Проектирование машинного зала электростанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Компоновка поперечной рамы машзала

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 1. Схема машинного зала электростанции

Место строительства - Смоленск. Пролёт зала составляет 42м. Шаг несущих конструкций - 12м, длина машзала - 120м. Отметка оголовка кранового рельса (Hкр.р.) равна 21м. Грузоподъёмность мостового крана составляет 100/20т. Стропильная ферма принята с параллельными поясами. Опирание фермы на колонну - сверху. В качестве ограждающих конструкций кровли приняты железобетонные панели.

Колонны машзала выполняются одноступенчатыми. Прежде чем определить высоту верхней и нижней частей колонны, необходимо определить зазор a1 (рис. 2)между низом стропильной фермы и верхом крановой тележки. Этот зазор, установленный по правилам техники безопасности, не позволит крану задевать на нижние пояса ферм, а также за элементы связей, даже в том случае, если прогиб фермы достигнет предельно допустимой СНиП величины. Размер а1 равен

- допускаемый предельный прогиб фермы.

Для пролёта, равного 42м , . Тогда

машинный зал электростанция колонна

Высота верхней части колонны hв определяется высотой мостового крана, кранового рельса, а также высотой подкрановой балки.

hв = hкр + hкр.р + hп.б. + а1 , где hкр - высота крана

hкр.р. - высота кранового рельса

hп.б. - высота подкрановой балки

Необходимые значения возьмём из таблицы характеристик мостовых кранов. Тогда получим

hв = 4600 + 170 + 1600 + 340 = 6710(мм)

Важным размером при компоновке поперечной рамы является отметка низа фермы (отметка верха колонны):

Нф = Нкр.р. + hкр + а1 , где Нкр.р. - отметка оголовка кранового рельса

Нф = 21000 + 4600 + 340 = 25940(мм)

Так как отметка низа фермы назначается в соответствии с принятым архитектурным решением фасада и из условия унификации для обеспечения соизмеримости со стандартными ограждающими конструкциями, необходимо уточнит величину Нф, приняв её кратной 600мм.

n = = 43,23 , где n - число панелей ограждения .

Приняв n = 44шт, получим новую отметку Нф = 44 х 600 = 26400(мм)

Разность отметок составляет 26400 - 25940 = 460мм.

Увеличим на это значение отметку кранового рельса и величину зазора а1:

а1 = 340 + 60 = 400(мм)

Нкр.р. = 21000 + 400 = 21400(мм)

Уточняем высоту верхней части колонны:

hв = 4600 + 170 + 1600 + 400 = 6770(мм)

Высота нижней части колонны равна

hн = Hф - hв + hзагл , где hзагл - величина заглубления колонны (1м)

hн = 26400 - 6770 + 1000 = 20630(мм)

Для выполнения расчётов необходимо также знать отметку уступа колонны и отметку верха парапета:

Нуст = Hф - hв или Нуст = hн - hзагл

Нуст = 26400 - 6770 = 20630 - 1000 = 19630(мм)

Нпар = Hф + hф + 1000 , где hф - высота фермы (примем равной 3500мм)

Нпар = 26400 + 3500 + 1000 = 30900(мм)

Верхнюю часть колонны проектируем в виде симметричного двутавра. Ширину верхней части колонны bВ из условия жёсткости принимаем равной hв/15. Таким образом исходя из расчёта bВ ? 6770/15 = 451мм и унифицированных размеров примем bВ = 450мм

Нижняя часть колонны проектируется сквозной из двух ветвей, соединённых между собой решеткой. Ширину нижней части колонны bн из условий жёсткости назначаем не менее hн/15 и кратной 250мм. Тогда bн = 20630/15 = 1375(мм). Окончательно примем bн = 1500мм

Расстояние от наружной грани колонны до точки приложения опорной реакции примем с = 250мм, т.к. ферма опирается на колонну сверху и в этом случае расстояние от наружной грани колонны до точки приложения опорной реакции равно ширине надколонника.

Схема компоновки поперечной рамы машзала представлена на рис.2

Рис 2. Схема компоновки поперечной рамы машзала

2. Определение нагрузок на конструкции машзала

2.1 Нагрузки от веса подкрановых балок

Нагрузка от подкрановых балок передается на колонну в виде сосредоточенной силы , приложенной на отметке уступа, с эксцентриситетом .

Нагрузка от подкрановых балок зависит от грузоподъемности мостового крана, пролета подкрановой балки (шага колонн)и пролета машзала. Расчетная нагрузка определяется по формуле

, где

- нормативная нагрузка от подкрановых балок

=1,05-коэффициент надежности по нагрузке для стали.

Gп.б. = 55 * 1,05 = 57,75 (КН)

2.2 Нагрузки от веса колонн

Нагрузка от веса верхней и нижней частей колонны зависит от пролета машзала, шага колонн, грузоподъемности крана и нагрузок от покрытия. Расчетная нагрузка от веса верхней и нижней частей колонн равна

,

где и -нормативные нагрузки от верхней и нижней частей колонны.

