Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Исходные данные

2. Компоновка и расчетная схема поперечной рамы

2.1 Компоновка поперечной рамы

2.2 Расчетная схема поперечной рамы

3. Определение нагрузок на поперечную раму

3.1 Постоянная нагрузка

3.2 Снеговая нагрузка

3.3 Крановая нагрузка

3.4 Ветровая нагрузка

3.5 Статический расчет

3.6 Определение расчетных усилий в стойке рамы

4. Проектирование стропильной фермы

4.1 Определение нагрузок на ферму

4.2 Диаграмма Максвелла-Кремоны

4.3 Подбор сечения стержней фермы

4.4 Расчет сварных швов

5. Проектирование ступенчатой колонны

5.1 Определение расчетных длин колонны

5.2 Подбор сечения верхней части колонны

5.3 Подбор сечения нижней части колонны

5.4 Конструирование и расчет ступени колонны

5.5 Конструирование и расчет базы колонны

7. Проектирование подкрановой конструкции

7.1 Определение нагрузок

7.2 Определение расчетных усилий

7.3 Подбор сечения подкрановой конструкции

Библиографический список



1. Исходные данные

№	L, м	l, м	Нкр, м	Q, т	Режим работы	Город	Сталь	Сечение колонны	Элемент фермы	Вид прогона
32	30	12	17	100	5К	Курск	С285	перем.	уголки	шпренг



2. Компоновка и расчетная схема поперечной рамы

2.1 Компоновка поперечной рамы

Высота цеха:

Н₀ = Н₁ + Н_2,

где Н₁ - расстояние от уровня пола до головки кранового рельса;

Н2 - расстояние от головки кранового рельса до низа стропильных конструкций. нагрузка рама сечение подкрановый

Н₂ = (Н_к + 100) + f,

где Н_к - высота мостового крана;

f - размер, учитывающий прогиб ферм (f = 200…400 мм);

100 - зазор (в мм) между верхом тележки крана и фермой.

Н₁ = Н_кр = 17000 мм.

Н₂ = (4000 + 100) + 300 = 4400 мм.

Н₀ = 17000 + 4400 = 21400 мм.

Высота верхней части колонны (от ступени до низа фермы):

Н_в = h_б + h_р + Н₂,

где h_б - высота подкрановой балки, которая принимается равной 1/7…1/9 пролета балки (шага колонн);

h_р - высота кранового рельса по стандарту на мостовые краны (120…190 мм).

Н_в = 1,4 + 0,15 + 4,4 = 5,95 ? 6 м.

Высота нижней части колонны (от фундамента до ступени):

Н_н = Н₀ - Н_в + 1000,

где 1000 - заглубление (в мм) опорной плиты базы колонны.

Н_н = 21600 - 6000 +1000 = 16600 мм

Проверка условия, что при движении мостовой кран не будет задевать верхнюю часть колонны:

l₁ ? B₁ + (h_в - a) + 75,

где B₁ - размер выступающей за ось рельса части крана, принимаемый по стандарту на мостовые краны;

75 - минимальный зазор (в мм) между краном и колонной по требованиям безопасности.

1000 мм ? 400 + (700 - 500) + 75 = 675 мм

2.2 Расчетная схема поперечной рамы

Размер уступа:

е₀ = 0,5 (h_н - h_в) = 0.5 (1500 - 700) = 400 мм

Для упрощения расчета стойки принимают прямолинейными на всю высоту рамы, а влияние эксцентриситета е₀ учитывают введением сосредоточенного изгибающего момента в месте уступа:

М = N_в е₀,

где N_в - продольная сила в верхней части колонны.



3. Определение нагрузок на поперечную раму

3.1 Постоянная нагрузка

Толщина утеплителя 20 см.

№	Вид нагрузки	Нормативная, кН/м3	г	Расчетная, кН/м3
1	Гравийная защита	0,3	1,3	0,39
2	Гидроизоляционный ковер	0,15	1,3	0,20
3	Цементная стяжка	0,4	1,3	0,52
4	Пенобетон (с = 5 кН/м3)	1	1,2	1,2
5	Пароизоляция	0,05	1,3	0,07
6	Профилированный настил	0,12	1,05	0,13
7	Стальные прогоны	0,1	1,05	0,11
8	Стропильные фермы	0,3	1,05	0,32
9	Конструкции фонаря	0,15	1,05	0,16
10	Связи по покрытию	0,05	1,05	0,05

Итого: р = 3,15 кН/м³

Постоянная нагрузка на ригель рамы:

q_n = р В,

где р - постоянная нагрузка на 1 м² покрытия;

В - ширина расчетного блока (шаг колонн).

q_n = 3,15 12 = 37,8 кН/м

Расчетный вес стальной ступенчатой колонны:

G = г 0,4 В L/2,

где 0,4 - расход стали на колонну;

L - пролет поперечной рамы;

В - ширина расчетного блока;

г - коэффициент надежности по нагрузке.

G = 1,05 0,4 12 30/2 = 75,6 кН

Вес нижней части колонны:

G_кн = 0,8 G = 0,8 75,6 = 60,48 кН

Вес верхней части колонны:

G_кв = 0,2 G = 0,2 75,6 = 15,12 кН

Вес нижней части стеновой панели:

G_сн = 1,1 12 [2 (1,2 + 9,6)+ 0,35 4,8] = 307,3 кН, где

1,1 - коэффициент надежности по нагрузке;

2 кН/м² - распределенный по вертикальной поверхности вес стеновых панелей;

0,35 кН/м² - распределенный по вертикальной поверхности вес оконных панелей с переплетами и остеклением.

