Компоновка стального каркаса промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра металлических конструкций

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине «Металлические конструкции»

Студент Мальцева О.А.

Группа С-06-1

Руководитель

д.т.н., профессор Зверев В.В.

Липецк 2010

Исходные данные

Пролет здания l = 36 м;

длина здания L = 96 м;

шаг колонн В_к =6 м;

шаг стропильных ферм В_ф =6 м;

отметка головки рельса Н₁ = 8 м;

грузоподъемность крана Q=80 т;

режим работы крана 6К;

температурный режим - отапливаемое здание;

Место строительства: Ставрополь.

1. Компоновка стального каркаса промышленного здания

1) Определяем высоту H₂

Габаритные размеры крана Q =100/20 т:

H_cr = 4000 мм (высота от головки кранового рельса до верхней точки тележки), B₁ = 400 мм (величина свеса крана от оси колеса), тип рельса КР100, h_кр = 150 мм (высота рельса).

H₂ = (Н_к + 100) + а = 4000 + 100 + 300 = 4400 мм

Принимаем H₂ = 4400 мм (кратно 200 мм)

Н_к + 100 - габаритный размер от головки рельса до верхней точки тележки крана плюс допуск на изготовление крана, равный 100 мм;

а - размер зазора между краном строительными конструкциями покрытия, учитывающий возможный прогиб ферм и связи, а=200…400 мм.

2) Определяем высоту цеха:

Н = Н₁ + Н₂ = 8000 + 4400 = 12400 мм.

Учитывая условие, что высота цеха должна быть кратна 1,2 м (H < 10,8 м), назначаем Н = 12 600 мм.

3) Размер верхней части колонн:

Н_в = h_пб + h_кр + Н₂ = 1050 + 150 + 4600 = 5800 мм,

где h_пб - высота подкрановой балки, h_пб=1050 мм,

h_кр - высота подкранового рельса, h_кр=150 мм.

4) Размер нижней части колонны:

Н_н = Н - Н_в + Н_зв = 12600 - 5800 + 150 = 6950 мм,

где Н_зв - заглубление башмака колонны ниже нулевой отметки.

5) Общая высота колонны:

Н_к = Н_н + Н_в = 6950 + 5800 = 12750 мм.

С учетом высоты части колонны H₀ = 3150 мм (для ферм из парных уголков и широкополочных тавров, i = 0,015) высота всей колонны равна 15900 мм.

6) Принимаем л₁ = 1000 мм, т.к.

(l₁ - l_к)/2 = (24000 - 22000)/2 = 1000 мм.

7) Высота сечения нижней части колонны:

h_н = л₁ + h₀ = 1000 + 500 = 1500 мм.

2. Сбор нагрузок на поперечную раму

Расчет ведется в SCAD_731_r5_

2.1 Постоянная нагрузка

Элементы расчетной схемы рассчитываются автоматически.

Покрытие: q=0.985 кН/ мІ

Сосредоточенные силы, действующие в верхние узлы фермы:

Р₁ = q* S_ф * 3 м = 17,73 кН

Р₂ = q* S_ф *1,5 м = 8,865 кН

2.2 Нагрузки от веса стенового ограждения

Расчетный собственный вес стеновых панелей составляет:

q₂=1.215 кН/мІ

Распределенные силы:

q₁= q₂ *S_к=7.29 кН/м

Распределенные моменты относительно оси Y, с эксцентриситетом равным половине высоты сечения:

m₁ = q₁*0,25м = 1.8225 (кН*м)/м

m₂ = q₁*0,75м = 5.4675 (кН*м)/м

2.3 Подкрановые конструкции

В нагрузке от подкрановых конструкций учитывается собственный вес подкрановых балок с тормозными конструкциями и собственный вес кранового рельса.

