4 рами і рівний моменту М₂ з розрахункової комбінації зусиль для верхньої частини колони:

М₂=-548,52кНм;

момент М'₂ в перерізі 3-3 рами обчислюємо при тій же комбінації навантажень (див. табл.3.1), що й М₂ , тобто при навантаженнях 1+ш(2+4+7+10), де 1, 2, 4, 7 та 10 - номери навантажень. М'₂ =660+0,9·(216+0,8+0,30+3,70)=858,72кНм; найбільший момент в межах середньої третини по довжині верхньої частини колони:

M_1/3=(M₂ +М'₂)+М'₂=(-548,52-858,72)+858.72)=-365,68.

Половина найбільшого по довжині стержня моменту:

кНм.

Оскільки:

М_1/3 = 365,68кНм>= 274,26кНм,

То розрахунковий згинаючий момент:

M_x=M_1/3=365,68

Ексцентриситет:

м

Відносний ексцентриситет:

Гнучкість:

.

Згідно п.5.31 [1] при:

m_х = 2,27 < 5

,

Де в=1 за табл. 10 [1] при:

л_y=55,26 < л_c = 76,7;

б = 0,65 + 0,05m_x = 0,65 + 0,05· 2,27 = 0,84(за табл. 10 [1]при m_x ? 5).

Перевіряємо стійкість верхньої частини колони з площини дії моменту:

.

Умова виконується.

Перевірка місцевої стійкості виконується за формулою:

,

Де - граничне значення відношення, яке обчислюється за п. 7.16^* [1] залежно від величини коефіцієнта б:

Де у - найбільші стискаючі напруження на краю стінки, які приймаються зі знаком «+» згідно п. 7.16^* [1]:

у₁ - відповідні напруження на іншому краю стінки:

Для симметричного двотавра коефіцієнт б зручно обчислювати також через відносний ексцентриситет m_x, наприклад:

.

Оскільки б=1,94> 1.

То згідно п. 7.16^* [1]:

Де:

- середні дотичні напруження в стінці.

В результаті:

Місцева стійкість стінки забезпечена.

3.4 Підбір перерізу нижньої частини колони

Приймаємо переріз нижньої частини колони наскрізним, складеним із двох віток, з'єднаних розкісною решіткою.

Підкранову вітку колони приймаємо зі прокатного (або зварного) двотавра, а зовнішню - із двох кутиків, з'єднаних листом (рис.3.3.1). Висота перерізу колони h₁=1250мм встановлена під час компонування поперечної рами.

Визначаємо орієнтовно зусилля у вітках колони:

а) у підкрановій вітці

;

б) у зовнішній вітці

,

Де попередньо приймаємо:

y₁ = у₂ = h₁/2 =1250/2 = 625мм = 0,625м.

Знаходимо орієнтовно необхідні площі перерізів віток:

а) підкранової вітки:

б) зовнішньої вітки:

Де = 0,8 приймаємо орієнтовно на даному етапі розрахунку.

Виходячи з необхідності забезпечення стійкості колони з площини рами ширина колони повинна бути в межах:

(1/20…1/30)l₁=(1/20…1/30)1570=78...52см.

Для підкранової вітки приймаємо переріз із прокатного двотавра h=600мм. Приймаємо стінку:

t_wЧh_w=6Ч580мм

Пояси з листів:

t_fЧb_f=10Ч200мм

Переріз зовнішньої вітки приймаємо з двох кутиків 110Ч8, з'єднаних листом:

tЧb=8Ч520мм

Характеристики кутика: А^L=17,20см²; І^L=198,17см⁴; z₀=3см.

Геометричні характеристики перерізів віток колони:

а) підкранової вітки:

см;

б) зовнішньої вітки:

Визначаємо відстань від центра ваги перерізу зовнішньої вітки до краю зовнішнього листа:

см;

см.

Визначаємо положення центра тяжіння всього перерізу нижньої частини колони:

,

,

Знаходимо дійсні розрахункові зусилля стиску у вітках колони:

Перевіряємо стійкість віток колони. Відстань між вузлами решітки приймаємо .

Підкранова вітка:

а) в площині рами:

; .

МПа<МПа;

б) із площини рами:

; .

МПа<МПа;

Зовнішня вітка:

а) в площині рами

; .

МПа<МПа;

б) із площини рами

; .

МПа>МПа.