Gв = 26 * 1,05 = 27,3 (КН)

Gн = 74 * 1,05 = 77,7 (КН)

2.3 Нагрузки от веса стены

При расчете рамы необходимо определить расчетную линейную нагрузку на колонну от веса стенового ограждения

,

где - нормативная нагрузка от 1 м2 стенового ограждения с ригелями и остеклением

- коэффициент надежности по нагрузки для стенового ограждения

Qст = 1,2 * 1,1 * 12 = 15,84 (КН/м)

2.4 Снеговая нагрузка

Примем равномерное распределение снеговой нагрузки. Расчетная схема поперечной рамы машзала при действии снеговой нагрузки в этом случае оказывается такой же, как при действии постоянной нагрузки на ригель рамы

Расчетная снеговая нагрузка на 1 кв. м перекрытия Sg принимается по СНиП [3] в зависимости от района строительства. Расчетная линейная снеговая нагрузка на ригель рамы без учета снегового мешка

,

где - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Для плоской или малоуклонной кровли коэффициент =1.

Опорная реакция стропильной фермы от снеговой нагрузки:

.

Gсн = 1,8 * 1 * 12 = 21,6 (КН/м)

Fсн = 21,6 * 42 / 2 = 453,6 (КН)

2.5 Ветровая нагрузка

Так как пульсационная составляющая из-за конструкции машзала несущественна, то необходимо определить только статическое ветровое давление, действующее на стену машзала неравномерно: до высоты 5 м над уровнем земли оно принимается постоянным, а затем увеличивается в зависимости от увеличения высоты здания.

Для расчетов по программе «Zal» достаточно задать расчетное значение ветровой нагрузки qв на колонну ряда А на высоте 5 м

от положительного давления ветра. Значение qв определяется по формуле

qв= w0*k*c*гf*b,

где w0 - нормативное значение ветрового давления для заданного района строительства, кН/м(см. СНиП [3], п.6.4 )

k - коэффициент, учитывающий тип местности и изменение ветрового давления по высоте. Коэффициент k в расчетах по программе «Zal» учитывается самой программой

c=0,8 - аэродинамический коэффициент для отдельно стоящего плоского сплошного здания с наветренной стороны

=1,4 - коэффициент надежности по нагрузке для ветровой нагрузки

qв= 0,23 * 1 * 0,8 * 1,4 * 12 = 3,1 (КН/м2)

2.6 Нагрузки от мостовых кранов

От мостовых кранов на каркас машзала передаются нагрузки в трех направлениях:

- вертикальная нагрузка, вызванная весом крана и груза на крюке;

- горизонтальная поперечная нагрузка, вызванная силами инерции, возникающими при торможении тележки с грузом.

- горизонтальная продольная нагрузка, вызванная продольным торможением самого крана.

Однако, при расчете поперечной рамы машзала на нагрузки от мостовых кранов, учитывают только две их составляющие, действующие всегда совместно: вертикальную крановую нагрузку и горизонтальную поперечную крановую нагрузку.

Нагрузки от мостовых кранов определяют с учетом грузоподъемности кранов, группы режимов работы, способа подвески груза и положения тележки на крановом мосту. Особенностью кранового оборудования главных корпусов электростанций является большая грузоподъемность кранов (до 125 т) легкий режим работы кранов (1К-3К).

Крановые нагрузки являются динамическими, однако проявление динамических эффектов на элементы поперечной рамы машзала несущественно и при расчете поперечной рамы крановые нагрузки можно рассматривать как статические.

Мостовые краны через колеса и рельсы передают сосредоточенные вертикальные и горизонтальные давления на подкрановые балки. С подкрановых балок крановая нагрузка в виде вертикальных и горизонтальных реакций передается на колонны.

Машинные залы, как правило, оборудуют двумя и более мостовыми кранами. Однако крановые нагрузки на колонны и подкрановые балки определяют от совместной работы только двух сближенных кранов. Поскольку крановая нагрузка является подвижной и может занимать любое положение по длине машзала (подкрановой балки), то при расчете рамы определяется наиболее опасное расположение кранов. Для колонн наиболее опасным является такое расположение кранов, при котором сумма реакций подкрановых балок, опирающихся на данную колонну, будет наибольшей. При этом крайнее колесо одного из кранов находится над колонной, а другой кран приближен к первому настолько, насколько это позволяют длины буферов bбуф. Расчетное расположение кранов изображено на рис.3.

Рис 3. Схема расчетного расположения кранов

Расчетное давление кранов на колонну удобно определять с помощью соответствующей линии влияния опорных реакций подкрановых балок (см. рис.3).Определяют сумму ординат линий влияния в местах расположения колес крана, уместившихся на подкрановой балке. Наибольшее значение =1, остальные ординаты линии влияния определяются по правилам геометрии.

y1 = (12 - 1,5 - 1,5 - 0,9 - 4,6 - 0,9) / 12 = 0,217

y2 = (12 - 1,5 - 1,5 - 0,9 - 4,6) / 12 = 0,292

y3 = (12 - 1,5 - 1,5 - 0,9) /12 = 0,675

y4 = (12 - 1,5 - 1,5) /12 = 0,75

y5 = 1

y6 = (12 - 0,9 ) / 12 = 0,925

y7 = (12 - 0,9 - 4,6) / 12 = 0,542

y8 = (12 - 0,9 - 4,6 - 0,9) / 12 = 0,467

?уi = 4,868

Вероятность совпадения нагрузок от нескольких кранов мала. Она зависит от того, насколько часто краны поднимают большие грузы и располагаются в наиболее невыгодном положении. Это учитывается в расчетах введением коэффициента сочетания нагрузок, который для групп режимов работы 1К-3К равен =0,85.