Вес верхней части стеновой панели:

G_св = 1,1 12 [2 (1,8 + 6,6)+ 0,35 2,4] = 232,8 кН

Нагрузка в нижней части от собственного веса колонн и стенового ограждения:

N_н = G_кн + G_сн = 60,48 + 307,3 = 367,78 кН

Нагрузка в верхней части от собственного веса колонн и стенового ограждения:

N_в = G_кв + G_св = 15,12 + 232,8 = 247,92 кН

Сосредоточенный момент в месте сопряжения верхней и нижней частей колонн:

М₁ = (N_в + q_п L / 2) е₀ = (247,92 + 37,8 30 / 2) 0,4 = 326 кНм

Сосредоточенный момент в узлах сопряжения стоек с ригелем:

М₂ = N_н е_ф = 0



3.2 Снеговая нагрузка

Расчетная равномерно распределенная снеговая нагрузка на ригель рамы:

q_s = г s₀ м В,

где г - постоянная нагрузка на 1 м² покрытия;

s₀ - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности;

м - коэффициент перехода в зависимости от профиля покрытия.

q_s = 1,8 1 12 = 21,6 кН/м

Опорная реакция:

F_сн = q_s L/2 = 21,6 30/2 = 324 кН

Сосредоточенный момент в месте сопряжения верхней и нижней частей колонн:



М₁ = (q_s L / 2) е₀ = (21,6 30 / 2) 0,4 = 129,6 кНм

Сосредоточенный момент в узлах сопряжения стоек с ригелем:

М₂ = (q_s L / 2) е_ф = 0

3.3 Крановая нагрузка

Шир. крана	Расст. между колесами	Макс. давление колес	Вес крана	Вес тележки
Вк, мм	К, мм	К1, мм	Fkmax, кН	Fkmax', кН	Gк, кН	Gт, кН
9350	4600	800	450	470	1305	365

Наибольшее нормативное значение вертикальной силы (тележка с грузом приближена к колонне):

F_kmax^ср = = 460 кН

Наименьшее нормативное значение вертикальной силы (тележка с грузом удалена от колонны):

F_kmin = - F_kmax^ср,

где n - число колес с одной стороны крана.

F_kmin = - 460 = 116,25 кН

Нормативное значение горизонтальной силы (тележка с грузом удалена от колонны):

,

где 0,05 - коэффициент для кранов с гибким подвесом груза.

кН

Через подобие треугольников определим ординаты линий влияния:

У₁ = 0,48 У₅ = 0,74

У₂ = 0,55 У₆ = 0,67

У₃ = 0,93 У₇ = 0,29

У₄ = 1,00 У₈ = 0,22

Нагрузка от кранов передается на поперечную раму в виде вертикальных сил D_max и D_min, приложенных к стойкам в уровне ступеней. Расчетные величины этих сил определяются при невыгодном расположении двух сближенных кранов по линиям опорных реакций подкрановых балок:

где - коэффициент сочетания;

- нормативный вес подкрановых конструкций, ;

- нормативная полезная нагрузка на тормозной площадке (1,5 кН/м²);

- ширина тормозной площадки, равная h_н;

- коэффициент надежности по нагрузке.

Т. к. силы D_max и D_min приложены по оси подкрановой ветви с эксцентриситетом е_к к оси нижней части колонны, то в местах приложения этих сил на стойках поперечной рамы возникают изгибающие моменты:



Расчетное значение горизонтальной силы, приложенной в уровне верхнего пояса подкрановой балки:

3.4 Ветровая нагрузка

Расчетная распределенная по высоте ветровая нагрузка:

где - коэффициент надежности по нагрузке;

- нормативное значение ветрового давления;

- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

- аэродинамический коэффициент, зависящий от профиля здания;

- ширина грузовой площади для ветровой нагрузки, равная шагу колонн.

Равнодействующая от ветровой нагрузки на фонарь:

где - значение ветровой нагрузки в уровне низа стропильной фермы;

- значение ветровой нагрузки в уровне верха.



Коэффициент k в уровне низа фермы:

Коэффициент k в уровне кровли:

Величина эквивалентной равномерно распределенной по высоте нагрузки:

Изгибающий момент в заделки свободно стоящей стойки высотой Н от нагрузки q_w:



3.5 Статический расчет

Статический расчет был полнен в ПК SCAD++ на основе метода конечных элементов.

