Компоновка конструктивной схемы каркаса здания

Для наружной ветви

                                           

Для удобства прикрепления элементов  решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же, как в подкрановой ветви (421 мм). Толщину стенки швеллера для удобства её соединения встык с полками верхней части колонны принимаем равной 14 мм; а ширину стенки из условия размещения сварных швов – 460 мм.

Требуемая площадь полок:

 

 

Из условия местной устойчивости полок .Принимаем: b_f = 15 см;

 см;

 

Геометрические характеристики ветви:

                          

Уточняем положение центра тяжести  сечения колонны:

 

h₀ = h_H – Z₀ =100-3,66= 96,34 см

 

 

Проверка устойчивости ветвей.

Из плоскости рамы (относительно оси у – у) l_y = 1210см.

Подкрановая ветвь:

Наружная ветвь:

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

Принимаем l_B1 =230см, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей.

Проверяем устойчивость ветвей в плоскости  рамы (относительно осей х₁ – х₁ и х₂ – х₂).

Для подкрановой ветви:

 

Для наружной ветви:

 

_{Устойчивость  обеспечена.}

 

Расчет решетки  подкрановой части колонны.

 

Поперечная сила в сечении колонны Q_max =47,5 кН;

Условная поперечная сила:

Q_fic » 0,2A = 0,2(76,23+106,4) = 36,5< Q_max = 47,5кН;

 

Расчет решетки проводим на Q_max.

Усилие сжатия в раскосе:

Задаемся  

Требуемая площадь раскоса:

 

Принимаем уголок 63x5: А_d = 6,13 см²; i_min = 1,25см;

 

 

Рис 4.2 Сечение нижней части колонны.

 

Напряжение в раскосе:

 

 

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.

 

Геометрические характеристики всего  сечения:

 

A = A_B1 + A_B2 = 76,23+106,4= 182,63см²

 

I_x = A_B1y₁² + A_B2y₂² = 76,23^. 56,1²+106,4^. 40,2² = 950829,9см⁴

 

 

Приведенная гибкость:

 

Для комбинации усилий, догружающих  наружную ветвь (сечение 4-4):

 

N₂ =1800,3 кН; M₂ = 998,3 кНм;

 

Для комбинации усилий, догружающих  подкрановую ветвь:

 

N₁ = 1575,5 кН; M₁ = 491,1 кНм;

 

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

 

 

 

 

4.4.Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны.

 

Расчетные комбинации усилий в сечении  над уступом:

1) М = -88,7 кНм; N = -579,2 кН (загружение 1,3,5);

2) M = -389,9 кНм; N = 866,5 кН (загружение 1,2);

Давление кранов D_max = 998,3кН;

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

Первая комбинация М и N (сжата наружная полка):

- наружная полка:

- внутренняя полка:

2-ая комбинация М и N (сжата внутренняя полка):

- наружная полка:

_{здесь Rwy ^ρ- расчётное сопративление стыкового шва Rwy ^ρ=0,85 Ry}

- внутренняя полка:

_{Прочность шва  обеспечена.}

Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия по формуле:

где:      - ширина опорных ребер балок;

             - толщина стенки траверсы и плиты;

             - длина сминаемой поверхности.

Учитывая возможный перекос  ребра балки, принимаем 

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

Длина шва крепления вертикального  ребра траверсы к стенке траверсы:

см

Принимаем полуавтоматическую сварку проволокой марки СВ-08Г2С, d = 2мм,

_{Rwf =21,52 кН/м², βf=0 ,9; βz=1 ,05; Rwz =16,02 кН/м²; Rwz=0,45 Run=0,45·36=16,2кН/см² ; Rwf βf=0,9·21,5=19,3 кН/см²> Rwz βz=1,05·16,2=17 кН/см²}

  Расчёт ведём по металлу границы сплавления. Принимаем k_f=6мм; l_w2< 0,85·0,9·0,6=

=46мм.

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

Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви составляем комбинацию  усилий, дающую  наибольшую опорную реакцию траверсы. Такой комбинацией будет сечение 1, 2, 3, 5(-),8:

М =-247,0 кНм;  N = -837,8кН;

Коэффициент 0,9 учитывает, что усилия N и М приняты для второго основного сочетания нагрузок. Принимаем катет шва 6 мм

Требуемая длина шва:

  Из условия прочности   стенки подкрановой ветви в  месте крепления траверсы (линия1-1) определим высоту траверсы:

,

мм – толщина стенки подкрановой ветви (двутавр 45Б1); R_s = 0,58 · R_y =0,58·23 =13 кН/см²- расчётное сопротивление срезу фасонного проката из стали С235.

Принимаем h_тр = 70см

 

Максимальная поперечная сила в  траверсе с учетом усилия от кранов, возникает при комбинации усилий 1, 2, 3, 5(-), 8(см. расчёт шва 3).

Коэффициент К=1,2 учитывает неравномерную передачу D_max

 

4.5.Расчет и конструирование базы колонны.

 

Проектируем базу раздельного типа.

Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4 – 4):

M = 998,3 кНм; N = -1800,3 кН  ( для расчёта базы наружной ветви);

M = -127,4кНм; N = 1541,7кН ( для расчёта базы подкрановой ветви).

В комбинации усилий не учтена нагрузка от снега, т.к. снеговая нагрузка разгружает подкрановую ветвь.

Определяем усилия в ветвях колонны:

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.3. База колонны.

 

Расчет базы наружной  ветви.

База наружной ветви. Требуемая  площадь плиты:

По конструктивным соображениям свес плиты С₂ должен быть не менее 4см. Тогда:

В ≥ b_н + 2С₂ =45+2 ^. 4=53см, принимаем В=55 см ;

               .    принимаем L = 45 см.

А_пл = 45 ^. 55 = 2475 см².

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

                                       

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

l₀=2(b_f + t_w – Z₀) = 2(15 +1,4-3,66) = 25,5 см;

при толщине траверсы 12мм  c₁ = (45-25,5-2 ^.1,2)/2 = 8,5 см

 

Определяем изгибающие моменты  на отдельных участках плиты:

Участок 1: (консольный свес с = с₁ = 8,5см)

 

Участок 2: (консольный свес с = с₂ = см)

Участок 3: (плита, опертая по контуру);

b/a = =2,8> 2;  a = 0,125

Участок 4: (плита, опертая на четыре стороны);

b/a = ; a = 0,125

                  

Принимаем для расчета M_max = М₃=19,7кН·см;

Требуемая толщина плиты:

                  

Принимаем t_пл = 24мм; (2 мм – припуск на фрезеровку)

Высоту траверсы определяем из условия  размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности  всё усилие в ветви передаем на траверсы через четыре угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой 08Г2С. Принимаем катет шва k_f = 8мм. Требуемая длина шва определяется по формуле:

Принимаем h = 35 см

 

Расчет анкерных болтов крепления подкрановой ветви.(M = 598,12кНм; N = 643,3кН):

усилия в анкерных болтах

 

.

требуемая площадь сечения болтов из стали Вст3кп2 R_ba=14,5 кН/см² ; А_b.тр= F_a γ_n/ R_ba =140,2·0,95/14,5=9,2 см².

Усилия в анкерных болтах наружной ветви меньше. Из конструктивных соображений принимаем такие же болты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет и конструирование подкрановой балки.
1. Нагрузки на подкрановую балку.

 

Материал балки сталь С255; R_у = 250МПа = 24кН/см²(при t≤ 20мм); R_s=140МПа = 14кН/см².

Для кранов лёгкого режима работы поперечное горизонтальное усилие на колесе при расчете подкрановых балок:

Определяем расчетные значения усилий  на колесе крана:

_{5.2. Определение расчётных  усилий.}

Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Загружаем линию влияния момента в среднем сечении, устанавливая кран невыгоднейшим образом.

Расчетный момент от вертикальной нагрузки:

где - ординаты линий влияния; - учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке; -коэффициент сочетания.

Расчетный момент от горизонтальной нагрузки:

 

Рис. 5.1. Линия влияния изгибающего  момента.

Для определения максимальной поперечной силы загружаем линию влияния  поперечной силы на опоре.

Расчетные значения вертикальной и  горизонтальной поперечных сил:

Рис. 5.2. Линия влияния поперечной силы.

 

5.3.Подбор сечения балки.

Принимаем подкрановую балку симметричного  сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6мм и швеллера № 36.

Значение коэффициента β определим по формуле:

 

где .

Задаемся  ,   табл.7,2 /1/.

Оптимальная высота балки:

Минимальная высота балки:

  - момент от загружения балки одним краном при нормативной нагрузке при .

Значение  - определим по линии влияния; сумма ординат линии влияния при нагрузке от одного крана ;

 

Принимаем .

Задаемся толщиной полок  , тогда

.

Из условия среза стенки силой :

.

Принимаем стенку толщиной 1 см; .

Размеры поясных листов определим  по формуле:

.

Принимаем пояс из листа сечения  20х100мм, А_f = 30 см².

Устойчивость пояса обеспечена, так как:

По полученным данным компонуем  сечение балки.

 

 

Рис.5.3. Сечение подкрановой балки.

Проверка прочности сечения. Определяем геометрические характеристики принятого сечения относительно оси x-x:

,

а затем - геометрические характеристики тормозной балки относительно оси у-у ( в состав тормозной балки входят верхний пояс, тормозной лист и швеллер):

 

.

Проверим нормальные напряжения в верхнем поясе :

Прочность стенки на действие касательных  напряжений на опоре обеспечена, так  как принятая толщина стенки  больше определенной из условия среза.

Жесткость балки также обеспечена, так как принятая высота балки .

Проверим прочность стенки балки  от действия местных напряжений под  колесом крана:

 

(при кранах с гибким подвесом  груза);

;

здесь .

- момент инерции рельса КР-70; – коэффициент для сварных балок.

 

Список используемой литературы.

 

1. СНиП II-23-81*  Стальные конструкции / Госстрой СССР. – М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 96 с.
2. СНиП  2.01.07-85 Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 36 с.
3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Под общ. ред. Ю.И.Кудишин,. – 11-е изд., перераб.. – М.: Стройиздат, 2008. – 688 с.
4. Машковцев Г. Д. Методические указания к курсовому проекту №2 по курсу «Металлические конструкции» для студентов специальности 1202 – Новополоцк, 1986.