Нормативный вес подкрановых балок для расчета рамы G=11 кН. Расчетная сосредоточенная сила от подкрановой балки вычисляется с учетом коэффициента надежности по нагрузкам =1,05 и коэффициента учитывающего вес тормозных конструкций :

Р₄₁ = G* * =11*1.05*1.5=17.325

Принимаем по табл. П3.3 для крана грузоподъемностью 80 т крановый рельс КР100. Его нормативный вес равен q=0,8905 кН/м (табл. 3.4). Нагрузка на колонну от кранового рельса равна:

Р₄₂ = q* * =0.8905*1.05*6=5.61 кН

Суммарная нагрузка от подкрановых конструкций составляет:

Р₄ = Р₄₁ + Р₄₂ =22.935

Сосредоточенная сила от подкрановых конструкций действует на нижнюю часть колонны с эксцентриситетом:

и создает изгибающий момент:

М₁ = Р₄ * е = 17.2

2.4 Снеговая нагрузка

Нормативное значение веса снегового покрова на 1 мІ горизонтальной поверхности земли для города Брянск (III снеговой район) составляет

S= Sо*м;

Sо - нагрузка от снегового покрова на 1 мІ горизонтальной проекции, в зависимости от района строительства;

м - коэффициент, учитывающий профиль кровли;

Загружение 1

Нормативная нагрузка на 1 м² горизонтальной проекции поверхности:

=1.2

2.5 Нагрузка от мостовых кранов

Выписываем габаритные размеры крана:

Наибольшее давление колес: F₁=387 кН, F₂=412 кН;

Масса тележки: Gт=330 кН;

Общий вес крана: G=1230 кН;

Расстояние между парами колес моста: К₀=4350 мм;

Общая ширина крана: B₂=9100 мм

Определяем Dmax, Dmin по формулам:

D_max=; D_min=, где

=1,1 - коэффициент надежности по нагрузкам;

- коэффициент сочетания, зависящий от количества кранов и режима их работы =0,85 (режим работы - 6К, количество кранов - 2);

- сумма ординат =5 м;

;

;

где - наибольшая грузоподъемность

- число колес на одной стороне крана

G - нагрузка от крана с тележкой G =1230 кН;

D_max= = 1,1·0,85·399.5·5=1867,6625 кН;

D_min== 1,1·0,85·108·5=504,9 кН;

М_max=D_mах·е;

М_min= D_min·е;

е = (0,45ч0,5) h_Н =0,5·1500=750мм=0,750 м,

М_max=D_mах·е=1400.747 кНм,

М_min= D_min·е=378.675 кНм;

2.6 Горизонтальные усилия на колонну от поперечного торможения кранов

Определяем нормативное значение горизонтальной силы, приходящейся на одно колесо с одной стороны крана:

Т_к=0,05(Q+G_т)/n = 0,05(800+330)/4=14,125 кН

Определяем расчетное горизонтальное усилие на колонну от торможения тележек мостовых кранов:

Т=_f.k^.Т_к^.y_i=1,1·0,85·14,125·5=66,034 кН.

2.7 Ветровая нагрузка

Брянск относится к 5 ветровому району (- нормативный скоростной напор равен 0,6 кН/м²), тип местности А.

Коэффициент надежности для ветровой нагрузки =1,4;

с=0,8; с=0,6 - аэродинамические коэффициенты для наветренной и заветренной поверхности соответственно; В = 6м - ширина грузовой площадки равная шагу рам.

На высоте до 5 м

q₁ = г_bf·с·k·b·W₀ = 0.6·0,75·0,8·1.4·6 = 3,024 кН/м

q₁ = г_bf·с·k·b·W₀ = 0.6·0,75·0,6·1.4·6 = 2,268 кН/м

На высоте 10 м

q₂ = г_bf·с·k·b·W₀ = 0,6·1·0,8·1.4·6 = 4.032 кН/м

q'₂ = г_bf·с·k·b·W₀ = 0,6·1·0,6·1.4·6 = 3,024 кН/м

На высоте 20 м

q₃ = г_bf·с·k·b·W₀ = 0,6·1,25·0,8·1.4·6 = 2,628 кН/м

q'₃ = г_bf·с·k·b·W₀ = 0,6·1,25·0,6·1.4·6 = 3,78кН/м

3. Расчет стропильной фермы

3.1 Подбор сечений элементов

Подбор производим на наиболее нагруженные элементы. Для упрощения заказа металла принимаем пять типоразмеров.

