Поперечная рама

5.5 Сопряжение надкрановой и подкрановой частей колонныПрикрепление верхней части колонны к нижней проектируем при помощи траверсы. Высоту траверсы предварительно приняли мм. Для обеспечения жесткости узла ставим ребра жесткости и горизонтальные пояса. Вертикальные ребра назначаем мм, ширину ребра принимаем 102мм с общей шириной мм, нижний пояс назначаем сечением мм. Верхний пояс назначаем из двух листов сечением . Принимаем толщину плиты на уступе колонны мм.Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом: кНм; кН; (загружение 1,2,8) кНм; кН; (загружение 1,2,4,6,8)Расчетное давление от кранов: кН.Стыковые швы №1 проверяем на прочность по нормальным напряжениям. Контроль качества стыковых швов производим физическим методом. В этом случае расчетное сопротивление швов МПа.Напряжение во внутренней полке подкрановой части колонны определяем для двух комбинаций по формуле:, (5.13)где А – площадь сечения верхней части колонны, равная 113,76 см2,W – момент сопротивления сечения верхней части колонны, равный 2691,4см3.Напряжения от первой комбинации:МПАМПа.Напряжения от второй комбинации:МПа МПа.Толщину стенки траверсы и вертикального ребра определяем от воздействия :, (5.14)где см,=40 см – ширина опорного ребра подкрановой балки, МПа.см.=5,4ммПринимаем мм. Рисунок 5.3 – Узел сопряжения надкрановой и подкрановой частей колонны.Проверяем прочность сварных швов № 2, которые передают с внутренней полки колонны на траверсу усилиеFw2 = M2 / hB+ N2 / 2 = 222,86 / 75 + 426,09 / 2 = 216,01 кН.Сварку выполняем механизированным способом (полуавтоматом) в лодочку сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 1,4-2 мм. Вертикальные ребра траверсы привариваем швами с катетом мм. Для стали С345 Rwf=280МПа, Run=490МПа.Расчет прочности шва проводим по сечению металла границы сплавления сварного соединения, так как: fRwfwf= 0,9 280 1 = 252 МПа >zRwzwz= 1,05 220,5 1 = 231,525 МПа,где Rwz= 0,45 Run= 0,45 490 = 220,5 МПа.Расчетная длина фланговых швов должна быть не более см. МПа Rwzc= 220,5 МПа.Для расчета сварных швов № 3, прикрепляющих траверсу к подкрановой ветви колонны, составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы. Такой комбинацией является сочетание 1, 2, 8, включающее загружение силой Dmax:М= -270,64 кН,N= -426,09 кН = 0,9 – коэффициент сочетания, учитывающий, что усилия М и N приняты для второго основного сочетания. Требуемая длина шва:Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крпления траверсы определим высоту траверсы:Принимаем hтр = 38см.Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов возникает при комбинации усилий 1,2,8 (см. расчет шва 3).где k =1,2 – коэффициент, учитывающий неравномерную передачу усилия Dmax;5.6 Расчет и конструирование базы колонныШирина нижней части колонны превышает 1 м, поэтому проектируем базу раздельного типа. Конструкция базы колонны показана на рисунке 4.4. Базу каждой ветви колонны конструируем и рассчитываем как базу центрально сжатой колонны. Для исключения дополнительных моментов центр тяжести плиты совмещаем с центром тяжести ветвей. Базу под каждую ветвь рассчитываем на отдельную комбинацию усилий М и N, которая дает наибольшее сжимающее усилие в ветви в нижнем сечении колонны. Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4-4): 1) М1 = 344,63 кНм, N1 = - 1396,16 кН – для подкрановой ветви (1, 3, 5); 2) М2 = 860,15 кНм, N2 = - 1459,69 кН – для наружной ветви (1, 2, 3, 5, 8).Рисунок 5.4 – Конструкция базы колонныРасчетные усилия в ветвях колонны:, .Принимаем для фундамента бетон класса с расчетным сопротивлением на сжатие fcd= fck /c=16/1,5=10,67 МПа. Расчетное сопротивление бетона на местное сжатие. Rb,loc= bfcdb2 = 1,0 1,2 10,67 0,9 = 11,52 МПа, где = 1,0 для бетона класса ниже C20/25;; AIoc1 – площадь смятия; AIoc2 – расчетная площадь смятия, определяемая в зависимости от размеров фундамента. Принимаем максимальное значение b= 1,2;b2 = 0,9 – коэффициент условий работы бетона. Требуемая площадь плиты из условия прочности бетона под плитойAтр = NB2 / Rb,Ioc= 1210,98 103 / 11,52 106 = 1051,1 см2.С учетом конструктивных соображений свес плиты с2 принимают не менее 4 см. Тогда ширина плиты В bк + 2с2 = 45 + 2 4 = 53 см. Принимаем В = 55 см, тогда с2 = (В - bк) / 2 = (55 - 45) / 2 = 5 см.Длина плиты L = Aтр / В = 1051,1 / 55 = 19,1 см. Конструктивно принимаем L = 30см. Фактическая площадь плиты А = В L= 55 30 = 1650 cм2 Атр.Среднее напряжение в бетоне под плитойф= NB2 / A = 1210,98 10 / 1650 = 7,3МПа RB,Ioc = 11,52 МПа.Принимаем толщину траверс tтр = 10 мм. Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояния между траверсами в свету атр = 2 (bf+ tw-z0) = 2 (8 + 1 – 1,55) = 14,9 см. где см–ширина полки уголка,Тогда свес плиты с1 = (L - aтр – 2 tтр) / 2 = (30– 14,9 – 2 1) / 2 = 6,55 см.Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты: -участок 1, консольный свес с вылетом с1 = 6,55см,М1 = ф с12/ 2 = 7,3 6,552 / (210) = 15,65 кНм;-участок 2, консольный свес с вылетом с1 = с2 = 5см:М2 = ф с22/ 2 = 7,3 52 / (210) = 9,12кНм; -участок 3, плита опертая на четыре стороны:кНм;-участок 4, плита, опертая на четыре стороны, имеет меньшие размеры сторон, и ее пролетный момент не является расчетным. Принимаем для расчета Mmax= M1 = 15,65 кНм.Требуемая толщина плиты , где Ry= 230 МПа для стали С255 толщиной св. 20- 40 мм; с = 1,2 для опорных плит толщиной до 40 мм из стали с Ryn 285 МПа (при Ryn 285 МПа с = 1,0).Принимаем tпл = 20 мм. Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через четыре угловых шва.Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08Г2С. Катет швов принимаем kf= 8 мм.Требуемая длина сварных швов 85fkf= = 85 0,9 0,8 = 61,2 см. Принимаем высоту траверс hтр = 300 мм.Расчетная комбинация усилий в нижнем сечении колонны для расчета анкерных болтов М= 860,15 кНм, N= - 1459,69 кНУсилие в болтах: кН. Так как в болтах не возникает усилий растяжения, то конструктивно принимаем 2 болта d=20 мм. Усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше. Из конструктивных соображений принимаем такие же болт5.10 Указания по конструированию колонныДля увеличения сопротивляемости сквозной колонны скручиванию по длине стержня не реже, чем через 4 м дополнительно устанавливают диафрагмы, прикрепляемые к ветвям колонны и элементам решетки посредством сварки.Монтажные стыки колонн следует выполнять с фрезерованными торцами. Заводские стыки следует выполнять с полным проваром. В месте прохода в теле верхней части колонны ослабленный участок следует усилить приваркой дополнительных листов.6 Расчет стропильной фермыИсходные данные материал фермы сталь ВСт3пс5 по ГОСТ 380-88 с Ry = 240 МПа.Ввиду симметричности фермы и приложенной нагрузки рассчитываем половину фермы.6.1 Сбор нагрузок на фермуПостоянная нагрузкаТаблица 3 – Нагрузка от веса конструкций покрытияВид нагрузкиНормативная, кПаКоэф. надежности по нагрузкеРасчетная, кПа1 Ограждающие элементы1.1 Гравийная защита (15-20мм)0,351,30,461.2 Гидроизоляционный ковер из 3-4 слоев рубероида0,181,30,2341.3 Асфальтная стяжка, 20 мм0,41,30,521.4 Минераловатные плиты, =2,5 кН/см2, h=50 мм0,31,30,391.5 Пароизоляция( 2 слоя пергамина)0,051,30,0652 Несущие элементы кровли2.1 Железобетонная ребристая плита1,61,051,683 Металлические элементы покрытия3.1 Стропильная ферма0,271,050,283.2 Каркас фонаря0,121,050,133.3 Связи покрытия0,061,050,0633.4 Прогоны0,121,050,126qнкр=3,45q кр=3,948Расчетная нагрузка от веса кровли gнкр, кН/м2, без учета веса фонаря / 2 / , (6.1).Определяем вес фонаря gфн, кН/м2, по формуле / 2 /, (6.2),где gnфн - нормативный вес фонаря, кН/м2; gnфн= 0,12кН/м2.Определяем вес бортовой стенки и остекления на единицу длины стенки gб,ст, кН/м, по формуле / 2 /:, (6.3).где gnб,ст - нормативный вес стенки фонаря, кН/м; gnб,ст= 2кН/м;Вес конструкций фонаря учтем в местах его опирания на ферму.Определим силы Fi, кН, в узлах фермы, причем силы F0 и F9 приложены к колоннам и в расчете не учитываются (рисунок 8.1):, (6.4)где dі - длина панели, примыкающей к рассматриваемому узлу, м,gф= 0,343 кН/м2 – вес фермы и связей на 1 м2 горизонтальной проекции кровли,gкр= 1,834 кН/м2 – вес кровли, β – угол наклона верхнего пояса к горизонту,b – расстояние между фермами.;;;.Определяем опорные реакции RA и RB, кН, по формуле / 2 /, (6.6);Снеговая нагрузкаРассмотрим первый вариант загружения (рисунок 6.2 а):Расчетная нагрузка от снега, действующая на кровлю, (6.7)где - коэффициент перехода от веса снега на земле к весу снега на покрытии по / 5 /; 1 = 0,8; 2 = 1 + 0,1a / b = 1 + 0,1 12 / 9 = 1,13;сн – коэффициент перегрузки, сн =1,4Определим силы Fi, кН, в узлах фермы, причем силы F0 и F9 приложены к колоннам и в расчете не учитываются:; (6.8)Определяем опорные реакции RAs и RBs, кН:.Рассмотрим второй вариант загружения (рисунок 8.2 б):Определим силы Fi, кН, в узлах фермы, при условии, что 1 =1,0;3 = 1 + 0,6 а/bl= 1+ 0,66/3,5 = 3,06; где а = ВФН = 6м; bl = HФН = 3,5м.;;.Определяем опорные реакции RAs и RBs, кН:.Нагрузка от распора рамыРаспор определяем по значениям поперечной силы в сечении 1-1, из таблицы 3. В соответствии с уравнениями проекций на ось Х :а) первая комбинация:Н1 = -774+389/4,93=-78,1 кН.6.2 Определение усилий в стержнях фермыУсилия определяем аналитически по /6/ способами: моментной точки, проекций, вырезания узлов. Для примера определим усилия от постоянной нагрузки в нескольких стержнях фермы вырезая узел 1 и рассекая ферму в первой панели правее третьего узла, определяем усилия в стержнях 1-3,3-4,3-5,1-5 (рисунок 6.3):Рисунок 6.3 – Определение усилий в стержнях фермыУзел 1:;.;.Узел 3:;;;.Все остальные усилия определяются аналогично. Расчетные значения усилий занесем в таблицу 4.Таблица 4 – Усилия в стержнях фермы (в кН).ЭлементНомер стержняУсилия от пост.нагруз.Усилия от снеговой нагрузкиУсилия от снеговой нагрузкиУсилия от распораРасчетные усилия1nc=12 nc=0,91 nc=12 nc=0,9№Значение12345678Верхний пояс1-30,000,000,00000-03-5-1077,42-413,89-372,5-403,91-363,5201,2-1491,315-7-1077,42-413,89-372,5-40,391-363,5201,2-1491,317-9-798,16-306,61-275,95-299,26-269,3301,2-1104,779-11-798,16-306,61-275,95-299,26-269,3301,2-1104,77Нижний пояс2-4692,82266,15239,54259,8233,79-78,11,2958,974-6714,1274,32246,88267,74240,97-78,11,2988,426-8637,76244,99220,49239,12215,21-78,11,2882,75Раскосы2-3-1037,81-398,67-358,8-389,11-350,201,2-1436,483-4552,42219,01197,11213,76192,3801,2771,434-7-112,1-43,06-38,75-42,03-37,8201,2-155,167-623,28,918,028,697,8301,232,116-1194,736,3832,7435,5131,9501,2131,08Стойки1-20,000,000,00000-0,005-4-96,63-37,12-33,41-36,23-32,6101,2-134,759-6-96,63-37,12-33,41-36,23-32,6101,2-134,756.3 Подбор сечений стержней фермыРасчетные длины стержней в плоскости фермы, где l - геометрические размеры стержня:поясов - lef = l;опорных раскосов и стоек: lef = l;прочих элементов: lef = 0,8 l.Расчетные длины перпендикулярно плоскости фермы, где l1 - расстояние между смежными узлами стержня, закрепленными от смещения в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы:поясов - lef = l1;опорных раскосов и стоек: lef = l1;прочих элементов: lef = l1.Для примера рассчитаем стержень 2-3 по формулам /7/. Усилие и расчетные длины в стержне соответственно равны: N= -1436,48кН; lef,x=lef,y=449,8см. Предварительно принимаем =120; 0,419; с = 0,95. Определяем требуемую площадь Аd, см2. (6.9)Из сортамента принимаем неравнополочные уголки 250х250х16: А = 78,42 = 156,8 см2. Фасонки принимаем толщиной t = 18мм в зависимости от максимального усилия в стержнях.Тогда радиусы инерции сечения опорного раскоса равны: ix = 7,76см; iy=4,98см. Определяем гибкости х и y и сравниваем их с допустимой lim = 120. (6.10)По максимальной гибкости находим min = 0,612. Определяем максимальные напряжения , МПа, в стержне (6.11)Условие выполняется.Аналогично производим подбор остальных сечений стержней фермы. При расчете растянутых стержней гибкость не учитываем. Все расчеты сводим в таблицу 5.Таблица 5 - Расчет сечений стержней фермыЭлемент№ стержняРасчетное усилие,кНПринятое сечениеПлощадь А, см2Расчет длина, смРад.инерц., смГибкость[λ]jminγсНапряженияРасчетноеРасч. , кН/см2Доп. , кН/см2lef,xixλ хlef,yiyλ уВерхний пояс 1-3075x50x614.5301.52.38126.72500.1470.950228301.51.42212.322503-5-1491,31250х250х16156.8301,57.7638.851200,8050,95118.14228301,54.9860.541205-7-1491,31250х250х16156.8301,57.7638.851200,8050,95118.14228301,54.9860.541207-9-1104,77250х160х16127.18301,58.0237.591200,7800,95111.37228301,54.5865.821209-11-1104,77250х160х16127.18301,58.0237.591200,7800,95111.37228301,54.5865.82120Нижний пояс2-4958,97200х125х1699.546006.3894.042500,9596.342286003.52170.452504-6988,42200х125х16 99.546006.3894.042500,9599.32286004.58170.452506-8882,75200х125х1675.786006.4393.022500,95116.52286003.57168.07250Раскосы2-3-1436,48250х250х16156,8449,87,7657,961200,6120,95149,69228449,84,9890,321203-4771,43200х125x1699,54359.25.1370.023500,95152.62284494,29104.73504-7-155,16110х70x827.863783.51107.72500.3020,95184.42284722.99 157.82507-632,1175х 50x614.53782.38158.823500,9522.142284722,3205.23506-11131,0875х 50x614.5436.32.38183.353500,9590.4228545.52,3237.17350Стойки5-4-134,75110х70x827.863653.51103.992500,4080,95118.52283652.99122.072509-6-134,75110х70x827.864253.51121.082500.3070,95157.52284252.99142.142506.4 Расчет узлов фермыПри расчете узлов фермы определяем размеры сварных швов и назначаем габариты фасонок с таким расчетом, чтобы на них размещались все сварные швы стержней.Распределение действующего в стержне усилия принимается в зависимости от сечения стержня: если сечение состоит из двух равнополочных уголков то на обушок – 0,7N, на перо – 0,3N; если из двух неравнополочных составленных малыми полками вместе, то на обушок – 0,75N, на перо – 0,25N; если из двух неравнополочных составленных большими полками вместе, то на обушок – 0,65N, на перо – 0,35N.Задавшись толщиной сварного шва kf, длину его на один уголок вычисляем по формуле (в сечении по металлу шва): (6.12)При расчете по металлу границы сплавления формулы (6.12) имеют вид: (6.13)где 1 и 2 – коэффициенты распределения усилий на обушок и перо соответственно.В узлах, где к фасонке крепятся пояса длину швов рассчитывают на разность усилий в смежных панелях .Для примера рассмотрим опорный узел 1, где сходятся стержни 1-3, 1-5. Сварка полуавтоматическая. Сварочная проволока СВ-08Г2С диаметром 1,4-2мм. Минимальный катет шва по конструктивным требованиям kf,min= 6 мм. Параметры сварки:а) по металлу шва:Rwf = 215МПа, wf = 1, f = 0,9;б) по металлу границы сплавления:Run = 370МПа, Rwz = 0,45 Run = 0,45 370 = 166,5МПа, wz = 1, z = 1,05.Определяем минимальное из произведений: и Следовательно, менее благоприятным расчетным случаем является расчет по металлу границы сплавления.Расcчитаем прикрепление опорного раскоса 1-3, расчетное усилие N2-3= -1436.48кН, сечение из 250х250х16.Принимаем катет шва у обушка kwb= 14мм, у пера kwр= 12мм; вычисляем длины швов:Аналогично производим подбор остальных длин швов приварки стержней фермы. Если расчетная длина стержня получается меньше 60 мм, конструктивно принимаем длину шва равную 60мм. Расчеты сводим в таблицу 6.Таблица 6 - Расчет швов приварки стержней фермыУзел фермы№ стержняСечениеРасчетное усилие, кНШов по обушкуШов по перуNb, кНkwb, ммlwb, ммNp, кНkwp, ммlwp, мм12-3250х250х16-1436,481005.514210430.9121202-4200х125х16958,97622.710190335.641011021-375x50x6001060086031-375x50x600106008603-5250х250х16-1491,311043.914230447.4121202-3250х250х16-1436,481005.514210430.9121203-4160х100x10771,43501.4310160231.43810043-5250х250х16-1491,311043.914230447.4121205-7250х250х16-1491,311043.914230447.4121205-4110x70x8-134,7587.59106047.1686055-4110x70x8-134,7587.59106047.168603-4160х100x10771,43501.4310160231.4381002-4200х125х16958,97622.710190335.64101104-6200х125х16988,42642.4710200345.95101104-7110х70x8-155,16100.85106054.3186065-7250х250х16-1491,311043.914230447.4121204-7110х70x8-155,16100.85106054.318607-9250х160х16-1104,77718.112180386.67101207-675х 50x632,1120.87106011.2386077-9250х160х16-1104,77718.112180386.67101209-11250х160х16-1104,77718.112180386.67101209-6110x70x8-134,7587.59106047.1686084-7110х70x8-155,16100.85106054.318604-6200х125х16988,42642.4710200345.95101109-6110x70x8-134,7587.59106047.168606-8200х125х12882,75573.7910180308.9101006-1175х 50x6131,0885.2106045.8886099-11250х160х16-1104,77718.112180386.67101206-1175х 50x6131,0885.2106045.888606.5 Указания по конструированию фермыОсевые линии стержней должны в узлах пересекаться в одной точке - центре узла. Смещение осей поясов фермы при изменении сечения допускается не учитывать, если оно не превышает 1,5% от высоты пояса.Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах фермы следует принимать не менее а = 6 t – 20мм, но не более 80мм (здесь t - толщина фасонки, мм).Для обеспечения совместной работы составных стержней фермы на участках между узлами дополнительно ставят соединительные прокладки на расстояниях: в сжатых элементах - через 40i и в растянутых элементах - через 80 i друг от друга по 2-3 на элементе (где i - радиус инерции уголка относительно оси, параллельной плоскости расположения прокладок). Ширина прокладок 60 - 100мм.Фасонки принимаем толщиной t = 16мм (см. выше). Размеры фасонок принимаем из условий размещения сварных швов. Сварные швы, прикрепляющие элементы фермы к фасонкам следует выводить на торец элемента на длину 20мм. Расчетную длину швов для крепления пояса к фасонки принимаем на 10 – 20мм меньше длины фасонки. Соединение полуферм в середине пролета выполняется на болтах класса В диаметром 24мм на фланцах. К колонне ферма крепится сбоку, с помощью болтов диаметром 24мм класса В и нижнего фрезерованного торца листа на опорный столик.ЛИТЕРАТУРАМеталлические конструкции. Кудишин Ю.И., М.: Академия, 2006.Металлические конструкции. Общий курс. Учебник для вузов. Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведерников, и др.; Под общей ред.Е.И. Беленя- 6-е изд.СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. М.: ФГУП ЦПП, 2011.СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. М.: ФГУП ЦПП, 2011.Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81*). ЦНИИСК им. Кучеренко. М.: Госстрой России, 2003.СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: Госстрой РФ, 2003.ГОСТ 8509-93. Уголки стальные горячекатаные равнополочные.ГОСТ 26020-83. Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Сортамент. М.: Госстандарт России, 2002. ГОСТ 8240-97. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент.ГОСТ 4121-96. Рельсы крановые. Технические условия. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. М.: Госстрой России, 2003.