Проектирование и расчет промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

Наименование цеха	Электросталеплавильный
Грузоподъемность мостовых кранов, т	125
Пролет здания, м	24
Длина здания, м	108
Отметка головки рельса, м	15
Материал конструкции: колонн ферм подкрановых балок фундаментов	С245 С245 по выбору В15
Место строительства	Нижний Новгород

Принятые решения:

Стены - навесные железобетонные;

Покрытие - стропильные фермы с параллельными поясами высотой 2,25 м без фонаря, шаг ферм - 12 м;

Кровля - холодная по панелям со стальным профилированным настилом;

Шаг колонн - 12 м;

Температурный шов - не требуется.

2. Компоновка конструктивной схемы каркаса здания

2.1 Размещение колонн в плане

Рис. 2.1

2.2 Определение основных размеров поперечной рамы

Рис. 2.2

Вертикальные размеры колонн:

Д = 100 мм - зазор безопасности;

f = 250 мм для L = 24 м;

Hкр = 4000 мм (по прил.1.)

Ближайший больший размер, кратный 600мм - 19800мм

Примем H0=19800мм.

Корректируем размеры:

примем H1=15400 мм (округление 100 мм)

Тогда

При высоте подкрановой балки с рельсом (прил.1.)

Высота верхней части колонны:

С учетом заглубления колонны ниже уровня пола на 600мм

Высота колонны до низа конструкции покрытия

Высота фермы: Hф=2250 мм.

Горизонтальные размеры колонн:

С учетом режима работы и грузоподъемности кранов принимаем a = 500мм.

b = 500 мм (для крана тяжелого режима работы).

Высота сечения верхней части колонны:

что отвечает требованиям жесткости

Расстояние от оси кранового рельса до разбивочной оси должно быть:

Bкр = 400 мм (прил.1.)

Назначаем l1=1000мм (кратно 250 мм), при этом ширина нижней части колонны составит

что удовлетворяет требованиям жесткости:

Пролет мостового крана:

2.3 Выбор схемы связей

Рис. 2.3

3. Расчет поперечной рамы здания

3.1 Расчетная схема поперечной рамы

Основные размеры:

L=24 м; H=20,4 м; Hв=6,4 м.

Исходные параметры:

округляем до 0,3

Принимаем б = 0,3 и статический расчет выполняем для рамы с размерами:

Расстояние между центрами тяжести сечений верхней и нижней частей колоны:

Расстояние между осью подкрановой балки и центром тяжести нижней части колонны ориентировочно составляют: ;

Принимаем

Соотношение моментов инерции сечений верней и нижней частей колонны принимаем равным 0,1, а соотношение моментов инерции ригеля и нижней части колонны .

Рис. 3.1

3.2 Сбор нагрузок на раму

Таблица 1. Нагрузки от веса конструкций покрытия.

Состав покрытия	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	2	3	4
Плоский стальной лист (t = 4 мм)	0,32	1,05	0,34
Каркас стальной панели (3 х 12 м )	0,20	1,05	0,21
Стропильные фермы	0,15	1,05	0,16
Связи покрытия	0,05	1,05	0,06
Итого	gn = 0,72		g = 0,77

Расчетная равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы:

здесь н - коэффициент надежности по назначению, равный 0,95 для сооружений II-го класса.

Bф=12 м - шаг ферм;

б - угол наклона кровли к горизонту, б=1?; cosб=1.

Опорное давление ригеля рамы на колонну:

Расчетный вес колонны.

- вес верхней части (20% веса колонны):

Где gк = 0,6 кН/м2 - расход стали на колонны (прил.2.)

- вес нижней части (80% веса колонны):

Продольное усилие в месте уступа колонны:

То же в заделке колонны:



Рис. 3.2

Нормативная нагрузка на 1м2 горизонтальной проекции покрытия:

где с - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, для данной схемы покрытия с = 1;

p0 - вес снегового покрова (для Нижнего Новгорода p0 = 2,4 кН/м2)

Расчетная равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы:

Опорное давление ригеля рамы:

Вертикальная крановая нагрузка



Рис. 3.3

Расчетное максимальное вертикальное давление от двух сближенных кранов на колонну, к которой приближена тележка с грузом:

где nk = 1,1 - коэффициент перегрузки крановой нагрузки,

nс = 0,95 - коэффициент сочетаний для двух кранов тяжелого режима,

гн = 0,95 - коэффициент надежности сооружения;

уi - ордината линии влияния;

Gп/к - нормативный вес подкрановых конструкций,



Минимальное вертикальное давление колеса крана с противоположной стороны определяется из выражения:

где Q - грузоподъемность крана, тс;

Qк - вес крана с тележкой, кН;

n0 - число колес с одной стороны крана.