Верхний пояс N= - 370,29 кН;

Нижний пояс N= 353,84 кН;

Стойка сжатая N= - 319,91 кН;

Опорный раскос N= - 1609,4 кН

Раскос сжатый N= - 136,48 кН;

Раскос растянутый N= 134,23 кН;

Расчет верхнего пояса

l_x=3 м, l_y=3 м.

Задаёмся = 60 => = 0,805

;

Принимаем 2 уголка 90х6 с общей площадью А=2*10.6 = 21.2 см²,

i_x=2,78 см, i_у=4,18 см.

; ;

л _max= л _х =107,91 => ц=0,491;

> R_yг_c=22,8 кН/см²;

Принимаем 2 уголка 100х8 с общей площадью А=2*15,6 = 31,2 см²,

i_x=3,07 см, i_у=4,61 см.

; ;

л _max= л _х =97,72 => ц=0,553;

< R_yг_c=22,8 кН/см²;

Недогрузка составляет 5,8%

Расчет нижнего пояса

l_x=6 м, l_y=6 м.

;

Принимаем 2 уголка 140х9 с общей площадью А= 2*24,7=49,4 см².

< R_yг_c=22,8 кН/см².

Недогрузка составляет 2,85%

Расчет стойки

, ;

Задаёмся = 80 => = 0,686

;

Принимаем 2 уголка 90х7 с общей площадью А=2*12.3=24,6 см²,

i_x=2,77 см, i_у=4,21 см.

; ;

л _max= л _х = 93 => ц=0,601;

< R_yг_c=22,8 кН/см²;

Недогрузка составляет 5,1%

Расчет опорного раскоса

, ;

Задаёмся = 60 => = 0,805

;

Принимаем 2 уголка 180х12 с общей площадью А=2*48,9=97,8 см²,

i_x=5,59 см, i_у=7,9 см.

; ;

л _max= л _у = 55,06 => ц=0,824;

< R_yг_c=22,8 кН/см².

Недогрузка составляет 12%

Расчет прочих раскосов

, ;

Задаёмся = 100 => = 0,542

;

Принимаем 2 уголка 90х6 с общей площадью А=2*10.6=21,2 см²,

i_x=2,78 см, i_у=4,18 см.

; ;

л _max= л _х = 125,18 => ц=0,385;

> R_yг_c=240,95=22,8 кН/см²;

Недогрузка составляет 26,67%

Проверим растянутый раскос N=134,23 кН

< R_yг_c=240,95=22,8 кН/см².

Недогрузка составляет 27,89%

3.2 Расчет узлов фермы

Расчёт сварных швов

Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку, проволоку Св-08Г2С диаметром d = 1,4...2 мм; k_f,max = 0,8 мм; в_f = 0,9 (сварка в нижнем положении) в_z = 1,05; г_wz = г_wf =1 (конструкции эксплуатируются при t>-40°С); R_wf = 21,5 кН/см²; R_wz = 16,5 кН/см².

Определим минимальную несущую способность углового шва:

- по металлу шва в_f ·R_wf = 0,9·21,5= 19,4 кН/см²;

- по границе сплавления в_z ·R_wz = 1,05·16,5= 17,3 кН/см²;

Так как в_z ·R_wz< в_f ·R_wf, то расчет швов следует выполнять по границе сплавления.

Определяем необходимую длину швов крепления стойки, раскосов.

Принимаем катет шва k_f=5 мм.

№ стержня	Сечение	[N], кН	Шов по обушку	Шов по перу
			Nоб=0,7*N, кН	kf, см	lw, см	Nп=0,3*N, кН	kf, см	lw, см
19,41	90х7	319,91	223,937	0,5	14	95,973	0,5	7
23,37	90х6	134,23	93,961	0,5	7	40,269	0,5	3
22,39	90х6	136,48	95,536	0,5	7	40,944	0,5	3
20,38	180х12	1609,4	1126,58	0,8	42	19,028	0,8	19

Если по расчету длина шва меньше 5 см, то принимаем l_w = 5 см

Расчёт узла крепления раскосов к фасонкам и поясам ферм

Швы крепления фасонки к поясу рассчитываем в отсутствии действия узловой нагрузки на действие продольного усилия F =177,3 кН; N₁=-166,21 кН; N₂=-1,753 кН

N = N₁-N₂ = 166,21+1,753 = 167,963; в_z = 1,05;

Определим минимальную несущую способность углового шва:

- по металлу шва ,

- по границе сплавления .

Так как , расчет швов следует производить по границе сплавления .

Принимаем минимальный катет шва k_f = 4 мм.

Принимаем размеры фасонки l = 21 см; b = 21,3 см;

l_w = 21 - 1 = 20 см; У l_w = 20·6 = 120 см;

ф_w,N = кН/см² < R_wz· г_wz· г_c = 16,5•1•1 = 16,3 кН/см².

Прочность шва обеспечена.

Расчет соединительных прокладок

Принимаем ширина прокладки 60 мм.

Толщина прокладки 14 мм.

Расстояние между прокладками:

сжатые элементы - 40i; растянутые элементы - 80i.

	Верхний пояс	Нижний пояс	Стойки	Сжатый раскос	Растянутый раскос	Опорный раскос
Длина, см	300	600	315	435	435	435
Радиус инерции, i	3,07	4,34	2,77	2,78	2,78	5,59
Расстояние между прокладками	122.8	347,2	110.8	111,2	222,4	223,6
Число прокладок	2	2	2	3	2	2
Размеры прокладок	60х120	60х160	60х110	60х110	60х110	60х200

Расчёт опорного узла

Принимаем катет шва k_f = 8 мм.

Определяем необходимую длину швов крепления сжатого опорного раскоса:

Lw обуха=42 см

Lw пера=19 см

Принимаем конфигурацию фасонки с минимальным числом резов. Фактическая длина швов при этом будет больше, чем требуется по расчету.

Из конструктивных соображений принимаем толщину фланца такой же, что и толщина фасонки 16 мм (Беленя ст. 285)

Длина крепления фасонки к фланцу определена конструкцией узла и составляет 39 см. Принимаем катет шва 8 мм. Предельная расчётная длина шва l_w=85*0,9*0,4=31см, что меньше фактической. Включаем в расчёт только часть шва длинной 31 см.

Проверка прочности шва

Fr/2*Lw*Kf*(B*Rw)min =31,99/2*39*0.8*17.3=0.03<1

Прочность шва обеспечена. Для крепления фланца к надопорной стойке принимаем болты М20. Поскольку болты соединительные, устанавливаем их на максимальных расстояниях.

4. Расчет колонны

Исходные данные:

Материал колонны сталь С235, бетон фундамента В15, коэффициент надежности по назначению г_n = 0,95.

Для надкрановой части: N= 1603.6, М= - 1235.7 кНм.

Для подкрановой части:

- момент догружает подкрановую ветвь: N₁= 1717.8 H, M₁= -1346.66 Hм;

- момент догружает наружную ветвь N₂= 2454.3 H, M₂=882.87 Hм.

Длина подкрановой части составляет l_г(х1)= 1390 мм

Длина надкрановой части составляет l_г(х2)= 1740 мм

Соотношение жесткостей I_n/I_v = 10299,99/42389,996=0,243;

Q_max= 87,573 кН;

Определение расчетных длин колонн:

Подкрановая часть:

l_ef,x1 = м₁l₁ (l₁ = l_г(х1));

Надкрановая часть:

l_ef,x2 = м₂l₂ (l₂ = l_г(х2));

Коэффициенты расчетной длины м₁ и м₂ определим по приложению 6 СНиП

Расчетные длины из плоскости рамы принимаются равными наибольшему расстоянию между точками закрепления колонны от смещения вдоль здания.

