Компоновка конструктивной схемы каркаса здания

 

Сечение подбираем по формулам центрального сжатия или растяжения.

Стержень В-2. N_max = -727,7 кН.

Расчетные длины стержня l_efх=300см, l_efy=300см. Материал – сталь марки С245,

R_y = 240МПа. Коэффициент условия работы γ_c = 0,95.

Принимаем сечение из двух парных равнополочных уголков. Задаемся гибкостью в пределах, рекомендуемых для поясов : λ = 80 и, следовательно, φ = 0,611.

Требуемая площадь сечения уголков:

;

Из сортамента находим не равнополочный уголок  160х10мм с А = 31,4 ^. 2=62,8 см².

Фасонки принимаем толщиной t = 12 мм в зависимости от усилий в опорном раскосе.

Тогда радиусы инерции сечения  равны:

,    ,

По табл. 19 /1/

,

Где

 

 

И по наибольшей гибкости находим φ = 0,734.

Тогда

 

Аналогично выполняем расчет других элементов фермы. Результаты заносим  в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.1         Расчетные усилия в стержнях фермы, кН.

Элемент фермы	Обозна-чение стержня	Усилия  от постоян-ной нагрузки	Усилия от снеговой нагрузки		Усилия от опорных моментов				Усилия от распора рамы	Расчетные усилия, кН
			Ψ = 1	Ψ = 0.9	S1     от М1=1	S2      от М2=1	S1M1          M1 =- 678,9кНм     (-437,4)*	S2M2           M2 =- 421,9кНм    (-180,4)*		№№ нагру-зок	растя-жение	№№ нагру-зок	сжатие
		1	2а	2в			3	4	5
Верхний пояс	B1-1	0	0	0	-0,328	0	222,68	0	-	3	222,7	-	-
	B2-3	-432,2	-295,5	-265,9	-0,265	-0,065	179,91	27,42	-	-	-	1;2а	-727,7
	B3-4	-432,2	-295,5	-265,95	-0,265	-0,065	179,91	27,42	-	-	-	1;2а	-727,7
	B4-6	-675,65	-437,9	-394,1	-0,2	-0,13	135,78	54,85	-	-	-	1;2а	-1113,6
	B5-7	-675,65	-437,96	-394,16	-0,2	-0,13	135,78	54,85	-	-	-	1;2а	-1113,61
Нижний пояс	H2	220	156,08	140,47	0,295	0,033	-138,03	-5,953	-49,76	1;2а	376,08	1;3;4;5	-4,77
	H5	592,52	387,14	348,43	0,23	0,1	-100,60	-18,04	-50,86	1;2а	979,66	-	-
	H8	675,65	437,96	394,16	0,165	0,165	-72,17	-29,77	-51,96	1;2а	1113,61	-	-
Раскосы	P1-2	-350,2	-248,4	-223,56	0,044	-0,044	-29,87	18,56	-	-	-	1;2а	-598,6
	P2-3	306,1	201,19	181,07	-0,047	0,047	31,91	-19,83	-	1;2а	507,29	-	-
	P4-5	-232,3	-132,16	-118,94	0,047	-0,047	-31,91	19,83	-	-	-	1;2а	-364,46
	P5-6	120	73,3	65,97	-0,047	0,047	31,91	-19,83	-	1;2а	193,3	-	-
	P7-8	0	0	0	0,047	-0,047	-31,91	19,83	-	-	-	1;3;4	-12,08
Стойки	C3-4	-52,9	-100,7	-90,63	0	0	-	-	-	-	-	1;2а	-153,6
	C6-7	-84,78	-51,84	-46,65	0	0	-	-	-	-	-	1;2а	-136,62

Таблица 3.2                           Таблица проверки сечений стержней фермы

Элемент	№ стержня		Расчетное усилие, кН				Сечение		Площадь,  А,см2								[λ]								Проверка сечений
			растя-жение		сжатие
1	2		3		4		5		6		7		8		9		10		11		12		13		14		15
Верхний пояс		B – 1		222,7		-		-		-		250		-		-		-		-		-		0,95		-		-
												250
		B – 2 В -- 4		-		727,7		160х10		62,8		300		4,96		60,5		2,06				0,734		0,95		-		15,8<24
												300		6,98		42,9
		B – 6 B – 7		-		1113,6		180х12		84,4		300		5,59		53,7		1,82		136,9		0,805		0,95		-		16,4<24
												600		7,83		76,6
Нижний пояс		Н – 2		376,08		4,77		125х9		44		550		3,86		142,5		4,84		150		0,305		0,95		8,25<24		0,36<24
												550		5,55		99
		Н – 5 Н – 8		979,66 1113,6		- -		160х10		62,8		600		4,96		121		-		250		-		0,95		17,7<24		-
												1800		6,98		256
Раскосы		1 – 2		-		598,6		125х9		44		197		3,86		51,04		1,74		120		0,788		0,95		-		17,26<24
												394		5,55		70,99
		2 – 3		507,29		-		100х8		31		342		3,07		111,4		-		300		-		0,95		16,34<24		-
												428		4,54		94,3
		4 – 5		-		364,46		125х9		44		342		3,86		88,6		3,01		148,4		0,42		0,80		-		19,7<20,2
												428		5,55		77,1
		5 – 6		193,3		-		50х5		9,76		342		153		223,8		-		300		-		0,95		19,8<24		-
												428		253		169,2

 

 

Продолжение таблицы   3.2

	7 – 8	-	12,08	50х5	9,76	342	153	223,8	6,6	185,8	0,18	0,8	-	7,7<20,2
						428	253	169,2
Стойки	3 – 4	-	153,6	80х6	18,76	244	2,47	98,8	3,36	158,7	0,499	0,80	-	16,4<20,2
						305	3,72	81,9
	6 – 7		136,82	80х6	18,76	244	2,47	98,8	3,36	164,5	0,499	0,8		14,6<20,2
						305	3,72	81,9

 

 

 

.

