Проектирование основных конструкций стального каркаса одноэтажного промышленного здания

Hв=5,17м; Hн=10,03м; H=15,2м; L=36м; n=6.00; n1=24.0000; n2=3,09; a=0.60м; c=4,57м; Alпр.=0,5; qп=6,72кН/м;

 

 

 

 

 

Расчёт рамы со ступенчатыми стойками и с жестким

сопряжением ригеля со стойками

Усилия в сечениях левой стойки рамы Продолжение таблицы

N нагр.	Нагрузка		nc	Сечения стойки
				3 - 3			4 - 4
				M,кНм	Q,кН	N,кН	M,кНм	Q,кН	N,кН
1	ПОСТОЯННАЯ		1	-72,5948	-12,8266	-143,75	-138,908	-12,8266	-120,96
2	СНЕГОВАЯ		1	-176,032	-40,7338	-328,32	-386,625	-40,7338	-328,32
			0.9	-158,428	-36,6604	-295,49	-347,963	-36,6604	-295,49
3	Dmax.	на левую стойку	1	240,1529	-61,2248	0	-76,3794	-61,2248	0
			0.9	216,1376	-55,1023	0	-68,7415	-55,1023	0
4		на правую стойку	1	122,2984	-40,8739	0	-89,0199	-40,8739	0
			0.9	110,0685	-36,7866	0	-80,1179	-36,7866	0
5	T	на левую стойку	1	49,94282	20,59776	0	-28,9556	-19,9722	0
			0.9	44,94853	18,53798	0	-26,06	-17,975	0
6		на правую стойку	1	-7,41066	6,23103	0	24,80377	6,23103	0
			0.9	-6,66959	5,607927	0	22,32339	5,607927	0
7	ВЕТРОВАЯ	слева	1	0,920378	10,45417	0	37,461	3,687429	0
			0.9	0,82834	9,408751	0	33,7149	3,318686	0
8		справа	1	2,221251	-10,8701	0	-40,8802	-5,80799	0
			0.9	1,999126	-9,78312	0	-36,7922	-5,22719	0

Mп=-71,98кН*м; qc=18,24кН/м; Mc=-131,33кНм;

Mмакс=764,17кНм;    Mмин=-340,61кНм;   T=40,57кН; q1=1,31кН/м;

q2=0,98кН/м; W1=5,42кН; W2=4,07кН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Комбинации  усилий			Сечения стойки
			1-1		2-2		3-3		4-4
			М кНм	N кН	М кНм	N КН	М кНм	N кН	М кНм	N кН
+Mmax Nсоотв	nc=1	N нагрузок	1,2		1,8		1,3,5		1,7
		усилия	492,16	-531,06	1,68	-143,75	217,49	-143,75	-101,45	-120,96
	nc=0,9	N нагрузок	1,2,4,5,8		-		1,3,5,8		-
		усилия	913,84	-988,7	-	-	190,49	-143,75	-	-
-Mmax Nсоотв	nc=1	N нагрузок	1,7		1,3,5		1,2		1,2
		усилия	-946,96	-202,74	-574,5	-1366,42	-248,63	-472,07	-525,53	-449,28
	nc=0,9	N нагрузок	1,3,5,7		1,2,3,5		1,2,7		1,2,4,5,8
		усилия	-84,71	-1303,14	-557,61	-1539,64	-230,22	-439,24	-629,84	-416,45
Nmax +Mсоотв	nc=1	N нагрузок	1,3,5		1,3,5		1,2		1,2
		усилия	-374,93	-1425,41	-474,63	-1366,42	-248,63	-472,07	-525,53	-449,28
	nc=0,9	N нагрузок	1,2,3,5,8		1,2,3,5,8		1,2,3,5,8		1,2,7
		усилия	822,4	-1598,63	-465,73	-1539,64	32,07	-439,24	-453,16	-416,45
Nmax -Mсоотв	nc=1	N нагрузок	1,3,5		1,3,5		1,2		1,2
		усилия	-61,5	-1425,41	-574,52	-1366,42	-248,63	-472,07	-525,53	-449,28
	nc=0,9	N нагрузок	1,2,3,5		1,2,3,5		-		1,2,4,5,8
		усилия	395,81	-1598,63	-557,17	-1539,64			-629,84	-416,45

Табл. 3 Расчетные сочетания нагрузок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Определение расчетных усилий в стойке рамы

 

По изгибающим моментам и нормальным силам от каждого вида загружения  составляем наиболее невыгодные сочетания. При составлении сочетаний рассматриваются  два основных сочетания нагрузок:

• постоянная нагрузка плюс одна временная с коэффициентом сочетания n_c=1;
• постоянная нагрузка плюс не менее двух временных с коэффициентом сочетания n_c=0,9.

Эпюры от расчетных нагрузок, n_c=1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         Рис.6

 

5. Проектирование колонны

 

Проектирование ступенчатой колонны  выполняется раздельно для верхней (надкрановой) и нижней (подкрановой) частей.

 

1. . Определение расчетных длин колонны

 

Расчетные длины в плоскости  поперечной рамы определяются для нижней части (l_x1) и нижней частей (l_x2).

Так как Н_в/Н_н=l₂/l₁=0,52<0.6 и N_Н/N_в=3,84>3, то m  принимаем в соответствии с табл. 14.1 [3]

m₁=2 (для нижнего участка) и (для верхнего участка)

Тогда l_x1=m₁l₁=2006 см; l_x2=m₂l₂=1551 см.

Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей колонны равны соответственно: l_y1=1030 см, l_y2=517-60=457 см.

