Металлические конструкции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8 – Расчетные усилия для левой стойки

сочетания	усилия	нижняя часть					верхняя часть
		сечение 1-1			сечение 2-2		сечение 3-3
		M	N	Q	M	N	M	N
основные сочетания  nc=1	+ M max N соот	560.07	124.20	-47.80	190.14	124.20	423.50	124.20
	№ загр	1,5*			1,5*		1,3,4
	- M max N соот	-599.63	124.20	63.61	-506.86	1447.48	-169.69	124.20
	№ загр	1,5			1,3,4		1,5
	N max+ M соот	170.26	1447.48	-33.18	-	-	-	-
	№ загр	1,3,4			-		-
	N max-M соот	-210.00	1447.48	-90.22	-678.82	1447.48	-51.33	253.37
	№ загр	1,3,4-			1,3,4-		1,2
основные сочетания          nc=0.9	+ M max N соот	675.83	552.59	-9.95	209.40	240.45	516.51	124.20
	№ загр	1,3*,4*,5*			1,2,5*		1,3,4,5*
	- M max N соот	-387.47	1431.40	28.01	-737.32	1315.15	-178.79	240.45
	№ загр	1,2,3,4,5			1,3,4-,5		1,2,5
	N max+ M соот	314.03	1431.40	-123.59	-	-	492.96	240.45
	№ загр	1,2,3,4-,5*			-		1,2,3,4,5*
	N max-M соот	-729.70	1431.40	-23.32	-547.98	1431.40	-178.79	240.45
	№ загр	1,2,3,4-,5			1,2,3,4,5		1,2,5
	N min M соот	-599.63	124.20	63.61	-	-	-	-
	№ загр	1,5			-		-

 

 

 

 

5 Расчет стальной одноступенчатой колонны каркаса промышленного здания

 

5.1. Дополнительные  данные для  расчета колонны

Колонна одноступенчатая со сплошной верхней и сквозной нижней частью. Сопряжение колонны с фундаментом – жесткое, с ригелем шарнирное.

Материал – С235 , - для листа. Геометрические размеры: , , , , – определены при компоновке рамы (см. рис. 16).

Расчетные усилия:

          для верхней части   (сеч. 3);  

  для нижней части   (сеч. 1); 

(сеч. 1);    

  и соотношение жесткостей – из расчета рамы.

Конструктивная схема показана на рис. 29.

Рисунок 29 – а) Конструктивная схема колонны; б) Сечения колонны.

5.2 Расчетные длины участков колонны

При и - по табл. 2,2 [5] , .

В плоскости рамы

;

;

из плоскости рамы

, .

5.3 Расчет надкрановой части колонны

Расчетные усилия: ,  высота сечения .

Требуемая площадь.

Принимаем для верхней части  колонны прокатный двутавр №70Б1 по ТУ-14-2-24-72. Его характеристики: А=162 см²; W_x=3630 см³; i_хв=27,9 см; i_ув=5,31 см; b_n=26 см; t=15,5мм; d=11,5 мм

По требованию жесткости необходимо, чтобы выполнялось условие

 фактически 

Местная устойчивость полок и стенки в прокатном двутавре обеспечена.

Проверка устойчивости в плоскости  рамы. Определяем:

,

 

При m_x>5 и _{Аn/Аст=0,5} по табл. 3.1 находим η=1,25 и m_ef=1,25*9,1=11,375, затем, из табл.3.2γ_вн = 0,117.

Проверяем устойчивость:

  

Недонапряжение:

Проверка устойчивости из плоскости  рамы. Определяем:

- соответственно γ_у=0,678

При λ_y < λ_c и _mx>5 по табл.3.4

α=0,65+0,05m_x=0,65+0,05*5=0,9; β=1

Далее по формуле (3.13)

С=С₅(2-0,2m’_x)+C₁₀(0,2 m’_x-1)

С=0,18(2-0,2*6,1)+0,13(0,2*6,1-1)=0,17

Проверяем устойчивость:

Недонапряжение:

5.4 Расчет подкрановой части  колонны

5.4.1 Расчет ветвей подкрановой  части

Принимаем и определяем

, .

Усилия в ветвях:

,

.

Требуемая площадь ветвей

, .

Подкрановую ветвь принимаем из двутавра № 45Б1 [1, 549]; его характеристики: , , , , ;  наружную ветвь компонуем из трех листов как составной швеллер, толщину его стенки и полок назначаем по требованию жесткости.

Рисунок 30 –  К расчету решетчатой колонны

Местная устойчивость стенки обеспечена, если

где .   Отсюда ,

принимаем стенку из листа 480x13,  ,  полки 120x10,  , .

Местная устойчивость полок обеспечена т.к.

Геометрические характеристики наружной ветви:

,

;

;

 

Рисунок 31 –  К определению центра тяжести  наружной ветви z₀

 

;

;

;

 

.

Уточняем усилия в ветвях

,

.

Гибкости и коэффициенты продольного  изгиба:

  (по табл. 25 [3]);   .

Проверяем устойчивость ветвей из плоскости  рамы (относительно оси у).

Подкрановая ветвь

.

Наружная ветвь 

.

Требуемая по условию равноустойчивости  длина ветви:

- подкрановой:  ,

- наружной: .

Принимаем ,  .

Проверяем устойчивость ветвей в плоскости  рамы (относительно осей x₁ и x₂)

Для подкрановой ветви:

,  .

Для наружной ветви:

, .

5.4.2 Расчет решетки

Определим поперечную силу

,

(из расчета рамы, загружения 1,2,3,4,5).

Принимаем .  Определяем ,   ,

  α – угол наклона раскоса к ветви (рис. 30).

. .

Принимаем └ 75х6, А_уг = 8,78 см², i_min = 1,48 см².

, , .

5.4.3 Проверка устойчивости колонны  в плоскости рамы как единого  сквозного стержня

Геометрические характеристики:

А = А_пв + А_нв = 74,6 +86,4 =161 см²,

,

, ,

.

Проверка устойчивости

При

,  (по табл. 4.2 [5]),

.

При ,  ,    

.

5.5 Расчет узла сопряжения верхней  и нижней частей колонны 

Рисунок 32 – К расчету узла сопряжения верхней и нижней частей колонны:

а) конструктивные решения узла; б) расчетная схема траверсы; в) сечение  траверсы

Расчетные усилия в сечении над  уступом  (сечение над уступом):

1) ,

2) ,

D_max = 1323,28 кН.

5.5.1 Проверка прочности шва 1 (Ш 1)

, .

Комбинация усилий 1.

Слева ,

Справа  .

Комбинация усилий 2.

Слева ,

Справа .

Назначаем высоту траверсы предварительно h_тр = 800 мм и толщину подкрановой площадки t_пл = 20 мм.

,  здесь 

Принимаем t_ст = 10 мм.

5.5.2 Расчет  швов  2 крепления ребра к траверсе

Усилия в швах

(1 комбинация);

(2 комбинация).

,  где   

Принята сварка полуавтоматическая проволокой СВ-08А, d = 1,4…2 мм.    Расчет выпол-нен по металлу шва.

5.5.3 Расчет  швов 3 крепления траверсы к подкрановой  ветви

Наибольшую нагрузку на швы 3 (их 4) дает комбинация усилий от нагрузок 1,2,3,4,5 (сечение 3-3, над уступом).

Нагрузка на швы  ,

где 0,9 – коэффициент сочетаний.

Требуемая длина шва, если  .

Из условия прочности стенки подкрановой ветви на срез в зоне швов (линия 1-1) определяем h_тр.

, где   для двутавра 45Б1, .

Окончательно принимаем  .

5.5.4 Проверка прочности траверсы  как балки, загруженной N, M, D_max

Нижний пояс траверсы принимаем  конструктивно 300x10, верхний пояс из двух горизонтальных ребер 120х10 (см. рисунок 32).

Геометрические характеристики траверсы:

Максимальный изгибающий момент в  траверсе возникает при N_n.max.   

При загружении +М_max = +492,96 кНм и N = +240,45 кН во внутренней полке

Максимальная поперечная сила в  траверсе с учетом D_max возникает при загружениях 1,2,3,4,5 (расчет шва 3).

,

здесь коэффициент 1,2 учитывает неравномерную  передачу усилия D_max на два сечения.

.

5.6 Расчет и конструирование  базы колонны

Проектируем базу раздельного типа (рисунок 33). Бетон фундамента класса В-12,5, R_b=7,5 МПа. Для расчета базы принимаем комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 1-1), создающие наибольшее давление на базу каждой ветви.

Рисунок 33 – К расчету базы колонны

Для подкрановой ветви: .

Для наружной ветви:   .

(снег наружную ветвь не разгружает).

Усилия в ветвях: , .

 

5.6.1 База подкрановой ветви

Требуемая площадь плиты  .

По конструктивным соображениям свес плиты  тогда , принимаем .

 принимаем    .

Напряжение в  бетоне под плитой .

Центр тяжести плиты совмещается  с центром тяжести ветви. Траверсы базы крепятся сварными швами и полками  ветви, они делят плиту на три  участка 1,2,3. Первый и второй – консольные с вылетами соответственно и , третий оперт по контуру, его размеры: и (данные для расчета длин участков взяты из характеристик двутавра 45Б1 – [1, 549]), толщина траверсы принята 12 мм.

Изгибающие моменты на отдельных  участках:

.

здесь , так как .

Требуемая толщина плиты  . Принимаем t_пл = 31 мм.

Высоту траверсы определяем из условия  размещения четырех швов креплений  траверс ветви. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, d = 1,4…2 см, к_ш = 0,9 см.

Требуемая длина шва:

.

 Принимаем  .

   Проверка прочности траверсы ни изгиб и срез не требуется, т.к. вылет траверсы 5 см по отношению к высоте 45 см очень мал.

5.6.2 База наружной ветви

Требуемая  площадь опорной плиты

, , принимаем .

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

При толщине траверсы 12 мм

Размеры участков 3 и 4:

длина участков одинаковая: , ширина участка 3: а₃ = 12 см, участка 4 –

.

Участки 1 и 2 консольные, с вылетами , участки 3 и 4 оперты по контуру с отношением сторон .

Напряжение в  бетоне под плитой .

Изгибающие моменты на отдельных  участках:

.

.

 

По наибольшему изгибающему  моменту в плите базы подкрановой  ветви назначаем

.

С учетом расчета подкрановой ветви  принимаем t_пл = 28 мм. Траверсы принимаем с размерами: t_тр=12 мм, .

5.6.3 Расчет анкерных болтов

Расчетное сочетание в сечении 1-1 N_minM_cоот:

         

 Наибольшее усилие растяжения

.

Требуемая площадь болтов нетто  .

Принимаем четыре анкерных болта типа IV d = 30 мм по [7, 171], с .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В процессе выполнения проекта  были рассчитаны такие конструкции  одноэтажного промышленного здания, как подкрановая балка, ферма  покрытия, стальная одноступенчатая  колонна. Также выполнен расчет поперечной рамы.

Подкрановая балка имеет высоту 1,6м, длину 12 м, толщину стенки 14 мм, укреплена поперечными ребрами жесткости через 3м. Выполнена из стали марки С255.

Ферма из тавров и уголков  пролетом 36 м. Высота 3,15 м. Выполнена  из стали марок С 245 и С 255. Подобраны сечения элементов отправочной марки, выполнены расчеты узлов.

Колонна выполнена одноступенчатой, двухветвевой. Сечение надкрановой  части – сварной двутавр высотой 1000 мм. Подкрановая часть – сварной  швеллер и прокатный двутавр. Имеет раздельную базу и крепится к ней с помощью 4-х анкерных болтов.

Данные для расчета  колонны получены при расчете  поперечной рамы одноэтажного промышленного  здания.

На иллюстрированной части  приведены чертежи всех конструкций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Методические указания «Расчет подкрановой балки»
2. Методические указания «Расчет стальной фермы»
3. Методические указания «Расчет рамы»
4. Методические указания «Расчет Колонны»
5. Кудишин «Металлические конструкции»
6. Мадриков «примеры расчета металлических конструкций»