Проектирование основных конструкций стального каркаса одноэтажного промышленного здания

Расстояние между узлами решетки  принимаем: l_в1=182 см. Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы.

Для подкрановой ветви: l_х1=182/3,5=52; j_х1=0,849;

s=N_в1/j_х1A_в1= =19,68 кН/см²<R=23 кН/см².

Для наружной ветви: l_х2=182/4,8=37,9, j_х2=0,908;

s=N_в2/j_х2A_в2= =19,25 кН/см²< R=23 кН/см².

 

Расчет решетки подкрановой части колонны.

 

Поперечная сила в сечении колонны Q_max=156,1 кН.

кН

→ Расчет решетки ведем на Q_max.

 

Усилие сжатия в раскосе

N_p= Q_max/2sina=

=105,5кН

sina=h_н/l_p=

=0,808;

Задаемся l_р=100; j=0,56.

Требуемая площадь раскоса  A_p.тр=N_p/(jRg)= =10,92 см²;

R=23 кН/см²;g=0,75(сжатый уголок, прикрепляемый одной полоской).

Принимаем уголок 90х7:

A_p=12,3 см²;

i_min=1,78;

l_max=183/1,78=103;

l_p= =154,7 см;

j=0,51;

s=N_p/(jA_p)= =16,82 кН/см²< Rg=17,25 кН/см².

 

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.

 

Геометрические  характеристики всего сечения:

A=A_в1+А_в2=60,1+94,8=154,9 см²;

= 540302 см⁴;

i_x=59,1 см;

l_x=l_x1/i_x=33,94;

=36,36; a=55º→α₁=27, А_р1=2А_р=24,6 см² –площадь сечения раскосов по двум граням сечения колонны.

=1,21.

Для комбинации усилий, догружающих наружную ветвь M₂=822,4кНм; N₂=1598,63 кН; 

 

18,87кН/см²<R=23 кН/см².

Для комбинации усилий, догружающих подкрановую  ветвь:

М₁=-574,5 кНм; N₁=1366,42 кН:

18,11 кН/см²<R=23 кН/см².

 

4. . Расчет и конструирование узла сопряжения

верхней и нижней частей колонны

 

Расчетные комбинации усилий в сечении  над уступом:

1. M=217,5 кНм; N=144 кН;
2. M=-249 кНм; N=472 кН;

                Давление кранов D_max=1222,67 кН.

Прочность стыкового шва проверяем  по нормальным напряжениям в крайних  точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади  сечения колонны.

1-я комбинация М и N:

наружная полка:    

7,37кН/см²<R^св=23кН/см²;

внутренняя полка:

-5,85 кН/см²<Rр^св=19,55 кН/см².

2-я комбинация M и N:

наружная полка:

10,04 кН/см²<R^св=23 кН/см²;

внутренняя полка:

 -4,13 кН/см²< Rр^св =19,55 кН/см².

Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия по формуле:

t_тр³D_max/l_смR_рg_с= 1,03 см;

принимаем t_тр=1,2 см;

l_см=b_op+2t_п=34см; b_op=30см; t_пл=2_см; R_р=35,12 кН/см².

Усилие во внутренней полке верхней части колонны (2-я комбинация):

N_n=N/2+M/h_в= 789,33 кН;

Длина шва крепления вертикального  ребра траверсы к стенке траверсы:              

20,3 см;

Применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08А,

d=1,4-2 мм, b_f=0,9; b_z=1.05; k_f=6 мм; ; R_wf=18 кН/см²; R_wz=16,5кН/см²;

 b_f R_wf =16.2<b_z R_wz =17.3;

 l_ш2=20,3<85b_fk_f= =45.9 см.

В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы. Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы: N=472 кН, М=-249 кНм.

F=Nh_в/2h_н-М/h_н+D_max=

1507 кН

Требуемая длина шва: l_ш3= 38,76см; k_f=6мм

 l_ш3<85b_fk_f =46 см.

Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте  крепления траверсы определяем высоту траверсы по формуле:

85,24мм  принимаем h_тр=90 см

Проверяем прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями N, M, D_max. Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 370х12мм, верхние горизонтальные ребра – из двух листов 150х12мм.

Геометрические характеристики траверсы:

y_н=

40,5 см;

I_x=

=184852 см⁴; W_min=I_x/y_в=

3734,5 см³.

Максимальный изгибающий момент в  траверсе возникает при 2-й комбинации усилий:

M_тр=(-M/h_н+Nh_в/2h_н)(h_н-h_в)=

22733 кНсм;

s=М_тр/W_min=

6,1 кН/см²<R_y=23 кН/см²

Рис.9

 

 

Максимальная поперечная сила в  траверсе с учетом усилия от кранов возникает при М=-249 кНм, N=472 кН. =1018кН;

t=Q/t_трh_тр= 9,6 кН/см² < R_s=13,34 кН/см²_.

