Металлические конструкции

В сечение опорной части  включается 

.

Момент инерции опорной части 

Радиус инерции

.

, по λ определяем φ:   

Проверяем устойчивость опорной части  балки по формуле           

Устойчивость опорной части  балки обеспечена.

2.9 Расчет поясных швов

Двусторонние поясные швы (см. рис. 11) при подвижной нагрузке рассчитываются по формулам

по металлу шва

по металлу границы сплавления

Рисунок 11 – К расчет у поясных швов

 

Сдвигающая сила на 1 пог. см. балки

  , где

- статический момент брутто  пояса относительно нейтральной  оси

Сминающая сила на 1 пог. см. балки

Применяем автоматическую сварку со сварочной проволокой СВ-08А

 

;

Назначаем поясные швы минимально возможной толщины. При сварке и

   ;

 

2.10 Расчет подкрановой балки на выносливость при

   ,

где - коэффициент, учитывающий количество циклов нагружения

- расчетное сопротивление усталости  (при временном сопротивлении стали до )

- расчетное сопротивление по  временному сопротивлению стали,

- коэффициент надежности по  временному сопротивлению.

Проверка показывает, что выносливость балки обеспечена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет фермы

3.1 Дополнение к заданию для  расчета фермы

Шаг стропильных ферм b = 6 м;

Материал конструкций – группа конструкций – 2; пояса С345, фас.,       t = 11-20 мм, R_y = 315 МПа; решетка – С255: гр. 1, фас., t = 4-10 мм,             R_y = 240МПа;

Сварка полуавтоматическая, β_f = 0,9, сварочная проволока СВО8А;

Сопряжение ригеля с колонной –  шарнирное.

3.2 Сбор нагрузок

Постоянные нагрузки на 1 м² от массы конструкций покрытия приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Сбор нагрузок

№ п/п		Вид нагрузки	Нормативная нагрузка ,	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка ,
1.		Защитный слой 15 мм из гравия, втопленного в мастику	0,3	1,3	0,39
2.		Водоизоляционный ковер из трех слоев  рубероида	0,1	1,3	0,13
3.		Утеплитель 100 мм из плитного пенопласта ( )	0,05	1,2	0,06
4.		Пароизоляция из одного слоя рубероида	0,05	1,2	0,06
5.		Профилированный настил t = 1 мм	0,155	1,05	0,16
6.	Стальной каркас комплексной панели		0,13	1,05	0,14
7.		Собственная масса металлической  конструкции фермы и связей	0,20	1,05	0,21
Итого общая нагрузка			0,985		1,15

 

Узловая нагрузка от веса конструкций  покрытия

Временная узловая нагрузка от массы снегового покрова .

      , т.к.

Узловая нагрузка

 3.3 Определение усилий в элементах фермы

 

Рисунок 12 –  Геометрическая схема фермы из уголков для L = 36 м

Рассмотрим определение усилия в панели верхнего пояса В₃:

- от постоянной нагрузки  -  ;

- от снеговой нагрузки -  .

Где - усилие в панели от загружения вертикальной единичной силой (по справочной таблице 14 [3]) .

Результаты расчета сводим в  таблицу 3.

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 – Вычисление усилий в стержнях фермы

элементы фермы	обозначение стержней	усилие от единичной нагрузки	усилия от отдельных загруженимй		расчетные усилия
			постоянная	снеговая	растяжение	сжатие
			20.70	21.60
верхний пояс	В1	-	-	-	-	-
	В2	-9.400	-194.58	-203.04		-397.62
	В3	-9.400	-194.58	-203.04		-397.62
	В4	-15.250	-315.68	-329.40		-645.08
	В5	-15.250	-315.68	-329.40		-645.08
	В6	-17.275	-357.59	-373.14		-730.73
нижний пояс	Н1	4.950	102.47	106.92	209.39
	Н2	12.825	265.48	277.02	542.50
	Н3	16.775	347.24	362.34	709.58
раскосы	Р1	-7.450	-154.22	-160.92		-315.14
	Р2	6.275	129.89	135.54	265.43
	Р3	-4.950	-102.47	-106.92		-209.39
	Р4	3.475	71.93	75.06	146.99
	Р5	-2.450	-50.72	-52.92		-103.64
	Р6	0.725	15.01	15.66	30.67
стойки	С1	-1.000	-20.70	-21.60		-42.30
	С2	-1.000	-20.70	-21.60		-42.30
	С3	-1.000	-20.70	-21.60		-42.30

 

3.4 Определение расчетных длин  стержней фермы

Определение расчетных длин стержней фермы производим в табличной форме (см. табл. 4) согласно указаниям СНиП «Стальные конструкции» и на основании справочных таблиц 14 и 26 [3].

3.5 Подбор сечений элементов

Расчет сжатых элементов:    ;

Расчет растянутых элементов:   ,  где

φ – коэффициент продольного  изгиба, в первом приближении задается: для поясов 0,7-0,8, элементов решетки 0,5-0,6;

γ_с – коэффициент условий работы, равный для верхнего и нижнего пояса, опорного раскоса и всех растянутых раскосов 0,95; для сжатых раскосов и стоек при λ>60 – 0,8.

Подбор сечений в панели В₄  ( )

По сортаменту (табл. 20 [3]) принимаем  сечение  140х90х8, , ,   

Проверка принятого сечения:

  (по табл. 26 [3])

;  φ = 0,641 (по табл. 25[3]), отсюда

Аналогично производим подбор сечений  всех остальных стержней. Конечные результаты записываем в табличной форме – см. табл. 4.

3.6 Расчет узлов фермы

3.6.1 Промежуточный узел фермы с заводским стыком верхнего пояса

Стык пояса смещен в панель с  меньшим усилием (N_B3< N_B4); при этом величину смещения принимаем 300- 500 мм в фермах из уголков.

В фермах из уголков горизонтальные полки поясов перекрывают на стыке  двумя накладками, вертикальные полки  – фасонки:

Размеры накладок и фасонки подбираем  из условия их равнопрочности с перекрываемыми полками рис 13:

 

 

Рисунок 13 –  К подбору размеров накладок и вставок в фермах из парных уголков

а) А_Н=В_Н*t_Н≥А_гп=В_у2*t_у2=10*0,7=7 см²

Принимаем:

В_Н=14+3-4=13 см; t_н=А_н/В_н=7/13=0,54 см

Принимаем 0,6 см

А_Н=В_Н*t_Н=0,6*13=7,8 см² > А_гп

А_ф=h_ф*t_ф=2* В_у2*t_у2=2*10*0,7=14 см²

Определим минимальную высоту включаемого  в расчет сечения фасонки:

h_ф=2*А_вн/ t_ф=14/1=14 см

При этом А_ф=14 см²

Прочность стыка в предположении  центрального нагружения его силой  проверяют по формуле:

Швы «3» прикрепления горизонтальной полки пояса к накладке рассчитывают по расчетному усилию, воспринимаемому накладкой.

N_н = А_н^.σ = 7,8х13,4 =104,52 КН. Принимаем k_f=4,0 см,

   +1 = +1 = 9,06 см.  Принимаем l_w=10 см.

Прочность фасонки и вставки  проверяют, исходя из следующих условий:

размер l_к-к=16 см > h_ф=14 см определяют по результатам конструирования узла с учетом швов «Б» и швов прикрепления раскосов, поэтому прочность фасонки по линии К-К обеспечена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.6.2 Укрупнительный стык верхнего пояса фермы на монтажной сварке

Размеры горизонтальных накладок и  фасонки подбираем из условия  их равнопрочности с перекрываемыми горизонтальными и вертикальными  полками пояса ( 140х8) – рис. 14.

 

 

Рисунок 14 – К определению размеров горизонтальных накладок и фасонок.

а) А_н = В_н^.t_н>А_гп В_п^.t_уг = 14 х 0,8 = 11,2 см² принимаем

     В_н = 14+3 = 17;

                t_н = 0,7,

      А_н=17*0,7=11,9 см²

б)  А_ф = h_ф^.t_ф =2 А_вn = 2В_уг^.t_уг =2 х 14 х 0,8 = 22,4 см²;

определяем минимальную высоту включаемого в расчет сечения  фасонки

h_ф=2*А_вн/ t_ф=22,4/1=22,4 см

При этом А_ф=22,4 см²

Прочность стыка проверяем в  предположении центрального нагружения силой N_ст=N+N_p^.cosα, но не менее N, в случае разных знаков усилий N и N_p.

N_ст = 730,73 кН.

15,82 КН/см²=158,2 МПа<R_yγ_c=230 МПа

Швы «3» прикрепления горизонтальной полки пояса к накладке рассчитываем по предельному усилию, воспринимаемому накладкой.

N_н = А_н^.R_y = 11,9^.23 = 273,7 КН,  при k_f = 0,4 см; β_f = 0,9

 см.

Принимаем длину швов с вдоль  накладки по 25 см, по скосу – 14 см. Швы  «Б» прикрепления вертикальных полок  пояса к фасонке рассчитываем по предельному усилию, воспринимаемому расчетным сечением фасонки

N_ф = А_ф^.R_y = 22,4^.23 = 515,2 КН,  при k_f = 0,4 см; β_f = 0,9

 см.

Из конструирования фасонки  устанавливаем, что фактически ее размер     l_к-к=25 см > h_ф=22,4 см, поэтому прочность фасонки по линии К-К обеспечена.

Высота накладок h_н должна быть не менее высоты h_ф рабочей зоны фасонки:

принимаем h_н=32 см > h_ф=22,4

Площадь сечения накладок 2 h_н^.t_н должна быть не менее А_ф, откуда:

2t_н=А_ф/(2h_н)=22,4/(2*32)=0,35 см

но не менее t_ф/2=1/2=0,5 см; принимаем 0,6 см

Из условия равнопрочности швов «В» и фасонки (в расчете на 1 см длины шва):

  

определяем

Что обеспечивается при k_f = 0,8 см; β_f = 0,9

С учетом k_f = 0,8 см, принимаем для вертикальных накладок толщину t_н=0,7 см

 

3.6.3 Опорный узел

В узле действует опорная реакция F = 232,3 КН, воспринимаемая опорным фланцем, который проверяют на смятие:

σ = КН/см² = 48 МПа < R_р = 351 МПа.

Швы прикрепления «Б», «В», «Г», «Д» (см. рис. 15) рассчитывают на максимальные усилия в опорном раскосе и нижнем поясе. По длинам этих швов определяют размеры фасонки h_ф = 45 см.

 

Рисунок 15 – Опорные узлы фермы

Швы «Е» прикрепления фасонок к  опорному фланцу проверяем по формуле:

 КН/см² = 36,6 МПа < R_yγ_c = 180 МПа.

А_w = 2β_f^.k_f^.. = 2^.0,8^.0,9^.44 = 63,4 см²,  где k_f = 0,9 см; β_f = 0,8 (табл. 27 [3]),

                                                 = h_ф – 1 = 45 – 1 = 44 см.

 

 

 

 

4 Расчет поперечной рамы цеха с шарнирным прикреплением ригеля к колоннам

4.1 Компоновка рамы

Здание однопролетное, отапливаемое с мостовыми кранами 1000/200 КН среднего режима работы.

Уровень головки рельса  - УГР = 10,0 м.

Определяем размеры рамы по вертикали: h₁, h₂, H, h_b, h_н, h, h_оп, h_ш (см. рис. 16).

h₁ = УГР = 10 м – наименьшая отметка головки кранового рельса, которая задается из условия необходимой высоты подъема крюка над уровнем пола.

– расстояние от головки кранового  рельса до низа несущих конструкций покрытия

, 

где – вертикальный габарит крана (по ГОСТ – табл. 2.5 [4]);

       – зазор, установленный по требованиям техники безопасности;

      – размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия

.

Окончательно  (кратно ).

Внутренний габарит цеха

Принимаем (кратно ).

Высота верхней части стойки

   ,где

– из расчета подкрановой балки;

– высота кранового рельса КР-70 (по ГОСТ – табл. 2.5 [4]).

Высота нижней части стойки

Высота стойки рамы

Высота фермы на опоре

- для типовых ферм с i = 1,5%

Высота покрытие от низа ригеля до конька кровли

.

Определяем размер элементов рамы по горизонтали  , , .

Привязка наружной грани колонны  к разбивочной оси  , т.к. .

Ширина верхней части колонны

Необходимо, чтобы  ;   имеем .

Ширина нижней части колонны

    ,

где , т.к. и нет необходимости устройства проходов в надкрановой части колонны.

Условие необходимой жесткости  колонны

;   

Габарит безопасности движения крана

.

- условие свободного прохода  крана обеспечивается.

Конструктивная схема рамы показана на рис. 16.

4.2 Нагрузки, действующие на раму

4.2.1 Постоянные нагрузки

  

 

Рисунок 16 – Конструктивная схема рамы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5 – Постоянная распределенная поверхностная нагрузка от покрытия

№ п/п		Вид нагрузки	Нормативная нагрузка ,	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка ,
1.		Защитный слой 15 мм из гравия, втопленного в мастику	0,3	1,3	0,39
2.		Водоизоляционный ковер из трех слоев  рубероида	0,1	1,3	0,13
3.		Утеплитель 100 мм из плитного пенопласта ( )	0,05	1,2	0,06
4.		Пароизоляция из одного слоя рубероида	0,05	1,2	0,06
5.		Профилированный настил t = 1 мм	0,155	1,05	0,16
6.	Стальной каркас комплексной панели		0,13	1,05	0,14
7.		Собственная масса металлической  конструкции фермы и связей	0,20	1,05	0,21
Итого общая нагрузка			0,985		1,15