Эпюра М от постоянной нагрузки

Эпюра N от постоянной нагрузки

Эпюра М от снеговой нагрузки



Эпюра N от снеговой нагрузки

Эпюра М от крановой нагрузки D



Эпюра N от крановой нагрузки D

Эпюра М от крановой нагрузки Т



Эпюра N от крановой нагрузки Т

Эпюра М от ветровой нагрузки



Эпюра N от ветровой нагрузки

3.6 Определение расчетных усилий в стойке рамы

№	Вид нагрузки	ш	Сечение стойки
			1-1	2-2	3-3	4-4
			M	N	M	N	M	N	M	N	Q
1	Постоянная	1	-703	-815	-484	-815	-158	-1183	411	-1183	37
2	Снеговая	1	-406	-324	-258	-324	-129	-324	255	-324	25
		0,9	-365	-292	-232	-292	-116	-292	230	-292	23
3	Крановая Dmax слева	1	155	15	571	15	-1070	-2173	11	-2173	69
		0,9	140	14	514	14	-963	-1956	10	-1956	62
3*	Крановая Dmax справа	1	-306	-15	110	-15	-355	-1255	726	-1255	69
		0,9	-275	-14	99	-14	-320	-1130	653	-1130	62
4	Крановая Т слева	1	83	10	132	10	132	10	593	10	46
		0,9	75	9	119	9	119	9	534	9	41
4*	Крановая Т справа	1	214	-10	25	-10	25	-10	467	-10	32
		0,9	193	-9	23	-9	23	-9	420	-9	29
5	Ветровая слева	1	276	19	95	19	95	19	-863	19	-84
		0,9	248	17	86	17	86	17	-777	17	-76
5*	Ветровая справа	1	-289	-19	-82	-19	-82	-19	825	-19	-75
		0,9	-260	-17	-74	-17	-74	-17	743	-17	-68
	+Mmax Nсоот	1	№	1 3 4*	1 3 4	1 5	1 3* 4
			усил	-334	-810	219	-790	-63	-1164	1730	-2428
		0,9	№	1 3 4* 5	1 3 4 5	1 5	1 2 3* 4 5*
			усил	-122	-793	235	-775	-72	-1166	2571	-2613
	-Mmax Nсоот	1	№	1 3* 4*	1 2	1 3 4	1 5
			усил	-1223	-840	-742	-1139	-1360	-3346	-452	-1164
		0,9	№	1 2 3* 4* 5*	1 2 5*	1 2 3 4 5*	1 5
			усил	-1796	-1147	-790	-1124	-1430	-3439	-366	-1166
	Nmax +Мсоот	1	№	-	-	-	1 3 4
			усил	-	-	-	-	-	-	1015	-3346
		0,9	№	-	-	-	1 2 3 4 5*
			усил	-	-	-	-	-	-	1928	-3439
	Nmax -Мсоот	1	№	1 2	-	-	-
			усил	-1109	-1139	-	-	-	-	-	-
		0,9	№	1 2 3* 4* 5*	-	-	-
			усил	-1796	-1147	-	-	-	-	-	-
	Nmin +Mсоот	1	№		1 5*
			усил		1236	- 1200
	Nmin -Mсоот	1	№		-
			усил		-	-
	Qmax	0,9	№		1 2 3 4
			усил				-163



4. Проектирование стропильной фермы

4.1 Определение нагрузок на ферму

Вес фонаря:

Вес покрытия (без учета фонаря):

Опорная реакция:

Распределенная нагрузка без учета веса конструкции фонаря:

Распределенная нагрузка для фонаря:

Равномерно распределенная нагрузка от веса фонаря:

где d - расстояние между узлами, принимаемое равным 3 м.

Равномерно распределенная нагрузка от веса конструкции без учета веса фонаря:

Постоянная нагрузка:

F₂ = F₃ = F = 107,64 кН

F₅ = F₆ = F +F_ф = 122,04 кН

Проверка: (F₁ +…+ F₆) = 567 кН

53,82 + 2 107,64 + 114,84 + 1,5 122,04 = 567 кН

Снеговая нагрузка:

q_s = 21,6 кН/м

Опорная реакция: F_сн = 324 кН

F₂ = F₃ = F₄ = F₅ = F₆ = q_s d = 21,6 3 = 64,8 кН

Проверка: (F₁ +…+ F₆) = 324 кН

32,4 + 4,5 64,8 = 324 кН



4.2 Диаграмма Максвелла-Кремоны

Постоянная нагрузка:



Снеговая нагрузка:

Единичный момент, представленный парой сил N и опорная реакция F:



4.3 Подбор сечения стержней фермы

Определение расчетных усилий в стержнях фермы, кН

Стержень	Пост. нагрузка	Снеговая нагрузка	Моменты на опоре	Рас пор	Расчетные усилия
			Мл=1	Мп=1	Мл= -1796	Мп= -605
		Ш=1	Ш=0,9	Sл	Sп	Sл Мл	Sп Мп		Нагрузки	N
	1	2а	2б			3	4	5
В1-1	0	0	0	-0,323	0	580	0	-	3	580
В2-3	-842	-950	-855	-0,259	-0,065	465	39	-	1 2а	-1792
В3-4	-842	-950	-855	-0,259	-0,065	465	39	-	1 2а	-1792
В4-6	-1300	-1441	-1297	-0,194	-0,13	348	79	-	1 2а	-2741
В5-7	-1300	-1441	-1297	-0,194	-0,13	348	79	-	1 2а	-2741
Н-2	456	518	467	0,291	0,033	-523	-20	-169	1 2а (1 3 4 5)	974(-256)
Н-5	1126	1259	1133	0,226	0,098	-406	-59	-169	1 2а	2385
Н-8	1359	1506	1355	0,162	0,162	-291	-98	-169	1 2а	2865
1-2	-687	-387	-348	0,047	-0,047	-84	28	-	1 2б 3	-1119
2-3	560	301	271	-0,047	0,047	84	-28	-	1 2б 3	915
3-4	-108	-65	-58	0	0	0	0	-	1 2а	-173
4-5	-411	-226	-204	0,047	-0,047	-84	28	-	1 2б 3	-699
5-6	253	136	122	-0,047	0,047	84	-28	-	1 2б 3	459
6-7	-122	-65	-58	0	0	0	0	-	1 2а	-187
7-8	-84	-51	-46	0,047	-0,047	-84	28	-	1 2б 3	-214

1 2 3* 4* 5* М_л = - 703 - 365 - 275 - 193 - 260 = -1796 кН м

1 2 3 4 5 М_л = - 703 - 365 + 140 + 75 + 248 = -605 кН м

Распор - продольная сила N в ригеле рамы по комбинации 1 2 3* 4* 5*:

N = - 36,51 - 24,59 - 69,3 - 31,53 - 6,78 = - 168,71 кН

По известным усилиям в стержнях фермы выполняется подбор их сечения с учетом предельных гибкостей.