 

 

5. .  Расчет и конструирование базы колонны

 

Проектируем базу колонны раздельного  типа. Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны:

1. M=822,4 кНм; N=1599 кН;
2. M=-947 кНм; N=203 кН;

Усилия в ветвях колонны:

N_в1=N₁(y₂/h₀)+M₁/h₀=

860,2 кН;

N_в2=N₂(y₁/h₀)+M₂/h₀=

1657 кН.

 

База наружной ветви.

 

Требуемая площадь плиты:

А_пл.тр.=N_в2/R_ф=

1841см²;

R_ф=gR_б=1,2^.0,7=0,9 кН/см²( бетонB15 R_b=7,5 МПа).

По конструктивным соображениям свес плиты с₂ должен быть не менее 4см.

Принимаем В=50 см;

L_тр.=А_пл.тр./В= 39,5 см, принимаем L=40см;

А_{пл.факт.}= 2000 см^2> А_пл.тр.

Среднее напряжение в бетоне под  плитой:

s_ф=N_в2/А_{пл.факт.}=

0,83 кН/см².

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести  ветви расстояние в свету равно: 2(b_п+t_ст-z₀)= 25,2 см; при толщине траверсы 12 мм  с₁= 6,2 см.

Определяем изгибающие моменты  на отдельных участках плиты:

 

 

 

 

 

Рис.10

Участок 1: (консольный свес с=с₁=12,4 см)

М₁=s_фс²/2= 16 кНсм.

Участок 2: (консольный свес с=с₂=5см)

М₂=s_фс²/2= 10,4 кНсм.

Участок 3: (плита опертая на четыре стороны a=0,125, а=15см)

М₃=s_фа²a= 23,3кН см.

Участок 4: (плита опертая на четыре стороны a=0,125, а=2,6см) М₄=s_фа²a=0,7 кНсм

 

 

Принимаем для расчета М₁= М_max =23,3 кНсм.

Материал плиты базы – С235 R_y=220 МПа

Требуемая толщина плиты  2,5 см принимаем t_пл=3см.

Высоту траверсы определяем из условия  размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, d=1,4…2мм; k_f=8мм, b_f=0,9; b_z=1.05; ; R_wf=18 кН/см²; R_wz=16,5кН/см²; b_f R_wf =16.2<b_z R_wz =17.3;

Требуемая длина шва по формуле:

;

принимаем h_тр=34см.

l_ш.тр < 85b_f k_f =61,2 см;

Проверка прочности швов:

s_ш= =16,18 < b_f R_wf = 16,2  кН/см².

 

База подкрановой  ветви.

 

Требуемая площадь плиты:

А_пл.тр.=N_в1/R_ф=

=956 см²;

R_ф=gR_б=1,2^.0,75=0,9 кН/см²( бетон В15 R_b=7,5 МПа).

По конструктивным соображениям свес плиты с₂ должен быть не менее 4см.

Принимаем В=50 см;

L_тр.=А_пл.тр./В=20,5 см, принимаем L=32см;

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести  ветви расстояние в свету равно: 2(b_п+t_ст-z₀)= 26,8см; при толщине траверсы 12 мм  с₁= 6,55 см.

А_{пл.факт.}=1600 см².

Среднее напряжение в бетоне под  плитой:

s_ф=N_в1/А_{пл.факт.}=

=0,54 кН/см².

 

Рис.11

Участок 1: с=с₁=6.55 см; М₁=s_фс²/2= 11,6

кНсм.

 

Участок 2: с=с₂=5,35 см; М₂=s_фс²/2= 6,75 кНсм.

 

Участок 3:

М₃=s_фа²a= 8,5 кНсм.

 

 

 

Принимаем для расчета М₁= М_max =11,6 кНсм.

Требуемая толщина плиты  1,77 см принимаем 3см.

Высоту траверсы принимаем такую  же как и для наружной ветви. Сварка полуавтоматическая проволокой марки  Св-08А, d=1,4…2мм; k_f=8мм, b_f=0,9; b_z=1.05; ; R_wf=18 кН/см²; R_wz=16,5кН/см²;

 b_f R_wf =16.2<b_z R_wz =17.3;

Требуемая длина шва по формуле:

;

принимаем h_тр=24 см.

l_ш.тр < 85b_f k_f =53,6 см;

Проверка прочности швов

s_ш= =15,81< b_f R_wf = 16,2  кН/см².

Швы удовлетворяют требованиям  прочности. При вычислении суммарной  длины швов с каждой стороны не учитывалось по 1см на непровар. Приварку торца колонны к плите выполняем  конструктивными швами k_f=6мм, так как эти швы в расчете не учитываются.

 

Расчет анкерных болтов базы.

 

Анкерные болты рассчитываются на силу:

- наружная ветвь

→ количество болтов n=1 принимаем конструктивно;

- подкрановая ветвь

Требуемая площадь болта:

;

;

Принимаем d_анк=36 мм: А_bn=8.16 cм², глубина заделки 1300 мм.

 

6. Конструирование   и расчет стропильной  фермы.

 

6.1. Сбор нагрузок.

 

1. Постоянная нагрузка.

Рис.12

 

 

Нагрузка от покрытия: q_кр=1,064 кН/м²

Равномерно распределенную нагрузку  приводим  к сосредоточенным силам,  приложенным в узлах фермы:

;

Опорные реакции:

R_пр=R_лев= 105.34  кН.

 

2. Снеговая нагрузка.

Расчётная нагрузка:

Равномерно распределенную нагрузку  приводим  к сосредоточенным силам,  приложенным в узлах фермы:

;

R_пр=R_лев=301кН.

 

3. Нагрузка от рамных моментов.

1-я комбинация: М_1max=-629,84 кНм (1,2,4,5,8), М_2соот=-626,1 кНм;

2-я комбинация: М₁=-629,84-(-347,96)=-281,9 кНм,

М_2соот=-626,1-(-347,96)=-278 кНм;

4. Нагрузка от распора рамы.

1-я комбинация: Н₁=-12,83+(-40,7-61,23-19,97+3,69+5,42)0,9=-114,3 кН;

Н₂=-12,83+(-40,7-40,87-6,23+4,07-5,81)0,9=-93,42 кН;

2-я комбинация: Н₁=-12,83+(-61,23-19,97+3,69+5,42)0,9=-77,7 кН;

Н₂=-12,83+(-40,87-6,23+4,07-5,81)0,9=-56,79 кН.

 

Рис.13

 

 

 

6.2. Подбор сечения  элементов фермы

 

Усилия в элементах фермы  определяем отдельно для  каждого вида загружения с помощью диаграммы Максвелла-Кремоны.

 

Расчетные сочетания  нагрузок и  подбор сечения элементов фермы  сведены в таблицы. 

 

Рис.15 Диаграмма усилий от постоянной нагрузки

 

 

 

Рис.16 Диаграмма усилий  от снеговой нагрузки

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.17 Диаграмма усилий от единичного момента приложенного слева.    

Элемент	№ стержня	Усилия от постоянной нагрузки	Усилия от снеговой нагрузки		Усилия от опорных моментов				Усилия от распора	Расчетные усилия
			nc=1	nc=0,9	S1 от М1=1	S2 от М2=1	S1хМ1	S2хМ2		№ усилий	Растяжение	№ усилий	Сжатие
		1	2а	2б			3	4	5
Верхний пояс	В1-1	0	0	0	-0,3175	0	199,97	0	0	3	199,97
	В2-3	-182,9	-522,6	-470,34	-0,2648	-0,0529	166,91	33,18	0			1+2а	-705,5
	В3-4
	В4-6	-292,6	-836	-752,40	-0,2118	-0,1059	133,53	66,37	0			1+2а	-1128,6
	В5-7
	В6-9	-329,1	-940,2	-846,18	-0,1589	-0,1589	100,15	99,55	0			1+2а	-1269,3
Нижний пояс	Н-2	100,6	287,4	258,66	0,2912	0,0265	-183,28	-16,91	-52,05	1+2а	388	1+3+4+5	-151,64
	Н-5	246,9	705,4	634,86	0,2383	0,0794	-149,90	-49,46	-47,85	1+2а	952,3	1+3+4+5	-0,31
	Н-8	320	914,3	822,87	0,1853	0,1324	-116,20	-82,65	-43,65	1+2а	1234,3
Раскосы	1-2	-145,8	-416,60	-374,94	0,0384	-0,0384	-23,93	23,79	0			1+2б+3	-542,87
	2-3	119,3	340,90	306,81	-0,0384	0,0384	24,56	-24,42	0	1+2б+3	450,67
	4-5	-92,8	-265,10	-238,59	0,0384	-0,0384	-24,56	24,42	0			1+2б+3	-355,95
	5-6	66,3	189,40	170,46	-0,0384	0,0384	24,56	-24,42	0	1+2б+3	261,32
	7-8	-39,8	-113,70	-102,33	0,0384	-0,0384	-24,56	24,42	0			1+2б+3	-166,69
	8-9	13,3	38,00	34,20	-0,0384	0,0384	24,56	-24,42	0	1+2б+3	72,06
Стойки	3-4	-19,2	-54,72	-49,25	0	0	0	0	0			1+2а	-73,92
	6-7	-19,2	-54,72	-49,25	0	0	0	0	0			1+2а	-73,92
	9-10	-19,2	-54,72	-49,25	0	0	0	0	0			1+2а	-73,92