Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

Данные для выполнения проектирования представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Исходные данные для выполнения проектирования.

Номер учебной группы: 44П
	ШИФР	1	1	4
ХАРАКТЕРИСТИКА КРАНА	ОБЩИЕ ДАННЫЕ
Высота крана	Hкр	мм	3700	Марка стали			С255
Ширина крана	В2	мм	9100	Грузоподъемность крана	Q	т	80
База крана	К	мм	4350	Пролет рамы здания	L	м	24
Max давление колеса	Fk1	кН	350	Шаг рам здания	В	м	6
Max давление колеса	Fk2	кН	370	Длина здания	Lзд	м	120
Масса тележки	GТ	Т	38.0	Отметка головки рельса		м	18
Масса кран с тележкой	Gкр	Т	110	Место строительства	Краснодар

Помимо этого используются следующие данные:

1. Проектируемое здание одноэтажное, отапливаемое, однопролетное с теплой кровлей. Кровля из стального профилированного оцинкованного настила с эффективным утеплителем по стальным прогонам и фермам.

2. Стены из сборных железобетонных панелей самонесущие.

3. Все несущие конструкции каркаса - стальные.

4. Два мостовых электрических крана работают одновременно. Режим работы кранов относится к группе 6К.

5. Фундаменты под колонны - столбчатые из тяжелого бетона класса по прочности не ниже В 12.5.

6. Отметка чистого пола ± 0,000.

7. Здание проектируется в пределах городской застройки, тип местности - В (по ветровому давлению).

8. По классу ответственности проектируемое здание относится ко второму классу (класс 2).

9. Соединение колонны с ригелем (фермой) в плоскости рамы принимается жестким, из плоскости рамы - шарнирным.

10. Верхняя часть колонны сварная сплошностенчатая двутаврого сечения, нижняя часть сквозная. Сечение шатровой ветви состоит из двух равнополочных уголков и листа, а сечение подкрановой ветви проектируется из прокатного двутавра. Ригель проектируется из парных уголков.

2. Компоновка каркаса здания

2.1 Назначение размеров поперечной рамы

Размеры рамы по вертикали привязываются к отметке уровня пола ±0.000. Размеры по горизонтали привязываются к продольным осям здания. Все размеры назначаются в соответствии с основными положениями по унификации и другими нормативными документами. Часть поперечной рамы представлена на рис. 2.1.

2.1.1 Размеры по вертикали

Размеры рамы по вертикали определяются, исходя из заданной отметки головки кранового рельса (по заданию ).Полная высота помещения Н от пола до низа ригеля определится по [1, 2.1]:

где , так как ;

Так как высота , то принимаем высоту помещения кратно 1,8 м.

Количество панелей: округляя, получим 13 панелей на колонну, тогда .

Длину нижней части колонны определим по [1, 2.3]:

где и определяются по [1, прил.1, табл.1]; .

По формуле [1, 2.4] определим длину верхней части колонны:

м

Высота рамы от обреза фундамента:

2.1.2 Размеры рамы по горизонтали

Определим высоту сечения верхней части колонны:

конструктивно принимаем

Определим высоту сечения нижней части колонны.

Первоначально величину привязки колонны принимаем

тогда по формуле [1, 2.5] привязка кранового рельса к разбивочной оси должна быть не менее:

м

принимаем м, тогда высота сечения нижней части колонны равна:

Так как условие [11] не удовлетворяется: то величину привязки увеличиваем на и принимаем тогда высота сечения нижней части равна

2.1.3 Размеры ригеля (фермы)

Принимаем высоту фермы на опоре, равную Высоту ригеля в середине пролета (рис. 2.2) определим по формуле [1, 2.7]:

,

где .

Высоту левого отправочного модуля фермы в пролете при длине панели верхнего пояса, равной определим по формуле:

2.2 Разбивка сетки колонн

Длина проектируемого здания Так как длина здания меньше нормируемой длины (вдоль здания [2, табл.42]), следовательно здание должно состоять из одного температурного блока (рис. 2.3).

Рис

2.3 Разбивка фасада

Принимаем ленточное остекление. Так как высота стеновых панелей принята равной , то и высота панелей остекления также принимается равной . Примерная компоновка фасада показана на (рис. 2.4).

3. Статический расчет каркаса здания

здание колонна каркас рама шов

3.1 Расчетная схема рамы

Конструктивная схема поперечной рамы каркаса (см. рис. 3.1) приводится к расчетной (см. рис. 3.2). За расчетную высоту рамы Н принимается расстояние от обреза фундамента до низа ригеля. За пролет принимается расстояние между разбивочными осями колонн.

Для получения расчетной схемы необходимо определить дополнительные геометрические характеристики рамы. Эксцентриситет смещения осей верхней и нижней частей колонн (рис. 3.3), определяется по формуле:

=

=(1,25-0,45)/2=0,4 м (3.1)

Эксцентриситет приложения веса стены при ненесущих стенах не определяется т.к. вес стенового ограждения не учитывается. Эксцентриситет приложения крановой нагрузки при условии совпадения осей подкрановой ветви колонны и подкрановой балки определяется по формуле:

=1,25/2=0,625 м (3.3)

3.2 Сбор нагрузок на поперечную раму

3.2.1 Постоянные нагрузки

1. Собственный вес шатра (рис.3.4) на определяется в табличной форме (табл. 2.1).

Таблица 2.1 Собственный вес шатра

Состав покрытия и шатра	Объемный вес, кН/м3	Толщина слоя, мм	Нормативная нагрузка , кПа		Расчетная нагрузка , кПа
Защитный слой (мастика с гравием)	21	20	0,42	1,3	0,546
Гидроизоляционный ковёр (5 слоёв рубероида)	12,5	20	0,25	1,3	0,325
Утеплитель (пенополистерол)	0,4	50	0,02	1,2	0,024
Пароизоляция (рубероид на битумной мастике)	16	2,5	0,04	1,3	0,052
Панель покрытия (профилированный стальной лист)	78,5	1,5	0,118	1,05	0,124
Прогоны, фермы, связи ферм покрытия			0,07+0,2	1,05	0,283
ИТОГО		1,118		1,354

Линейная распределенная нагрузка на ригель (ферму) от веса шатра:

==8.457 кН/м(3.4)

где - расчетная постоянная нагрузка на из табл. 2.1; =6 м - шаг рам; - здесь и далее коэффициент надежности по назначению (для здания класса II - - угол наклона кровли к горизонтали.

2. Собственные веса колонны и подкрановой балки определяются в первом приближении по формулам:

=32,319 кН (3.5)

=21,546 кН (3.6)

где - здесь и далее коэффициент надежности по нагрузке, равный для стальных конструкций [2. табл.1]; и веса колонны и подкрановой балки, приходящиеся на прилежащей площади, определяемые по [1, прил.1, табл.2].

3. Собственный вес стенового ограждения подсчитывается по формуле:

кН.

где кН/м3- объемный вес материала стеновой панели; кН/м3 - объемный вес стекла; м и м - суммарные высоты стен и остекления, соответственно не включая цокольную панель и первую полосу остекления; м - толщина двойного остекления.

3.2.2 Снеговая нагрузка

Величина нормативной снеговой нагрузки на кровли определяется по следующей формуле:

= кПа (3.8)

где =0,5 кПа - вес снегового покрова, определяемый по [1, прил.1, табл.3] для 1-го района строительства; - коэффициент перехода снеговой нагрузки на земле к нагрузке на проекции кровли, при уклоне

Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы от снега определяется по следующей формуле:

= кН/м (3.9)

где =1,4 т.к. .

3.2.3 Нагрузки от мостовых кранов

При расчете рам вертикальная составляющая крановой нагрузки считается квазистатической.

1. Вертикальное давление кранов. Исходной величиной для определения крановых нагрузок является нормативное давление крана на колесо , принимаемое согласно [1, прил.1 табл.1]: кН; кН. Там же берутся габаритные размеры кранов: К=4350; В2=9100; вес крана с тележкой: =110 т; масса тележки =38 т.

Расчетная сила , передаваемая на колонну колесами крана, определяется по линии влияния опорных реакций (л.вл.) подкрановых балок (рис.3.5) при невыгоднейшем расположении двух кранов на балках.

Рис.3.5. Размещение кранов грузоподъемностью более 50 т

в пределах подкрановых балок

(3.10)

где коэффициент сочетаний, принимаемый для кранов режима работ равным ; нормативное давление го колеса крана; - ордината линии влияния под м колесом: =6 - количество колес двух кранов, уложившихся в пределах двух подкрановых балок. Принимая кН, получаем:

=

кН

На противоположный ряд колонн также действует вертикальная сила от крана . Усилие определяется по формуле:

(3.11)

где кН (3.12)

где - грузоподъемность крана (табл.1.1); - число колес с одной стороны одного крана.

кН

2. Поперечное торможение. Расчётная горизонтальная сила Т, передаваемая подкрановыми балками через тормозные балки на колонну от сил горизонтального давления на колесо определяется при том же положении кранов, как и при определении и по формуле:

(3.13)

 кН

кН (3.14)

Сила прикладывается к раме (через тормозную балку) в уровне верха подкрановой балки.

3.2.4 Ветровая нагрузка

Рис. 3.6 Эпюра активного ветрового давления по высоте.

Нормативное значение ветрового давления определяем в зависимости от ветрового района строительства. Город Краснодар расположен в IV ветровом районе, следовательно, кПа. Максимальная высотная отметка здания 28800 м (рис. 3.6). Построим эпюру коэффициента

Определим ординаты эпюры на отметках 23400 м и 27000 м:

;

.

Для удобства расчётов приведём эпюру к эквивалентной по площади . Определим значение ординат :

;

Ветровую нагрузку, линейно распределённую по колонне, определим по формуле:

кН/м.

С наветренной стороны с аэродинамическим коэффициентом :

кН/м;

С подветренной стороны с аэродинамическим коэффициентом (при и по интерполяции (3, прил 4)):

кН/м.

Ветровая нагрузка, приходящаяся на парапет, прикладывается в уровне низа фермы на отметке 23.400. Определим площадь эпюры в пределах высоты парапета (от низа ригеля 23.400 до верха парапета 27.000): м,

м,

тогда сосредоточенное давление ветра, приходящееся на парапет, определится по формуле:

кН

С наветренной стороны кН/м;

С подветренной стороны кН/м.