Предельные гибкости для сжатых стержней поясов и опорных раскосов [л] = 120, а для других сжатых стержней фермы [л] = 150, для растянутых стержней [л] = 350.

За расчетную длину в плоскости фермы для поясов и опорного раскоса принимается 1,0l, а для стержней решетки - 0,8l. За расчетную длину стержня из плоскости фермы принимаются расстояния между узлами, закрепленными от смещения.

Коэффициент условий работы для растянутых стержней г_с = 0,95.

Коэффициент условий работы для сжатых стержней г_с = 0,80.

Геометрическая длина раскосов:

- стержень 1-2:

- стержни 2-3, 4-5, 5-6, 7-8:

Подбор сечений растянутых стержней поясов.

Требуемая площадь сечения растянутых стержней фермы:

где R_y - расчетное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести, принимаемое равным 27 кН/см² для стали С285.

Сечение стержней фермы должно быть не менее 2L 50х5 из конструктивных соображений.

Для Н-2 (длина l = 580 см)

Выбираем 2L 100х10 А = 2 19,24 см² i_x = 3,05 см i_y = 4,52 см

Для Н-5 (длина l = 600 см)

Выбираем 2L 200х12 А = 2 47,1 см² i_x = 6,22 см i_y = 8,55 см

Для Н-8 (длина l = 600 см)

Выбираем 2L 160х20 А = 2 60,4 см² i_x = 4,85 см i_y = 7,11 см

Подбор сечений растянутых стержней решетки.

Для 2-3 (длина l = 345 см)

Выбираем 2L 100х10 А = 2 19,24см² i_x = 3,05 см i_y = 4,52 см



Для 5-6 (длина l = 345 см)

Выбираем 2L 70х7 А = 2 9,42см² i_x = 2,14 см i_y = 3,28 см

Подбор сечений сжатых стержней поясов.

Для сжатых стержней задаются предварительной гибкостью л и определяют коэффициент устойчивости ц. Требуемая площадь сечения определяется по формуле:

Для подбора сечения необходимо вычислить требуемый радиус инерции сечения:

где - расчетная длина, принимаемая равной расстоянию между узлами.

Фактическая гибкость стержня:



Проверка подобранного сечения:

Сечения стержней с незначительными усилиями подбирают по предельной гибкости [л] по формуле:

Зададимся л = 60, тогда ц = 0,785 для стали С275.

Для В2-3 и В3-4 (длина l = 300 см)

Выбираем 2L 200х14 А = 2 54,6 см² i_x = 6,2 см i_y = 8,6 см

Зададимся л = 50, тогда ц = 0,836 для стали С275.

Для В4-6 и В5-7 (длина l = 300 см)

Выбираем 2L 200х20 А = 2 76,54 см² i_x = 6,12 см i_y = 8,72 см

Зададимся л = 80, тогда ц = 0,641 для стали С275.

Для 1-2 (длина l = 418 см)

Выбираем 2L 180х12 А = 2 42,19 см² i_x = 5,59 см i_y = 7,76 см

Зададимся л = 90, тогда ц = 0,565 для стали С275.

Для 4-5 (длина l = 345 см)

Выбираем 2L 125х12 А = 2 28,89 см² i_x = 3,82 см i_y = 5,55 см

Зададимся л = 110, тогда ц = 0,427 для стали С275.

Для 7-8 (длина l = 345 см)

Выбираем 2L 100х7 А = 2 13,75 см² i_x = 3,08 см i_y = 4,45 см

Зададимся л = 110, тогда ц = 0,427 для стали С275.

Для 3-4 (длина l = 248 см)

Выбираем 2L 75х7 А = 2 10,15 см² i_x = 2,29 см i_y = 3,47 см

Зададимся л = 110, тогда ц = 0,427 для стали С275.

Для 6-7 (длина l = 248 см)

Выбираем 2L 75х7 А = 2 10,15 см² i_x = 2,29 см i_y = 3,47 см

Расчет сечений стержней по предельной гибкости.

Для В1-1 (длина l = 280 см)

Выбираем 2L 90х7 А = 2 12,28 см² i_x = 2,77 см i_y = 4,06 см

Таблица проверки сечений стержней фермы

Стержень	N, кН	Сечение	А, см2	lx/ly, см	ix/iy, см	лx/ лy	[л]	цmin
В1-1	580	2L 90х7	24,56	280/280	2,77/4,06	101/69	120	-	0,92	-
В2-3	-1792	2L 200х14	109,2	300/300	6,2/8,6	48/35	120	0,845	-	0,9
В3-4	-1792	2L 200х14	109,2	300/300	6,2/8,6	48/35	120	0,845	-	0,9
В4-6	-2741	2L 200х20	153,1	300/300	6,12/8,72	49/34	120	0,841	-	0,99
В5-7	-2741	2L 200х20	153,1	300/300	6,12/8,72	49/34	120	0,841	-	0,99
Н-2	974 (-256)	2L 100х10	38,48	580/580	3,05/4,52	190/128	350	-	0,99	-
Н-5	2385	2L 200х12	94,2	600/600	6,22/8,55	96/70	350	-	0,99	-
Н-8	2865	2L 160х20	120,8	600/600	4,85/7,11	124/84	350	-	0,92	-
1-2	-1119	2L 180х12	84,38	418/418	5,59/7,76	75/54	120	0,683	-	0,9
2-3	915	2L 100х10	38,48	345/345	3,05/4,52	113/76	350	-	0,93	-
3-4	-173	2L 75х7	20,3	248/248	2,29/3,47	108/71	150	0,440	-	0,9
4-5	-699	2L 125х12	57,78	345/345	3,82/5,55	90/62	120	0,565	-	0,99
5-6	459	2L 70х7	18,84	345/345	2,14/3,28	161/105	350	-	0,95	-
6-7	-187	2L 75х7	20,3	248/248	2,29/3,47	108/71	150	0,440	-	0,97
7-8	-214	2L 100х7	27,5	345/345	3,08/4,45	112/78	120	0,415	-	0,87

При проектировании ферм следует ограничивать число профилей стержней 5-ю типоразмерами:

Стержень	N, кН	Сечение	А, см2
В1-1	580	2L 100х7	27,5
В2-3	-1792	2L 160х20	120,8
В3-4	-1792	2L 160х20	120,8
В4-6	-2741	2L 200х20	153,1
В5-7	-2741	2L 200х20	153,1
Н-2	974 (-256)	2L 125х12	57,78
Н-5	2385	2L 200х12	94,2
Н-8	2865	2L 160х20	120,8
1-2	-1119	2L 200х12	94,2
2-3	915	2L 125х12	57,78
3-4	-173	2L 100х7	27,5
4-5	-699	2L 125х12	57,78
5-6	459	2L 100х7	27,5
6-7	-187	2L 100х7	27,5
7-8	-214	2L 100х7	27,5

4.4 Расчет сварных швов

Стержни фермы изготавливают из парных уголков и соединяют между собой в узлах при помощи листовых фасонок t = 10. Уголки стержней крепятся к фасонкам угловыми сварными швами, суммарная длина которых для каждого стержня определяется по формуле:



где - расчетная длина шва;

- катет углового сварного шва;

- коэффициент глубины проплавления по шву;

- коэффициент глубины проплавления в зоне плавления шва;

- расчетное сопротивление сварного углового соединения срезу по металлу шва;

- расчетное сопротивление сварного углового соединения срезу по металлу границы сплавления;

- коэффициенты условий работы сварного шва.

Усилия во фланговых швах по обушку и по перу уголка распределяются неодинаково: на шов по обушку приходится 0,7N, на шов по перу уголка - 0,3N.

С285 Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа проволокой d = 2 мм Св-08ГА (Электрод Э46).

R_wf = 20,0 кН/см²; R_wz = 0,45R_un = 0,45 40 = 18,0 кН/см².

С285

т. е. металл границы сплавления прочнее, поэтому расчет будем выполнять по металлу шва.

Минимальные катеты сварных швов для всех сталей:

t = 6-10 мм k_f = 5 мм;

t = 11-16 мм k_f = 6 мм;

t = 17-22 мм k_f = 7 мм.

Максимальный катет шва k_max = 1,2t_min

Минимальная длина сварного шва l_min = 40 мм

Максимальная длина флангового шва l_max = 85

Швы крепления фасонок к нижним поясам при отсутствии стыков рассчитывают на разность усилий в смежных панелях поясов:

Длину швов принимаем с округлением в большую сторону:

Для В1-1 с уголком 100х7 принимаем k_f = 5 мм

Для В2-3 и В3-4 с уголком 160х20 принимаем k_f = 7 мм

то примем k_f = 9 мм

Для В4-6 и В5-7 с уголком 200х20 принимаем k_f = 9 мм

то примем k_f = 11 мм

Для Н-2 с уголком 125х12 принимаем k_f = 6 мм

то примем k_f = 7 мм

Для Н-5 с уголком 200х12 принимаем k_f = 11 мм

Для Н-8 с уголком 160х20 принимаем k_f = 11 мм

Для 1-2 с уголком 200х12 принимаем k_f = 7 мм

Для 2-3 с уголком 125х12 принимаем k_f = 6 мм

то примем k_f = 7 мм

Для 3-4 с уголком 100х7 принимаем k_f = 5 мм

Для 4-5 с уголком 125х12 принимаем k_f = 6 мм

Для 5-6 с уголком 100х7 принимаем k_f = 5 мм

Для 6-7 с уголком 100х7 принимаем k_f = 5 мм

Для 7-8 с уголком 100х7 принимаем k_f = 5 мм

Для опорного ребра фермы и опорного столика на колонне:

Для опорного ребра узла k_f = 8 мм

Таблица расчета сварных швов в узлах

Стержень	N, кН	Сечение	Кол-во элем.	, см	кН/см2	Длина шва, см
						0,7N	0,3N
В1-1	580	2L 100х7	2	0,5	12,8	33	15
В2-3	-1792	2L 160х20	2	0,9	12,8	56	25
В3-4	-1792	2L 160х20	2	0,9	12,8	56	25
В4-6	-2741	2L 200х20	2	1,1	12,8	70	31
В5-7	-2741	2L 200х20	2	1,1	12,8	70	31
Н-2	974 (-256)	2L 125х12	2	0,7	12,8	39	18
Н-5	2385	2L 200х12	2	1,1	12,8	61	27
Н-8	2865	2L 160х20	2	1,1	12,8	73	32
1-2	-1119	2L 200х12	2	0,7	12,8	45	20
2-3	915	2L 125х12	2	0,7	12,8	37	17
3-4	-173	2L 100х7	2	0,5	12,8	11	6
4-5	-699	2L 125х12	2	0,6	12,8	33	15
5-6	459	2L 100х7	2	0,5	12,8	27	12
6-7	-187	2L 100х7	2	0,5	12,8	12	6
7-8	-214	2L 100х7	2	0,5	12,8	13	7



5. Проектирование ступенчатой колонны

5.1. Определение расчетных длин колонны

В плоскости поперечной рамы для ступенчатой колонны расчетные длины для нижней (l_х1) и верхней (l_х2) частей определяются раздельно по формулам:

где - коэффициенты расчетной длины, соответственно, нижней и верхней частей колонны;

- геометрические длины, соответственно, нижней и верхней частей колонны.

При жестком сопряжении ригеля со стойкой в однопролетных рамах верхний конец стойки считается закрепленным только от поворота.

Коэффициент расчетной длины нижней части в зависимости от значений коэффициентов:

где - моменты инерции сечения, соответственно, нижней и верхней частей колонны;

- коэффициент, равный отношению продольных сил, соответственно, нижней и верхней частей колонны

Примем .

тогда .

Коэффициент расчетной длины для верхней части колонны:

Расчетные длины для нижней и верхней частей колонны:

Расчетные длины колонны из плоскости поперечной рамы принимают равными наибольшему расстоянию между точками закрепления колонны от смещения вдоль здания:

5.2 Подбор сечения верхней части колонны

Сечение верхней части ступенчатой колонны принимаем сплошным в виде составного двутавра. Проверка устойчивости внецентренно сжатой сплошной колонны в плоскости поперечной рамы выполняется по формуле:

где - коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии;

- площадь неослабленного сечения (брутто).

Радиус инерции:

Ядровое расстояние:

Условная гибкость:

где - гибкость колонны в плоскости поперечной рамы.

Относительный эксцентриситет:

где - момент сопротивления сечения для сжатого волокна;

- эксцентриситет продольной силы для верхней части колонны.

Приведенный относительный эксцентриситет:



где - коэффициент влияния формы сечения, принимаемый равным 1,36.

Тогда, зная условную гибкость и приведенный относительный эксцентриситет , определим по таблицам .

Требуемая площадь сечения двутавра:

При компоновке сечения сплошной колонны следует обеспечить местную устойчивость стенки и поясных швов. Для обеспечения устойчивости стенки должно выполняться условие:

где - расчетная высота стенки, равная геометрической высоте стенки для составного двутаврового сечения;

- наибольшая условная гибкость стенки.

Наибольшая условная гибкость при :

Примем .

Длина стенки, участвующая в работе:

Фактическая площадь стенки:

Для обеспечения устойчивости поясных листов колонны двутаврового сечения с условной гибкостью отношение ширины свеса к толщине должно удовлетворять следующему условию:

Примем

Тогда ширина свеса полки равна:

Требуемая площадь полки:

Ширина полки:

Примем

Фактическая площадь полки:

Фактическая площадь сечения колонны:

Момент инерции сечения:

Момент сопротивления сечения:

Радиус инерции сечения:

Ядровое расстояние:

Гибкость колонны в плоскости поперечной рамы:

Условная гибкость:

Относительный эксцентриситет:

Приведенный относительный эксцентриситет:



Тогда, зная условную гибкость и приведенный относительный эксцентриситет , определим по таблицам .

Проверка устойчивости внецентренно сжатой сплошной колонны в плоскости поперечной рамы выполняется по формуле:

т.е. устойчивость внецентренно сжатой колонны обеспечена.

Для обеспечения устойчивости стенки должно выполняться следующее условие:

При

т.к. условие устойчивости стенки не выполняется, то ее необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии (2,5…3) одно от другого. Ширина выступающей части ребра должна быть не менее , а толщина ребра должна быть не менее

Для обеспечения устойчивости поясов должно выполняться следующее условие:



т.е. условие устойчивости поясов выполняется.

В плоскости действия изгибающего момента (в плоскости поперечной рамы) колонна имеет более развитое сечение (), поэтому возможна потеря ее устойчивости из плоскости рамы. Проверка устойчивости сплошной колонны из плоскости поперечной рамы выполняется по формуле:

где - коэффициент продольного изгиба из плоскости поперечной рамы, принимаемый равным 0,901;

- коэффициент, учитывающий влияние изгиба в плоскости рамы.

Момент инерции сечения:

Радиус инерции сечения:

Эталонная гибкость:

Т.к.

При

При

Проверка устойчивости сплошной колонны из плоскости поперечной рамы выполняется по формуле:



5.3 Подбор сечения нижней части колонны

Сечение нижней части колонны принимается сквозным, состоящим из наружной и подкрановой ветвей, соединенных решеткой из уголков. Под ветвью 1 принимаем подкрановую ветвь, а под ветвью 2 - наружную ветвь нижней части колонны.