Когда мостовые краны находятся в наиболее опасном расположении по отношению к рассматриваемой в расчете колонне, а тележки с грузом максимально приближены к ней, то на эту колонну будет действовать максимальное вертикальное давление кранов

,

где = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке для крановой нагрузки;

= 0,85 - коэффициент сочетания нагрузок;

- сумма ординат линий влияния в местах расположения колес, уместившихся в пределах линии влияния.

Pmax = 560 КН

Dmax = 1,1 * 0,85 * 560 * 4,868 = 2548,9 (КН)

При аналогичном расположении мостовых кранов на подкрановых балках, но максимальном удалении тележки с грузом от рассматриваемой колонны, на колонну будет действовать минимальное вертикальное давление

.

Pmin = 245 КН

Dmin = 1,1 * 0,85 * 245 * 4,868 = 1115,1 (КН)

Горизонтальная крановая нагрузка на колонну, возникающая от одновременного торможения двух тележек с максимальным грузом

,

T1 = 18 КН

T = 1,1 * 0,85 * 18 * 4,868 = 82 (КН)

2.7 Нагрузки на ригель рамы

1. Определим нагрузки от покрытия, результаты занесём в таблицу 1.

Таблица 1.

№ п.п.	Конструкция покрытия	Нормативная наг-ка qн , КН/м2	Коэф-т надёжности по нагрке гf	Расчётная наг-ка q , КН/м2
1.	Защитный слой (бикрост)	0,08	1,3	0,104
2.	Гидроизоляционный слой (унифлекс)	0,15	1,3	0,195
3.	Выравнивающий слой (цементно-песч. стяжка)	0,4	1,3	0,52
4.	Утеплитель (минераловатные плиты повыш. ж-ти)	0,15	1,3	0,195
5.	Пароизоляция (фольгоизол)	0,05	1,3	0,065
6.	Несущие э-ты кровли (железобетон)	2,2	1,3	2,86
7.	Фермы	0,2	1,05	0,21
8.	Связи	0,05	1,05	0,0525

У = 4,2

Тогда опорная реакция фермы равна

R = (b * l * У) / 2

R = = 1058,4 (КН)

Отметки:

верх парапета = 30900мм

верх колонны = 26400мм

уступ колонны = 19630мм

низ колонны = -1000мм

Размеры конструкций машзала:

ширина верхней части колонны = 450мм

ширина нижней части колонны = 1500мм

расстояние от наружной грани колонны до точки приложения опорной реакции

стропильной фермы = 250мм

высота подкрановой балки = 1600мм

моменты инерции сечения колонн:

в верхней части = 1.00

в нижней части = 10.00

2. Расчетные нагрузки на колонну ряда А:

а) постоянные

- реакция стропильной фермы = 1058,4 КН

- вес верхней части колонны = 27,3 КН

- вес нижней части колонны = 77,7 КН

- вес подкрановой балки = 57,75 КН

- линейная нагрузка от веса стены = 15,84 КН

б) снеговая нагрузка = 453,6 КН/м

в) ветровая нагрузка

- тип местности - Б

- линейная нагрузка на колонну на отметке 5 м = 3,1 КН/м2

- реакция стропильной фермы при ветре со стороны ряда А = 0,01 КН

- реакция стропильной фермы при ветре со стороны ряда В = 0,01 КН

г) крановые нагрузки

- max вертикальная = 2548,8 КН

- min вертикальная = 1115,1 КН

- горизонтальная = 82 КН

3. Расчёт колонны ряда А

Колонны ряда А - одноступенчатые. Верхняя часть колонн выполняется в виде сварного двутавра, развитого в плоскости действия момента. Нижняя часть колонны выполняется составного сечения. Подкрановые балки опираются на уступ нижней части колонны и располагаются по оси подкрановой ветви. Верхнюю и нижнюю части колонны рассчитывают отдельно как самостоятельные конструкции, каждая из которых имеет свои размеры, расчетные длины и комбинации нагрузок.

3.1 Расчёт верхней части колонны

Исходные данные: hв = 6770 мм = 677 см

hп.б. = 1600 мм = 160 см

bв = 450 мм = 45 см

Для верхней части колонны принимаем сталь С375 ( Ry = 34,5 кН/см2)

3.1.1 Определение расчётной длины и усилий

Расчетная длина верхней части колонны в плоскости рамы равна

= 2,5677 = 1692,5 см.

Расчетная длина верхней части колонны из плоскости рамы равна

= 677 -160 = 5,17 см

Расчётные комбинации усилий определяем по таблице в сечении 2-2. Наибольшие значения:

М = 438,38 кН*м = 46338кН*см

N = 1672 кН.

3.1.2 Подбираем сечение верхней части колонны

Сечение верхней части колонны подбираем из сварного двутавра (рис.4)

Для определения площади сечения необходимо знать радиус инерции, который в первом приближении можно принять равным

ix = 0,42*bв = 0,42 * 45 = 18,9 см,

а также радиус ядра сечения:

= 0,3545 = 15,75 см.

Рис 4. Схема сечения верхней части колонны и относительный приведенный эксцентриситет

Определяем условную гибкость по формуле:

= ,

где - коэффициент влияния формы сечения. В первом приближении можно принять ;

- эксцентриситет приложения силы.

Определив условную гибкость и относительный приведённый эксцентриситет, по табл.74 СНиП интерполяцией находим коэффициент=0,271

и получаем требуемую площадь сечения верхней части колонны в первом приближении:

178,83 см2.

Определив требуемую площадь сечения верхней части колонны, назначаем размеры стенки и полок.

Стенку изготавливают из листового проката, толщину которого принимают равной 1/70 - 1/80 ширины сечения колонны, но не менее 6 мм. При толщине полок более 20 мм толщину стенки принимают не менее 8 мм.

Пояса делают из широкополосного универсального проката. Ширину полок назначают такой, чтобы возможно было применить автоматическую сварку при изготовлении верхней части колонны.

Принимаем толщину стенки 8 мм, а полок 16 мм. Тогда ширина полок

== см

В соответствии с сортаментом горячекатаного широкополосного универсального проката принимаем полку из листа 450 х 16 мм. При сварке полок и стенки применяем полуавтоматическую сварку. Принятое сечение колонны изображено на рис 5.

3.1.3 Определяем геометрические характеристики сечения

- площадь сечения верхней части колонны:

= 41,8*0,8 + 2*45*1,6 = 177,44 см2,

- моменты инерции сечения относительно осей и :

Рис 5. Принятое сечение верхней части колонны

== 72676 см4;

= = 24300 см4;

- момент сопротивления сечения относительно оси :

= = 3230,1 см3;

-радиусы инерции относительно осейи:

= = 20,24см; = = 11,7см;

- гибкости верхней части колонны относительно осей и :

= = 83,6284; = = 44,245. .

Гибкости и не превышают 120.

3.1.4 Проверяем устойчивость верхней части колонны в плоскости изгиба

Определяем коэффициенты и :

= 3,42;

= = 2,19

где - коэффициент определяется по табл. 73 СНиП в зависимости от отношения площадей полки и стенки,

=(45*1,6)/(41,8*0,8) = 2,15 > 1,0,

условной гибкости = 3,42 < 5 и относительного эксцентриситета

= = = 1,52< 5;

откуда =

=(1,9 - 0,1*1,52) - 0,02*(6 - 1,52)*3,42 =1,44.

Зная приведенный относительный эксцентриситет = 2,19 и относительную гибкость=3,42, по табл.74 СНиП интерполяцией находим значение = 0,281.

Устойчивость верхней части колонны в плоскости изгиба (рамы) проверяем по формуле

= = 33,53 кН/см2 < = 34,5 кН/см2.

3.1.5 Проверяем устойчивость верхней части колонны из плоскости рамы

Проверку устойчивости верхней части колонны из плоскости изгиба (в направлении оси у) выполняем по формуле

Коэффициент определяем из табл. 72 СНиП [1] по ранее найденному значению=45 =0,842

Коэффициент учитывает влияние момента в плоскости рамы на устойчивость колонны из плоскости. Коэффициент определяется в зависимости от относительного эксцентриситета

= = = 1,01.

При определении относительного эксцентриситета за расчетный момент принимается максимальный момент в пределах средней трети высоты верхней части колонны(как для стержней с шарнирно-опертыми концами и закрепленными от смещения).

= 2/3*46338 = 30892 кНсм.

При значениях относительного эксцентриситета , коэффициент определяется по формуле

,

где значения и определяются по табл. 10 СНиП .

При 1< =1,01 5 = 0,65 + 0,05*1,01 =0,7

При = 45 = = = 76,7 =1;

= 0,585

Подставляем значения и в формулу и проверяем устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента.

3.1.6 Проверяем гибкость верхней части колонный в плоскости и из плоскости рамы

Гибкости верхней части колонны в плоскости и из плоскости рамы были определены выше и соответственно равны =84; =45.

Гибкость колонны не должна превышать предельной.

Определяем предельную гибкость верхней части колонны в плоскости рамы предварительно определив коэффициент

;

.

Определяем предельную гибкость верхней части колонны из плоскости рамы

.

Из сопоставления расчетов видно, что гибкость верхней части колонны не превышает предельную.

3.1.7 Проверяем местную устойчивость полки верхней части колонны

Для обеспечения местной устойчивости полки внецентренно - сжатой колонны необходимо соблюдать условие

.

В нашем случае отношение свеса полки к толщине полки (рис5) не превышает допускаемых величин

.

Условие выполняется, следовательно, полка верхней части колонны не потеряет местную устойчивость.

3.1.8 Проверяем местную устойчивость стенки верхней части колонны

Для обеспечения местной устойчивости стенки колонны необходимо соблюдать условие:

,

где- определяем из табл.27 СНиП в зависимости от величины . При 2 , но не более 3,1

= 1,2 + 0,35*3,42 =2,39 < 3,1 ;

.

Условие выполняется, следовательно, стенка верхней части колонны не потеряет местную устойчивость.

3.2 Расчёт нижней части колонны

Нижнюю часть колонны принимаем сквозного сечения, состоящего из двух ветвей, соединенных решеткой. Наружная ветвь называется шатровой, а внутренняя - подкрановой. Так как машинный зал электростанции имеет большие пролеты и оборудованы кранами большой грузоподъемности, то обе ветви оказываются приблизительно одинаково нагруженными и их сечение можно проектировать из одинаковых прокатных двутавров.

Решетку проектируют из одиночных уголков. Устанавливают их в двух плоскостях, приваривая к полкам ветвей или к фасонкам, приваренным к полкам ветвей. Схему решетки принимаем треугольную.

Исходные данные: hн = Нуст + hзагл = 19630 + 1000 = 20630 (мм)

b н = 1500 мм

Для нижней части колонны принимаем сталь С375 ( Ry = 34,5 кН/см2)

3.2.1 Определение расчётной длины и усилий

Расчетная длина всей нижней части колонны в плоскости действия момента равна

= 1,6 * 2063 = 3301 см.

Расчетная длина всей нижней части колонны из плоскости действия момента равна расчетной длине ветвей и равна

= 2063/2 = 1031,5 см, т.к. имеется распорка по середине длины нижней части колонны

Из таблицы в сечениях 3-3 и 4-4 выбираем несколько наиболее опасных комбинаций и :

= 709,6 кНм; = - 4275,8 кН;

= 811,61 кНм; = - 4429,14кН;

= -926,24 кНм; = - 3616,5 кН;

3.2.2 Подбираем сечение ветвей нижней части колонны

Продольные усилия в ветвях колонны от выше указанных комбинаций и подбираем по формуле . В первом приближении принимаем

= 1500 - 100 = 1400 мм,

где 100 мм - в первом приближении половина ширины полки.

709,6/1,4 + 4275,8/2 = 2645 кН

811,61/1,4 + 4429,14/2 = 2794 кН

926,24/1,4 + 3621,5/2 = 2472 кН

Наиболее опасная - вторая комбинация усилий, следовательно, ее принимаем за расчетную и используем в дальнейших расчетах.

3.2.3 Определение требуемую площадь сечения ветвей

Задаемся гибкостью = 60, для которой по табл.72 СНиП [1] находим коэффициент = 0,755.

107,3 см2 .

По сортаменту подбираем двутавр I 50Б2 =102,8 см2; =1873 см4;

=21,3 см; =4,33 см; =200 мм.

3.2.4 Проверяем устойчивость ветви из плоскости изгиба

Определяем гибкость = 48;

по табл. 72 СНиП [1] при= 48 = 0,833

33 кН/см2 < 34.5 кН/см2;

Определяем недонапряжение

*100% 5 %

Недонапряжение не превышает 5 10 % , следовательно, окончательно принимаем I 50Б2.

На рис 6 показано сечение нижней части колонны из подобранных двутавров.

Рис 6. Принятое сечение нижней части колонны

3.2.5 Проверяем гибкость ветви из плоскости изгиба

Гибкость ветви=48. Предельная гибкость:

= 180 - 60 * 0,95 = 123,6,

где == 0,94.

Следовательно, гибкость ветви не превышает предельной.

3.2.6 Определяем расстояние между узлами решётки

Проверив устойчивость ветви из плоскости изгиба, обеспечивают ее равноустойчивость в плоскости изгиба = 48.

Ветвь в плоскости изгиба будет терять устойчивость на участке между узлами решетки ( рис. 7). Следовательно, расчетная длина ветви в плоскости изгиба равна расстоянию между узлами решетки , а гибкость =48

откуда требуемое расстояние между узлами решетки

= 48* 4,33 =207,84 см = 2078,4мм.

3.2.7 Компонуем решетку колонны

Рис 7. Расчетная схема колонны

Принимаем расстояние = 180 мм; высоту траверсы = 0,7 * 1500 =1050 мм (рис.111); оставшееся расстояние

= = 20630 - 1050 - 180 = 19400 мм

Определяем число полушагов решетки = 2* 19400/2078 = 18,7.

Уточняем размер полушага решетки, приняв = 19.

= 19400/19 = 1021 мм.

Принимаем =102 мм.

Определяем угол наклона раскосов (рис7).

= 1021/1500 = 0,681, откуда 35.

Угол 35 находится в допускаемых пределах от 30 до 60°.

Изменяем размер = 180 +1 = 181 мм.

Проверяем размеры колонны по вертикали

= 1050 + 1021 * 19 + 181 = 20630 мм.

3.2.8 Подбираем сечение раскосной соединительной решетки

Рис 8. Расчетная схема раскоса

Определяем поперечные силы реальную и условную .

Максимальное абсолютное значение реальной силы = 78,99 кН находим в таблице. Условную силу , возникающую в результате изгиба ветвей при потере ими устойчивости определяем по формуле

= 41,55 кН.

Так как , сечение раскоса подбираем по поперечной силе =78,99 кН. Усилие в одном раскосе:

= = 48,22 кН.

Раскосы принимаем из одиночных равнополочных уголков. Требуемая площадь сечения одного уголка

= = 7,22 см2 .

где =0,258 при гибкости = 130.

Принимаем уголок 755; = 7,39 см2; = 1,49 см.

Определяем длину раскоса

= = 174 см.