3.3 Жесткостные характеристики элементов рамы

Жесткость сквозного ригеля (фермы) определяется по формуле, в которой примем , так как ; МПа при толщине фасона более 10 мм.

62.498

Жесткость нижней части колонны определяется по формуле:

где , так как шаг рам 6м.

где - расчетное продольное усилие в основании свободно стоящей колонны от постоянной нагрузки и снега:

кН

Жесткость верхней части колонны определяется по формуле:

где - коэффициент учитывает неравенство площадей сечений нижней и верхней частей колонны;

3.4 Расчет рамы на отдельные нагрузки

Расчет на отдельные нагрузки производится на ЭВМ по комплексу программ "КМК" (Конструкции металлического каркаса). На постоянные нагрузки, снег и ветер рассчитывается отдельная плоская рама. Для расчёта необходимы следующие дополнительные данные:

Отношение ;

Отношение ;

Примем прогонное покрытие. Диск покрытия создается системой продольных горизонтальных связей покрытий. Жёсткость покрытия примем ориентировочно (при шаге рам 6м) . Тогда отношение жесткостей будет равно:

Таблица 2 - Таблица данных для расчета на ЭВМ

1	Пролет рамы	24
2	Высота верхней части колонны	5.05
3	Полная длина колонны	24.4
4	Отношение жесткостей	0.085
5	Отношение жесткостей	0.0648
6	Высота фермы у колонны	2.25
7	Уклон верхнего пояса фермы	0,0833
8	Число панелей полуфермы верхнего пояса	6
9	Всего рам в каркасе	20
10		2,8
11	Высота сечения нижней части колонны	1,25
12	Высота сечения верхней части колонны	0,45
13	Эксцентриситет смещения осей	-0.4
14	Эксцентриситет стеновой панели	-0,725
15	Эксцентриситет подкрановой балки	0,625
	Нагрузка постоянная
16	Распределение по ригелю	8.457
17	Вес стены	98.187
18	Вес подкрановой балки	21.546
19	Вес колонны	32.319
	Временные нагрузки
20	Снеговая распределенная по ригелю	3.99
21	Крановая Dmax	928.514
22	Крановая Dmin	266.505
23	Крановая Т	37.095
24	Ветер, распределенный по колонне	2.486
25	Ветер, распределенный по ригелям	12.606
26	Монтажная распределенная по ригелю	9,85

4. Расчет и конструирование колонны

4.1 Расчетные длины колонны

Для ступенчатых колонн расчетные длины в плоскости рамы определяются раздельно для нижней и верхней частей колонны, предварительно определив коэффициенты привидения длин. Отношение продольных сил

и отношение длин , следовательно, и определим по (2, табл.18); для случая «конец закреплён только от поворота» и , тогда расчётные длины равны:

м;

м;

2. Расчётные длины колонн из плоскости рамы (рис. 4.1.) примем равными расстоянию между закреплениями колонны из плоскости рамы:

м;

м;

4.2 Подбор сечения верхней части колонны

4.2.1 Последовательность подбора сечения

По результатам статического расчёта определили, что максимальный ядровый момент находится в сечении 4-4 и составляет . В этом сечении действуют усилия:

; кН; кН, тогда м.

Для заданной стали C 255 из [2, табл. 51*] примем для листа толщиной до 20 мм МПа.

Приближённо требуемую площадь сечения определяется по формуле:

где - здесь и далее коэффициент условий работы, определяемый по [12. табл.6*].

см2

4. Конструктивно примем минимально допустимую толщину стенки из условия коррозии мм, а высоту мм.

5. Определяется требуемая площадь полки:

см2;

Ширина полки принимается в соответствии с условием

мм, тогда

см;

в соответствии с сортаментом принимаем 12 мм.

6. Для принятого сечения определяются геометрические характеристики:

площадь сечения: см2;

момент инерции относительно оси Y:

см4;

момент инерции относительно оси X:

момент сопротивления:

см3;

радиусы инерции:

см;

см;

гибкости:

;

;

;

.

7. Находится относительный и приведённый эксцентриситеты:

где - коэффициент влияния формы сечения [2, табл. 73] учитывающий степень ослабления сечения пластическими деформациями.

;

, так как выполняются условия и , тогда :

4.2.2 Проверки в плоскости рамы

1. Так как , то проверка прочности не требуется.

2. Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости рамы производится по формуле:

где коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии. Определяется по [2, табл.74] в зависимости от значений и .

МПа.

Запас =

Условие прочности выполняется, запас не превышает 5%.

4.2.3 Проверка устойчивости из плоскости рамы

1. Наибольший ядровый момент в пределах верхней части колонны -

2 Подсчитывается изгибающий момент M1 для другого конца стержня от тех же нагрузок, которые учитывались при подсчете момента М (то есть в сечении 3-3).

3 Строится эпюра моментов по длине стержня (рис.4.2).

Определяем максимальный момент в средней трети:

;

Окончательно принимаем .

3. Вычисляется относительный эксцентриситет:

4.

.

5. Определим коэффициент с. Так как , то

где

=1.15

так как , то

, то , тогда

Так как , то

Принимаем Так как , то

МПа.

Проверка удовлетворяется, запас 17.8%

4.2.4 Проверки местной устойчивости стенки и полок

Проверку местной устойчивости стенки выполняется по формуле

для этого определяется коэффициент :

МПа;

МПа.

Так как , то

где

МПа;

;

.

Следовательно принимаем :

.

Проверка удовлетворяется, следовательно, местная устойчивость стенки верхней части колонны обеспечивается.

Отношение расчетной ширины свеса поясного листа (полки) к его толщине следует принимать не более предельного значения.

Так как выполняется условие , то

Местная устойчивость полок обеспечена.

4.3 Расчет нижней части колонны

Нижняя часть колонны состоит из двух ветвей, связанных между собой соединительной решеткой. Расчету подлежат подкрановая и шатровая ветви (в плоскости и из плоскости рамы) и решетка. Делается общая проверка устойчивости колонны, как единого стержня.

4.3.1 Определение усилий в ветвях

Перед началом расчета положение центра тяжести сечения находится приближенно. Наибольший отрицательный ядровый момент нижней части колонны - , а наибольший положительный

Расстояние от центра тяжести до шатровой и подкрановой ветвей определится из соотношения ядровых моментов по формулам:

м;

м.

Расчетное усилие в шатровой ветви определяется по и действующих в пределах нижней части колонны (сечение 1-1 либо 2-2). для комбинации с наибольшим положительным ядровым моментом.

При : ; кН.

кН.

Усилия в подкрановой ветви по и для комбинации с наибольшим отрицательным ядровым моментом:

При : ; кН.

кН.

4.3.2 Предварительный подбор сечения ветвей

Требуемые площади ветвей определяются по формулам:

где принимается ориентировочно 0,8, тогда

см2; см2.

Подкрановая ветвь принимается из прокатного двутавра по сортаменту с площадью, ближайшей к требуемой. Принимаем I № 35 Б1 с площадью см2, высота двутавра мм.

Шатровая ветвь компонуется из листа и двух прокатных равнополочных уголков, толщину листа принимают близкой к толщине полки верхней части колонны (для удобства соединения) и не менее 6 мм. Принимаем мм. Ширину листа принимают по сортаменту прокатной листовой стали, ближайшую меньшую к высоте, двутавра: мм. Требуемая площадь одного уголка определяется по формуле:

см2;

По требуемой площади подбирается уголок с площадью, близкой к требуемой по действующему сортаменту. Принимаем уголк 125x8 с см2, см, см4. Площадь шатровой ветви см2.

4.3.3 Подбор и проверки сечения ветвей

1. Находится положение центра тяжести принятого сечения шатровой ветви от наружной грани колонны (рис. 4.3):

см;

2. Площадь подкрановой ветви см2;

Площадь шатровой ветви см2;

м.

Уточним положение центра тяжести всего сечения нижней части колонны:

м; м.

3. Уточняются усилия в ветвях колонны:

кН;

кН;

4. Геометрические характеристики сечений ветвей:

подкрановой ветви (из сортамента):

см2; см4; см4; см; см.

шатровой ветви (рассчитываются):

см;

см;

5. Находятся гибкости ветвей в плоскости и из плоскости рамы:

где - расчетная длина ветви в плоскости рамы.

Определяются коэффициенты по [2. табл.72] .

6. Производятся проверки обеих ветвей в плоскости и из плоскости рамы, как центрально сжатого элемента:

МПа.

Так как условие не удовлетворяется, то сечение соответственно изменяют и проверка повторяется, начиная с пункта 1.

Примем следующее сечение колонны:

Подкрановая ветвь - I № 55Б1; с площадью см2 hД = 543 мм.

Шатровая ветвь - уголк 125х8 и лист 530х12.

см4, z0=3.36 см. см2,

см2.

1. Находится положение центра тяжести принятого сечения шатровой ветви

см;

2. Площадь подкрановой ветви см2;

Площадь шатровой ветви см2;

м.

Уточним положение центра тяжести всего сечения нижней части колонны:

м; м.

3. Уточняются усилия в ветвях колонны:

кН;

кН;

4. Геометрические характеристики сечений ветвей:

подкрановой ветви (из сортамента):

см2; см; см. ,

шатровой ветви (рассчитываются):

см;

см;

5. Находятся гибкости ветвей в плоскости и из плоскости рамы:

где - расчетная длина ветви в плоскости рамы.

6. Проверка ветвей из плоскости рамы:

; :

МПа;

МПа;

7. Проверка ветвей в плоскости рамы:

;

МПа;

МПа;

4.3.4 Расчет решетки колонны

1. Определим наибольшее из всех сочетаний усилие в сечении 1-1 рамы. Выпишем значения Q и составим таблицу.

Таблица

№	Наименование нагрузки	, кН
1 2 3 4 5 6 7 8	Постоянная Снеговая Ветер слева Ветер справа	1.173 2.180 28.562 16.054 ±15.561 ±6.882 -54.841 47.729

кН;

кН;

кН.

2. Так как угол наклона решётки принят , то усилие в раскосе определяется по формуле:

кН

где - угол наклона решетки.

3. Требуемая площадь раскоса определяется по формуле:



где , МПа

см2;

Принимаем уголок 50x5 с см2 и см.

4.Определим гибкость принятого раскоса:

5. Определим предельную гибкость: , тогда

; гибкость уголка меньше предельной, проверка удовлетворяется.

6. Приведённая гибкость

, тогда

7. Проверку устойчивости раскоса производим по формуле:

Устойчивость не обеспечивается, поэтому необходимо увеличить сечение раскоса.

Примем уголок 75x6 см2 и см.

Определим гибкость принятого раскоса:

Приведённая гибкость

;

Так как , тогда

МПа;

Окончательно принимаем уголок 75x6.

4.3.5 Проверка устойчивости нижней части колонны как внецентренно сжатого стержня

1. Определим момент инерции всего сечения относительно оси X:

см2

см.

Определим приведённую гибкость:

Предварительно определим:

; при ;

.

Определим приведённую условную гибкость:

2. Определяется по формуле, в которой определяется по [2, табл.72] в зависимости от расчетное сопротивление стали, принимаемое для фасона;

Оставляем сечение раскоса прежним.

3. Наибольшее сжатие шатровой ветви соответствует комбинации усилий при

кН; кН; кН.

Эксцентриситет м.

Относительный эксцентриситет:

Наибольшее сжатие подкрановой ветви соответствует комбинации усилий при

кН; кН; кН.

Эксцентриситет м.

Относительный эксцентриситет:

4. Находятся коэффициенты продольного изгиба колонны по [2. табл.75] в зависимости от и :

для шатровой ветви: ;

для подкрановой ветви: .

5. Проверяется устойчивость при наибольшем сжатии шатровой ветви:

МПа;

при наибольшем сжатии подкрановой ветви:

МПа.

Общая устойчивость нижней части колонны обеспечивается.

4.4 Расчёт соединения верхней части колонны с нижней

Конструкция показана на рисунке 4.4. Примем высоту соединительной траверсы м, а толщину опорной плиты подкрановой балки примем мм.

Толщину вертикального ребра примем мм. Толщина горизонтальных рёбер равна мм, а их вылет в каждую сторону мм.

4.4.1 Проверка стыкового шва

Стыковой шов проверяется на комбинацию и , соответствующую максимальному по абсолютной величине ядровому моменту в сечении 3-3, по формуле:

;

Так как концы швов выводятся за пределы стыка, то принимаем .

МПа:

МПа;

Прочность шва обеспечена.

4.4.2 Назначение толщины траверсы

Толщину траверсы определим из условия ее прочности на смятие по формуле:

где МПа - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности, определяемое по [2. табл. 1*]: мм - длина площадки передачи нагрузки ; - расчетное значение веса подкрановой балки.

м.

Принимаем мм.

4.4.3 Сварные швы

Длину шва (крепление вертикальных ребер к траверсе) рассчитаем по формулам:

;

.

Вычислим срезающее усилие:

 кН;,

Катет сварного шва примем мм.

Определим длину шва из условия среза по металлу шва при сварке электродами Э50А при МПа:

мм;

Из условия среза по металлу границы сплавления при МПа.

мм.

4.4.4 Сварные швы

Длина шва назначается из условия восприятия , , и . Определим максимальное срезающее усилие по формуле:

Усилия и в сечении 3-3 подсчитаем по сочетанию усилий, шифры которых взяты в сечении 2-2 по наибольшему отрицательному ядровому моменту .

;

.

кН.

Требуемая длина шва определяется из обеспечения прочности соединения по формулам:

мм;

мм.

Расчётные длины швов и меньше принятой конструктивно высоты траверсы.

4.4.5 Расчет траверсы

Принятое сечение траверсы (1-1 на рис.4.4) проверяется в следующем порядке:

1. Находятся максимальный изгибающий момент и поперечная сила :

где 1.2 - учитывает неравномерность передачи усилий от подкрановой балки; .

;

кН.

2. Определяются геометрические характеристики сечения траверсы:

положение центра тяжести сечения траверсы:

см;

момент инерции:

момент сопротивления

см3.

3. Проверку нормальных напряжений осуществляем по формуле:

МПа.

4. Проверяются касательные напряжения:

где МПа здесь и далее расчетное сопротивление стали траверсы на сдвиг, определяется по [2, табл.1*].

МПа.

Прочность не обеспечивается, увеличиваем толщину траверсы до мм:

МПа.

Прочность траверсы на срез обеспечивается.

4.5 Расчет и конструирование базы колонны

Проектирование базы под шатровую ветвь производится в следующем порядке.

1. Определяется расчетное усилие в шатровой ветви:

где и усилия в сечении рамы 1-1, соответствующие наибольшему положительному ядровому моменту:

для подкрановой ветви:

кН;

2. Требуемые площади опорных плит определим по формуле:

где МПа - расчетное сопротивление бетона смятию.

для шатровой ветви: м2;

для подкрановой ветви: м2;

2. Определяются размеры плиты. Ширина плиты определяется конструктивно. Для этого определим ширину сечения ветви у опорного листа вместе с рёбрами мм, примем толщину траверсы базы колонны мм, консольный участок опорного листа базы примем ; мм. Округляем до ближайшей большей прокатываемой ширины листа и принимаем окончательно мм. Ширина подкрановой плиты определяется аналогично. Ширина сечения подкрановой ветви выписывается из сортамента по принятому двутавру

мм. Окончательно принимаем мм.