Расчетное минимальное вертикальное давление от двух кранов на колонну:

Сосредоточенные моменты от внецентренного приложения Dmax,Dmin:

Горизонтальная крановая нагрузка

Нормативное горизонтальное усилие от поперечного торможения тележки, передаваемое одним колесом крана:

Расчетное горизонтальное давление на колонну от поперечного торможения тележки кранов: ;

Условно принимаем, что давление Т приложено в уровне уступа колонны.

Рис. 3.4

Ветровая нагрузка

Нормативный скоростной напор g0 = 0,38 кН/м2. Тип местности - Б.

Расчетная линейная нагрузка на колонну с наветренной стороны при отсутствии стоек фахверка:

где nв = 1,4 - коэффициент перегрузки;

k = 0,65 - поправочный коэффициент на возрастание скоростного напора по высоте;

с, с* - аэродинамические коэффициенты;

В = 12м - шаг поперечных рам (при отсутствии стоек фахверка).

Расчетная линейная нагрузка на колонну с заветренной стороны:



Рис. 3.5

Рис. 3.6

Табл. 1.

H0, м	Тип местности (Б)
5	1
15	1,06
20	1,15
25	1,26
30	1,35
35	1,45

Условно полагаем, что H ? H0.

Для высоты H0 = 19,8 м коэффициент б определяется по табл.1. линейной интерполяцией:

Тогда

Сосредоточенные нагрузки Fв и от заштрихованной части эпюры ветрового давления упрощенно определяются по формулам

и ,

где Hп - расстояние от низа стропильной фермы до верхней точки покрытия,

Hкр = 500мм - толщина кровли,

Табл. 2.

H*, м	Тип местности (Б)
5	1
15	1,19
20	1,38
25	1,5
30	1,62
35	1,74

определяется линейной интерполяцией:

Тогда

,17

При расчете поперечной рамы на крановые нагрузки влияние пространственной работы каркаса учитывается умножением горизонтального смещения плоской рамы на коэффициент пространственной работы бпр.

При жесткой кровле коэффициент пространственной работы:

где б0 = 0,248 при длине блока a1 = 108 м и шаге поперечных рам b = 12 м.

n0 = 4 - число рам в блоке.

Рис. 3.7

4. Статический расчет поперечной рамы

4.1 Расчет на нагрузки, приложенные к ригелю

Постоянная нагрузка

Рис. 4.1

Каноническое уравнение метода перемещений:

где - групповое неизвестное,

- реакция в фиктивной заделке от единичного поворота

- реакция в фиктивной заделке от действующих нагрузок.

Реакция верха колонны (точка В) от

где i - погонная жёсткость колонны, (Е - модуль упругости стали).

Реакция ригеля от

Реакция верха колонны от момента М = -30,71 кНм:

Реакция ригеля от постоянной равномерно распределённой нагрузки qп = 8,8 кН/м:

Реакция в фиктивной заделке о нагрузки:

Каноническое уравнение принимает вид:



Рис. 4.2

Снеговая нагрузка

Эпюры М0, Q0, N0 (для ригеля) от постоянной нагрузки умножаем на коэффициент:



4.2 Расчет на нагрузки, приложенные к колоннам

Вертикальная крановая нагрузка. При расчёте рамы на нагрузки, приложенные к колоннам, ригель можно считать бесконечно жёстким.

Каноническое уравнение метода перемещений:

где - неизвестное смещение,

- реакция в дополнительной связи от её единичного смещения,

- реакция в дополнительной связи от нагрузок, приложенных к стойкам.

Рис. 4.3

Положительное направление Д1 и реакций принимается по состоянию Д1 = 1.

Знаки изгибающих моментов и поперечных сил такие же, как и при расчёте на постоянную и снеговую нагрузку.

Рис. 4.4

Реакция в дополнительной связи от Д1 = 1:

где

Реакция дополнительной связи от нагрузок, приложенных к стойкам:

Каноническое уравнение принимает вид:

C учётом пространственной работы каркаса( ) смещение рамы:

Рис. 4.5

 - отпор кровли в пространственном блоке.

Горизонтальная крановая нагрузка на левую колонну (основная система - см. рис. 4.4, состояние Д1 = 1 - см. рис. 4.4).

Рис. 4.6



Рис. 4.7

Контроль:

Продольные силы в ригеле:

Продольными силами в колоннах в виду их незначительности пренебрегаем.

Горизонтальная крановая нагрузка на правую колонну.

Эпюры М0, Q0, N0 для этого загружения получаются путём поворота относительно оси симметрии рамы соответствующих эпюр (рис. 4.7) с переменой знаков на эпюре поперечных сил.

Ветровая нагрузка слева (основная система приведена на рис. 4.4, состояние Д1 = 1 - см. рис 4.4).



Ветровая нагрузка одинакова для всех рам, поэтому эффект пространственной работы каркаса в этом случае не проявляется.



Контроль:

- равновесие ригеля:

- равенство поперечных сил в заделке и суммарной ветровой нагрузки:

Продольными силами в колоннах пренебрегаем.

Продольные силы в опорных сечениях ригеля равны:

Ветровая нагрузка справа. При загружении рамы ветровой нагрузкой справа значения М0, Q0, N0 получают путём поворота соответствующих эпюр (рис. 4.10) относительно оси симметрии с переменой знаков в эпюре поперечных сил.



5. Определение расчётных усилий в сечениях рам

Усилия в поперечной раме, определенные в п. 4, занесем в табл. 3 в соответствии с принятой нумерацией сечений.

Расчетные усилия в сечениях левой стойки рамы (изгибающие моменты М, кНм; поперечные силы Q, кН; нормальные силы N, кН)

№ наг-рузки	Нагрузка и комбинация усилий		Сечения стойки
			1-1	2-2	3-3	4-4
			M	N	Q	M	N	M	N	М	N	Q
1	Постоянная	1,0	-57,07	-105,6	-4,5	-29,81	-122,84	0,9	-122,84	64,62	-191,8	-4,5
2	Снеговая	1,0 0,9	-177,5 -159,8	-328,8 -295,9	-14 -12,6	-92,71 -83,4	-328,8 -295,9	2,8 2,52	-328,8 -295,9	200,97 180,9	-328,8 -295,92	-14 -12,6
3		На левую стойку	1,0 0,9	-227,25 -204,52	0 0	-116,5 -104,85	486,62 437,96	0 0	-1386,9 -1248,2	-2498 -2248,2	274,4 246,9	-2498 -2248,2	-116,4 -104,8
3*		На правую стойку	1,0 0,9	-196,05 -176,44	0 0	62,1 55,9	184,18 165,76	0 0	-417,52 -375,77	-802,3 -722,1	468,1 421,3	-802,3 -722,1	62 55,8
4		На левую стойку	1,0 0,9	± 306,2 ± 275,6	0 0	± 127,2 ± 114,5	±472 ±424,8	0 0	±472 ±424,8	0 0	±1161 ± 1045	0 0	± 114,4 ± 103
4*		На правую стойку	1,0 0,9	± 163,2 ± 146,9	0 0	± 32,7 ± 29,4	± 36,9 ± 33,2	0 0	± 36,9 ± 33,2	0 0	±503,9 ±453,5	0 0	± 32,7 ± 29,4
5	Ветровая	Слева	1,0 0,9	117,4 105,7	0 0	6,7 4,7	10,51 9,5	0 0	10,51 9,5	0 0	-770,2 -693,2	0 0	80,33 72,3
5*		Справа	1,0 0,9	-135,9 -122,3	0 0	-14,55 -13,1	2,82 2,54	0 0	2,82 2,54	0 0	726,8 654,1	0 0	-70,0 -63
Основные сочетания			№ нагрузок	1, 5	1, 3, 4 (+)	1, 5	1, 3*, 4 (+)	нет
			усилия	60,33	-105,6	2,2	988,4	-122,84	11,41	-122,84	1693,7	-994,1
			№ нагрузок	1, 3*, 4 (+), 5	1, 3, 4 (+), 5	1, 2, 3*, 4(+), 5	1, 2, 3*, 4 (+), 5*
			усилия	147,8	-105,6	170,6	842,4	-122,84	61,95	-1140,8	2365,9	-1209,8
			№ нагрузок	1, 3, 4(-)	1, 3*, 4 (-)	1, 3, 4 (-)	1, 3, 4 (-)	нет
			Усилия	-590,5	-105,6	-248,2	-317,6	-122,84	-1858	-2620,8	-822	-2689,8
			№ нагрузок	1, 2, 3, 4(-), 5*	1, 2, 3*, 4 (-)	-	1, 3, 4 (-), 5
			усилия	-819,3	-401,5	-249,5	-372,2	-418,74	-	-	-1426,7	-2440
			№ нагрузок	-	-	-	1, 3, 4 (+)	Qсоот
			Усилия	-	-	-	-	-	-	-	1500	-2689,8
			№ нагрузок	-	1, 2, 3, 4 (+), 5	-	1, 2, 3, 4 (+), 5*
			усилия	-	-	-	759	-418,74	-	-	2191,5	-2735,9	-297,9
			№ нагрузок	1, 2	1, 2	1, 3, 4(-)	1, 3, 4(-)	нет
			Усилия	-234,6	-434,4	-18,5	-122,5	-451,6	-1858	-2620,8	-706	-2689,8
			№ нагрузок	1, 2, 3, 4(-), 5*	1, 2, 3*, 4 (-)	1, 2, 3, 4 (-)	1, 2, 3, 4(-), 5
			усилия	-819,3	-401,5	-249,5	-372,2	-418,74	-1669,6	-2666,9	-1245,8	-2735,9
	Nmin + Mсоотв		№ нагрузок	М и N от постоянной нагрузки учтены с поправочным множителем	1, 5*	нет
			усилия		791,4	-191,8
	Nmin - Mсоотв		№ нагрузок		1, 5
			усилия		-628,6	-191,8
			№ нагрузок	1, 2, 3, 4(-), 5*		1, 2, 3, 4 (-), 5*
			усилия		-249,5			-287,9

