Компоновка конструктивной схемы поперечной рамы.

Оглавление.

 

1. Компоновка конструктивной схемы поперечной рамы

2. Определение нагрузок на поперечную раму

3. Расчет и конструирование фермы

4. Конструктивный расчет ступенчатой колонны

5. Расчет узлов

6. Список используемой литературы

 

 

Компоновка конструктивной схемы поперечной рамы.

 

Определение вертикальных размеров.

 

Пролет здания: L = (30+36) м

Длина здания: 186 м

Шаг колонн: 6 м

Шаг ферм: 6 м

Высота от уровня чистого пола до верха головки подкранового рельса: H₁=9.9 м

Грузоподъемность крана: 80/20 тн

Допустимый прогиб фермы: а=400 мм

Высота от головки рельса до низа фермы

H₂= (H_к +100) +a= (4000мм+100мм) +400мм=4500 мм

Полезная высота H₀=H₁+H₂=9900мм+4500мм=14400 мм

Так как H₀>10800 округляем кратно 1800 мм

H₀=14400 мм

Высота подкрановой балки h_б=1/10*B=600 мм

Высота рельса h_p =150 мм

Высота верхней части колонны H_в= h_б+ h_p + H₂=600мм+150мм+4500мм=5250 мм

Заглубление опорной плиты h_з=1000 мм

Высота нижней части колонны Н_н= H₀-Н_в+h_з=14400мм-5250мм+1000мм=10150 мм

Высота колонны Н=Н_в+Н_н=5250мм+10150мм=15400 мм

Высота опорной части фермы h_оп=3150 мм

 

Определение горизонтальных размеров.

 

Грузоподъемность крана: 80/20 тн

Вылет крана за ось подкрановой балки B₁=400 мм

Привязка наружной грани колонны к оси b₀=500 мм

Привязка фермы к оси 200 мм.

Ширина верхней части колонны b_в=500+200=700 мм

b_в=700 > H_в/12 = 5250/12 = 437,5 мм - условие выполняется.

Проверяем условие: l₁≥B₁+(b_в-b₀)+75=400мм+(700мм-500мм)+75мм=675мм

Размер l₁ должен быть кратным 250мм => l₁=750мм

Ширина нижней части колонны: b_н=b₀+ l₁=500+750=1250 мм

Пролет крана l _k1= L₁-2× l₁=30000мм-2×750мм=28500 мм

Пролет крана l _k2= L₂-2× l₁=36000мм-2×750мм=34500 мм

Сечение верхней части колонны назначаем сплошным двутавровым, нижнее - сквозным.

Ширина нижней части средней колонны: b_н^ср=2* l₁=1500 мм

Ширина верхней части средней колонны: b_в^ср= b_н^ср – 2* B₁- 2*75=550 мм

 

Определение нагрузок на поперечную раму.

 

Определение постоянной нагрузки, действующей на раму.

Шаг ферм b_ф =6 м

Нагрузка на 1 м² кровли:

Состав покрытия	Нормативная, кН/м^2	Коэф-т надежности по нагрузке	Расчетная, кН/м^2
Кровельная сэндвич-панель Прогоны 6м Связи покрытия	0,4 0,06 0,05	1,2 1,05 1,05	0,48 0,063 0,0525
	gкр^н =0,51		gкр =0,6

 

q_п =g_кр* b_ф =0,6*6,0=3,6 кН/м

 

Вес стеновых сэндвич-панелей(25 кг/м²) и конструкций оконных проемов(20 кг/м²):

В верхней части колонны:

G_огр^в=1,2*0,25 кПа*(5,25+3,15-1,2)м*6м +1*0,2 кПа*1,2 м*6м = 14,4 кН

В нижней части колонны:

G_огр^н=1,2*0,25 кПа*(9,15-1,2)м*6м + 1*0,2 кПа*1,2м*6м= 15,75 кН

 

Вес подкрановые балки

G_пб=1,05*0,4кПа*6м*18м = 45,4 кН

Расчет и конструирование фермы

Сбор нагрузок.

Узловая постоянная нагрузка:

Р = g_кр*l =3,6кПа/м*3м=10,8 кН

Узловая снеговая нагрузка:

F = S*l =6,47кПа/м*3м=19,41 кН

Суммарная нагрузка:

∑P=F+P =10,8 кН+19,41 кН=30,21 кН

Статический расчет фермы

Для унификации элементов фермы назначаем 6 видов сечений:

· Для верхнего пояса - Два уголка 125 x 125 x 10

· Для нижнего пояса - Два уголка 90 x 90 x 8

· Для опорных раскосов - Два уголка 120 x 120 x 10

· Для стоек - Два уголка 75 x 75 x 5

· Для сжатых раскосов - Два уголка 100 x 100 x 10

· Для растянутых раскосов - Два уголка 60 x 60 x 8

 

Расчётные усилия

 

Статический расчет фермы выполнен в ПК Лира.

№ элем	N(кН)
	0.000		426.670		-252.460
	-316.429		552.983		207.184
	-316.429		552.983		115.359
	-506.069		426.670		23.535
	-506.069		173.702		23.535
	-569.055		-16.071		115.359
	-569.055		-31.766		207.184
	-506.069		-31.766		-160.339
	-506.069		-31.766		-68.514
	-316.429		-31.766		-68.514
	-316.429		-31.766		-160.339
	0.000		-16.071
	173.702		-252.460

Подбор сечений поясов фермы

 

Верхний пояс

Элементы 1-12:

Расчет ведется по 6 стержню.

Максимальное усилие N = -569.055 кН

l_ef= 3000 мм

l_ef,l = 3000 мм

Условная гибкость:

Коэффициент продольного изгиба принимается по табл. Д.1 в зависимости от l: φ=0,742775

Требуемая площадь сечения из условия устойчивости:

Принимаем 2 ∟125х8 с А = 39,38 см²

Радиус инерции относительно оси x: i_x=; J_x/A=; 5887200/3938= 38,66487 мм.

 

Гибкость стержня в плоскости фермы: l_ef= l_ef/i_x= 3000/38,66487 = 77,58981.

 

Радиус инерции относительно оси y: i_y=; J_y/A=; 12376800/3938= 56,06171 мм.

 

Гибкость стержня из плоскости фермы: l_ef,l= l_ef,l/i_y= 3000/56,06171 = 53,51246.

 

Гибкость: l = max(l_ef; l_ef,l) = max(77,58981;53,51246) = 77,58981.

 

Условная гибкость: l = l; Ry/E= 77,58981 ·; 235/210000= 2,59555

 

Коэффициент продольного изгиба принимается по табл. Д.1 в зависимости от l: f = 0,63582.

Проверка устойчивости подобранного сечения:

-условие выполнено.

Проверка по условию предельной гибкости:

l = 77,58981 < = 210-60 a = 210-60 · 0,96711 = 151,9734

-условие выполнено.

 

Нижний пояс

Элементы 13-18:

Расчет ведется по 15 стержню.

Максимальное усилие N = 552.983 кН

l_ef= 6000 мм

l_ef,l = 6000 мм

Требуемая площадь сечения из условия прочности:

Принимаю 2 ∟75х8 с А = 23 см²

 

Проверка по условию предельной гибкости:

Предельная гибкость растянутых элементов принимается по табл. 33 lu= 400.

 

Радиус инерции: ix=; Jx/A=; 1196800/2300= 22,81113 мм.

 

Гибкость стержня относительно оси x: lef= lef/ix= 6000/22,81113 = 263,02949

 

Радиус инерции: iy=; Jy/A=; 3064253/2300= 36,50046 мм.

 

Гибкость стержня относительно оси y: lef,l= lef,l/iy= 6000/36,50046 = 164,38149.

 

Гибкость: l = max(lef; lef,l) = max(263,02949; 164,38149) = 263,02949.

 

l = 263,0295 < = lu= 400

- условие выполнено.

 

Раскосы

Опорные раскосы: 26,27

Расчет ведется по 26 стержню.

Максимальное усилие N = -252.460 кН

l_ef= 4350 мм

l_ef,l = 4350 мм

Условная гибкость:

Коэффициент продольного изгиба принимается по табл. Д.1 в зависимости от l: φ=0,448

Требуемая площадь сечения из условия устойчивости:

Принимаем 2 ∟110х8 с А = 34,40 см²

Радиус инерции относительно оси x: i_x=; Jx/A=; 3963400/3440= 33,94335 мм.

 

Гибкость стержня в плоскости фермы: l_ef= l_ef/i_x= 4350/33,94335 = 128,1547.

 

Радиус инерции относительно оси y: i_y=; Jy/A=; 8672200/3440= 50,20945 мм.

 

Гибкость стержня из плоскости фермы: l_ef,l= l_ef,l/i_y= 4350/50,20945 = 86,63708.

Гибкость: l = max(l_ef; l_ef,l) = max(128,1547;86,63708) = 128,1547.

 

Условная гибкость: l = l; Ry/E = 128,1547 ·; 235/210000= 4,28705.

 

Коэффициент продольного изгиба принимается по табл. Д.1 в зависимости от l: f = 0,36455.

Проверка устойчивости подобранного сечения:

-условие выполнено.

Проверка по условию предельной гибкости:

l = 128,1547 < = 180-60 a = 180-60 · 0,85666 = 128,6004

-условие выполнено.

 

Стойки

Элемент 19-25:

Расчет ведется по 20 стержню.

Максимальное усилие N = -31.766 кН

l_ef = 3150*0,8 = 2520 мм

l_ef,l = 3150 мм

Условная гибкость:

Коэффициент продольного изгиба принимается по табл. Д.1 в зависимости от l: φ=0,28738

Требуемая площадь сечения из условия устойчивости:

Принимаем 2 ∟56х4 с А = 8,76 см²

Радиус инерции относительно оси x: i_x=; J_x/A=; 262000/876= 17,29412 мм.

 

Гибкость стержня в плоскости фермы: l_ef= l_ef/i_x= 2520/17,29412 = 145,71427.

 

Радиус инерции относительно оси y: i_y=; Jy/A=; 693543,7/876= 28,13746 мм.

 

Гибкость стержня из плоскости фермы: l_ef,l= l_ef,l/i_y= 3150/28,13746 = 111,9504.

 

Гибкость: l = max(l_ef; l_ef,l) = max(145,7143;111,9504) = 145,7143.

 

Условная гибкость: l = l; Ry/E= 145,7143 ·; 235/210000= 4,87446.

 

Коэффициент продольного изгиба принимается по табл. Д.1 в зависимости от l: f = 0,30093.

Проверка устойчивости подобранного сечения:

-условие выполнено.

Проверка по условию предельной гибкости:

l = 145,7143 < = 210-60 a = 210-60 · 0,64097 = 171,5418

-условие выполнено.

 

Подобранные сечения:

 

· Для верхнего пояса - Два уголка 125 x 125 x 8

· Для нижнего пояса - Два уголка 75 x 75 x 8

· Для опорных раскосов - Два уголка 110 x 110 x 8

· Для стоек - Два уголка 56 x 56 x 4

· Для сжатых раскосов - Два уголка 90 x 90 x 7

· Для растянутых раскосов - Два уголка 40 x 40 x 6

Вес подобранных элементов меньше, чем вес элементов, используемых при расчете, поэтому в запас прочности перерасчет не проводим.

Шов стоек.

Принимаем длину сварного шва

- условие выполнено.

 

Шов сжатых раскосов.

Принимаем длину сварного шва

- условие выполнено.

 

Шов растянутых раскосов.

Принимаем длину сварного шва

- условие выполнено.

 

Шов опорных раскосов.

Принимаем длину сварного шва

- условие выполнено.

 

Шов верхнего пояса.

Принимаем длину сварного шва

- условие выполнено.

 

Шов нижнего пояса.

Принимаем длину сварного шва

- условие выполнено.

 

 

 

РСУ для стержней колонны.

№ элем	№ сечен	Кран	Группа РСУ	Критерий	N (кН)	My (кН*м)	Qz (кН)	№№ загруж
		-	A		-211.282	0.000	0.550	1 2
		-	A		-94.795	0.000	-0.148
		-	B		-211.433	-1.335	5.156	1 2 14
		-	B		-211.041	2.152	-2.248	1 2 13
		К	B		-211.433	-1.335	74.841	1 2 3 6 7 14
		К	B		-94.554	2.152	-26.810	1 5 9 13
		-	A		-232.239	2.559	0.550	1 2
		-	A		-115.752	-0.689	-0.148
		К	B		-115.903	343.426	74.142	1 3 6 7 14
		К	B		-231.998	-119.267	-26.112	1 2 5 9 13
		К	B		-115.511	-122.515	-26.810	1 5 9 13
		К	B		-232.390	346.674	74.841	1 2 3 6 7 14
		-	B		-232.390	22.640	5.156	1 2 14
		-	A		-232.239	2.559	0.550	1 2
		-	A		-115.752	-0.689	-0.148
		К	B		-115.903	344.715	38.442	1 3 6 7 14
		К	B		-231.998	-121.358	-30.310	1 2 5 9 13
		К	B		-115.511	-124.607	-31.009	1 5 9 13
		К	B		-232.390	347.964	39.141	1 2 3 6 7 14
		К	B		-232.390	227.602	89.816	1 2 3 6 7 14
		-	B		-232.390	23.929	7.736	1 2 14
		-	A		-233.299	2.889	0.550	1 2
		-	A		-116.812	-0.778	-0.148
		К	B		-116.963	367.781	38.442	1 3 6 7 14
		К	B		-233.058	-139.544	-30.310	1 2 5 9 13
		К	B		-116.571	-143.212	-31.009	1 5 9 13
		К	B		-233.450	371.448	39.141	1 2 3 6 7 14
		К	B		-233.450	281.492	89.816	1 2 3 6 7 14
		-	B		-233.450	28.571	7.736	1 2 14
		-	A		-233.291	67.038	0.551	1 2
		-	A		-116.809	31.341	-0.148
		К	B		-233.396	184.553	31.023	1 2 6 10 14
		К	B		-1289.328	-611.782	37.880	1 3 5 7 13
		К	B		-578.878	147.902	65.179	1 2 4 6 8 14
		К	B		-1406.123	-392.632	94.588	1 2 3 6 7 14
		К	B		-116.623	-102.535	-38.629	1 5 9 13
		К	B		-1406.202	-457.169	14.469	1 2 3 5 7 14
		-	A		-291.743	72.635	0.551	1 2
		-	A		-175.261	29.841	-0.148
		К	B		-637.329	809.465	65.179	1 2 4 6 8 14
		К	B		-1347.808	-651.724	-12.799	1 3 5 7 13
		К	B		-175.075	-494.623	-38.629	1 5 9 13
		К	B		-1464.575	567.436	94.588	1 2 3 6 7 14
		К	B		-1464.654	-310.307	14.469	1 2 3 5 7 14

 

Определение расчетных длин.

2.1. Расчетные длины в плоскости действия момента (в плоскости рамы).

 

l₁=H_н= 10,15 м, l₂=H_в= 5,25 м.

 

Расчетные длины в плоскости рамы определим по формуле:

– коэффициенты приведения длины, т. к.

 

 

 

 

 

2.2. Расчетные длины из плоскости действия момента (из плоскости рамы).

Расчет нижней части колонны

Компоновка решетки.

Принимаем треугольную решетку с размером панели b=(10,15-0,7-0,1)/4=2,34м

Максимальная поперечная сила в сечении колонны:

Фиктивная поперечная сила:

.

Таким образом принимаем:

Усилие, возникающее в стержне решетки, определим по формуле:

где: k – количество плоскостей решетки, принимаем k=2.

tgα=1,25/(2,34/2)=1,068; α=47

 

Сечение стержня решетки принимаем - L 60x6 по ГОСТ 8509-86;

 

Для стержня решетки производится две проверки:

Расчет на устойчивость элемента

Радиус инерции:

ix=; Jx/A=; 232100/692= 18,31406 мм.

 

Гибкость стержня относительно оси x:

lx= lefx/ix= 1712/18,31406 = 93,48009.

 

Радиус инерции:

iy=; Jy/A=; 232100/692= 18,31406 мм.

 

Гибкость стержня относительно оси y:

ly= lefy/iy= 1712/18,31406 = 93,48009.

 

Гибкость:

l = max(lx; ly) = max(93,48009;93,48009) = 93,48009.

 

Условная гибкость:

l = l; Ry/E= 93,48009 ·; 235/210000= 3,12711.

 

Коэффициент продольного изгиба принимается по табл. Д.1 в зависимости от l

f = 0,53912.

 

a = N/(f A mkpRygc) = 64650/(0,53912 · 692 · 1 · 235 · 0,75) = 0,98321 < = 1 (98,32136 % от предельного значения) - условие выполнено (формула (7); п. 7.1.3).

 

Проверка по условию предельной гибкости сжатых элементов

 

По таблице 32 СП 16.13330.2010:

 

Тип элемента - 5. Второстепенные колонны (стойки фахверка, фонарей и т. п.), элементы решетки колонн, элементы вертикальных связей между колоннами (ниже подкрановых балок).

 

l = 93,48009 < = 210-60 a = 210-60 · 0,98321 = 151,0074 (61,90431 % от предельного значения) - условие выполнено.

 

Устойчивость решетки обеспечена.

 

Расчет узлов.

 

Расчет сварных швов.

 

В данном узле требуется рассчитать три шва.

 

Расчет Ш1:

Прочность стыкового шва Ш1 проверяем в крайних точках шва от 2 вариантов загружения:

1) N₁ = -233,45 кН, а М₁ = 371,448 кН^хм

Наружная полка сжата:

Внутренняя полка растянута:

2) N₂ = -116,571 кН, а М₂ = -143,212 кН^хм

Наружная полка растянута:

Внутренняя полка сжата:

Прочность шва обеспечена.

Расчет Ш2:

Максимальное усилие, возникающее во внутренней полке:

Принимаем полуавтоматическую сварку, сварочный материал – проволока СВ-08А. Согласно таблицы Г.2 R_wf=180 МПа. Согласно табл. B.5 R_un=370 МПа, следовательно R_wz=0,45∙R_un=0,45∙370=166,50 МПа. По таблице 39 принимаем β_f=0,9, βz=1,05. Тогда

Принимаем катет шва k_f = 0.6 см

 

Расчеты проводим по металлу шва

По металлу шва:

Прочность шва обеспечена.

 

Расчет Ш3:

 

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

Наибольшая опорная реакция траверсы:

Принимаем полуавтоматическую сварку, сварочный материал – проволока СВ-08А. Согласно таблицы Г.2 R_wf=180 МПа. Согласно табл. B.5 R_un=370 МПа, следовательно R_wz=0,45∙R_un=0,45∙370=166,50 МПа. По таблице 39 принимаем β_f=0,9, βz=1,05. Тогда

Принимаем катет шва k_f = 0.6 см

 

По металлу шва:

Прочность шва обеспечена.

 

 

База колонны.

 

Так как сечение нижней части колонны сквозное, то база устраивается раздельного типа. Расчет ведется для наиболее нагруженной ветви, а для менее нагруженной база принимается такой же. Ветви сквозной колонны работают на сжатие, поэтому их базы рассчитывают и конструируют как базы центрально сжатых колонн.

При расчете принимаем, что усилие в ветви N=N_пв=1217кН.

 

1.1 Определение размеров опорной плиты в плане

 

Условие прочности бетона фундамента:

где: N – расчетная нагрузка, передаваемая с колонны на базу;

R_{b, loc} – расчетное сопротивление бетона местному сжатию.

Принимаем бетон В7,5.

для бетона класса ниже В25.

, принимаем

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений под опорной плитой. Так как в данном расчете колонна центрально сжата, то есть нагрузка распределена равномерно, то принимаем .

Размер В принимаем конструктивно:

где: b=16,5см – ширина двутавра колонны.

Принимаем: t_тр=1,2 см=12 мм

С=4 см

, тогда

Принимаем плиту размером 30x80см.

 

Проверка прочности траверсы

 

Прочность траверсы обеспечена.

 

Расчет анкерных болтов.

 

Определение усилия в анкерных болтах.

 

Условие прочности анкерных болтов:

. Принимаем , материал болтов сталь Вст3сп2 с расчетным сопротивлением (предположим, что диаметр болтов 24 или 30мм) по табл. Г.7.

 

Принимаем болты диаметром с площадью сечения, ослабленного резьбой

по табл. Г.9.

Анкерные болты другой ветви конструктивно принимаем такими же.

 

Расчет анкерной плитки.

 

Условие прочности анкерной плитки:

Ширину анкерной плитки принимаем не менее трех диаметров отверстий, то есть не менее 90 мм. Принимаем ширину плитки равной , т.к. необходимо, чтобы толщина анкерной плитки была менее 40 мм.

Принимаем анкерные плитки толщиной

 

Список литературы

 

 

1. СП 16.13330.2011 «СНиП II-23-81* Стальные конструкции»

2. СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия»

3. Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя «Металлические конструкции», издательский центр «Академия», Москва, 2007 год;

4. ГОСТ 26020-83 «Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок»;

5. ГОСТ 8509-93 «Уголки стальные горячекатаные равнополочные»;

 

 

Оглавление.

 

1. Компоновка конструктивной схемы поперечной рамы

2. Определение нагрузок на поперечную раму

3. Расчет и конструирование фермы

4. Конструктивный расчет ступенчатой колонны

5. Расчет узлов

6. Список используемой литературы

 

 

Компоновка конструктивной схемы поперечной рамы.