Разработка схемы стального каркаса цеха

 

 

 

 

 

 

Минимальная толщина стенки при проверке ее по прочности от местного давления колеса крана составит:

 

 

где - для кранов с гибким подвесом при среднем режиме работы;

 

- коэффициент условий работы;

 

Определяем  площадь сечения поясов балки:

 

 

Принимаем симметричное сечение балки: стенка - 1400×12 мм;

 верхний и  нижний пояса одинаковые - 300×16 мм;

Состав сечения  тормозной балки: швеллер № 16, A=18,1 см², горизонтальный лист из рифленой стали толщиной, равной 6 мм и верхний пояс балки 300×14 мм. Поддерживающий швеллер № 16 в пролете необходимо опирать на стойку фахверка, прикрепленную к ребрам балки: если это не предусмотрено, то сечение швеллера назначают по расчету на изгиб, принимая нормативную нагрузку на площадку не менее 1,5 кН/м²; коэффициент предельный относительный прогиб 1/250. Компоновка элементов подкрановой балки приведена на рисунке 12.

 

Рисунок 12 - Компоновка элементов подкрановой  балки

 

Проверка прочности  балки

Схема балки  приведена на рисунке 12.

Определяем  геометрические характеристики балки:

момент инерции  относительно оси х-х:

 

момент сопротивления  симметричного сечения:

 

Статический момент полусечения:

 

Определяем  геометрические характеристики тормозной  балки, включающей верхний пояс балки, рифленый лист и поддерживающий швеллер  № 16.

расстояние от оси подкрановой  балки до центра тяжести сечения: (ось y-y):

 

 

Момент инерции  сечения брутто (имеющиеся в верхнем  поясе отверстия для крепления  рельса можно не учитывать ввиду  незначительного их влияния на прочность  сплошных сварных балок):

 

Момент сопротивления  крайнего волокна на верхнем поясе  подкрановой балки:

 

Проверка  нормальных напряжений в верхнем  поясе:

 

 

Проверяем опорное  сечение балки на прочность, при  действии касательных напряжений с  учетом работы поясов:

 

 

 

То же, без  учета работы поясов:

 

.

Проверка жесткости балки.

Вычисляем относительный  прогиб балки от вертикальных нормативных  нагрузок приближенно по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет сварных соединений стенки с поясами.

Верхние поясные  швы подкрановых балок из условий  равнопрочности с основным металлом рекомендуется выполнять с проваркой на всю толщину стенки, и тогда их расчет не требуется. Толщину поясных швов в общем случае обычно вначале назначают по конструктивным требованиям и проверяют их прочность по условию (при расчете по прочности металла шва):

 

Принимаем и проверяем условие.

(автоматическая сварка  проволокой  ).

 

 

 

 

 

 

Условие прочности  швов соблюдается.

Расчет опорного ребра.

Опорное ребро  балки опирается на колонну строганным концом. Из конструктивных соображений  принимаем сечение опорного ребра 260×16 мм. Площадь смятия ребра .

Проверяем напряжение смятия в опорном ребре:

 

 

 

 

 

Проверяем условную опорную стойку на устойчивость. Для  этого предварительно определяем:

расчетную площадь  сечения:

 

момент и  радиус инерции сечения условной стойки:

 

 

Гибкость  опорной стойки:

 

 

         Проверяем устойчивость опорной  стойки:

 

 

Проверяем прочность  сварных швов прикрепления торцевого  ребра к стенке – сварка ручная, , расчетная длина шва:

 

 

 

 

т.е. прочность  крепления торцевого ребра обеспечена.

Определение массы сварной подкрановой балки:

 

где ;

  - плотность стали;

  - строительный коэффициент.

 

3 Конструктивный расчет стропильной фермы

 

3.1 Определение усилий в стержнях ригеля

 

Рассчитать  ферму из стальных бесшовных горячекатаных  труб. Шаг ферм 6 м. Покрытие принимаем  железобетонные плиты шириной 3 м. Тепловой режим здания – неотапливаемое. Район строительства – г. Сумы, вес снегового покрова по II району – 700 Н/м². Коэффициент надежности по назначению

Подсчет нагрузок сведем в таблицу 1.

Таблица3. 1 - Подсчет нагрузок на трубчатую ферму

Вид нагрузки и расчет	Нормативная нагрузка, Н/м2	Коэффициент надежности по нагрузке γf	Расчетная нагрузка, Н/м2
Рулонная кровля из 2 слоев битумно-полимерного  материала на мастике с грунтовкой основания   Выравнивающий цементно-песчаный раствор, марки 50, , по жесткому утеплителю.   Железобетонная плита покрытия 3×6 h=0,3 м.	120           270         1500	1,3           1,3         1,1	156           351         1650
Итого	1890	—	2157
стропильные фермы со связями	200	1,05	210
Итого	2090	—	2367
Временная снеговая нагрузка	700	1,4	980
Общая нагрузка	2790	—	3347

 

 

Определение опорных реакций и  усилий

Усилие  на крайнюю стойку:

;

 

Усилие  на средние узлы:

;

 

Опорную реакцию  от полного загружения фермы:

 

Для фермы пролетом 36 м расчетные  усилия в элементах определяют построением  диаграммы Максвелла - Кремона. Диаграмма построена по узловым нагрузкам на левой половине пролета. Усилия подсчитывают умножением длины силового вектора по диаграмме Максвелла -Кремона на принятый масштаб сил. При загружении фермы узловыми нагрузками на правой половине фермы усилия в стержнях принимают обратно симметричными тем усилиям, которые подсчитаны при загружении левой половины фермы.