 

4. Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к фасонкам.

Определяем длину углового шва  отдельно по обушку и перу считая что  Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления.

        

 По  металлу шва .

Коэффициенты  и определяем  по табл.34 /1/.Расчётное сопротивление  по табл.56 /1/ равно 21,5 кН/см² .

 Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С

d = 1,4…2мм; k_{f max} = 8мм; ; ; ;

Требуемая длина шва:

 

Таблица 3.3       Таблица расчета швов.

№ стержня	Сечение	N, кН	Шов по обушку			Шов по перу
			Nоб, кН	kf, см	lw, см	Nп, кН	kf, см	lw, см
1 – 2	125х9	598,6	419,0	0,8	16	179,58	0,6	10
2 – 3	100х8	507,29	355,1	0,8	14	152,19	0,6	8
3 – 4	80х6	153,6	107,5	0,6	6	46,08	0,4	5
4 – 5	125х9	364,46	255,1	0,8	10	109,34	0,6	6
5 – 6	50х5	193,3	135,3	0,6	7	57,99	0,4	5
6 – 7	80х6	136,82	95,8	0,6	6	41,05	0,4	5
7 – 8	50х5	12,08	8,5	0,6	5	3,62	0,4	5

 

 

4. Расчет ступенчатой колонны производственного здания.

 

     Для верхней части колонны в сечении 1 -1: N =- 616,8 кH; M =- 771,9 кHм; Q =- 36,6

в сечении 2-2 при том же сочетании  нагрузок (1,2,4,5,8) М =-281,4 кНм;

Для нижней части колонны N₁ =- 1575,5 кН; M₁ =- 491,1 кНм (изгибающий момент догружает подкрановую ветвь); N₂ =- 1800,3 kH; M₂ =998,3 кНм (изгибающий момент догружает наружную ветвь); Q_max =-47,5 kH.

Соотношение жесткостей верхней и  нижней частей колонн материал колонны – сталь марки С235, бетон фундамента марки С12/15. Коэффициент надёжности по назначению _.

 

4.1.Определение расчетных длин колонны.

     Так как: значения определим по таблице 14.1 [3]

В однопролетной раме с жестким  сопряжением ригеля с колонной  верхний конец колонны закреплен  только от поворота;

Таким образом для нижней части  колонны:

для верхней:

Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей равны  соответственно:

 

 

 

4.2.Подбор сечения верхней части колонны.

 

Сечение верхней части колонны  принимаем в виде сварного двутавра высотой  . Находим требуемую площадь сечения, предварительно определив приближённые значения характеристик:

 

 

Для симметричного двутавра:

 

Для стали С235 толщиной до 20 мм R_y=23 кН/см²;

 

 

Значение коэффициента для двутавра колеблется в пределах от 1,2 до 1,7. Примем в первом приближении . Тогда . По прил.9 /3/ при :

Компоновка сечения.

 Высота стенки

(принимаем предварительно  ).

При из условия местной устойчивости предельная гибкость стенки определяется

Требуемая толщина стенки

Поскольку сечение с такой толстой  стенкой неэкономично, принимаем:

 и включаем в расчетную  площадь сечения колонны только устойчивую часть стенки, т.е. два участка шириной h₁,примыкающие к полкам:

 

Требуемая площадь полки:

 

Принимаем

Устойчивость полки обеспечена, так как ; из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ширина полки:

 

 

Геометрические характеристики сечения.

 

 

Гибкость стержня   

   

                                        

                                

 

_{Предельная условная гибкость стенки}

                        

                         

                         

_{Проверка  устойчивости в плоскости  действия момента:}

 

Значение коэффициента h принимаем по табл. 7 [3] :

при                    

                 

_при                   

                  

   

                

 

Проверим устойчивость верхней части колонны из плоскости  действия момента:

Двутавровому сечению соответствует  тип кривой устойчивости «в», при

; по приложению 8 /3/

Для определения m_x найдем максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня при сочетании нагрузок 1,2,4,5,8;   М_х = 672,9 кН·м.

По модулю:

 

 

 

При 5< m_x 10 коэффициент

Значения a и b определяются по прил.12 [3]

 

   

  

В запас несущей способности  включаем редуцированную площадь 

    (см. рис. 4.1)

 

 

Рис. 4.1. Сечения верхней части  колонны.

 

 

4.3.Подбор сечения нижней части колонны.

 

Сечение нижней части колонны –  сквозное, состоящее из 2-х ветвей, соединенных решеткой. Высота сечения h_Н = 1000мм. Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополочного двутавра, наружную – составного сварного сечения из 3-х листов.

Определим ориентировочное положение центра тяжести.

 Принимаем  Z_o = 5см;     h₀ = h – Z₀  = 100см – 5см = 95см.

                                      

Определяем усилия в ветвях.

В подкрановой ветви:

 

в наружной ветви:

Определяем требуемую площадь  ветвей и компонуем сечение.

Для подкрановой ветви задаемся  : 

 

По сортаменту (прил. 16/3/) принимаем двутавр широкополочный 45Б1 со следующими характеристиками сечения: