Реконструкция двухветвевой сквозной стальный колонны промышленного здания

 

Наибольшее значение этих усилий соответствует расчетным  комбинациям M и N в ветвях колонны. Таким образом, для шатровой ветви расчетными будут M₂=-1170,34 кН·м;

N₂=-2564,64 кН;

для подкрановой 

М₃= 1743,78 кН·м;

N₃=-2564,64 кН.

Требуемая площадь  сечения ветвей:

подкрановой 

шатровой    

Здесь N_v1 и N_V2 - усилия в ветвях колонны по таблице.  
 
 
 

В качестве мер по усилению принимаем увеличение сечения  колонны в плоскости наибольшей жёсткости по симметричной схеме, т.к. значения моментов при различных сочетаниях загружений меняют знак и могут достичь максимума в обеих ветвях.

Определим необходимое  сечение привариваемых пластин  пластин:

Геометрические  характеристики усиленной ветви сечения:

Площадь, необходимая  для обеспечения устойчивости стержня  колонны:

А_усил=А_req-А_I=139,44 -90,64=48,8 см²;

Ширину навариваемой детали принимаем из условия удобства приварки к основной конструкции  угловым швом. b=230-30=200мм

Толщину определяем расчетом

t_пл= ₌= 1,22см    Принимаем лист сечением 14х200мм.

J_х=J_Iх+ ₌₃₆₃₁+₌3651 см⁴;

J_y= J_Iу+₌66802+₌87640 см⁴;

i_x=4,92 см; i_у=24,39см;

Гибкости ветвей колонны: в плоскости рамы:

 

из плоскости  рамы

 

_{Таким образом площадь  поперечного сечения  составит:}

A_s=2·90,64+2·60·1.4=294,6 см²

Раскосы решетки  рассчитываем на фактическую поперечную силу:

Раскосы приняты из равнополочных уголков 75x5 с характеристиками:

_{Ar=7,39 см²; imin=2,31см;}

Q = 121,60 кН для сечения 4 при загружениях 1,2,3,5 и 8, соответствующих расчетным усилиям для шатровой ветви N₂ и M₂ в этом же сечении.

Усилие в раскосе  при расположении решетки в двух плоскостях

  
 

Проверка устойчивости в раскосах:

где = 0,731 - определяем по гибкости λ_r= 73,43;

 определяем с помощью интерполяции  между значениями

 
 

Требуется усиление раскосов. Приварим к уголку арматуру.

Рассчитаем требуемую  площадь арматуры:

A_req=A_L*0,35=2,58см²;

Требуемый диаметр:

_{Схема усиления раскоса:}

Подберём катет  шва для приварки арматуры к усиливаемому элементу:

;

;

По [4, табл.38*] принимаем катет шва 4мм для ручной сварки при пределе текучести стали до 430МПа. Сварку ведем проволокой Св-08ГА под флюсом. 

Проверка стержня колонны в плоскости действия момента:

(для комбинации  усилий, догружающих шатровую ветвь)

М₂= -1170,34 кН·м,

N₂ = -2564,64 кН)

где φ_e=0,431 - коэффициент понижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии, принимаемый для сквозных стержней по [4, табл. 75] в зависимости от условия приведенной гибкости и относительного эксцентриситета m=0,8;

- определяем с помощью интерполяции  между значениями;    при  и m=0,8

при и m=0,8

Окончательно  при при и m=0,8

A_s=2·90,64+2·60·1.4=294,6 см² - площадь сечения составного стержня.

Относительный эксцентриситет для сквозных сечений вычисляют  по формуле [4, п.5.27б]

где а=56,75 см - расстояние от оси х-х до оси наиболее сжатой ветви (в данном случае подкрановой  ветви); J_s=2[3651+147,3·(113,5/2)²]=956079,71 см⁴ - момент инерции сечения относительно оси х-х.

Приведенная гибкость для сквозного стержня [4, табл.7]

Здесь - гибкость сквозного стержня колонны без учета

упругой податливости решетки; - радиус инерции сечения; коэффициент, определяемый по [4, табл.7].

Условная приведенная  гибкость

Проверка  устойчивости для комбинации усилий с максимальным изгибающим моментом:

М= -1854,13 кН-м, N = -1215,6 кН

где φ_e=0,229 при и

- определяем с помощью интерполяции  между значениями;    при  и m=2,67

при и m=2,67

Окончательно  при при и m=2,67

Устойчивость стержня  сквозной колонны как единого  стержня из плоскости действия момента  не проверяется, так как она обеспечивается проверкой устойчивости отдельных  ветвей. 

Подбор  катета шва для  прикрепления пластин к ветвям колонны:

;

;

По [4, табл.38*] принимаем катет шва 6 мм для ручной сварки при пределе текучести стали до 430МПа. Сварку ведем проволокой Св-08ГА под флюсом. Пластины для обеспечения своевременного включения в работу, привариваются к ветвям колонны по всей длине, которая составляет 15м, сварку вести от середины к концам отправочного элемента усиления. 
 
 
 
 
 

Конструкция и расчет сопряжения надкрановой части  колонны с подкрановой 

Принимаем конструкцию  сопряжения надкрановой части колонны  с подкрановой по рис. 1; расчетную комбинацию по таблице в сечении 4.

М_t1=-470,73 кН·м, N_t1=-617,26 кН; М_t2= 216,97 кН·м, N_t2=-617,26 кН.

Усилие во внутренней полке надкрановой части колонны

где h'_v - расстояние между осями полок.

Усилие в наружной полке надкрановой части колонны

Длинна нахлестки  накладки, привариваемой к полке  верхней части колонны, при k_f=8мм (сварка ручная, электроды Э42):

по табл. 2 прил. 6 R_wt=180 МПа; R_wz=0,45·R_un=0,45·370=166,5 МПа;

по табл. 3 прил. 6 принимаем β_f=0,7; β_z=1,0;

так как  , т.е. , расчет ведем по металлу шва

принимаем

Расчетная длина  фланговых швов при определении  размеров нахлестки накладки не превышает величины [4, п. 12.8]. 

Определяем размеры  траверсы. Принимая конструктивно толщину  опорного листа подкрановой ступени  t=30мм, подсчитываем толщину стенки траверсы и вертикального листа подкрановой ветви из условия их прочности на смятие давлением подкрановых конструкции

где D_max=2012,87 кН-давление мостовых кранов;

G₃=49,48 кН - вес подкрановых конструкций;

- длина сминаемой поверхности  (b_d=32см - ширина опорного ребра подкрановой балки; t=3см -толщина опорного листа подкрановой ступени); Rp=336 МПа - расчетное сопротивление листового проката смятию торцовой поверхности (табл. 2 прил. 4).

Принимаем толщину  стенки траверсы t_tr=18мм.

Расчетное сечение  траверсы показано на рис.

Высота стенки траверсы принята из листа сечением 800x18мм; ее нижняя горизонтальная диафрагма - из листа 420x12мм, верхняя - из двух листов по 200х12мм. Полная высота траверсы - в  рекомендуемых пределах: (0,5...0,8)·h_n.

Найдем геометрические характеристики траверсы.

Положение центра тяжести  сечения траверсы

Момент инерции  сечения

Минимальный момент сопротивления 

Расчетные усилия в  траверсе как в однопролетной  балке, опирающейся на ветви колонны  и нагруженной сосредоточенной  силой Р₁ передаваемой внутренней полкой надкрановой части колонны на стенку траверсы:

(с учетом половины давления  от подкрановых конструкций на  траверсу);

Коэффициент 1,2 учитывает  неравномерную передачу усилия вследствие возможного перекоса поверхности опорных рёбер подкрановых балок.

Напряжение в  траверсе: 
 

от изгиба

от среза 

Проверяем принятую высоту траверсы на силу Q_tr из условия её крепления к подкрановой ветви двумя швами толщиной k_f=8мм (сварка полуавтоматическая):

по табл. 2 прил.6 R_wf=215 МПа; R_wz=0,45R_un=0,45·370=166,5MПa;

по табл. 3 прил. 6 принимаем β_f=0,9; β_z=1,05;

так как  т.е. 0,9·215>1,05·166,5, расчет ведем по металлу на границе сплавления.

что удовлетворяет принятой высоте траверсы.

Крепление вертикального  ребра подкрановой ветви производим на силу, равную половине :

Принимаем k_f= 8 мм. (табл. 4 прил. 6).

Стенку подкрановой  ветви колонны в месте крепления  траверсы и вертикального ребра  проверяем на срез от поперечной силы

Здесь 2-число срезов стенки; t_w= 1,1 см. - толщина стенки подкрановой ветви. Вертикальные ребра траверсы, к которым крепится внутренняя полка верхней части колонны, принимаем из листов 230х 18 мм ( из условия равнопрочности их площадь должна быть больше или равна площади полки колонны).

Определяем катет  шва, необходимый для крепления  этих ребер к стенке

траверсы, при 

Учитывая рекомендации табл. 4 прил. 6, принимаем k_f=6мм.

Крепление траверсы к шатровой ветви колонны:

принимаем k_f=6мм (табл. 4 прил. 6).

В целях однотипности размеров k_f принимаем катеты остальных швов 6 мм. 

Ввиду большого запаса прочности, усиление узла сопряжения подкрановой  и надкрановой частей колонны, усиление не требуется. 

    Конструкция и расчет базы колонны 

Проектируем раздельную базу, метод монтажа колонны –  безвыверочный. Расчетные усилия –  уточненные усилия в ветвях колонны. Для шатровой ветви , для подкрановой ветви . Проектируем базу колонны под подкрановую ветвь, как более нагруженную. База подкрановой ветви принимается такой же, как и шатровой. Материал фундамента – бетон класса прочности В10, Rb=0,6 кН/ - расчетное сопротивление бетона сжатию, соответствующее его классу прочности[1,табл.6.7] .