6. Расчёт и конструирование стропильной фермы

6.1 Сбор нагрузок на ферму

Постоянная нагрузка. Расчётная линейная нагрузка на ферму от веса кровли и конструкций покрытия (см. рис. 3.2) составляет:

Узловые силы:

где d - ширина панели фермы (см. рис. 6.1).

Крайние узловые силы F/2 приложены к колонне и при расчёте фермы не учитываются.

Опорные реакции:

Снеговая нагрузка. Расчётная снеговая нагрузка на 1 м2 поверхности кровли:

Расчётная линейная нагрузка от снега на ферму:

Узловые силы:

Опорные реакции:

Опорные моменты и распор рамы. 1-ая комбинация (для определения дополнительных усилий в раскосах и крайней панели верхнего пояса, а также расчёта опорного узла):

Наибольший момент в сечении 1 - 1 (узел примыкания фермы к колонне) Млев = -819,3 кН - получен при комбинации нагрузок 1, 2, 3, 4 (-), 5*.

Соответствующий момент справа может быть получен путём замены в комбинации нагрузок 3, 4 (-), 5* на 3*, 4* (-) и 5:

Мправ = -57,07 - 159,8 - 176,44 - 146,9 + 105,7 = - 434,51 кНм

Продольная сила в ригеле на левой опоре для нагрузок 1, 2, 3, 4 (-), 5*:

2-ая комбинация без учёта снеговой нагрузки (для определения возможных сжимающих усилий в панелях нижнего пояса):

Наибольший момент при комбинации нагрузок 1, 3, 4 (-), 5*:

Млев = -57,07 - 204,52 - 275,6 - 122,3 = - 659,5 кНм

Соответствующий момент справа определяется для комбинаций 1, 3*, 4* (-), 5:

Мправ = - 57,07 - 176,44 - 146,9 + 105,7 = - 274,71 кНм

Считаем, что продольная сила полностью воспринимается нижним поясом фермы и не меняется по его длине.

6.2 Определение расчётных усилий в стержнях фермы

Усилия от постоянной нагрузки.



Усилия в раскосах определяются с учётом правил знаков (табл. 4):

Таблица 4

Значения поперечной силы Q	Условное обозначение	Знак усилия при направлении раскоса
		/	\
+	^ v	-	+
-	v ^	+	-

Усилия в раскосах определяются по формуле:

где i, j - номера точек узлов стержней (см. рис. 6.3).

Усилия в поясах определяются с учётом следующих правил знаков (табл. 5):

Таблица 5

Знак момента М	Условное обозначение	Знак усилия для пояса
		Верхнего	Нижнего
+		-	+
-		+	-

Усилия в панелях поясов определяются способом моментной точки:

Моментные точки выбираются на противолежащем поясе, в месте пересечения раскосов.

Нижний пояс:

Верхний пояс:

Усилия в стойках:

Усилия от снеговой нагрузки. В покрытиях без фонаря допускается определять путём умножения усилий от постоянной нагрузки на коэффициент:

Усилия от опорных моментов.

1-ая комбинация.

Усилия в поясах:

Верхний:

Нижний:

Усилия в раскосах:

Усилия в стойках:

2-ая комбинация.

Усилия в поясах:

Верхний:

Нижний:

Таблица 6

«Расчётные усилия в стержнях фермы, кН»

Элемент	Номер стержня	Усилие от постоянной нагрузки	Усилие от снеговой нагрузки	Усилия от опорных моментов и продольной силы в ригеле	Расчётные усилия
			nc =1	nc =0,9	1-ая комбинация	2-ая комбинация	№ нагрузки	Растяжение (+)	№ нагрузки	Сжатие (-)
					Млев=-819,3 Мправ=-434,5	Усилие от продольной силы	Млев=-659,5 Мправ=-274,7	Усилие от продольной силы
		1	2	2а	3	4	3*	4*
Пояс	Верхний	2-3	0	0	0	381,1		306,7		3	381,1
		3-5 5-6	-121,4	-377,6	-339,8	337,1		262,8				1,2	-499
		6-8 8-9	-286,1	-889,8	-800,8	291,6		217,2				1,2	-1176
	Ниж-ний	1-4	120,3	374,1	336,7	-359,8	-249,5	-285,5	-236,9	1,2	494,4	1,3*,4*	-402,1
		4-7	267,7	832,5	749,3	-314,3		-240		1,2	1100,2
Раскосы	1-3	-151,72	-471,8	-424,7	-26,8		-26,8				1,2	-623,5
	3-4	113,4	352,7	317,4	28		28		1,2	466,1
	4-6	-68,04	-211,6	-190,4	-28		-28				1,2а,3	-286,4
	6-7	22,68	70,5	63,5	28		28		1,2а,3	114,2
Стойки	4-5	-26,4	-82,1	-73,9	0		0				1,2	-108,5
	7-8	-26,4	-82,1	-73,9	0		0				1,2	-108,5

Усилия в раскосах:

Усилия в стойках:

6.3 Подбор сечений стержней фермы

Для элементов верхнего и нижнего поясов и опорных раскосов расчётная длина в плоскости фермы lx = l, для прочих элементов lx = 0,8 l , где l - расстояние между центрами узлов. (рис. 6.6)

Расчётная длина элементов решётки из плоскости фермы ly = l, где l - расстояние между центрами узлов от смещения из плоскости фермы связями, распорками или кровельными панелями.

Рассмотрим тип сечения из парных уголков

Толщину фасонок tф принимаем одинаковой для всех узлов в соответствии с рекомендациями по табл.7:

Таблица 7

Максимальное усилие в элементе решётки, кН	До 150	151- 250	251- 400	401- 600	601- 1000	10001- 1400	1401- 1800	Более 1800
Рекомендуемая толщина фасонки, мм	6	8	10	12	14	16	18	20

Максимальное усилие в опорном раскосе -623,5 кН, следовательно, принимаем tф = 14 мм.

Расчёт элементов на прочность выполняется по формуле:

где N - максимальное растягивающее усилие в элементе, кН;

А - площадь поперечного сечения (нетто), см2;

Устойчивость центрально сжатых элементов проверяем по формуле:

где N - максимальное сжимающее усилие в элементе, кН;

А - площадь поперечного сечения (брутто);

ц - коэффициент продольного изгиба.

Подбор сечений верхнего пояса фермы

Элемент 3-5, 5-6.

Материал конструкции фермы - сталь С255,

Расчётное усилие: N = -499 кН - сжатие

Расчётные длины стержня:

Поскольку , принимаем тавровое сечение из двух равнополочных уголков. Зададимся гибкостью в пределах, рекомендуемых для поясов ферм: л = 90;

Тогда Следовательно, требуемая площадь поперечного сечения:

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 100х10. Для него выписываем из сортамента следующие величины: А = 39,4 см2; ix = 3,87 см; iy = 5,59 см.

Расчётные гибкости стержня в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и y-y, соответственно равны:

Тогда для находим

Элемент 6-8, 8-9.

Расчётное усилие: N = -1176 кН - сжатие

Расчётные длины стержня:

Поскольку , принимаем тавровое сечение из двух равнополочных уголков. Зададимся гибкостью в пределах рекомендуемых для поясов ферм: л=80;

Тогда

Следовательно, требуемая площадь поперечного сечения:



Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 180х11. Для него выписываем из сортамента следующие величины: А = 77,6 см2; ix = 5,6 см; iy = 7,97 см.

Расчётные гибкости сте6ржня в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и y-y, соответственно равны:

Тогда для находим

Подбор сечений нижнего пояса фермы

Элемент 1-4. Расчётное усилие: N = 494,4 кН - растяжение

N = -402,1 кН - сжатие

Так как растягивающая стержень нагрузка превосходит сжимающую, то сечение будем подбирать из условия обеспечения несущей способности стержня при растяжении.

Расчётные длины стержня:

Поскольку , принимаем тавровое сечение из двух неравнополочных уголков.

Следовательно, требуемая площадь поперечного сечения:



Принимаем сечение из двух неравнополочных уголков 100х63х8. Для него выписываем из сортамента следующие величины: А = 25,2 см2; ix = 3,18 см; iy = 5,04 см.

Расчётные гибкости сте6ржня в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и y-y, соответственно равны:

,

Производим проверку сечения:

Элемент 4-7.

Расчётное усилие: N = 1000,2 кН -растяжение

Расчётные длины стержня:

Следовательно, требуемая площадь поперечного сечения:

Принимаем сечение из двух неравнополочных уголков 140х90х10. Для него выписываем из сортамента следующие величины: А = 44,4 см2; ix = 2,56 см; iy = 6,86 см.

Расчётные гибкости сте6ржня в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и y-y, соответственно равны:



Производим проверку сечения:

Подбор сечений раскосов фермы

Элемент 1-3. Расчётное усилие: N = -623,5 кН - сжатие

Расчётные длины стержня:

Поскольку , принимаем тавровое сечение из двух неравнополочных уголков. Зададимся гибкостью в пределах, рекомендуемых для поясов ферм: л=75;

Тогда Следовательно, требуемая площадь поперечного сечения:

Принимаем сечение из двух неравнополочных уголков 125х80х10. Для него выписываем из сортамента следующие величины: А = 39,4 см2; ix = 2,26 см; iy = 6,26 см.

Расчётные гибкости сте6ржня в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и y-y, соответственно равны:

Тогда для находим

Элемент 3-4.

Расчётное усилие: N = 466,1 кН - растяжение

Расчётные длины стержня:

Следовательно требуемая площадь поперечного сечения:

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 90х6. Для него выписываем из сортамента следующие величины: А = 21,2 см2; ix = 2,78 см; iy = 4,03 см.

Расчётные гибкости сте6ржня в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и y-y, соответственно равны:

Производим проверку сечения:

Элемент 4-6. Расчётное усилие: N = -286,4 кН - сжатие

Расчётные длины стержня:

Зададимся гибкостью в пределах рекомендуемых для поясов ферм: л=90;

Тогда Следовательно требуемая площадь поперечного сечения:

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 100х7. Для него выписываем из сортамента следующие величины: А = 27,6 см2; ix = 3,08см; iy = 4,44м.

Расчётные гибкости сте6ржня в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и y-y, соответственно равны:

Тогда для находим

Элемент 6-7. Расчётное усилие: N = 114,2 кН - растяжение

Расчётные длины стержня:

Принимаем тавровое сечение из двух равнополочных уголков.

Следовательно требуемая площадь поперечного сечения:

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 70х5. Для него выписываем из сортамента следующие величины: А = 13,72 см2; ix = 2,16 см; iy = 3,22 см.

Расчётные гибкости сте6ржня в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и y-y, соответственно равны:

Проведём проверку сечения:

Подбор сечений стоек фермы

Элемент 2-3, 4-5; 7-8.

Расчётное усилие: N = -108,5 кН - сжатие

Расчётные длины стержня:

Принимаем тавровое сечение из двух равнополочных уголков. Зададимся гибкостью в пределах рекомендуемых для поясов ферм: л=100;

Тогда Следовательно требуемая площадь поперечного сечения:

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 56х5. Для него выписываем из сортамента следующие величины: А = 10,82 см2; ix = 1,72 см; iy = 2,69 см.

Подбор сечений ведён в табличной форме (табл. 8):

Таблица 8

Элемент	№ стержня	Расчётное усилие, кН	Сечение	Площадь поперечного сечения, см2	см	см		лпред	цmin	гc	Проверка сечения
											На прочность	На устойчивость
		Растя жение	Сжа тие
Верхний пояс	2-3	381,1	-	180х11	77,6	280 280					0,95	2,9<22,8	-
	3-5 5-6	-	-499		77,6	300 300					0,95	-	-
	6-8 8-9	-	-1176		77,6	300 300	5,6 7,97	55 38	120	0,829	0,95	-	18,3<22,8
Нижний пояс	1-4	494,4	-402,1	140х90х10	44,4	300 580	2,56 6,86	117 84	400	-	0,95	11,1<22,8	-
	4-7	1100,2	-		44,4	600 1200	2,56 6,86	234 175	400	-	0,95	22,5<22,8	-
Раскосы	1-3	-	-623,5	125х80х10	39,4	177 353	2,26 6,26	78 56	120	0,700	0,95	-	22,6<22,8
	3-4	466,1	-	90х6	21,2	295 369	2,78 4,03	10691	400	-	0,95	22<22,8	-
	4-6	-	-286,4	100х7	27,6	295 369	3,08 4,44	96 83	150	0,570	0,8	-	18,2<19,2
	6-7	114,2	-	70х5	13,7	295 369	2,16 3,22	136 114	150	-	0,95	8,3<22,8	-
Стой-ки	4-5	-	-108,5	56х5	10,8	172 215	1,72 2,69	100 80	150	0,542	0,8	-	18,5<19,2
	7-8	-	-108,5	56х5	10,8	172 215	1,72 2,69	100 80	150	0,542	0,8	-	18,5<19,2

Расчётные гибкости сте6ржня в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и y-y, соответственно равны:

Тогда для находим

6.4 Расчет швов

Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08 диаметром d = 1,4 - 2 мм, для которой находим, что нормативное сопротивление металла шва Таблица 9 «Расчет швов».

кН/см2.

Коэффициенты условий работы шва wf = wz = 1,0.

Расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва:

кН/см2,

где wm = 1,25 - коэффициент надежности по материалу шва.

Расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления: кН/см2.

Для выбранного типа сварки примем соответствующие коэффициенты для расчета углового шва:

f = 0,9 - по металлу шва;

z = 1,05 - по металлу границы сплавления.

Определим, какое сечение в соединении является расчетным:

кН/см2,

Следовательно, расчетным является сечение по металлу шва.

Длина сварных швов определяется по формуле:

.

№ стер	Сечение	[N], кН	Шов по обушку	Шов по перу
			Nоб, кН	kш, см	lш, см	Nп, кН	kш, см	lш, см
1-3	125х80х10	623,5	468	0,8	25,0	156	0,6	33,0
3-4	90х6	466,1	326	0,6	24,9	140	0,4	36,9
4-6	100х7	286,4	200	0,6	15,7	86	0,4	23,0
6-7	70х5	114,2	80	0,6	6,9	34	0,4	9,8
7-8	56х6	108,5	76	0,6	6,6	33	0,4	9,4

6.5 Расчёт и конструирование узлов фермы

Расчёт опорного узла фермы № 1 (прикрепление верхнего пояса к колонне).

Исходные данные: ферма - из стали С255, фасонки - из стали С255 (при толщине 21-40 мм R = 23 кН/см2, Rсм = 35 кН/см2); электроды Св08 (Rсв = 18 кН/см2); опорная реакция от постоянной и снеговой нагрузок Q = 439,4 кН; опорный момент М = -819,3кНм; соответствующий распор рамы, равный продольной силе в опорном сечении ригеля,

Nлев = -249,5 кН.



Болты прикрепления:

Применяем болты нормальной прочности из стали класса 5.6, из условия прочности болтов при растяжении:

Принимаем 4 болта М30 с общей площадью

Из условия размещения болтов b = 12,0 см, а = 26,0 см.

Толщина фланца:

Из условия прочности фланца при изгибе:

, принимаем tфл = 2,5 см.