Определяем длины плит.

Для шатровой ветви: мм; с учётом ширины сечения нижней части колонны примем не менее мм, с учётом округления до 1 см мм.

Для подкрановой ветви: мм; так ж примем не менее мм, с учётом округления до 1 см мм.

4. Проверяется прочность бетона фундамента на смятие. Примем выступы фундамента за пределы плиты мм.

МПа.

МПа;

МПа.

5. Определяются толщины опорных плит. Определяем изгибающие моменты на участках: для шатровой ветви

;

так как , тогда

;

.

для подкрановой ветви

;

;

.

Определяем толщины плит:

Для шатровой ветви

мм, увеличим на 2 мм для фрезерования и примем в соответствии с сортаментом мм.

Для подкрановой ветви

мм, увеличим на 2 мм для фрезерования и примем в соответствии с сортаментом мм.

7. Назначим предварительно толщину траверс мм.

Шатровая ветвь:

Плечо грузовой площади мм;

Нагрузка на траверсу кН/м.

Определим усилие в шве крепления траверсы к ветви колонны:

кН;

Определим высоту траверсы при катетах сварных швов мм:

мм;

из конструктивных соображений мм, в соответствии с сортаментом мм.

Подкрановая ветвь:

Плечо грузовой площади мм;

Нагрузка на траверсу кН/м.

Определим усилие в шве крепления траверсы к ветви колонны:

кН;

Определим высоту траверсы:

мм;

из конструктивных соображений мм.

4.6 Расчет анкерных болтов

Определим усилия в болтах от каждой нагрузки предварительно выписав значения и из распечатки (сечение 1-1), полученной при статическом расчёте рамы. Результаты расчёта сведём в таблицу 5.

Таблица 5 - РСУ для сечения 1-1

Нагрузки	Усилия
	. КН м	, кН
Постоянная	48.222	253.536	-81,7516	-171,681
Снеговая	33.211	47.880	4,198224	-52,0587
	104.701	927.220	-357,352	-569,49
	182.198	267,799	20,58475	-288,275
	-218.877	-0,288	-178,174	178,4616
	134.482	0,288	109,4201	-109,708
Ветер слева	-648.561	-8.526	-524,289	532,8115
Ветер справа	613.470	8.526	495,7016	-504,224

2. Определим РСУ, при которых в ветвях колонны действуют наибольшие растягивающие усилия (сечение 1-1). Результаты сведём в таблицу 6.

Таблица 6 - РСУ для анкерных болтов.

Ш и ф р	Нагрузки	Усилия в анкерных болтах, кН
		подкрановой ветви	шатровой ветви
1	Постоянная		-171.681
2	Снеговая	-4.19	-52.0587
3		-535.526	-391.02
4		-179.178	-747.95
5		-247.93	-679.198
6		-466.72	-459.782
7		-157.594	-109.815
8		198.754	-466.735
9		130	-397.983
10		-88.84	-178.567
11	Ветер слева	-524.289	532.8115
12	Ветер справа	495.7016	-504.224
I основное сочетание	430.81	12	392.34	11
II основное сочетание	562.586	8,2,12	340,913	11

3. Определим требуемую площадь анкерных болтов подкрановой ветви

см2;

Для двух болтов:

где - два болта на ветвь.

Примем диаметр одного болта равным 56 мм.

Площадь одного болта см2, двух болтов - см2.

Для 4-х болтов:

Примем диаметр одного болта равным 42 мм.

Площадь одного болта см2, 4-х болтов - см2.

Определим требуемую площадь анкерных болтов шатровой ветви

см2;

Для двух болтов:

где - два болта на ветвь.

Примем диаметр одного болта равным 48 мм.

Площадь одного болта см2, двух болтов - см2.

Для 4-х болтов:

Примем диаметр одного болта равным 36 мм.

Площадь одного болта см2, 4-х болтов - см2.

4. Расчёт анкерных плиток.

Для подкрановой ветви примем мм

мм.

Определим изгибающий момент в плитке:

.

Требуемая толщина плитки определяется по формуле:

мм.

В соответствии с сортаментом листов и примем толщину анкерной плитки мм.

Для шатровой ветви примем мм

мм.

Определим изгибающий момент в плитке:

.

Требуемая толщина плитки определяется по формуле:

мм.

В соответствии с сортаментом листов и примем толщину анкерной плитки мм.

5. Расчет и конструирование ригеля рамы

Принятые для курсового проектирования конструкции узлов крепления ригеля (фермы) к колонне позволяют (в эксплуатационном периоде здания) считать данное соединение жестким. В монтажный период здания, так как крепление ригеля происходит поэтапно и на первом этапе ригель работает как шарнирно опертая ферма (элемент верхнего пояса не включается в работу), расчет производится на вертикальную монтажную нагрузку без учета разгружающих опорных моментов.

5.1 Геометрическая схема ригеля

Геометрическая схема отправочной марки фермы приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1 - Отправочная марка фермы.

5.2 Расчетные усилия в элементах фермы

Расчетные усилия определяются в результате статического расчета фермы как шарнирно-стержневой системы на ЭВМ. Результаты расчета приведены ниже.

5.3 Подбор сечений элементов фермы

Требуемая площадь сечения элемента длиной от продольной силы подбирается по формулам:

для растянутых элементов (5.1)

для сжатых элементов (5.1а)

где для растянутых элементов нижнего и верхнего поясов и (данный коэффициент учитывает ослабление сечения пояса отверстиями под болты крепления связей), для остальных элементов расчетная длина элемента, для элементов верхнего и нижнего поясов (B, H) и опорного раскоса в плоскости фермы равна геометрической длине (расстоянию между узлами), для остальных элементов - от геометрической длины; гибкость, для элементов поясов задается ориентировочно в пределах для остальных элементов задается коэффициент продольного изгиба центрально-сжатых элементов, определяемый по [2, табл.72] в зависимости от

Сечения элементов фермы принимаются (при раскреплении ее связями из плоскости фермы через узел) следующие:

1) для 1-го элемента верхнего пояса из двух равнополочных уголков

2) для остальных элементов верхнего пояса - из двух неравнополочных уголков меньшими полками вместе :

3) для элементов нижнего пояса - из двух неравнополочных уголков меньшими полками вместе ;

4) для опорного раскоса из двух неравнополочных уголков большими полками вместе ;

5) для стойки из двух равнополочных уголков ;

6) для остальных элементов - из двух равнополочных уголков .

После подбора уголков по сортаменту [1, табл. 6 и 7 прил. 1] определяются геометрические характеристики сечений элементов фермы: площади, радиусы инерции, гибкости, а для сжимаемых элементов коэффициенты продольного изгиба в плоскости фермы.

После уточнения для принятой толщины уголков производятся проверки прочности, для растянутых элементов и устойчивости для сжатых элементов и в случае необходимости делается снова подбор сечения. Растянутые элементы проверяются (по площади нетто) по формуле:

(5.2)

сжатые элементы

(5.2а)

где площадь сечения одного принятого растянутого уголка: - диаметр отверстий под болты крепления связей; толщина принятого уголка; площадь сечения двух принятых сжатых уголков; для всех элементов фермы за исключением сжатых элементов решетки при их гибкости В этом случае

В процессе подбора и проверок сечений элементов фермы производится контроль гибкости , чтобы она не превышала предельно допустимой гибкости [1, табл.15 прил.1].

Проверка устойчивости и из плоскости фермы не производится, так как при рекомендуемых типах сечений стержни являются равноустойчивыми в обеих плоскостях.

Подбор сечения стержней сведён в таблицу 5.1.

5.4 Расчет сварных швов элементов фермы

Перед расчетом назначаются катеты сварных швов, которые должны удовлетворять следующим требованиям:

1) (5.3)

где минимальный катет шва, при толщине более толстого из свариваемых элементов принимается по [1, табл.16 прил.1]; меньшая из толщин свариваемых элементов (уголка либо фасонки).

Толщина фасонки =14 мм принимается по [1, табл.17 прил. 1] в зависимости от максимального усилия в опорном раскосе.

2) катет шва на пере уголка должен быть его (толщине -) (см. рис.5.2).

Швы обушка рассчитываются на усилие , а швы пера на усилие Приближенно усилия определяются по формулам:

для неравнополочных уголков меньшими полками вместе:

(5.4а)

для неравнополочных уголков большими полками вместе:

; (5.4б)

для равнополочных уголков:

(5.4в)

Длина швов определяется по формулам:

для обушка ( - катет шва):

(5.5)

для пера ( - катет шва):

(5.5а)

где =0,7 - коэффициент, определяемый по [2. табл.34*]; =215 МПа - расчетное сопротивление металла шва сварного соединения, определяемое по [2. табл.56] (при принятом типе электрода Э50); =1 - коэффициент условий работы сварного шва принимаемый по [2, п.11.2*].

Длина шва принимается не менее

Расчёт швов сведён в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Расчёт сварных швов элементов фермы.

Элементы фермы	Усилия	Толщина уголка, мм	1,2*tmin	kfmin, мм	Принятый катет шва	Расчетные усилия	Расчётные длины швов
					у пера	у обушка	у пера	у обушка	у пера	у обушка
В1	106,4	5	6	6	4	6	31,92	74,48	27	41
В3	239,9	10	12		6	10	59,97	179,95	33	60
Р1	220,2	8	9,6		6	10	88,08	132,12	49	44
Р2	128,8	5	6		4	6	38,64	90,16	32	50
Р3	65,5	6	7,2		4	6	19,65	45,85	16	25
С1	36,1	5	6		4	6	10,83	25,27	9	14
Н2	240,3	6	7,2		4	6	60,07	180,25	50	100

5.5 Расчет и конструирование узлов фермы

Толщина фасонки =10 мм принята в п.5.4. Принимаем болты диаметром 20 мм, с классом прочности 4,6 ( МПа) [2, табл.58].

5.5.1 Конструирование верхнего опорного узла (узел 1)

Верхний опорный узел приведен на рис. 5.3. Принимаем фланцевое соединение. Толщину фланца принимаем 20 мм. Очертания фасонки получаются по общим принципам, размеры фланца определяются числом болтов и минимальными расстояниями между ними. Стенка колонны в центре узла укрепляется ребром жесткости.