Для надкрановой части l_ef,y2 = 5,8-1,2(h_П.Б.)= 4,6 м;

Для подкрановой части l_ef,y1 = 6,95 м

4.1 Подбор сечения надкрановой части колонны

здание стропильный ферма стальной колонна

Для симметричного двутавра:

i_x = 0,42*h = 0,42*100=42 см;

с_x = 0,35*h = 0,35*100= 35 см;

Значение коэффициента з для двутавра колеблется в пределах 1,3-1,57. Примем в первом приближении з =1,3; тогда

m_ef= зm_x= 1,3*2,202=2.86

По таблице при и m_ef=2,8, принимаем ц_е = 0,484

Компоновка сечения

Принимаем предварительно толщину полок t_п = 14 мм

h_ст=h_в-2t_п=100-2*1,4=97,2 см

По табл. 14.2[1] при из условия местной устойчивости

Предельная гибкость стенки = 1,594 см;

Требуемая толщина стенки = 2,04 см;

Поскольку сечение с такой толстой стенкой неэкономично, то принимаем

Принимаем t_ст=1,0 см;

h1=0.4*1*1,594 =19,06

Ared=2*35*1.4+2*1*19.16=137.2

Требуемая площадь полки

А_п.тр.=

Принимаем b_п=35 см, t_п=1,4 см.

А_п=35*1,4=49 см²

b_св/t_п=(35-1,0)/(2*1,4)=12.4<14,96

Геометрические характеристики сечения

Полная площадь сечения А₀=2*35*1,4+1,0*97,2=195,2 см²;

I_х= см⁴;

I_у=см⁴;

W_х=314715.52/50=6294,31 см³

р_х=W_х/А₀=6294,31/195,2=32,24 см;

i_х=;

i_у=.

Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента

л_х=l_{ef, х2}/i_х=1740/40,15=43,34

=>

= (1,75 - 0,1*m_x) - 0,02(5 - m_x)*л_x=(1,75-0,1*2,39)-0,02(5-2,39)1,2=1,4

,

устойчивость обеспечена.

Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента

=> _у = 0,75;

Для определения m_х найдем максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня.

По модулю

М_х ? М_мах/2=1235,7/2=617,85 кНм

m_х=М_хА₀/N₁W_x=101800*195,2/(1603,6*6294,31)=1,97

При m_х ? 5 коэффициент

с=в/(1+бvm_х)

Значения коэффициентов в, б определяются по приложению 11 [1]

0,65+0,05• m_х = 0,65+0,05*1,97=0,75

=

_у<3,14 => == 1;

V=0.73

с = 1/(1+0,7•2,1) = 0,9

В запас несущей способности в расчет включаем редуцированную площадь Ared

Получаем,

4.2 Подбор сечения подкрановой части колонны

Сечение подкрановой части сквозное, состоящее из двух ветвей, соединенных решеткой. Высота сечения нижней части h_н = 1500 мм.

Задаёмся z₀ = 5 см. h₀ = 1500 - 50 =1450 мм.

;

y₂ = h₀ - y₁ = 145 - 57=88 см.

Определяем усилия в ветвях:

В подкрановой части

В наружной ветви

Находим требуемую площадь ветвей и назначаем сечение:

Для подкрановой ветви

,

Для наружной ветви

.

Принимаем для подкрановой ветви двутавр 50Б2 с А = 102,8см², i_х1 = 20,3 см, i_у1 = 4,27 см по приложению 14, таб. 7 [1].

Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок шатровой ветви принимаем таким же, как и в подкрановой ветви (421 мм). Толщину стенки швеллера t_ст для удобства ее соединения встык с полкой надкрановой части колонны принимаем равной 14 мм; высоту стенки из условия размещения сварных швов h_ст= 480 мм.

Требуемая площадь полок:

A_п = (А_в2-t_стh_ст)/2 = (81,249-1,4*48)/2 = 7см²

По к.с. берем 8 см2

Из условия местной устойчивости полки швеллера

.

Принимаем b_п =6 см, t_п =1,4 см, А_п = 8,4 см².

Геометрические характеристики ветви:

z₀ =(t_ст•h_ст• t_ст/2+2•A_п • (t_п+b_п/2))/A_в2 = (1,4•48•0,7+73,92)/84 = 1,44 см

I_х2 = 1,4*48*(3,15)²+2*1,4*6³/12+21*2(5,05)² = 1788,297 см⁴;

I_у2 = 1,4*48³/12+8,4*(21,75)²*2 = 20849,85 см⁴;

i_х2==4,6 см; i_у2 ==15,75 см;

Уточняем положение центра тяжести:

h₀ = 1500 - 1,44 = 148,56 cм.

;

y₂ = h₀ - y₁ = 148,56-66,8 = 81,76 см.

Отличие от первоначально принятых размеров мало, поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.

Проверка устойчивости ветвей из плоскости рамы

Подкрановая ветвь

=> _у = 0,991?1,

.

Наружная ветвь

=> _у = 0,999?1,

.

Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:

л_х1 = = л_у = 58,44 => l_в1= 58,44*4,27 = 249,54 см.

Принимаем l_в1 = 250 см, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей.

Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы

Подкрановая ветвь

=> _х = 0,982,

Наружная ветвь

=> _у = 0,849,

.

4.3 Расчёт решетки подкрановой части колонны

Поперечная сила в сечении колонны Q_max=186 кН. Условная поперечная сила Q_fic = 0,2·А = 0,2·(102,8 + 84)=37,36 кН < Q max =186 кН; Расчёт решетки проводим по Q_max.

Усилие сжатия в раскосе

sinб = h_н/l_р = ; б53⁰;

Задаёмся л_р=100 => ц = 0,574

Требуемая площадь раскоса

,

-сжатый уголок, прикрепляемый одной полкой.

Принимаем L 90х7 с А_p = 12,3 см², i_min = 1,78 см;

;

ц = 0,554

Напряжение в раскосе

.

4.4 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня

Геометрические характеристики всего сечения

А = А_в1+А_в2 = 102,8 + 84 = 186,8 см²;

J_x = А_в1+А_в2= 102,8•66,8²+84·81,76² = 1020232,8704 см⁴

i_х==73,9 см; ;

;

Наружная ветвь догружают N₂=2454,3 кН, М₂=882,87 кН·м

=>

_е = 0,617 по приложению 9 [1]

.

Подкрановая ветвь догружают N₁=1717,8 кН, М₁=1346,66 кН·м

=> _е = 0,5

Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно, так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.

Проверим соотношение жесткостей нижней и верхней частей колонны J_н / J_в =1020232,8704/314715,52=3,24.

Отличие от принятого при расчете рамы J_н / J_в =5 около 35%, поэтому статический расчет рамы уточнять не требуется.

4.5 Расчет узла сопряжения верхней и нижней части колонны

Расчётные комбинации усилий в сечении над уступом:

1) N₁ = 179,934 kH, M₁ = 119,964 кH·м;

2) N₂ = 291,747 kH, M₂ = 243,391 кH·м;

Давление кранов D_max= 1867,6625 кН.

Прочность стыкового шва (ш1) проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны.

1-я комбинация

наружная полка

=24.2 кН/см²;

внутренняя полка

;

2-я комбинация

наружная полка

;

внутренняя полка

Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия.

t_тр ? D_max /(l_смR_рг_с) = 1867,6625*0,95 /34•35 = 1,49 1,5 см;

Принимаем t_тр=1,5 см.

Длина сминаемой поверхности -

l_см = b_оп+2t_пл = 30+2•2 = 34 cм.

Ширина опорных ребер балок - b_оп = 30 cм.

Принимаем толщину стенки плиты - t_пл = 2 cм.

Усилие во внутренней полке верхней части колонны (2-я комбинация)

N_п = N/2+M/h_в = 291,747/2+24339,1/100 = 389,2645 кН.

Длинна шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (ш2):.



Применяем полуавтоматическую сварку в нижнем положении в среде углекислого газа сварочной проволокой Св-08Г2С, d=2 мм, в_f= 0,9; в_z= 1,05 по таб. 34*[4].

Расчет ведем по металлу границы сплавления. Принимаем k_f = 6 мм; писм.

В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы.

Расчет шва крепления траверсы к подкрановой ветви (ш3).

Для этого берем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы.

При такой комбинации N=291,747 кН, М=-243,391 кН·м.

F=Nh_в/2h_н-M/h_н+D_max·0,9=291,947•100/2•150+24339/150+1867,6625•0,9 =

= 1940,405 кН

Коэффициент 0,9 учитывает, что усилия М и N приняты для 2 основного сочетания нагрузок.

Требуемая длинна шва:

Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы определяем высоту траверсы h_тр

h_тр F/(2t_ст.в.R_sг_c) = 1940,405*0,95/(2•0,78•13) = 91 см.

t_ст.в.=9,2 мм - толщина стенки I50Б2.

R_s-расчетное сопротивление срезу фасонного проката из стали С235.

Принимаем h_тр =91 см.

Рис. 4.1 Конструктивное решение узла

4.6 Расчет и конструирование базы колонны

Ширина нижней части колонны превышает 1 м, поэтому проектируем базу раздельного типа.

1) N₁=2454,3 kH, M₁= 882,87 kH·м (для расчета базы наружной ветви);

2) N₂=504,9 kH, M₂=-378,675 kH·м (для расчета базы подкрановой ветви)

Усилия в ветвях колонны:

В подкрановой ветви

;

В наружной ветви

.

База наружной ветви

Требуемая площадь плиты:

По конструктивным соображениям свес плиты с₂ должен быть не менее 4 см. Тогда ширина плиты В b_к + 2c₂ = 45 + 2•4 = 53 см. Принимаем В=55 см.

Длина плиты:

.

Принимаем конструктивно L=40 см.

А_{пл.факт.}=40•55=2200 см² >А_пл.тр

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно:

2•(b_п+t_ст-z₀)=2•(6 + 1,4 - 1,44) = 12 см;

при толщине траверсы 17 мм с₁ = (45-12-2*1,7)/2 = 14,8 см.

Определяем изгибающие моменты на участках плиты.

Участок 1 (консольная свес c=с₁= 6,8 см)

.

Участок 2 (консольная свес c=с₂ = 5 см)

.

Участок 3 (плита, опертая на четыре стороны; b/a=46,8/6=7,8>2; )

.

Участок 4 (плита, опертая на четыре стороны; b/a=46,8/3,7=12,64>2; )

.

Принимаем для расчёта М_мах= М₁ = 84,3304 кН•см.

Определяем требуемую толщину плиты

,

Принимаем t_пл = 50 мм (2 мм - припуск на фрезеровку).

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08Г2С, d = 2 мм, принимаем k_f =8 мм.

Требуемая длина шва

<85•в_f·k_f =85•0,9·0,7 =

= 53,55 см.

Принимаем h_тр = 36 см.

Прикрепления траверсы к колонне рассчитываем по металлу шва, принимая катет угловых швов k_f =8 мм:

Швы удовлетворяют требованиям прочности. При вычислении суммарной длины швов с каждой стороны шва не учитывалось по 0,5 см на непровар.

Приварку торца колонны к плите выполняем конструктивными швами k_f =6 мм, так как эти швы в расчете не учитывались.

Библиографический список

1. Металлические конструкции в 3 т. Т. 2. Конструкции здании: Учеб. для строит. вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров и др.; Под ред. В.В. Горева. - 2-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2002. - 528 с.

2. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Е.И. Беленя, В.А. Бандин и др.; Под общ. ред. Е.И. Беленя. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985 - 560 с.

3. СниП II-23-81. Стальные конструкции / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1982. - 96 с.

4. Металлические конструкции в 3 т. Т. 1 Элементы конструкций: Учеб. для строит. вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, и др.; Под ред. В.В. Горев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001. - 551 с.

Размещено на Allbest.ru