Литература................................................................................................................43

1. Введение.

Цель курсового проекта по металлическим конструкциям: приобретение навыков в решении основных вопросов проектирования стального каркаса одноэтажного производственного здания.

• Освоить методику компоновки производственного здания.

• Определить нагрузки на несущие элементы каркаса здания.

• Определить расчётные сочетания нагрузок и расчётные усилия в несущих элементах каркаса.

• Произвести расчёт и конструирование колонны производственного здания и её узлов.

• Произвести расчёт и конструирование стропильной фермы и её узлов.

2. Компоновка конструктивной схемы каркаса.

Состав покрытия приводится в таблице 1. Стропильные фермы трапецеидальные с уклоном верхнего пояса i = 0,015, высотой на опоре мм. Высотой посередине :

мм

Основные компоновочные размеры поперечной рамы.

Вертикальные размеры:

Для крана грузоподъемностью Q = 80т. (средний режим работы):

; ; тип рельса КР-100; (по прил. 1 ).

1. Высота части колонны над рельсом: ,

где – зазор между нижним поясом фермы и краном.

Принимаем кратное 200мм.

2. Высота колонны от пола до низа ригеля:

,

где – отметка головки кранового рельса.

Принимаем кратное 1800мм.

3. Надкрановая часть колоны:

где - по прил.1[3].

Подкрановая часть колонны:

Заглубление базы ниже уровня пола принимаем 1000мм.

Полная высота колонны:

Горизонтальные размеры ( -по прил. 1. [3])

Для здания среднего режима работы не предусматривается специальный проход в теле колонны или рядом с колонной, поэтому принимаем привязку разбивочной оси к наружной грани колонны (а=250мм) высоту сечения верхней части колонны не менее ( ).

Назначаем (кратно250 мм).

Из условия жесткости .

Принимаем .

Пролёт мостового крана .

Сечение верхней части колонны принимаем сплошным, двутавровым. Сечение нижней части - сквозным.

Рис. 2. Система связей

3. Расчёт поперечной рамы каркаса. Сбор нагрузок.

В соответствии с конструктивной схемой (рис. 1) принимаем расчётную схему (рис 4).

В качестве расчетной принимаем схему рамы с жестким сопряжением ригеля с колоннами и с жестким сопряжением колонны с фундаментом, т.е. схему жесткой рамы без шарниров.

Соотношение моментов инерции принимаем в соответствии с рекомендациями ([1], стр. 287) тогда относительные величины

Эксцентриситете смещения осей верхней и нижней части колонны:

.

Эксцентриситете давления крана:

.

Эксцентриситете опорного узла стропильной фермы:

Нагрузки на поперечную раму.

Все нагрузки подсчитываются с учётом коэффициента надёжности по назначению стр.34 [2].

Постоянная нагрузка от покрытия.

Таблица 1.

№ №	Состав покрытия	Нормативная, кПа		Расчётная, кПа
1.	Стальной профильный настил t=0,8мм	0,12	1,05	0,126
2.	Прогоны пролетом 6м	0,05	1,05	0,052
3.	Собственный вес металлических конструкций шатра.	0,40	1,05	0,42
4.	Связи по покрытию	0,05	1,05	0,0525
	Итого:	0,62		0,651

Постоянная нагрузка.

Нагрузка на 1 кровли подсчитана в таблице 1.

Расчётная равномерно распределённая линейная нагрузка на ригель рамы:

где: -равномерно распределённая нагрузка на 1 покрытия,

принимая из таблицы 1.

-шаг ферм, равный шагу поперечных ферм;

соs – косинус угла наклона плоскости кровли к горизонтали.

Опорная реакция ригеля рамы:

F_R = q_п*L/2 = 3,71 * 36 /2 = 66,7 кН

Расчётный вес верхней части колонны 20% веса всей колонны, равен:

Нижняя часть колонны составляет 80% веса всей колонны:

где: – коэффициент надёжности по нагрузкам [2]

– нормативная нагрузка, принимаемая по таблице 12.1 [3]

– пролёт поперечной рамы.

Поверхностная масса стен , переплётов с остеклением .