3.2.9 Проверяем устойчивость и гибкость раскоса

Сечение раскоса приняли из одиночного уголка, следовательно устойчивость будем проверять относительно оси наименьшей жесткости Определяем гибкость = 174/1,49 = 116,7 117. При гибкости = 117 = 0,286

Проверяем устойчивость по формуле

= 22,81 кН/см2 = 34,5 * 0,75 = 25,88 кН/см2,

где - коэффициент условий работы сжатого одиночного уголка.

Проверяем предельную гибкость раскоса

= 210 - 60 * 0,88 = 157,2

где = = 0,88.

Гибкость раскоса = 117 меньше предельной =157,2.

3.2.10 Проверяем устойчивость нижней части колонны как единого сквозного стержня

Проверку устойчивости выполняем по формуле . Для определения коэффициента в формуле необходимо определить относительный эксцентриситет и условную гибкость колонны. Относительный эксцентриситет вычисляется по формуле

= = 0,26

где = 81161/4429,14 = 18,32 - эксцентриситет;

= 2 *102,8 =205,6 см2- площадь поперечного сечения нижней части колонны;

- момент инерции сечения колонны относительно оси :

 =2*(1873 + 102,8 *1402 / 4) = 1011186 см4,

где = 1873 см4 - момент инерции ветви относительно собственной оси.

Условная приведенная гибкость колонныопределяем по формуле

= = 2,1

где - приведенная гибкость колонны относительно оси определяемая по табл. 7 СНиП равна

==50,6 51,

где = 3301/70,13 =47,06 гибкость стержня относительно оси ;

= = 70,13 см - радиус инерции сечения колонны относительно оси;

= = 24,9

Проверяем устойчивость нижней части колонны как единого сквозного стержня. По табл. 75 СНиП [1] линейной интерполяцией находим коэффициент = 0,627 при = 0,26 и =2,1.

= = 21,67 кН/см2 34,5 кН/см2

4. Расчет фермы

Схема с изображением элементов фермы представлена на рис 9.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 9. Схема элементов фермы

4.1 Определение поперечных сил, изгибающих моментов

Определим линейную расчетную нагрузку:

Определим узловую нагрузку и опорную реакцию фермы (рис.10):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 10. Схема приложения узловой нагрузки

Найдем усилия в элементах фермы (рис.9). Произведем расчет, используя балочный метод, по рис.:

Построим эпюру моментов:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 11. Эпюра моментов

Построим эпюру поперечных сил:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 12. Эпюра поперечных сил

4.2 Определение усилий в элементах фермы.

Найдем усилия в элементах “В” и “Н” см. рис9 и рис.13 :

Рис 13. Фрагмент фермы

4.3 Подбор сечения сжатых элементов фермы

Подбор сечения сжатых элементов фермы производим по формуле

у = N/(ц*A) ? Ry*гc

, задавшись в первом приближении гибкостью л = 80, при которой ц = 0,602 для С345 (Ry = 31,5 кН/см2). Усилия определяем из таблицы комбинаций усилий.

4.3.1 Элементы верхнего пояса

Верхний пояс состоит из двух равнополочных уголков. Расчётная длина элементов верхнего пояса lx = 2750мм, ly = 275см - для первого эл-та, lx = ly = 3000 мм = 300см - ля последующих (ширина панели, расстояние между узлами фермы)

В1

А = 2101/(0,602 *31,5*0,95*2) = 58,31 см2

По сортаменту выбираем уголок 200х16 с Аф = 62 см2 ; ix = 6,2 ; iy = 8,73 (двух уголков).

лпред = 180 - 60б = 180 - 60*0,67 = 139

б = N/( ц*A* Ryгc) = 2101/(0,842*2*62*31,5*0,95) = 0,67

лx = 275/6,2 = 45 < лпред, лy = 275/8,73 = 32 < лпред

ц = 0,842

у = 2101/(0,842*62*2) = 20,12 кН/см2 < 29,9 кН/см2

В2

А = 3574/(0,602 *31,5*0,95*2) = 99,2 см2

По сортаменту выбираем уголок 200х25 с Аф = 94,3 см2 ; ix = 6,06 ; iy = 8,95 (двух уголков).

лпред = 180 - 60б = 180 - 60*0,73 = 136,2

б = N/( ц*A* Ryгc) = 3574/(0,820*2*94,3*31,5*0,95) = 0,73

лx = 300/6,06 = 50 < лпред, лy = 300/8,95 = 34 < лпред

ц = 0,820

у = 3574/(0,820*94,3*2) = 23,1 кН/см2 < 29,9 кН/см2

В3

А = 4309/(0,602 *31,5*0,95*2) = 119,6 см2

По сортаменту выбираем уголок 200х30 с Аф = 112 см2 ; ix = 6 ; iy = 9,05 (двух уголков).

лпред = 180 - 60б = 180 - 60*0,73 = 133,2

б = N/( ц*A* Ryгc) = 4309/(0,820*2*112*31,5*0,95) = 0,78

лx = 300/6= 50 < лпред, лy = 300/9,05 = 33,1 < лпред

ц = 0,820

у = 4309/(0,820*112*2) = 23,45 кН/см2 < 29,9 кН/см2

4.3.2 Раскосы

Раскосы состоят из двух равнополочных уголков. Расчётная длина элементов раскоса lx = ly = = 445 см (для первого раскоса)

lx = ly = = 461 см (для последующих раскосов)

л = 80, при которой ц = 0,686 для С245 (Ry = 24 кН/см2)

Р1

А = 1766,5 / (0,686 *24*2*0,95) = 56,47 см2

По сортаменту выбираем уголок 200х14 с Аф = 54,6 см2 ; ix = 6,2 ; iy = 8,73 (двух уголков).