Умова стійкості не виконується, а тому для зменшення гнучкості необхідно зменшити вдвічі розрахункову довжину нижньоїчастини колони в поздовжньому напрямку за рахунок встановлення розпірок між колонами по всій довжині будівлі (розпірки РЗ на рис. 1.5 ). Тоді, приймаючи 1_Іу = 1570/2 = 785 см:



; .

МПа<МПа.

Умова виконується.

3.5 Перевірка стійкості нижньої частини колони як єдиного наскрізного стержня в площині дії моменту

Визначаємо геометричні характеристики всього перерізу нижньої частини колони:

;

;

;

;

;

; ;

; .

Таблиця 3.2 - До визначення коефіцієнта k:

Rv, МПа	210	260	290	380
К	0,2	0,3	0,4	0,5

При розрахунку стійкості колони відносно вільної осі х-х необхідно обчислити приведену гнучкість колони , яка залежить від перерізу розкосів з'єднувальної решітки, тому спочатку підбираємо переріз елементів решітки. Розкоси решітки розраховують на більшу з поперечних сил: максимальну фактичну , або умовну.

Максимальна фактична поперечна сила Q_1,мах обчислюється в перерізі 1-1 колони (див. табл. 3.1):

Остаточно

Умовну поперечну силу обчислюємо за емпіричною формулою, кН де А - площа перерізу стержня, см²; к - коефіцієнт, який залежить від R_y і визначається за табл. 3.2.

При R_y=345 МПа за табл. 3.2. k = 0,461.

Умовна поперечна сила:

Решітку розраховуємо на:

То ре решітку розраховуємо на .

Зусилля в розкосі решітки:

,

Де б - кут нахилу розкосів до вітки.

; sin б = 0,64. Необхідна площа розкосу:

,

Де = 0,75 - коефіцієнт умов роботи для розкосів одинарних кутиків, які прикріплені однією палицею табл. 6[1];

= 0,6 - орієнтовно на етапі визначення необхідної площі перерізу;

Приймаємо розкоси з кутиків 90Ч6; ,

Розрахункова довжина розкосу

м ,

Гнучкість розкосу

;

Коефіцієнт повздовжнього згину за табл.72[1]

Провіряємо напруження в розкосі за умовою стійкості центрально-стиснутих елементів

МПа<МПа

Приведена гнучкість стержня колони:

,

Де:

.

Перевіримо стійкість колони як цільного стержня:

<

Згідно п.5.27 [1] коефіцієнт для наскрізних стержнів з решітками визначається за табл. 75 [1] залежно від умовної приведеної гнучкості і відносного ексцентриситету т .

Де ексцентриситет е = М/N визначається для тієї з двох комбінацій зусиль (для зовнішньої чи підкранової вітки), яка викликає найбільше зусилля стиску у вітках. Більше зусилля стиску виникає у зовнішній вітці N_зв=кН, а тому:

N=N1=2024,28 кН і М=М₁=1001,97кНм.

;

а - відстань від центральної осі перерізу х-х до осі найбільш стиснутої вітки, але не менше відстані до осі стінки вітки.

Якщо більш стиснутою є підкранова вітка, то а=у₁. Якщо більш стиснутою є зовнішня вітка, то:

а = h₁ - y₁ - 0,5t

Звідси:

а = h₁ - y₁ - 0,5t=125 - 62 - 0,5 ^. 0,8 = 62,6.

.

За таблицею 75[1] . Перевіряємо умову стійкості

МПа<МПа.

Колона як цільний стержень є стійкою.

3.6 Розрахунок з'єднання верхньої частини колони з нижньою

Розміри траверси приймаємо без розрахунку з конструктивних міркувань. Висоту траверси визначаємо за формулою:

^,

Опорну плиту на яку встановлюється підкранова балка, нижній пояс траверси і ребра які продовжують опорну плиту, конструктивно приймаємо товщиною 20мм

3.7 Розрахунок бази колони

Зусилля в вітках колон:

Розрахунковий опір бетону класу В12,5 при місцевому зминанні :

Де: - розрахунковий опір бетону осьовому стиску ,- коефіцієнт, який враховує збільшення міцності бетону при місцевому зминанні.

Визначаємо необхідну площу опорних плит для підкранової вітки:

;

Для зовнішньої вітки:

.

Виходячи із необхідної площі і ширини віток призначаємо розміри опорних плит (рис. 3.5):

Для підкранової вітки: ,

Для зовнішньої вітки: .

Оскільки база проектується роздільною, тобто під кожну вітку окремо, і враховуючи, що окремі вітки працюють на центральний стиск, то і бази віток розраховуються як в центрально-стиснутих колонах. Товщину опорних плит приймаємо конструктивно t_пл=40 мм, h_тр=60 мм.



3.8 Розрахунок фундаментних болтів

Фундаментні болти розраховуються на спеціальну комбінацію зусиль (див. табл. 3.1): N=593,43кНм, М=534,39кНм; Визначаємо сумарне зусилля у всіх анкерних болтах, які прикріплюють одну вітку колони. Вона рівна найбільшому розтягуючому зусиллю у вітці колони (підкрановій вітці) оскільки осі болтів співпадають з осями віток (рис. 3.6).

Фундаментні болти приймаються зі сталі марки ВСт3кп2 з розрахунковим опором сталі Rba=145Мпа

Знаходимо потрібну площу фундаментних болтів:

Фундаментні болти приймаємо з сталі марки ВСтЗкп2 з розрахунковим опором розтягу R_ba= 145МПа. Обчислюємо необхідну площу перерізу фундаментних болтів:

З таблиці 6.4.23 додатку 2 приймаємо два болти з опорною шайбою діаметром з площею:

Довжина анкерування болта в бетон 500 мм.

4 Розрахунок та конструювання ферми покриття

4.1 Збір навантажень і статичний розрахунок ферми

На ригель рами діють вертикальні постійне та снігове лінійні навантаження, які обчислені в пунктах 2.1.1 і 2.1.2: q_p = 36 кН/мі q_s = 8,74 кН/м. Зосереджені сили, які прикладаються у вузлах ферми:

а) від постійного навантаження:

Кн;

Де q_p- розрахункове постійне погонне навантаження на ригель, кн./м; l_m=3м-розмір панелі поясу.

б) від снігового навантаження:

q_s- розрахункове снігове погонне навантаження на ригель, кн./м,

Схема постійного навантаження на ферму наведена на рис. 4.1,а. Схеми снігового навантаження на лівій половині прольоту ферми, на правій половині та на всьому прольоті наведені на рис. 4.1,6, 4.1в і 4.1,г.

Опорні моменти в ригелі рами замінюємо парами сил Н з плечем, рівним висоті ферми на опорі h₀= 2,2м. Схеми навантаження ферми опорними моментами на лівій та правій опорах наведені відповідно на рис. 4.l,д та 4.1,е. За вузлової передачі навантаження в стержнях ферми виникають осьові зусилля стиску або розтягу. Розрахункові зусилля в стержнях ферми від одиничних вузлових сил F=1 кН та одиничного від'ємного моменту М = -1 кНм наведені в табл. 4.1.

Зусилля в будь-якому стержні ферми від опорних моментів обчислюються за формулою:

Де М₁, М₂-відповідно величини лівого та правого опорних моментів в ригелі; S_1,S₂- зусилля відповідно у лівому лівому та правому симетричних стержнях ферми від одиничного моменту.

Значення опорних моментів М₁ таМ₂ беруть з таблиці розрахункових зусиль колони (табл.3.1.) для її верхнього перерізу. При цьому, вибравши найбільший момент для лівої опори М₁ (переріз 4-4), необхідно обчислити момент для правої опри М₂ (переріз 7-7) при тій самій комбінації навантажень, що й М₁.

В перерізі 4-4.

Значення М₁ - обчислюється при комбінації навантажень:

1+ш(2+4+7+10)

Де 1, 2, 4, 7, 10 номери навантажень. Значення М₂ - в перерізі 7-7 рами:

Зусилля від всіх видів навантаження зведені в табл.4.2. і сумуючи їх, знаходять розрахункові зусилля (найбільші по модулю), якщо в стержні можливий розтяг і стиск, то слід знайти розрахункове стискуюче та розтягуючи зусилля. Вплив опорних моментів вираховується тільки в тому випадку, якщо зусилля від опорних моментів доважують стержень: при цьому снігове навантаження вводиться з коефіцієнтом сполучення .

4.2 Підбір перерізів стержнів ферми

4.2.1 Загальні положення

Стержні ферми проектуються таврового перерізу з двох рівно боких кутиків (рис.4.2, 4.3), крім центрального стояка та стояків, до яких прикріплюються вертикальні в'язі. Ці стержні проектуються хрестового перерізу (рис.4.4).

Таблиця 4.3 - Товщина вузлових фасонок:

Максимальне зусилля в стержні решітки, кН	до 250	260... 400	410... 600	610... 1000	1010... 1400	1410... 1800	Більше 1800
Товщина фасонки tр , мм	8	30	12	14	16	18	20

4.2.2 Підбір перерізу верхнього поясу

Товщину вузлових фасонок ферми приймаємо за табл.4.3 залежно від максимального зусилля в стержнях решітки, а саме N=785кН, яке діє в опорному розкосі 9-10: t_р = 14 мм. Верхній пояс ферми проектуємо з одного типорозміру кутиків за максимальним зусиллям в усіх панелях поясу.

Максимальне зусилля в поясі становить N=974 кН в панелі 6-14 (табл. 4.2). Переріз поясу приймаємо з двох спарених рівнобоких кутиків, зіставлених тавром (рис. 4.2). Матеріал ферми - сталь марки 18сп, що відповідає класу сталі С255 (за табл. 51,б [1]). За табл. 51*[1] для сталі С255 при товщині 4... 10 мм розрахунковий опір сталі розтягу, стиску, згину за межею текучості Rу = 250 МПа (фасонний прокат). За табл.6* [1] коефіцієнт умов роботи г_с=0,95.

Розрахункові довжини стержнів верхнього поясу (за табл.11 [1]):

в площині ферми:

l_еfх = l= 3,015 м;

з площини ферми:

l_efy =l = 3,015 м,

Таблиця 4.1 - Значення поздовжніх сил в стержнях ферми від одиничних навантажень:

Елемент ферми	Позначення елемента	Від F=1 кН	Від М=-1 кНм
		На лівій половині ферми	На правій половині ферми	На всьому прольоті ферми	На лівій опорі ферми, S1	На правій опорі ферми, S2
1	2	3	4	5	6	7
Верхній пояс	3-9	0,00	0,00	0,00	0,473	0,00
	4-11	-4,42	-2,21	-6,63	0,276	0,092
	5-12	-4,42	-2,21	-6,63	0,276	0,092
	6-14	-3,63	-3,63	-7,26	0,151	0,151
Нижній пояс	1-10	3,10	1,24	4,34	-0,360	-0,052
	1-13	4,46	2,98	7,44	-0,207	-0,124
Розкоси	9-10	-3,98	-1,59	-5,57	-0,141	0,066
	10-11	1,68	1,24	2,92	0,110	-0,052
	12-13	-0,07	-1,09	-1,16	-0,097	0,046
	13-14	-1,21	0,91	-0,30	0,080	-0,038
Стояки	11-12	-1,00	0,00	-1,00	0,00	0,00
	14-15	0,22	0,22	0,44	-0,030	-0,030



Таблиця 4.2 - Визначення розрахункових зусиль в стержнях ферми:

Елементи ферми	№ стержня	Зусилля в елементах ферми від навантаження, кН	Зусилля від опорних моментів, кН	Розрахункові зусилля, кН
		постійного Fq= кН	снігового Fs= кН	від М=-1 кНм	від М1=кНм	від М2=кНм	сумарні	розтяг	стиск
			1/2 прольоту Зліва	1/2 прольоту справа	на всьому прольоті	S1	S2
			=1,0	=0,9	=1,0	=0,9	=1,0	=0,9
Верхній пояс	3-9	0	0	0	0	0	0	0	0,473	-	259	0	259	259	-
	4-11	-716	-116	-104	-58	-52	-174	-156	0,276	0,092	151	36	187		-890
	5-12	-716	-116	-104	-58	-52	-174	-156	0,276	0,092	151	36	187		-890
	6-14	-784	-95	-86	-95	-86	-190	-171	0,151	0,151	83	59	142		-974
Нижній пояс	1-10	469	81	73	33	29	114	102	-0,360	-0,052	-197	-20	-218	583
	1-13	804	117	105	78	70	195	176	-0,207	-0,124	-114	-48	-162	999
Розкоси	9-10	-602	-104	-94	-42	-38	-146	-131	-0,141	0,066	-77	26	-52		-785
	10-11	247	44	40	33	29	77	69	0,110	-0,052	60	-20	40	356
	12-13	-125	-2	-2	-29	-26	-30	-27	0,097	0,046	53	18	71		-156
	13-14	-32	-32	-29	24	21	-8	-7	0,080	-0,038	44	-15	29	18	-64
Стояки	11-12	-108	-26	-24	0	0	-26	-24	0,000	0,000	0	0	0		-134
	14-15	48	6	5	6	5	12	10	-0,030	-0,030	-16	-12	-28	25

Де l - геометрична довжина стержнів верхнього поясу (рис.4.5).

З досвіду проектування задаємся попередньо гнучкістю стержня за формулую:

Для поясів і опорних розкосів:

А для елементів решітки:

.

Задаємося гнучкістю:

За табл. 72 [1] при і:

R_y=250 МПа - ц₀=0,732.

Виходячи з умови стійкості центрально-стиснутих елементів:

Обчислюємо необхідну площу поперечного перерізу стержня:



Оскільки переріз кутиків складається з двох кутиків то обчислюємо необхідну площу перерізу одного кутика:

Необхідний радіус інерції перерізу стержня відносно нейтральної осі х-х ( в площині ферми):

За та вибираємо з сортаменту рівнобоких кутиків. Номер кутика з характеристиками перерізу близькими до необхідних, та виписуємо фактичні геометричні характеристики перерізу: кутик L125*12, для якого А=28,89 см², і_х=3,82 см, z₀=3,52см.

Оскільки переріз складається з двох кутиків то обчислюємо фактичні значення площі перерізу та радіусів інерції складеного перерізу:

А=2 ^. 28,89=57,78см², і_х=3,82 см,

Обчислюємо фактичні гнучкості стержня та максимальну з них:



За значеннями та R_y вибираємо фактичне значення коефіцієнту поздовжнього згину за табл.72:

, МПа,

Перевіряємо максимальну гнучкість стиснутого стержня, яка повинна задовольняти умові:

Де - гранична гнучкість стиснутих елементів визначається:

;

Де - коефіцієнт, який відображає рівень розрахункових напружень і обчислюється за формулою:

,

Виконуємо перевірку стійкості підібраного перерізу:



Визначаємо точність підбору (за величиною недонапружень):

Отже, переріз підібраний економічно.

4.2.3 Підбір перерізу нижнього поясу

Нижній пояс ферми проектуємо з одного типорозміру кутиків за максимальним зусиллям в усіх панелях поясу.

Максимальне зусилля в поясі становить N=999кН в панелі 1-13 (табл. 4.2). Переріз поясу приймаємо з двох спарених рівнобоких кутиків, зіставлених тавром (рис. 4.3).

З умови міцності центрально-розтягнутих елементів:

Обчислюємо необхідну площу поперечного перерізу стержня:

Оскільки переріз стержня складається з двох кутиків, то обчислюємо необхідну площу перерізу одного кутика:



Маючи значення см²,вибираємо з сортаменту рівнобоких кутиків. Номер кутика з площею, близькою до необхідної, та виписуємо фактичні геометричні характеристики перерізу: кутик L125Ч9, для якого А=22,0 см², і_х=3,86см, z_о=3,40см. Оскільки переріз складається з двох кутиків, то обчислюємо фактичні значення площі перерізу та радіусів інерції складеного перерізу: А =2·22,0=44см², і_х=3,86см.

.

Розрахункова довжина стержнів нижнього поясу в площині ферми (у вертикальній площині): l_ef,x=l=6 м, де l - геометрична довжина стержнів нижнього поясу (рис.4.5). Обчислюємо гнучкість стержня у вертикальній площині:

,

Де л_u - гранична гнучкість, що визначається за табл.20*[1].

Виконуємо перевірку міцності підібраного перерізу:

Визначаємо точність підбору перерізу за величиною недонапруження:

,

Отже переріз підібрано економічно.

4.2.4 Підбір перерізів стержнів решітки

Для розрахунків стержнів решітки необхідно знати їх геометричні довжини (по осям). Для цього викреслюємо геометричну схему півферми (рис.4.5) і проставляємо на ній обчислені нижче геометричні довжини стержнів решітки:

;

;

.

Послідовність розрахунку стиснутих та розтягнутих стержнів решітки така ж, як верхнього та нижнього поясів.

Перерізи стержнів решітки приймаються з двох спарених рівнобоких кутиків, зіставлених тавром, крім центрального стояка, переріз якого приймається хрестовим (рис. 4.4).

Розрахунок виконується в табличній формі (табл.4.3).

При виконанні розрахунків необхідно враховувати наступне:

- розрахункові довжини стержнів решітки в площині ферми l_еf,x та з площини ферми l_еf,y визначаються за табл. 11 [1];

- коефіцієнти умов роботи г_с приймаються за табл.6* [1].