 

2. . Подбор сечения верхней части колонны

Материал – С235, R_y=230МПа

Сечение верхней части колонны  принимаем в виде сварного двутавра высотой h_в=450 мм. N=417 кН; M=630 кНм.

Определяем i_x и r_x по формулам: i_x=0,42h=18,9 см; r_x =0,35h=15,75 см;

Условная гибкость определяем значение .

Значение коэффициента h определяем по прил. 10 [3]: принимаем А_f/A_w=1.

Тогда h=1,4-0,02 =1,34, m_еf=h m_x=12,85;

 по прил.8(3) определяем значение  j_в = 0,095.

Определяем требуемую площадь  сечения А_тр= N/(j_еR)= =190,6см².

Компоновка сечения: задаемся предварительно толщиной пояса

t_п=22 мм и определяем высоту стенки по формуле 

h_ст= h-2 t_п=45-2*2,2=40,6 см;

 из условия местной устойчивости

=67,94 определяем минимальную толщину стенки t_ст=0,51см. Из конструктивных соображений назначаем толщину стенки t_ст=1 см и включаем в расчетную площадь сечения колонны два крайних участка стенки шириной . Далее определяем требуемую площадь полки

Из условия местной устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ширина полки b_n>l_y2/20=22,85.

. Принимаем b_п=340 мм.

Из условия  местной устойчивости полки  .

Рис. 7

 

Геометрические характеристики сечения:

 А₀=149,6+40,6= 190,2см²;

Расчётная площадь сечения с учётом только устойчивой части стенки: А=149,6+33,4=183см²; I_x= ;I_y=   ;

 W_x= 3292,8 см³; r_х= W_x/ А₀=17,3 см; =19,74  см; =8,7  см.

 

Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости  действия момента:

 

l_х=l_x2/i_x=1551/19,74=78,57;

=l_х =2,6; =8,74; A_п/А_ст= =1,84;

Значение коэффициента h определяем по прил. 10 [3]:

h=1,4-0,02 =1,35,

m_ef=hm_x=11,8; j_e=0,103;

; Недонапряжение 3,9%.

 

 

Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости  действия момента:

 

Максимальный момент в средней  трети расчетной длины стержня  найдем по формуле:

=

=-493 кНм>M_max/2=315кНм;

=6,8;   

 коэффициент

l_y=l_y2/i_y=457/8,7=52,53; j_y=0,846;

 

где:          a=0,65+0,05mx=0,99;     β=1;    =0,13;

=0,15       

Т.к. , то проверку устойчивости колонны из плоскости действия момента проводят с учётом всей площади сечения:

s=416,45/(0,14·0,846·190,2)=18,49<23 кН/см².

 

3. . Подбор сечения нижней части колонны

Материал – С235 Ry=230МПа

Сечение нижней части колонны сквозное, состоящее из двух ветвей, соединенных  решеткой. Высота сечения h_н=1250мм. Подкрановую ветвь принимаем двутаврового профиля, наружную – составного сечения из трех листов.

N₁=-1366,42 кН; M₁=-574,5 кНм – усилие и момент в подкрановой ветви;

N₂=-1598,63 кН; M₂=822,4 кНм – усилие и момент в наружной ветви;Qmax=156,1кН

Определим примерное положение  центра тяжести сечения:

z₀=5 см; h₀=h-z₀=120 см;

=70,65  см; 49,35 см;

Усилия в ветвях определим по формулам: N_в1=N₁(y₂/h₀)+M₁/h₀=

1040,69 кН;

N_в2=N₂(y₁/h₀)+M₂/h₀=

1626,5 кН.

 

Определяем  требуемую площадь каждой ветви  и назначаем сечение.

Для покрановой ветви: задаемся j=0,8; A_в1.= N_в1/φRγ=56,56 см²;

 по сортаменту  выбираем двутавр 40Б1:

 A_в1=60,1 см²;

i_x1=3,5 см;

i_y=16,8 см.

Для наружной ветви: j=0,8;   A_в2.=88,4 см².

Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между  полками принимаем таким же, как и в подкрановой ветви (376,2 мм). Толщину стенки швеллера принимаем равной t_ст=14 см, высота стенки швелера из условия размещения сварных швов h_ст=42 см.

Требуемая площадь  полок: А_п=(А_в2-t_стh_ст)/2=14,8 см².

Из условия  местной устойчивости полки швелера →

принимаем t_n=12 мм; b_n=150 мм.   Ап=18 см²

 

Геометрические характеристики ветви:

А_в2= =94,8 см²;

 z₀= =3,8 см.

I_x2= 461+675+1049,8=2185,8 см⁴;

I_y= =8643,6+16091,6=24735,2 см⁴;

=4,8 см; 

=16,15 см;

Уточняем положение центра тяжести  сечения колонны и усилия в  ветвях:

h₀=h_н-z₀=125-3,8=121,2 см; y₁= =74,18 см; y₂=121,2-72,46=47,02 см.

N_в1=N₁(y₂/h₀)+M₁/h₀=

1004,1 кН;

N_в2=N₂(y₁/h₀)+M₂/h₀=

=1657 кН.

Рис.8

 

Проверка устойчивости ветвей:

Из плоскости  рамы l_y=1003 см;

подкрановая ветвь: l_y=l_y/i_y=1003/16,8=59,7; по т. 72 [1] j_y=0,811;

s=N_в1/j_yA_в1= =20,6 кН/см²< R=23 кН/см²;

наружная ветвь: l_y=l_y/i_y= =62; по т. 72 [1] j_y=0,801;

         s=N_в2/j_yA_в2= =21,8 кН/см²< R=23 кН/см².

Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плосвости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки: l_х1 = l_в1/i_{х1 =}l_y =59,7; l_в1 =59,7i_х1 =209см.