лпред = 180 - 60б = 180 - 60*0,94 = 126

б = N/( ц*A* Ryгc) = 1766,5/(0,750*2*54,6*24*0,95) = 0,94

лx = 445/6,2 = 72 < лпред, лy = 445/8,73 = 51 < лпред

ц = 0,750

у = 1766,5/(0,750*2*54,6) = 21,56 кН/см2 < 22,8 кН/см2

Р3

А = 1271,3 / (0,686 *24*2*0,95) = 40,64 см2

По сортаменту выбираем уголок 180х12 с Аф = 42,2 см2 ; ix = 5,59 ; iy = 7,9 (двух уголков).

лпред = 180 - 60б = 180 - 60*0,98 = 121,2

б = N/( ц*A* Ryгc) = 1271,3/(0,669*2*42,2*24*0,95) = 0,98

лx = 461/5,59 = 82 < лпред, лy = 461/7,9 = 59 < лпред

ц = 0,669

у = 1271,3/(0,669*2*42,2) = 22,51 кН/см2 < 22,8 кН/см2

Р5

А = 706,3 / (0,686 *24*2*0,95) = 22,57 см2

По сортаменту выбираем уголок 160х10 с Аф = 31,4см2 ; ix = 4,96 ; iy = 7,05 (двух уголков).

лпред = 180 - 60б = 180 - 60*0,83 = 132

б = N/( ц*A* Ryгc) = 706,3/(0,592*2*31,4*24*0,95) = 0,83

лx = 461/4,96 = 93 < лпред, лy = 461/7,05 = 65 < лпред

ц = 0,592

у = 706,3/(0,592*2*31,4) = 19 кН/см2 < 22,8 кН/см2

Р7

А = 141,3 / (0,686 *24*2*0,95) = 4,51 см2

По сортаменту выбираем уголок 110х8 с Аф = 17,2см2 ; ix = 3,39 ; iy = 5,02 (двух уголков).

лпред = 180 - 60б = 180 - 60*0,5 = 150

б = N/( ц*A* Ryгc) = 141,3/(0,358*2*17,2*24*0,95) = 0, 5

лx = 461/3,39 = 136< лпред, лy = 461/5,02 = 92 < лпред

ц = 0,358

у = 141,3/(0,358*2*17,2) = 11,47 кН/см2 < 22,8 кН/см2

4.3.3 Стойки

Стойки состоят из двух равнополочных уголков. Расчётная длина стоки lx = ly = 350 см

С1 = С2 = С3

А = 214,7 / (0,686 *24*2*0,95) = 6,86 см2

По сортаменту выбираем уголок 100х8 с Аф = 15,6см2 ; ix = 3,07 ; iy = 4,62 (двух уголков).

лпред = 180 - 60б = 180 - 60*0,68 = 139,2

б = N/( ц*A* Ryгc) = 214,7/(0,440*2*15,6*24*0,95) = 0, 68

лx = 350/3,07 = 115 < лпред, лy = 350/4,62 = 75 < лпред

ц = 0,440

у = 214,7/(0,440*2*15,6) = 15,6 кН/см2 < 22,8 кН/см2

4.4 Подбор сечения растянутых элементов фермы

Подбор сечения растянутых элементов фермы производим по формуле

у = N/(A) ? Ryгc .Усилия определяем из таблицы комбинаций усилий. лпред = 400

(Согласно СНиП II-23-81* таб.20)

Выбираем сталь С245 (Ry = 24 кН/см2)

4.4.1 Элементы нижнего пояса

Нижний пояс состоит из двух равнополочных уголков. Расчётная длина элементов нижнего пояса lx == 5750 мм = 575см, ly = 5750мм = 575см - для первого элемента, lx == 6000 мм = 600см, ly = 12000мм = 1200см - для последующих (расстояние между узлами фермы).

Н1

А = 1139, 5 / (24*2*0,95) = 24,9 см2

По сортаменту выбираем уголок 140х10 с Аф = 27,3 см2; ix = 4,33; iy = 6,26 (двух уголков).

лx = 575/4,33 = 132 < лпред лy = 575/6,26 = 92< лпред

у = 1139, 5/(27,3*2) = 20,86 кН/см2 < 22,8 кН/см2

Н2

А = 2979, 9 / (24*2*0,95) = 65,3 см2

По сортаменту выбираем уголок 200х20 с Аф = 76,5 см2; ix = 6,17; iy = 8,86 (двух уголков).

лx = 600/6,17 = 97 < лпред лy = 1200/8,86 = 135< лпред

у = 2979, 9/(76,5*2) = 19,5 кН/см2 < 22,8 кН/см2

Н3

А = 4083, 9 / (24*2*0,95) = 89,55 см2

По сортаменту выбираем уголок 200х25 с Аф = 94,3 см2; ix = 6,06; iy = 8,95 (двух уголков).