Таблиця 4.4:

Елементи ригеля	№ стержнів	Розрахункові зусилля, кН	Склад перерізу	Площа перерізу, см2	Геометрична довжина, см	Розрахункова довжина , см	z0, см	Радіуси інерції, см	Гнучкість		c,	, МПа	Ryгc, МПа
						lef,x	lef,y		ix	iy	x	y
Верхній пояс	3-9	259	2L125x12	57,78	276,4	276,4	276,4	4,0	3,82	5,69	72,36	48,58	-	0,95	44,83	237,5
	4-11	-890	2L125x12	57,28	301,5	301,5	301,5	4,0	3,82	5,69	78,92	52,98	0,723	0,95	213,05	237,5
	5-12	-890	2L125x12	57,28	301,5	301,5	301,5	4,0	3,82	5,69	78,92	52,98	0,723	0,95	213,05	237,5
	6-14	-974	2L125x12	57,28	301,5	301,5	301,5	4,0	3,82	5,69	78,92	52,98	0,723	0,95	233,15	237,5
Нижній пояс	1-10	583	2L125x9	44	575	575	575	3,0	3,86	5,63	149	102,1	-	0,95	132,5	237,5
	1-13	999	2L125x9	44	600	600	600	3,0	3,86	5,63	155	106,6	-	0,95	227,0	237,5
Розкоси	9-10	-785	2L125x14	66,74	367	367	367	4,0	3,80	5,75	96,58	63,87	0,550	0,95	213,8	237,5
	10-11	356	2L70x6	16,30	386,1	386,1	386,1	2,0	2,45	3,40	179,58	113,6	-	0,95	218,4	237,5
	12-13	-156	2L100x6,5	25,64	426,4	426,4	426,4	3,0	3,09	5,58	137,9	93,11	0,316	0,8	192,5	200
	13-14	-64	2L100x6,5	25,64	426,4	426,4	426,4	3,0	3,09	5,58	137,9	93,11	0,316	0,8	78,9	200
Стояки	11-12	-134	2L70x6	16,30	273	218,4	273	2,0	2,15	3,40	101,58	80,18	0,449	0,8	183,1	200
	14-15	25	2L50x5	9,6	333	333	333	1,5	1,53	2,45	219	138	-	0,95	26	237,5

Підбір перерізів стержнів ферми

4.3 Конструювання та розрахунок вузлів ферми

Вузли ферми поділяють на проміжні, вузли стику поясів, опорні та монтажні. Позначення вузлів ферми наведене на рис.4.6.

В пояснювальній записці наводиться детальний розрахунок одного проміжного вузла та обох опорних вузлів (верхнього та нижнього). Інші проміжні вузли розраховуються в табличній формі з обов'язковим конструюванням, яке наводиться в записці.

4.3.1 Конструювання та розрахунок проміжних вузлів ферми

Розрахунок вузлів полягає в розміщенні підібраних стержнів відносно осей ферми; визначенні розмірів зварних швів, які прикріплюють стержні у вузлах; призначенні розмірів вузлових фасонок. Конструювання супроводжується викреслюванням вузлів з одночасним розрахунком зварних швів.

Конструювання вузлів ферми виконується у певному порядку за загальними правилами.

Вузол№1.

Виконуємо конструювання вузла в наступній послідовності.

Викреслюються осі ферми, які сходяться в центрі вузла. (При цьому зусилля, що сходяться у вузлі, врівноважуються без виникнення додаткових моментів.

На осі в прийнятому масштабі (як правило М 1:10) наносяться контурні лінії стержнів так, щоб осьові лінії збіглися з центром ваги перерізів. Відстані від осі до обушків кутиків z₀(“прив'язка”) приймається за сортаментом з округленням їх до значень, кратних 5 мм. Якщо верхній або нижній пояс складаються з двох різних кутиків (тобто мають вузли стику), то їх прив'язка до осі здійснюється за середнім значенням z₀ .

Визначаються положення торців кутиків решітки. Відстань між найближчими точками поясного кутика і кутика решітки повинна бути:

а = 6t_p - 20 мм = 6^.14 -20 =64 мм,

Але не більшою 80 мм і не меншою 40 мм. Це робиться для зменшення зварювальних напружень. Таких же відстаней необхідно дотримуватися між сусідніми стержнями решітки у вузлі. На кресленні вузла на відстані а=64 мм відлінії пера поясного кутика проводиться тонка лінія параллельно верхньому поясу .Торці кутиків стержнів решітки доводять до цієї лінії. Торц іпроводять, як правило, перпендикулярно до осі. Для досягнення більшої компактності вузла (тобто зменшення розмірів вузлових фасонок) в кутиках з полицями шириною більше 90 мм допускаються косі зрізи торців. При цьому слід мати на увазі, що така операція в технологічному процесі збільшує трудо місткість виготовлення ферми, а отже не завжди виправдана.