Рассчитаем болтовое крепление к колонне. Растягивающее усилие NВ1=106,4 кН. Принимаем 4 болтов и проверяем их прочность:

(5.9)

где =2,45 см2 - площадь сечения болта, принимаемая по [2. табл.62*]; МПа - расчетное сопротивление болта растяжению; - усилие в первом элементе верхнего пояса.

Напряжения в сварном шве фланца с фасонкой при длине 148 мм:

МПа

где =6 мм - принятый катет шва; =0,7 - см. п. 5.4.

Фланец проверяется как изгибаемый элемент с пролётом:

L=152-3Ш=152-3*20=92 мм (рис.5.7),

с моментом сопротивления сечения: см3 изгибающим моментом: кНм

МПаМПа.

5.5.2 Конструирование верхнего промежуточного узла (узел 2).

Узел показан на рисунке 5.4.

Рис. 5.4 Верхний промежуточный узел.

Особенностью этого узла является наличие разрыва верхнего пояса и соединения элементов верхнего пояса различного сечения. Для выравнивания профиля верхнего пояса за положение центра тяжести стыкуемых уголков принимается среднее значение центра тяжести В1 и ВЗ:

см

Элемент В2 заводится за центр узла на 300 мм. Верхняя грань фасонки выпускается на 10 мм, для чего предусматриваются вырезы в фасонке для крепления прогона и размещения накладки, передающей усилие с обушка элемент В1. Конструктивно длина накладки должна быть не менее 2*41+50=132 мм; Ширина накладки принята 100 мм, что на 12 мм меньше ширины пояса В1, что при вертикальном положении фермы обеспечивает удобство сварки. Толщина накладки должна быть не менее:

м = 2,9 мм

Принимаем толщину накладки 10 мм.

5.5.3 Соединение нижнего пояса и опорного раскоса с колонной (Узел 3)

Соединение нижнего пояса и опорного раскоса с колонной принято фланцевым (рис.5.5). Узел центруется на внутреннюю грань верхней части колонны.

Рис. 5.5 Узел соединения нижнего пояса и опорного раскоса с колонной.

Для расчета швов в узле строится диаграмма усилий (рис. 5.6).

кН, кН.

Вертикальная составляющая равнодействующей:

кН,

горизонтальная составляющая равнодействующей:

кН

равнодействующая: кН.

Центр узла и центр фланца не совпадают. Усилие Н по отношению к центру фланца приложено с эксцентриситетом еН1=440/2-180=40 мм. Напряжение в шве прикрепления фасовки к фланцу от усилия V:

МПа

от усилия Н:

МПа

Суммарное напряжение в шве крепления фасовки к фланцу:

МПа

Передача вертикального усилия V с фланца на колонну происходит через опорный столик. Длина швов прикрепления столика определяется с учетом 20% перегрузки:

мм

где - катет шва принят равный 6 мм [2, табл. 38*].

Принят столик длиной 150 мм сечением 240x40.

Болты крепления Фланца к колонне принимаются конструктивно диаметром 20мм, так как усилие с фланца передается на столик. Размещение болтов показано на рис. 5.5.

Проверка фланца на смятие:

МПа

Прочность на смятие фланца обеспечивается.

5.5.4 Конструирование узла 4.

Усилие F, передаваемое на узел:

кН,

где - длина панели фермы по верхнему поясу. Расчет сварного шва крепления фасонки к поясу:

МПа,

прочность шва обеспечивается.

5.5.5 Конструирование узла 5

Узел показан на рисунке 5.6. Шов крепления фасонки к нижнему поясу рассчитывается на разность усилий в элементах пояса. Разность усилий равна:

кН

Осуществим проверку шва:

МПа

прочность шва обеспечивается.

Выпуск фасовки за пределы нижнего пояса назначаем конструктивно 10 мм.

Рис. 5.6 Узел 5.

5.5.6 Конструирование узла 6

Шов крепления фасонки к верхнему поясу рассчитывается на равнодействующую усилий: NR=387 кН. Осуществим проверку шва:

МПа

Шов у пера полностью обеспечивает прочность крепления фасонки к верхнему поясу.

5.5.7 Конструирование верхнего укрупнительного узла (узел 7)

Узел представлен на рисунке 5.7.Усилие со шва у пера элемента В4 длиной 176 мм через накладку передается на другую половину фасонки следующей отправочной единицы. Назначаем длину одного вертикального шва у накладки 120 мм. Проверим шов на передачу усилия у пера элемента:

МПа

Длина шва достаточна для передачи усилия у пера элемента.

Усилие у обушка передается через накладку. Ширина накладки:

мм. Толщина накладки:

м

Принимаем толщину накладки 10 мм.

Список литературы

1. В.А.Титаев, А.Я.Глушанков "Проектирование стального каркаса промышленного здания" методическое пособие для курсового и дипломного проектирования. - Хабаровск: ДВГАПС, 1996. - 117 с.

2. СНиП II-23-81* Стальные конструкции/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1991. - 96 С.

3. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1986. -36с.

4. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985 - 79 с.

5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия (Дополнения. Разд.10. Прогибы и перемещения)/Госстрой СССР. -М.: ЦИТН Госстроя СССР, 1989. - 8 с.

Размещено на Allbest.ru