лx = 600/6,06 = 99 < лпред лy = 1200/8,95 = 134< лпред

у = 4083, 9/(94,3*2) = 21,65 кН/см2 < 22,8 кН/см2

Н4

А = 4452, 1 / (24*2*0,95) = 97,63 см2

По сортаменту выбираем уголок 200х30 с Аф = 112 см2; ix = 6; iy = 9,05 (двух уголков).

лx = 600/6= 100 < лпред лy = 1200/9,05 = 133< лпред

у = 4452, 1/(112*2) = 19,87 кН/см2 < 22,8 кН/см2

4.4.2 Раскосы

Раскосы состоят из двух равнополочных уголков. Расчётная длина растянутых раскосов lx = ly = = 461 см

Принимаем сталь С245 (Ry = 24 кН/см2)

Р2

А = 1553, 7 / (24*2*0,95) = 34,1 см2

По сортаменту выбираем уголок 160х12 с Аф = 37,4 см2; ix = 4,94; iy = 7,09 (двух уголков).

лx = 461/4,94= 93 < лпред лy = 461/7,09 = 65< лпред

у = 1553, 7/(37,4*2) = 20,77 кН/см2 < 22,8 кН/см2

Р4

А = 988, 7 / (24*2*0,95) = 21,7 см2

По сортаменту выбираем уголок 125х9 с Аф = 22 см2; ix = 3,86; iy = 5,63 (двух уголков).

лx = 461/3,86= 119 < лпред лy = 461/5,63 = 82< лпред

у = 988, 7/(22*2) = 22,47 кН/см2 < 22,8 кН/см2

Р6

А = 423, 7 / (24*2*0,95) = 9,29 см2

По сортаменту выбираем уголок 80х6 с Аф = 9,38 см2; ix = 2,47; iy = 3,8 (двух уголков).

лx = 461/2,47= 186 < лпред лy = 461/3,8= 121< лпред

у = 423, 7/(9,38*2) = 22,58 кН/см2 < 22,8 кН/см2

4.5 Расчёт узла крепления фермы к колонне

Расчёт узлов фермы производится из условия сварки её элементов между собой (равнополочные уголки и фасонки).

Рис.14. Узел крепления нижнего пояса фермы к колонне.

4.5.1 Расчет сварных швов

Nоб = 0,7N = 0,7*1766,5 = 1236,5 Кн

Nп = 0,3N = 0,3*1766,5 = 529,9 Кн

Вид сварки - полуавтоматическая в среде углекислого газа;

Сварочный материал - проволока св08Г2С

Положение шва в пространстве - нижнее;

Расчетные сопротивления: по металлу шва Rwf=21,5 кН/см2 (т.к. проволока св08Г2С таб. 56 СНиП); по металлу границы сплавления Rwz=0,45Run=0,45*37=16,65 кН/см2 (где Run=37 кН/см2 для стали С245);

Коэффициенты глубины проплавления для сварки при катете шва kfоб=12мм по шву вf=0,8; по зоне сплавления вz=1,0;

Коэффициенты глубины проплавления для сварки при катете шва kfп=10мм по шву вf=0,8; по зоне сплавления вz=1;

Коэффициент гw=1, гc=0,95

4.5.1а Расчет шва по обушку

Определяем отношение вf Rwf / вz Rwz= (0,8*21,5)/(1*16,65)= 1,033 > 1, следовательно, расчет выполняем по металлу границы сплавления по формуле:

33+1 = 34 см. (с учетом на непровар)

4.5.1б Расчет шва по перу

Определяем отношение вf Rwf / вz Rwz= (0,8*21,5)/(1*16,65)= 1,033 > 1, следовательно, расчет выполняем по металлу границы сплавления по формуле:

 529,9/(2*1*1*16,65*0,95*1) = 16,75

85*0,8*1 = 68 см

17+1 = 18см (с учетом на непровар).

4.5.2 Расчет прикрепления фланца к фасонке

+V = Vпост + 0,9(V2+V4+V7)=39,0+0,9(11+25,6+52,7)=119,37 кН

-V = Vпост - 0,9(V3+V5+V6+V8)=39,0 - 0,9(34,1+80,8+35,3+52,7)= -143,61 кН

|V| max=143,61 кН

Вид сварки - полуавтоматическая в среде углекислого газа;

Сварочный материал - проволока св08Г2С

Положение шва в пространстве - нижнее;

Расчетные сопротивления: по металлу шва Rwf=21,5 кН/см2 (т.к. проволока св08Г2С); по металлу границы сплавления Rwz=0,45Run=0,45*37=16,65 кН/см2 (где Run=37 кН/см2 для стали С245);

Коэффициенты глубины проплавления для однопроходной сварки при катете шва kf=11мм по шву вf=0,8; по зоне сплавления вz=1,0;

Коэффициент гw=1, гc=0,95

Определяем отношение вf Rwf / вz Rwz= (0,8*21,5)/(1,0*16,65)= 1,033 > 1, следовательно, проверку выполняем по металлу границы сплавления по формуле:

, где

F= Fоп.пост.+ Fоп.снег. =1058,4 +453,6 = 1512 см

73-1 =72см=85*0,8*1,1=74,8см

Вывод. Расчеты произведены верно.

Размещено на Allbest.ru