Продольные силы в ветвях колонны:

где - расчетные продольная сила и изгибающий момент для комбинации нагрузок, догружающих подкрановую ветвь колонны;

- расчетные продольная сила и изгибающий момент для комбинации нагрузок, догружающих наружную ветвь колонны;

- расстояние от центра тяжести сечения сквозной колонны до центра тяжести подкрановой ветви;

- расстояние от центра тяжести сечения сквозной колонны до центра тяжести наружную ветви;

- расстояние между центрами тяжести сечений подкрановой и наружной ветвей

().

В 1-ом приближении примем, что .

Устойчивость ветви J в плоскости и из плоскости рамы:



где - площадь сечения J-ой ветви;

- коэффициенты продольного изгиба.

Подкрановая ветвь

Зададимся , тогда

Требуемый радиус инерции сечения подкрановой ветви:

Требуемая площадь сечения подкрановой ветви:

Примем широкополочный двутавр 50Ш4.

Гибкость подкрановой ветви из плоскости поперечной рамы:

Тогда коэффициент устойчивости: .

Устойчивость подкрановой ветви из плоскости рамы:

т.е. устойчивость подкрановой ветви из плоскости рамы обеспечена.

Наружная ветвь

Зададимся , тогда

Требуемый радиус инерции сечения наружной ветви:

Требуемая площадь сечения наружной ветви:

Подберем составное сечение швеллера:

Фактическая площадь сечения наружной ветви:

Момент инерции сечения наружной ветви:

Радиус инерции сечения наружной ветви:

Гибкость наружной ветви из плоскости поперечной рамы:

Тогда коэффициент устойчивости: .

Устойчивость наружной ветви из плоскости рамы:

т.е. устойчивость подкрановой ветви из плоскости рамы обеспечена.

Фактическая площадь сечения нижней части колонны:

Расстояние от наружной грани колонны до центра тяжести сечения наружной ветви:

Расстояние между центрами тяжести сечений ветвей:

Расстояния от центра тяжести сквозного сечения колонны до центров тяжести сечений ветвей:

Продольные силы в ветвях колонны:

Устойчивость подкрановой и наружной ветви из плоскости рамы:

т.е. устойчивость ветвей из плоскости рамы обеспечена.

Проверка устойчивости внецентренно сжатой сквозной колонны в целом как единого стержня в плоскости действия изгибающего момента выполняется по формуле:



где - коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии;

- площадь неослабленного сечения (площадь брутто).

Коэффициент определяется в зависимости от условной приведенной гибкости и относительного эксцентриситета:

где - приведенная гибкость сквозного сечения в плоскости поперечной рамы;

- момент инерции сквозного сечения в плоскости поперечной рамы;

- эксцентриситет продольной силы для нижней части колонны;

- расстояние от центра тяжести сечения колонны до центра тяжести наиболее нагруженной ветви.

Момент инерции сквозного сечения в плоскости поперечной рамы:

где - моменты инерции сечений ветвей 1 и 2 в плоскости рамы относительно собственных осей, параллельных оси Х.

Радиус инерции сквозного сечения в плоскости поперечной рамы:

Гибкость сквозного сечения в плоскости поперечной рамы:

Длины стержней решетки:

Длина раскоса:

Продольное усилие в раскосе:

Условная сила:

Расчет сжатых стержней решетки:

где - площадь сечения раскоса;

- коэффициент продольного изгиба.

Зададимся л = 90, тогда .

Требуемая площадь сечения раскоса:

Выбираем 2L 75х6 А = 17,56 см² i_x = 2,30 см

Гибкость раскоса:

т.е. устойчивость раскосов обеспечена.

Приведенная гибкость сквозного сечения колонны, состоящего из 2-х ветвей, соединенных между собой решетками:

где - площадь сечений раскосов решеток, соединяющих ветви колонны;

- коэффициент, определяемый из выражения:

Условная приведенная гибкость сквозного сечения колонн:

Относительный эксцентриситет:

Проверка устойчивости внецентренно сжатой сквозной колонны в целом как единого стержня в плоскости действия изгибающего момента:

т. е. устойчивость сквозной колонны как единого стержня в плоскости действия изгибающего момента обеспечена.

5.4 Конструирование и расчет ступени колонны

Вертикальная сила от крановых нагрузок опорными ребрами подкрановых балок через плиту передается на стенку траверсы. Фрезерованная торцевая поверхность стенки работает на смятие. Поэтому толщину стенки траверсы назначают из условия прочности на смятие торцевой поверхности:



где - длина сминаемых поверхностей стенки;

- толщина стенки траверсы, принимаемая равной 14 мм;

- расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.

Длина сминаемых поверхностей стенки:

где - ширина опорных ребер подкрановых балок, принимаемая равной 450 мм;

- толщина плиты, принимаемая равной 20 мм.

Через внутренний пояс верхней части колонны предается усилие:

Требуемая длина сварных швов, крепящих стенку траверсы к внутреннему поясу верхней части колонны:

где - длина вертикальных сварных швов, равная высоте траверсы;

4 - число сварных швов.

Сварные швы, крепящие стенку траверсы к стенке подкрановой ветви необходимо рассчитать на усилие:

Проверка стенки подкрановой ветви на действие усилия :

где - толщина стенки подкрановой ветви колонны;

2 - число плоскостей среза.

Расчетный изгибающий момент в траверсе:

Расчетная поперечная сила в траверсе:

Момент сопротивления траверсы:



где - момент инерции сечения траверсы;

- расстояние от центра тяжести сечения траверсы до ее верхней кромки.

Прочность траверсы на изгиб:

Прочность траверсы на срез:

5.5 Конструирование и расчет базы колонны

Продольные силы в ветвях колонны:

т.к. максимальная продольная сила находится в наружной ветви, расчет плиты будем вести по ней, а для подкрановой ветви, подобранная плита, рассчитанная на большее усилие, пройдет автоматически.

Требуемая площадь плиты базы:

где - расчетное сопротивление бетона фундамента сжатию ();

- коэффициент, учитывающий увеличение прочности бетона в зависимости от отношения площади фундамента к площади опорной плиты и принимаемый равным 1,3.

Требуемая длина плиты:

Примем B = 60 см.

Уточним размер консольного свеса:

Требуемая ширина плиты:

Примем L = 36 см.

Фактическая площадь плиты:

Среднее напряжение в бетоне под плитой:



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

Примем толщину траверсы

Консольный свес:

Определим изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

Участок 1



Участок 2

Участок 3

Участок 4

Максимальный изгибающий момент:

Требуемая толщина плиты:

Примем толщину плиты

Высоту траверсы определим из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны.

Требуемая длина шва:



Примем высоту траверсы

Усилие в анкерных болтах:

Требуемая площадь сечения одного болта:

Примем четыре болта диаметром d = 24 мм ()

Усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше, поэтому из конструктивных соображений принимаем такие же болты.



7. Проектирование подкрановой конструкции

7.1 Определение нагрузок

Расчетное значение вертикальных сил:

где - коэффициент динамичности;

- коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 1,1;

- коэффициент сочетаний;

- наибольшее нормативное значение вертикальной силы.

Расчетное значение горизонтальных сил:

где - коэффициент динамичности;

- наибольшее нормативное значение горизонтальной силы.

7.2 Определение расчетных усилий

Расчетные значения изгибающих моментов:

где - коэффициент, учитывающий влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке.

Через подобие треугольников определим ординаты линий влияния:

У₁ = 0,30 У₄ = 1,425

У₂ = 2,60 У₅ = 1,025

У₃ = 3,00

Расчетные значения поперечных сил:



Через подобие треугольников определим ординаты линий влияния:

У₁ = 1,00 У₄ = 0,61

У₂ = 0,93 У₅ = 0,22

У₃ = 0,67 У₆ = 0,16

7.3 Подбор сечения подкрановой конструкции

Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленной стали t = 8 мм и швеллера №36.

Назначим высоту подкрановой балки ,

Коэффициент:

Требуемый момент сопротивления:

Зададимся толщиной полок

Высота стенки подкрановой балки:

Толщина стенки из условия среза стенки поперечной силой:

Принимаем стенку подкрановой балки толщиной

Требуемый момент инерции сечения подкрановой балки:

Момент инерции стенки подкрановой балки:

Момент инерции полок подкрановой балки:

Требуемая площадь полок подкрановой балки:

Принимаем пояс из листа сечения 20х400 мм,

Проверка устойчивости пояса:

т.е. устойчивость пояса обеспечена.

Момент инерции подкрановой балки:

Момент сопротивления верхней полки подкрановой балки:

Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения (тормозная балка, верхний пояс, швеллер №36):

Момент инерции сечения:

Момент сопротивления правых волокон полки подкрановой балки:

Проверка прочности сечения в верхнем поясе:

Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена, т.к. принятая толщина стенки больше определенной из условия среза. Жесткость балки также обеспечена, т.к. принятая высота балки больше минимальной.

Проверка прочности стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана:

где - длина напряженного участка;

- сосредоточенная сила от давления колеса крана без коэффициента динамичности.

Сосредоточенная сила от давления колес крана без коэффициента динамичности:

Момент инерции кранового рельса и верхнего пояса подкрановой балки:



где - момент инерции рельса КР-80.

Длина напряженного участка:

где - коэффициент, принимаемый для сварных балок равным 3,25.

т.е. прочность стенки балки от действия местных напряжений обеспечена.

Проверка прочности стенки подкрановой балки в сжатой зоне на совместное действие нормальных, касательных и местных напряжений:

Нормальные и касательные напряжения:

где и - усилия в рассматриваемом сечении;

- статический момент сжатого пояса балки;

- расстояние от оси Х до сжатой кромки стенки.

т.е. прочность стенки балки в сжатой зоне обеспечена.



Библиографический список

1. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*/ Минрегион России, ОАО «ЦПП». - М.,2011 - 80 с.

2. СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*/ Минрегион России, ОАО «ЦПП». - М.,2011 - 178 с.

3. Металлические конструкции : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования/ [Ю. И. Кудишин, Е. И. Беленя, В. С. Игнатьева и др.] ; под ред. Ю. И. Кудишина. - 12-е изд.,стер. - М. : Издательский центр «Академия», 2010. - 688 с.

4. Лебедь Е. В., Галишникова В. В. Стальной каркас одноэтажного промышленного здания. Учебное пособие. - Саратов: Сар. гос. техн. ун-т, 2000. - 92 с.

Размещено на Allbest.ru