Стальной каркас одноэтажного производственного здания

Рис. 6

, где  , тогда

Исходя из условий прочности, определим высоту балки  h_опт ,при которой площадь сечения, и, следовательно, расход металла будут минимальными.

. По сортаменту на широкополосный  универсальный прокат ГОСТ 82-70^* назначаем высоту h_ω= 1490 мм.

Устанавливаем минимальную толщину  стенки из условия среза:

,

= 0,58 = 1363 кгс/см² – расчетное сопротивление стали на сдвиг.

Толщина стенки должна удовлетворять условиям: 

.Чтобы обеспечить местную  устойчивость стенки без дополнительного  укрепления ее продольным ребром, необходимо чтобы .

Исходя из этих условий  принимаем 

Определим ориентировочную площадь поясного листа балки:

   

Размеры полки должны удовлетворять  условиям:

; ; ; ;

Минимальная ширина полок определяется типом применяемого кранового рельса и способом его крапления к подкрановой балке. Так, при мостовых кранах грузоподъёмностью до 80т и сплошной тормозной конструкции, при креплении рельса на планках (стр. 184,185 [5]), . Параметры полок назначаем в соответствии с ГОСТ 82-70* «Сталь широкополосная универсальная»

Принимаем t_f = 18мм; b_f = 400мм, при этом выполняется условие:

.

В состав тормозной конструкции (балки) входят верхний пояс подкрановой балки, горизонтальный лист, поддерживающий швеллер (рис. 6).

Тормозные балки при ширине до 1.25-1.5м (расстояние от оси подкрановой балки  до грани поддерживающего швеллера) обычно проектируют со стенкой из рифленого листа (ГОСТ 8568-57* «Сталь листовая рифленая») толщиной с рёбрами жёсткости из полосовой стали, расположенными через 1,5м по длине балки (ширина ребра не менее 65мм, толщина не менее 6мм). Ширина тормозной балки назначается из консгруктивных соображений. Поддерживающий швеллер №16 при шаге колонн 6м обычно располагается наружной гранью стенки по наружной грани колонны (если не предусматриваются фахверковые стойки).

Назначаем t_sh = 6 мм; b_sh = 800 мм.

 

4.3 Проверка принятого сечения бисимметричной сплошной подкрановой балки.

По назначенным размерам сечения  подкрановой конструкции вычисляем  фактические геометрические характеристики поперечного сечения подкрановой  балки.

Площадь поперечного сечения:

Статический момент полусечения относительно оси х – х:

Момент инерции сечения нетто  относительно оси х – х:

 

Момент сопротивления крайних  фибр сечения нетто относительно оси х – х:

Фактический момент инерции сечения  тормозной балки относительно центральной оси Y1 – Y1. Для определения положения центральной оси Y1 – Y1 вычислим :

Для упрощения последующих расчётов, несколько в запас прочности, общепринято условно считать, что на восприятие вертикальных крановых нагрузок работает только подкрановая балка, а на восприятие горизонтальных крановых нагрузок - только тормозная конструкция.

Расчет по первой группе предельных состояний.

1) Проверка уровня максимальных  нормальных напряжений в верхнем  поясе подкрановой балки: при  бисимметричной балке в крайних от колонны фибрах (точка А, рис. 6)

  

      2) Проверка уровня максимальных касательных напряжений у опор балки:

    расчетное сопротивление сдвигу материала определяемое при фактической ее толщине.  

.

Прочность стенки на действие касательных  напряжений на опоре обеспечена.

3) Проверка уровня местных вертикальных  нормальных напряжений в стенке под колесом крана

дополнительный коэффициент  надежности, учитывающий возможное перераспределение нагрузки между колёсами и повышенную динамичность в местах стыков рельсов, принимаемый по указаниям пункта 4.8 [2], ;

  расчетная сила вертикального давления колеса без учета коэффициентов динамичности и сочетаний, ;

условная длина распределения  местного давления, , здесь сумма моментов инерции сечений верхнего пояса балки и кранового рельса относительно собственных горизонтальных центральных осей, , тогда

Прочность стенки под колесом крана  обеспечена.

4) Проверку уровня приведенных  напряжений в стенке в уровне  верхнего поясного шва следует производить в двух сечениях при соответствующих положениях кранов: в

опорном с  ; в пролётном с .При кранах с группами режимов работы 5К:

-в пролётном сечении:

, где  нормальные напряжения изгиба в стенке на уровне верхнего поясного шва, для бисимметричной балки ;

 нормальные напряжения, перпендикулярные  оси балки, ; среднее касательное напряжение в стенке, , поперечная сила в сечении с максимальным изгибающим моментом при соответствующем положении кранов; здесь и расчетные сопротивления, определяемые при фактической толщине стенки;

  

Условие выполняется.

-в опорном сечении:

среднее касательное напряжение в стенке в опорном сечении.

Условие выполняется.

5) Проверка обеспечения общей устойчивости бисимметричной подкрановой балки при наличии тормозной конструкции не производится (общая устойчивость обеспечена), если ширина тормозной конструкции (расстояние от внутреннего края верхнего пояса балки до наружной грани поддерживающего швеллера) (В - пролет балки).

 Общая устойчивость подкрановой балки обеспечена.

6) Проверка обеспечения местной  устойчивости элементов сечения  подкрановой балки.

Местная устойчивость верхнего сжатого  пояса обеспечена и не требует  специальной проверки, если при компоновке сечения выполнены рекомендации по определению и .

Перед решением вопроса об устойчивости стенки нужно убедиться в необходимости  постановки поперечных основных ребер  жёсткости, а также, в необходимости  проведения самой проверки устойчивости. Если условная гибкость стенки

 то необходима проверка обеспечения местной устойчивости стенки.

 

 необходима проверка обеспечения местной устойчивости стенки.

максимальные расстояния между поперечными основными ребрами

Ширина выступающей части парных симметричных рёбер    

Толщина парных симметричных рёбер

По требованию пункта 4.8. [2]. при проверке местной устойчивости стенки подкрановой балки расчетной силой вертикального давления колеса крана на рельс является , где , по указаниям пункта 4.8 [2], .

Как правило, местная устойчивость стенки проверяется в отсеках: приопорном и пролетном, на который попадает сечение с при положении кранов для определения . В данных случаях, в приопорном отсеке нет местных напряжений, .

     Устойчивость стенки в приопорном отсеке для бисимметричной балки устанавливается по формуле:

 сжимающее нормальное напряжение  на верхней границе стенки, среднее в пределах отсека, , и средние значения внутренних усилий в пределах отсека; усреднённое по высоте стенки касательное напряжение, среднее в пределах отсека.

     

критическое нормальное напряжение потери устойчивости стенки в пределах отсека при отсутствии местных напряжений; коэффициент, принимаемый по таблице 21 [1] в зависимости от параметра . отражает отношение моментов инерции сечений пояса и стенки при чистом кручении ( коэффициент, принимаемый по таблице 22 [1]),   ;

;

критические касательные напряжения потери устойчивости стенки в пределах отсека; , где отношение большей стороны отсека к меньшей, , условная гибкость стенки в пределах отсека, меньшая сторона которого равна , ;       ;

 

 

 

 

 

 

 Условие выполняется, устойчивость стенки в приопорном отсеке обеспечена.

В пролётном отсеке , устойчивость стенки здесь для бисимметричных балок устанавливается по формуле

 определяется при

определяется при 

Определим отношение:

, согласно табл. 24 [1]. Следовательно

, где   ;

;

, где   коэффициент, принимаемый по табл. 23 [1]

 

;

 

     

Устойчивость стенки балки  обеспечена.

7) Проверку выносливости верхней зоны стенки сварной подкрановой балки произведем при действии на неё нагрузок только от одного крана, располагаемого по правилу Винклера таким образом, чтобы в одном из сечений балки появлялся максимально возможный изгибающий момент. Пример реализации этого правила для данного случая, когда на балке умещаются оба колеса крана, представлен на рис. 9. Кроме этого, при расчётах на выносливость вертикальная сила давления колеса на рельс определяется с пониженным нормативным значением по формуле , где коэффициент понижения нормативного значения нагрузки, принимаемый по указаниям пункта 1.7 [2], ; .

Выносливость верхней зоны стенки подк6рановой балки для крана с группой режимов работы 5К проверяется по формуле:

максимальные сжимающие напряжения у верхней границы стенки при изгибе

, где 

 

Рис. 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений и принимаемый по указаниям пункта 13.33* [1], ;

расчетное сопротивление усталости, определяемое по таблице 32 [1] зависимости от временного сопротивления стали и группы элемента конструкции (номер группы элементов отражает степень концентрации напряжений), устанавливаемой по таблице 83* [1] (см. строку 15), ; коэффициент, отражающий вид напряжённого состояния и асимметрию цикла, характеризуемую коэффициентом асимметрии (для разрезных подкрановых балок ).

Выносливость верхней зоны стенки сварной подкрановой балки обеспечена.

Расчет по второй группе предельных состояний заключается в определении наибольшего прогиба подкрановой балки при действии на неё вертикальных крановых нагрузок от одного крана (см. рис. 9) по формуле

, где  наибольший возможный изгибающий момент в балке от нормативной вертикальной крановой нагрузки; ; предельный относительный прогиб, принимаемый по таблице 19 [2].

Балка удовлетворяет второй группе предельных состояний.

 

4.4 Расчет поясных сварных швов.

Сварные швы, соединяющие стенку балки  с поясами, воспринимают силу сдвига пояса относительно стенки.

Определим величину сдвигающей силы , приходящийся на 1 погонный см балки:

, где  , , .

Вычислим требуемую высоту сварного шва. При наличии в балке местных напряжений от сосредоточенных сил, высоту сварного шва вычисляют по формулам:

  

расчетная длина распределения  усилия F_n; 

максимальная нагрузка на колесо;

  коэффициент увеличения нагрузки на колесе, учитывающий возможное перераспределение усилий между колесами и динамический характер нагрузки.

коэффициент, учитывающий степень  податливости сопряжения пояса стенки.

;