Диаграмма Максвелла-Кремона представлена в Приложении 1. Принятый масштаб сил по диаграмме составляет 1 см = 28,6 кН.

Рисунок 13. – Геометрическая схема фермы

 

 

 Рисунок 13. – Диаграмма Максвелла - Кремоны

 

Усилие в  опорном стержне 1-2 (раскос) по диаграмме  равно:

 

Также определяются усилия в остальных стержнях. Значения усилий в стержнях фермы сведем в  таблицу 2.

Таблица 3.2

Элементы фермы	Обозначение стержня			Расчетное усилие, кН
	на диаграмме		на расчетной схеме	на растяжение	на сжатие
Верхний пояс	III-2	O1		-	-260,21
	IV-3	O2		-	- 260,21
	V-5	O3		-	- 618,4
	VI-6	O4		-	- 618,4
	VII-8	O5		-	- 778,14
	VII-9			-	-778,14
Нижний пояс	I-1	U1		0	-
	I-4	U2		+464,92	-
	I-7	U3		+721,62	-
	I-10			+789,36	-
Стойки	II-1	V1		-	- 28,6
	3-4	V2		-	- 57,2
	5-6	V3		-	- 57,2
	8-9			-	- 57,2
Раскосы	1-2	D1		+404,75	-
	3-4	D2		-	-325,37
	4-5	D3		+243,72	-
	6-7	D4		-	-167,77
	7-8	D5		+91,63	-
	9-10			-	-18,81

 

В таблице «+» означает растяжение, а «-»  сжатие.

 

 

 

 

3.2. Подбор сечений стержней

Сечения подбираем  по формулам центрального сжатия или  растяжения. При расчете учитываем, что ферма выполнена из профилей, изготовленных из низколегированной  стали марки 09Г2 с расчетным сопротивлением  R_y=335 МПа.

 

Таблица 3.3 – Рекомендуемые толщины фасонок

N, кН	До 250	260-400	410-600	610-1000	1010-1400	1410-1800	Более 1800
t, мм	8	10	12	14	16	18	20

 

Расчет  верхнего пояса. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

Из сортамента находим равнополочные уголки 125А=2×22=44 Фасонки принимаем толщиной t=14 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=778,14 кН по таблице 3.

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

Гибкость:

300/3,86=77,5<

<

Находим

Проверяем напряжение:

 

Условие по устойчивости удовлетворяется.

Расчет  нижнего пояса. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

Из сортамента находим равнополочные уголки А=2×13,75=27,5 Фасонки принимаем толщиной t=14 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=789,36 кН по таблице 3

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

Гибкость:

600/3,08=194,8<

<

 

Расчет  раскоса 1-2. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

Из сортамента находим равнополочные уголки А=13,75 Фасонки принимаем толщиной t=12 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=433,06 кН по таблице 3

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

Гибкость:

468/3,08=151,9<

<

 

Расчет  раскоса 3-4. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

Из сортамента находим равнополочные уголки А=27,33 Фасонки принимаем толщиной t=10 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=325,37 кН по таблице 3

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

Гибкость:

476/4,33=109,6

<

Находим

Проверяем напряжение:

 

Условие по устойчивости удовлетворяется.

 

Расчет  раскоса 4-5. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

Из сортамента находим равнополочные уголки А=8,15 Фасонки принимаем толщиной t=8 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=243,72 кН по таблице 3

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

Гибкость:

476/2,15=221,4<

<

 

Расчет  раскоса 6-7. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

Из сортамента находим равнополочные уголки А=27,33 Фасонки принимаем толщиной t=8 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=167,77 кН по таблице 3

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

Гибкость: 

484/4,33=111,5

<

Находим

Проверяем напряжение:

 

Условие по устойчивости удовлетворяется.

 

Расчет  раскоса 7-8. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

Из сортамента находим равнополочные уголки А=8,15 Фасонки принимаем толщиной t=8 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=243,72 кН по таблице 3

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

Гибкость:

484/2,15=225,1<

<

 

Расчет  раскоса 9-10. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

Из сортамента находим равнополочные уголки А=27,33 Фасонки принимаем толщиной t=8 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=18,81 кН по таблице 3

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

Гибкость:

493/4,33=113,8<

<

Находим

Проверяем напряжение:

 

Условие по устойчивости удовлетворяется.

 

Расчет  стойки II-1. N=-28,6 кН. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

 

 

Из сортамента находим равнополочные уголки А=213,75=27,5 Фасонки принимаем толщиной t=8 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=28,6 кН по таблице 3

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

Гибкость:

342/3,08=111<

<

Находим

Проверяем напряжение:

 

Условие по устойчивости удовлетворяется.

 

Расчет  стойки 2-3. N=-57,2 кН. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

 

 

Из сортамента находим равнополочные уголки Фасонки принимаем толщиной t=8 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=57,2 кН по таблице 3

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

 

Гибкость:

346,9/3,08=112,6<

<

Находим

Проверяем напряжение:

 

Условие по устойчивости удовлетворяется.

 

Расчет  стойки 5-6. N=-57,2 кН. Требуемая площадь сечения уголков при состоит:

 

 

 

Из сортамента находим равнополочные уголки А=213,75=27,5 Фасонки принимаем толщиной t=8 мм в зависимости от усилия в опорном раскосе N=57,2  кН по таблице 3

Тогда радиусы  инерции сечения верхнего пояса  равны:

 

Гибкость:

356,9/3,08=115,8<

<

Находим

Проверяем напряжение: