Расчет и конструирование металлического каркаса одноэтажного производственного каркаса

2) -M_max= -163,96 кНм; N_соотв=-422,89 кН;

Давление кранов D_mах = 1735,9 кН.

Прочность   стыкового шва (w₁) проверяем по нормальным напряжением в крайних точках сечения надкрановой части колонны. Площадь шва равна площади сечения колонны.

Первая комбинация усилии M и N:

здесь R_wy=R_y

внутренняя полка

Вторая комбинация усилий M и N:

наружная полка

внутренняя полка

толщину стенки траверсы определяем из условия смятия

d=D_max/(l_ef  ∙ t_wtp) R_{p c}

_где l_ef=b_o.p+2t_пл – длина сминаемой поверхности;

t_пл – толщина плиты, которую принимаем t_пл =2см,

b_o.p – ширина одного ребра подкрановой балки, b_op=36см

t_wtp – толщина стенки траверсы;

R_p – расчётное сопротивление стали снятию торцевой поверхности

R_p=R_un/ _m=370/1,025=360Мпа

L_ef=b_op+2∙t_пл=36+2∙2=40см

T_wtr D_max/(l_ef  ∙ R_p ∙ _c)=1735,9/(40 ∙ 36)=1,2 см

Принимаем t_wtr=1,2см

Усилия во внутренней полке верхней части колонны (вторая комбинация)

длина шва крепления  вертикального ребра траверсы к  стенке траверса (W2) при приварке четырьмя швами

Применяем полуавтоматическую сварку проволокой марки Cв-08А, d=1,4….2мм.

Из таблицы 12 приложения находим B_f=0,9 B_z=1,05

назначаем k_f=6мм,

R_wz=0,45∙R_un=0,45∙370=166,5Мпа=16,65кН/см²

По таблице 13 приложения

R_wf=180Мпа=18кН/см²

B_fR_{wf wf}=0,9∙18=16,2 кН/см²< B_zR_{wz wz}=1,05∙16,2=17 кН/см²

l_w2=9,7см<85∙β_f ∙k_f =85∙0,9∙0,6=46см

 

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

Для расчета  шва крепления  траверсы к подкрановой  ветви (w3) составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую  реакцию траверсы. Такой комбинацией будет являться сочетание 1,2,3*,4(-):

N = 221,76+180,95= 402,71 КН, М =-85,88-70,27+119,38-125,6-64,76 =

=-227,13кНм

F=N·h_в/2 h_H-М/ h_H+0,9 D_mах=402,71 ∙ 100/(2 ∙ 150) - 22713/150 + 0,9 ∙ 1735,9 = =1545,1 кН,

здесь коэффициент  «0,9»  учитывает, что усилия N и М приняты для второго основного сочетания нагрузок.

 

Требуемая длина  шва

ℓ_w3^треб= F/(4∙ β_f ∙ k_f ∙ R_wf ∙ γ _wf =)=1545,1/(4 ∙ 0,6 ∙ 16,2) = 39,7см≈40cм

ℓ_w3^треб>85 ∙ β_f ∙ k_f =85 ∙ 0,9 ∙ 0,6 = 46 см,

Из условия  прочности срезу стенки  подкрановой  ветви, в месте крепления траверсы, определяем высоту траверсы

     h_тр≥F/2∙t_wв∙ R_s ∙ γ _c =1545,1/2∙0,76∙15∙1=68cм

где t_wв ^- толщина стенки подкрановой ветви (45Б2);

R_s - расчетное   сопротивление стали срезу;

R_s=0,58∙ R_yn ∙ γ _m   = 0,58 ∙ 265/1,025 = 150 МПа = 15 кН/см²

Принимаем h_тр = 80 см

Проверим прочность  траверсы как балки, нагруженной  усилиями М, N и D_mах. Ширина нижнего пояса траверсы b_тр = h _w^’-3мм=424-3=421≈420 мм.

Ширина верхнего горизонтального ребра траверсы

 b_р=( h _w’- t^тр_w) /2 - (20... 30 мм) = (424-12) / 2 - 20 = 162 мм.

 Конструктивно  принимаем нижний пояс траверсы  из листа размерами 

420 х 12 мм, верхние горизонтальные ребра из двух листов 170 х 12 мм.

 

Найдем геометрические характеристики траверсы.

Положение центра тяжести сечения траверсы;

y_н=(2∙17∙1,2 ∙ 64,4+1,2 ∙ 78,8 ∙ 40,6+1,2 ∙ 42 ∙ 0,6)/( 2 ∙17 ∙ 1,2+1,2 ∙ 78,8 + +1,2∙42)=35см.

I_x=1,2 ∙ 78,8³/12 + 78,8 ∙ 1,2 ∙ 5,6² + 1,2 ∙ 42 ∙ 34,4 ² +2 ∙ 17 ∙ 1,2 ∙ 29,4²=

=112736,6 см⁴.

W _min =I_x/ y_в= 112736,6/45=2505,3 cм³

y_в= h_тр – у_н=80-35=45 см.

Максимальный   изгибающий момент в траверсе возникает при второй комбинации усилий:

M_тр= F_тр1 (h_н – h_в) = [- М/ h_н + h_в / (2 h_н)] ∙ (h_н – h_в) =

= [16396 /150+422,89 ∙  100/(2 ∙ 150)] ∙ (150 - 100) = 12515,3 кН∙см

σ _тр = M_тр /W _min = 12515,3/2505,3 = 5,0 кН / см <R_y=26 кН/cм²

Максимальная    поперечная сила в траверсе (с учетом усилия от кранов) возникает  при  комбинации усилий 1,2,3*,4(-    (см. расчет шва 3):

Q_mах  =N ∙ h_в / (2 h_н) - M / h_н + k ∙ D_mах ∙ 0,9 / 2 = 402,71 ∙ 100/(2 ∙ 150)-

-(-22713)/150+1,2 ∙ 1735,9 ∙ 0,9/2= =1223,1 kH

Здесь коэффициент k  = 1,2 учитывает   неравномерную   передачу усилия D_mах

τ _тр = Q_mах /(t _wтр ∙h _wтр )= 1223,1 /(1,2 ∙ 69) = 14,8 кН/см² < R_s =26·0,58=

=15,08 кН/см².

Расчет  и конструирование базы колонны

Ширина нижней  части донны больше одного метра, поэтому  базу проектируем раздельного типа.

Исходные данные:

опорную  плиту   базы  колон принимаем из стали  С345, у которой при толщине проката 20 < t< 40 мм расчетное сопротивление R_у =300 МПа = 30 кН/см²;

Материал  фундамента - бетон В 12,5;   расчетные   комбинации усилий в нижнем сечении колонны 4-4;

а) для расчета  базы подкрановой ветви принимаем  комбинацию усилий N_mах, - М_соотв.

Здесь снеговая нагрузка не учитывается, так как она разгружает  подкрановую ветвь

N_mах1 = 1965,02-180,95=1784,07кН;

- М₁ = -606,29+90,04=-516,25 КН м;

б) для расчета  базы наружной    ветви принимаем  комбинацию усилий   

     N_mах,+М_соотв

     N_mах2 = 1965,02 кН;   + М₂ = 1463,59 кН м.

  Определим  усилия в ветвях колонны

     N_в1 = |N₁| y₂/h₀ + |M₁| / h₀ = 1784,07 ∙ 52,5/145,9 +51625/145,9 =996 кН;

     N_в2 = |N₂| y₁/h₀ + |M₂| / h₀ = 1965,02 ∙ 93,4 / 145,9 + 146359/145,9 =

=2261,2 кН;

 

База наружной ветви

Рассчитывается   как  база центрально сжатой колонны.

  Определим  размеры  опорной плиты. Требуемая  площадь плиты

     А_пл^тр = N_в2 / R_ф = 2261,2 / 0,9 = 2512,4 см², 

где R_ф =γ∙R_б = 1,2 ∙ 0,75 = 0,9 кН/см², для бетона класса В 12,5

R_б = 0,75 кН/см².

 

Клаcс бетона	В 7,5	В 10	В 12,5	В 15
Расчетное сопротивление  бетона осевому сжатию, Rб  МПа	4,5	6,0	7,5	8,5

 

По конструктивным соображениям свес плиты С₂ должен быть не менее

4 см. Тогда ширина  плиты

 В > b_K + 2 ∙ C₂ = 45,6 + 2 ∙ 4 = 53,6 см,   

где b_к = h_w^' + 2 ∙ t_f = 42,4 + 2 ∙ 1,6=45,6 см          

Принимаем В = 55 см.

 Требуемая длина плиты

  L_треб = А_пл^тр / В = 2512,4 / 55 = 45,7≈50 см,      Принимаем L = 50 см.

 

  А_пл = 50 ∙ 55 = 2750 см²  > А_пл^тр = 2512,4 см².

 

  Среднее напряжение в бетоне под плитой базы

   σ_ф = N_Β2 / А_пл = 2261,2 / 2750 = 0,8 кН/см²

 

       По условиям симметричного расположения траверс   относительно центра  тяжести ветви, находим расстояние между     траверсами в свету

 ℓ = 2(b_f + t_w – z₀) = 2∙ (16 + 2,0 – 4,1) =27,8см.                                                                                   

 

При толщине траверсы    t_тр=1,2 см.

С₁ = (L - ℓ – 2t_тр) / 2 = (50 – 27,8 - 2 ∙ 1,2) / 2 = 9,9 см

     Для   определения толщины   плиты  подсчитаем изгибающие моменты  на     отдельных ее участках (см.рис.4.6);

в защемлении консольного  свеса плиты на участке 1

                                 М₁ = б_ф ∙ С ₁²/2 = 0,8 ∙ 9,9 ²/2 =39,2 кН см;

в защемлении консольного  свеса плиты на участке 2

                         М₂ = б_ф ∙ С₂²/2 = 0,8 ∙ 4,7²/2 = 8,8кН см,

 

                         где  С₂ = ( В - б_к) / 2 = (55 – 45,6) / 2 = 4,7 см.

     Участок  3 – плита опертая на четыре  канта при,      b/а = h_w ^'/ б_f = 42,4 / 16 =2,65 

                                 М₃ = α б_ф а² = 0,125 ∙ 0,8 ∙ 16² = 24 кН см.

 

Коэффициент α  для расчета на изгиб плит, опертых  на четыре канта

 

b/a	1	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2	>2
α	0.048	0.055	0.063	0.069	0.075	0.081	0.086	0.091	0.094	0.098	0.1	0.125

 

участок 4 - плита, опертая на четыре канта, при

b/a= h _w’/(l-b_f - t_wтр)= 42,4/(27,8 - 16 – 2,0) =  4,3 >2,0

α = 0,125

М₄ = α б_ф а² =0,125 ∙ 0,8 ∙ 9,8 ² = 9,6 кН см.

Для расчета  принимаем максимальное значение изгибающего момента

     М_mах = М₁ =39,2 кН см;

Требуемая толщина  плиты 

     t_пл^тр = √6 М_mах / R_y=√6х39,2/30=2,8 см

Принимаем t_пл = 30 мм.

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. Будем считать, что все усилие в ветви передается на траверсу через четыре угловых шва. Применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08А α=1,4...2 мм, k_f = 8 мм.

Из условия  сопротивления срезу

ℓ_w= N_Β2 /(4 k_f ∙ β_f ∙ R_wf ∙ γ_wf ∙ γ_c)=2261,2/(4 ∙0,8 ∙ 0,9 ∙ 18) = 44 см

ℓ_w=44см<85 ∙ β_f ∙ k_f =85 ∙ 0,9 ∙ 0,8 = 61 см

Требуемая высота траверсы

h_тр^трeб = ℓ_w+ 1 см=44 + 1= 45 см,

принимаем h_тр = 45 см.

 

Анкерные болты

Рассмотрим  анкерные болты, закрепляющие подкрановую  ветвь.

Для расчета учитываем  комбинации усилий двух типов в сечений 4-4

1)+ M_max= 1486,55 кНм; N_соотв= -940,37 кН;

2)  N_min= -221,76 кН;  +М_соотв= 1062,98 кН м.

   Из условия  равновесия по моментам определим усилие растяжения болтов

Z= (М - |N| а /у;

Z₁= (1486,55 – 940,37 ∙ 0,525)/1,459 = 680 кН;

Z₂= (1062,98 – 221,76∙ 0,525) / 1,459 = 653 кН

Z_мах =  Z₁=  680 кН;

Для болтов принимаем  сталь Вст3кп2. Расчетное сопротивление  растяжению анкерных болтов из этой стали R_ва = 185 МПа =18,5 кН /см²

Требуемая площадь сечения  анкерных болтов.

∑ A_bn = Z_мах/  R_ва =680/18,5=37 cм²

Принимаем 2 болта диаметром по 56 мм

A_bn = 2∙20,5=41 см ²

Таблица 4.3

D, mm	30	36	42	48	56	64	72	80	90	100
Abn см 2	5.6	8.2	11.2	14.7	20.5	26.9	34.7	43.5	56.0	72.0

 

 

5. Расчет  и конструирование стропильной  фермы

Расчет стропильной  фермы производится в следующей  последовательности:

1. сбор нагрузок;
2. определение усилий в ее элементах;
3. подбор сечения стержней;
4. расчет сварных швов.

 

Сбор нагрузок на ферму

Постоянная нагрузка

Расчетная нагрузка от веса кровли и конструкций покрытия, равномерно распределенная по горизонтальной проекции покрытия без учета веса фонаря (см. табл.2.1):

Вес фонаря учитывается в местах фактического опирания фонаря на ферму, исходя из следующих расчетных значений:

а) вес каркаса  фонаря на единицу площади горизонтальной проекции фонаря

б) вес бортовой стенки и остекления на единицу длины  стенки фонаря

     Узловые силы:

   

Р_o, Р’₀ прикладываются к колоннам, поэтому в расчете фермы они не учитываются.

Опорные реакции:

     Расчетная снеговая нагрузка:

где g_f – коэффициент надежности по нагрузке.

При , принимаем

    Узловые силы: 1-й вариант

     Опорные реакции:

Опорные моменты и распор рамы

Стропильная ферма  является ригелем рамы, поэтому в  ее опорных сечениях возникают опорные  моменты и распор от приложенных  к раме постоянных и временных  нагрузок.

Первая комбинация

Первая комбинация используется для определения возможных дополнительных усилии в раскосах и верхнем поясе опорной панели и расчета опорного узла.