Швы прикрепления А, Б, В (см. рис. 37):

Находим угловые швы из условия на срез(А и Б):

Шов В:

Принимаем

Расчёт опорного узла фермы № 2 (прикрепление нижнего пояса к колонне). Q = 439,4 кН; Н = Нм + [Nлев] = 381,1 + 249,5 = 630,6 кН

Проверка опорного фланца на смятие:

Конструктивно tфл = 2,5 см,

Ширина фланца bфл = 20 см.

Прикрепление столика к колонне:

С учётом случайного эксцентриситета силы Q (eсл = с/6) на один шов «Ж» передаётся 2/3Q:



Прикрепление опорного раскоса и нижнего пояса к фасонке:

Швы прикрепления Б, В, Г, Д рассчитываются на максимальные усилия в опорном раскосе и нижнем поясе. По длине этих швов определяются размеры фасонки ().

Находим угловые швы из условия на срез (швы Г, Д)

Прикрепление фасонки к опорному фланцу:

Эксцентриситет

Н Ч е = 630,6 Ч 10,5 = 6621 кНсм. Принимаем kш = 1,0 см, вш = 0,8;

Проверяем прочность шва при условном срезе в наиболее напряжённой точке:

Расчётный узел фермы № 3 (укрупнительный сварной узел верхнего пояса фермы из парных уголков).

Исходные данные: уголки из стали С255 (R = 24 кН/см2), фасонки толщиной 14 мм - на стали С255 (R' = 24 кН/см2).

Проверка прочности стыка:

Горизонтальные полки уголков пояса (180Х11) перекрываются в стыке двумя накладками, вертикальные полки - фасонкой. Подбираем из условия равнопрочности с перекрываемыми горизонтальными и вертикальными полками пояса (160Х10):

а) для накладок из стали С255 (при толщине не более 10 мм R = 24 кН/см2):

принимаем

б) тогда высота включаемого в расчёт сечения фасонки и фактический размер фасонки по линии «к-к» должен быть не менее .

Прочность стыка с площадью сечения () проверяем в предположении центрального нагружения силой но не менее 1,2N:

Прикрепление пояса к горизонтальным накладкам:

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

При

Принимаем длину швов: вдоль накладки - 40 см, по скосу накладки - 20 см.

Прикрепление пояса у фасонке:

Швы «Б» прикрепления вертикальных полок к фасонке рассчитываем по предельному усилию, воспринимаемому расчётным сечением фасонки:



При :

здание прочность конструкция

Стык фасонки: Высоту вертикальных накладок стыка принимаем Площадь сечения двух накладок должна быть не менее , откуда , но не менее принимаем как и для горизонтальных накладок.

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

что обеспечивается при (сварка полуавтоматическая). С учётом окончательно принимаем толщину всех накладок в стыке

Расчётный узел фермы № 4 (укрупнительный сварной узел нижнего пояса фермы из парных уголков).

Исходные данные: уголки из стали С255 (R = 24 кН/см2), фасонки толщиной 14 мм - на стали С255 (R' = 24 кН/см2).

Проверка прочности стыка: Горизонтальные полки уголков пояса (140Х10) перекрываются в стыке двумя накладками, вертикальные полки - фасонкой. Подбираем из условия равнопрочности с перекрываемыми горизонтальными и вертикальными полками пояса (140Х90):

а) для накладок из стали С255 (при толщине не более 10 мм R = 24 кН/см2):

принимаем

б) тогда высота включаемого в расчёт сечения фасонки и фактический размер фасонки по линии «к-к» должен быть не менее .

Прочность стыка с площадью сечения () проверяем в предположении центрального нагружения силой , но не менее 1,2N; если знаки усилий N и Np различны (коэффициент 1,2 учитывает условность расчётной схемы стыка):

Прикрепление пояса к горизонтальным накладкам:

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

При

Принимаем длину швов: вдоль накладки - 30 см, по скосу накладки - 15 см.

Прикрепление пояса у фасонке:

Швы «Б» прикрепления вертикальных полок к фасонке рассчитываем по предельному усилию, воспринимаемому расчётным сечением фасонки:

При :

Стык фасонки:

Высоту вертикальных накладок стыка принимаем Площадь сечения двух накладок должна быть не менее , откуда , но не менее принимаем как и для горизонтальных накладок.

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

что обеспечивается при (сварка полуавтоматическая). С учётом окончательно принимаем толщину всех накладок в стыке

Размещено на Allbest.ru

...