Вес стен и верхней части колонны F1:

где:

-ширина полосы остекления,

-выступ стены парапета.

В нижней части колонны ширина остекления , а общая высота стены

Снеговая нагрузка.

В соответствии с [2] расчетная снеговая нагрузка для района строительства г. Москва (III район) .

Линейная распределённая нагрузка от снега на ригель рамы по формуле:

где: – коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1 проекции кровли, при уклоне .

Опорная реакция ригеля рамы:

F_R = q_п*L/2 = 10,26 * 36 /2 = 184,68 кН

Вертикальные усилия от мостовых кранов.

Характеристики крана грузоподъемностью 80т (приложение 1 [3]):

Н=4350мм, В=9180мм, 392кН, 422кН.

Максимальное давление кранов на колонну-

где - по таблице. 12.1 [3].

коэффициенты надежности по нагрузке и сочетания; принимаемые 1,1 и 0,95 для двух кранов с режимом работы 6к в соответствии с [2]:

ординаты линии влияния, рис. 3.

полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке.

ширина тормозной площадки.

.

Минимальное давление колеса крана определяем по формуле 12.6 [3].

где: вес крана с тележкой;

грузоподъёмность крана;

число колёс с одной стороны крана.

Минимальное давление крана на колонну вычисляется аналогично формуле для .

Сосредоточенные моменты и от вертикальных усилий вычисляем по формулам 12.7 [3].

где

Горизонтальная сила от мостовых кранов, приходящейся на одно колесо с одной стороны крана:

формула 12.4 [3].

Горизонтальное давление крана на поперечную раму Т (формула 12.8 [3]):

Считаем точку приложения силы Т на уровне головки рельса подкрановой балки.

Рис. 3. Линии влияния давления кранов.

Ветровая нагрузка.

Нормативный скоростной напор ветра смотрим в [2] . Тип местности В-см. Приложение [2], коэффициенты К для 5м-0,5; для 10м-0,65; для 20м-0,85; для 40м-1,1. По формуле 12.10 [3]:

Линейная распределённая нагрузка при высоте:

До 5м-

До 10м-

До 20м-

До 40м-

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки – формула 12.12 [3]:

;

величины ветровой нагрузки, соответствующие высотам – верху здания – отметка верха парапета; -уровню нижнего пояса ферм:

получаем:

.

4. Статический расчёт рамы и определение расчётных усилий.

Статический расчет рамы можно выполнить на персональном компьютере. Для этого необходимо подготовить данные для конкретной рамы и ввести их в ЭВМ. Принятая расчетная схема, показанная на рис.4, представляет собой жесткую раму без шарниров.

Учет пространственной работы осуществляется введением реактивного отпора RM при действии D_max и D_min, а также реактивного отпора RT, при расчете на горизонтальную тормозную силу.

RM = ,

RT = .

где: r_1p – реакция дополнительной связи в основной системе рамы от крановых моментов;

- реакция дополнительной связи в основной системе рамы от поперечного торможения кранов.

Коэффициенты и для блока из семи рам с одноступенчатыми колоннами. (таблица 12.2 [6]):

	0,00	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,1	0,15	0,2	0,5
	0,86	0,77	0,73	0,71	0,69	0,67	0,62	0,58	0,56	0,46
	-0,14	-0,2	-0,22	-0,24	-0,25	-0,25	-0,26	-0,26	-0,26	-0,25

Коэффициенты для определения реакции в ступенчатой стойке с защемлёнными стойками от смещения опоры (из таблицы 12.4 [6]).

	0,10	0,15	0,20	1,00
0,20	5,203	5,82	6,365	12,0
0,25	5,195	5,8	6,315
0,30	5,182	5,77	6,283
0,35	5,11	5,73	6,263
0,4	4,956	5,67	6,248

Выражения коэффициентов в формулах принимаем по табл. 12.3.

;

По формуле 12.20 [6] вычислим:

где: n₀ – число колёс с одной стороны кранов на одной нитке подкрановых балок – n_o= 8;

y_i-сумма ординат линии влияния реакции рассматриваемой рамы –

= 2,841 (определяется по схеме 3.).

Коэффициенты упругого отпора и можно определить по табл.12.2 6 в зависимости от параметра :

По формуле 12.15 [6]:

где:

В – шаг поперечных рам;

Н – высота колонн;

ΣJ_н – сумма моментов инерции нижних частей колонн;

J_п=J_св+J_кр;

J_св – момент инерции продольных связей по нижним поясам стропильных ферм; J_кр – эквивалентный момент инерции кровли.

d – коэффициент приведения ступенчатой колонны к эквивалентной по смещению колонне постоянного сечения:

При жёстком сопряжении ригеля с колонной – d = ( - коэффициент при определении опорной реакции от смещения стойки см. табл. 12.4 [6].

Принимаем J_н/J_п=1/4.

n₁ = J_в/J_н = 0,2;

= H_в/Н = 6,35/20,8 = 0,31 (H_в = 6,35м; H = 20,8м)

Для жёсткой рамы коэффициент d = /12, где ^ = 6,279 из таблицы 12.4[6].

d = 6,279/12 = 0,523

=(1*0,523*6³⁾/(20,8³*4)=0,0125

α = 0,76; = - 0,205

=1-0,76+0,205*(8/2,841-1)=0,612

Вычисляем реакцию связевых ферм RM от вертикального давления кранов (крановых моментов):

= H_в/Н = 6,35/20,8 = 0,31

;

;

;

= =

Вычисляем реакцию связевых ферм RT от тормозной силы T:

Из расчётной схемы действия тормозной силы T видно, что , поэтому вышеперечисленные коэффициенты: λ, , μ, ℓ, a, в, k те же.

;

Рис. 4. Расчетные схемы и нагрузки на раму.

Исходные данные статического расчёта показаны на схемах рисунок 5:

Схема 1. Компоновочные параметры рамы и соотношения жесткостей элементов рамы. Отметки узлов рамы даются в метрах от уровня пола цеха. Нагрузки даются в килоньютонах, положительное направление векторов показано на схемах.

Схема 2. Расположение и величины постоянной нагрузки, включая давление подстропильных ферм.

Схема 3. Расположение и величина снеговой нагрузки, включая давление от подстропильных ферм.

Схема 4. Вертикальные крановые нагрузки и и реактивный отпор RM

Cхема 5. Горизонтальное давление кранов Т и реактивный отпор RT.

Схема 6. Ветровая нагрузка.

Определение расчетных усилий в левой стойке рамы.

Таблица 5 расчетных усилий заполняется по данным статического расчета рамы на ЭВМ (табл. 2, 3 и 4).

Строка 1. Постоянная нагрузка таблицы 5 расчетных усилий заполняется по данным статического расчета рамы, столбец 1 (табл. 2, 3 и 4), номера сечений 1-4.

Строка 2. Снеговая нагрузка таблицы 5 расчетных усилий заполняется по данным статического расчета рамы, столбец 2 (табл. 2, 3 и 4), номера сечений 1-4.

Строка 3. Крановая нагрузка D_max на левую стойку таблицы 5 расчетных усилий заполняется по данным статического расчета рамы, столбец 4 (табл. 2, 3 и 4), номера сечений 1-4.

Строка 3'. Крановая нагрузка D_min на левую стойку таблицы 5 расчетных усилий заполняется по данным статического расчета рамы, столбец 4 (табл. 2, 3 и 4), номера сечений 8-5. Знак поперечной силы из таблицы 2 в таблице 3 сменить на противоположный.

Строка 4. Крановая нагрузка Т на левую стойку таблицы 5 расчетных усилий заполняется по данным статического расчета рамы, столбец 5 (табл. 2, 3 и 4), номера сечений 1-4. Перед числовыми значениями строки 4 ставится знак , т.к. тормозная сила может передаваться на каркас как слева направо, так и наоборот.

Строка 4'. Крановая нагрузка Т на правую стойку в таблице 5 расчетных усилий заполняется по данным статического расчета рамы, столбец 5 (табл. 2, 3 и 4), номера сечений 8-5. Перед числовыми значениями строки 4 ставится знак , т.к. тормозная сила может передаваться на каркас как слева направо, так и наоборот.

Строка 5. Ветровая нагрузка на левую стойку в таблице 5 расчетных усилий заполняется по данным статического расчета рамы, столбец 3 (табл. 2, 3 и 4), номера сечений 1-4.

Строка 5'. Ветровая нагрузка на правую стойку в таблице 5 расчетных усилий заполняется по данным статического расчета рамы, столбец 3 (табл. 2, 3 и 4), номера сечений 8-5. Знак поперечной силы из таблицы 2 в таблице 3 сменить на противоположный.

Изгибающие моменты.

Таблица 2.

Номера сечений	Нагрузки.
	Пост.	Снег.	Ветер.	Кран-D.	Кран-Т.
1	26,4	157,3	-236,4	64,1	-219,8
2	-6,0	-69,2	15,3	-413,8	48,5
3	-31,1	-91,8	15,7	190,6	48,7
4	-83,6	-191,4	56,3	-19,5	-12,9
5	-83,6	-191,4	-61,5	-77,2	-60,6
6	-31,1	-91,8	-11,3	58,2	3,4
7	-6,0	-69,2	-10,8	-118,1	3,5
8	26,4	157,3	223,7	189,8	149,1

Поперечные силы.

Таблица 3.

Номера сечений	Нагрузки.
	Пост.	Снег.	Ветер.	Кран-D.	Кран-Т.
1	3,9	-15,7	25,1	-33,1	18,6
2	3,9	-15,7	9,8	-33,1	18,6
3	3,9	-15,7	9,8	-33,1	18,6
4	3,9	-15,7	3,0	-33,1	-20,5
5	-3,9	15,7	5,4	21,3	10,1
6	-3,9	15,7	10,5	21,3	10,1
7	-3,9	15,7	10,5	21,3	10,1
8	-3,9	15,7	22,0	21,3	10,1

Продольные силы.

Таблица 4.

Номера сечений	Нагрузки.
	Пост.	Снег.	Ветер.	Кран-D.	Кран-Т.
1	-386,2	-180,8	3,3	-1206,7	1,4
2	-200,6	-180,8	3,3	-1206,7	1,4
3	-200,6	-180,8	3,3	1,6	1,4
4	-65,4	-180,8	3,3	1,6	1,4
5	-65,4	-180,8	-3,3	-1,6	-1,4
6	-200,6	-180,8	-3,3	-1,6	-1,4
7	-200,6	-180,8	-3,3	-354,7	-1,4
8	-386,2	-180,8	-3,3	-354,7	-1,4

Рис. 5. Эпюры расчета усилий в раме.

Таблица расчётных усилий в левой стойке рамы.

Таблица 5.

№	Нагрузки			Сечения стойки
				4–4		3–3		2–2		1–1
				M	N	M	N	M	N	M	N	Q
1	Постоянная		1	-83,6	-65,4	-31,1	-200,6	-6,0	-200,6	26,4	-386,2	3,9
2	Снег		1	-191,4	-180,8	-91,8	-180,8	-69,2	-180,8	157,3	-180,8	-15,7
			0,9	-172,26	-162,72	-82,62	-162,72	-62,28	-162,72	141,57	-162,72	-14,1
3		на левую стойку	1	-19,5	-	190,6	-	-413,8	-1206,7	64,1	-1206,7	-33,1
			0,9	-17,55	-	171,54	-	-372,42	-1086,0	57,69	-1086,0	-29,8
3’		на правую стойку	1	-77,2	-	58,2	-	-118,1	-354,7	189,8	-354,7	21,3
			0,9	-69,48	-	52,38	-	-106,29	-319,23	170,82	-319,23	19,17
4	T	на левую стойку	1	12,9	-	48,7	-	48,5	-	219,8	-	18,6
			0,9	11,6	-	43,8	-	43,7	-	197,82	-	16,74
4’	T	на правую стойку	1	60,6	-	15,7	-	3,5	-	149,1	-	10,1
			0,9	54,5	-	14,1	-	3,15	-	134,19	-	9,09
5	Ветер	направо	1	56,3	-	15,7	-	15,3	-	-236,4	-	25,1
			0,9	50,67	-	14,13	-	13,77	-	-212,76	-	22,59
5’		налево	1	-61,5	-	-11.3	-	-10.8	-	223,7	-	-22
			0,9	-55,35	-	-10.17	-	-9.72	-	201,33	-	-19,8

Таблица расчётных комбинаций нагрузок.

Таблица 6.

Комб. усилий		Нагрузки	Сечения стойки
			4–4		3–3		2–2		1–1
			M	N	M	N	M	N	M	N	Q
	1	№ нагр.	-		1,3,4+		1,5		1,3’,4’+
		Усилия	-	-	208,2	-200,6	9,3	-200,6	365,3	-740,9	-
	0.9	№ нагр.	-		1,3,4+,5		-		1,2,3’,4’+,5’
		Усилия	-	-	198,4	-200,6	-	-	674,31	-868,15	-
	1	№ нагр.	1,2		1,2		1,3,4’-		1,5
		Усилия	-275,0	-246,2	-122,9	-381,4	-416,3	-1407,3	-210	-386,2	-
	0.9	№ нагр.	1,2,3’,4’-,5’		1,2,5’		1,2,3,4-,5		1,3,4-,5
		Усилия	-435,23	-228,12	-123,89	-363,32	-447,27	-1449,4	-326,49	-1472,23	-
	1	№ нагр.	-		1,3,4+		-		1,3,4’+
		Усилия	-	208,2	208,2	-200,6	-	-	239,6	-1592,9	-
	0.9	№ нагр.	-		1,3,4+,5		-		1,2,3,4’+,5’
		Усилия	-	198,4	198,4	-200,6	-	-	561,18	-1634,95	-
	1	№ нагр.	1,2		1,2		1,3,4’-		1,3,4-
		Усилия	-275,0	-275,0	-122,9	-381,4	-416,3	-1407,3	-129,3	-1592,9	-
	0.9	№ нагр.	1,2,3’,4’-,5’		1,2,5’		1,2,3,4-,5		1,2,3,4-,5
		Усилия	-435,23	-435,23	-123,89	-363,32	-447,27	-1449,4	-184,92	-1634,95	-
	1	№ нагр.	-		-		-		1,5’
		Усилия	-	-	-	-	-	-	250,1	-386,2	-
	1	№ нагр.	-		-		-		1,5
		Усилия	-	-	-	-	-	-	-210	-386,2	-
	0.9	№ нагр.	-		-		-		1,3’,4+,5
		Усилия	-	-	-	-	-	-	-	-	62,4

5. Конструирование и расчёт колонны.

Исходные данные по расчетным усилиям для проектирования колонны принимаем из таблицы 5.

Для верхней части колонны в сечении 4-4: N=-228,12кН; M=-453,23кН*м. В сечении 3-3 при том же сочетании нагрузок (1, 2, 3′, 4′, 5′): M=-115,34кН*м

Для нижней части колонны:

комбинация для расчёта подкрановой ветви

кН; кН*м

комбинация для расчёта наружной ветви

кН; кН*м.

кН

Расчёт сечения и узлов ступенчатой колонны с жёстким сопряжением ригеля с колонной и колонны с фундаментом Сталь марки С 245; Ry=24 кН/ . Бетон фундамента марки В12.5.

Определение расчётных длин участков колонн.

В плоскости рамы для ступенчатых колонн расчётные длины определяются раздельно для нижней и верхней частей колонн.

Для нижней части:

Для верхней части:

Так как и

Значения находим по таблице 14.1

При жестком сопряжении ригеля с колонной

Значения расчётных длин колонны в плоскости рамы:

;

Расчётные длины участков колонны из плоскости рамы:

;

Конструирование и расчёт верхней части колонны.

Сечение принимаем в виде сварного двутавра с высотой сечения .

Для симметричного двутавра:

Значение коэффициента определяем по приложению 10[3]. Предварительно принимаем тогда:

при из приложения 9[3].

Требуемая площадь сечения:

.

Компоновка сечения.

Высота стенки Принимаем предварительно толщину полок

Согласно формуле 14.15[3] при и из условия местной устойчивости:

Поскольку сечение с такой стенкой неэкономично, принимаем

Требуемая площадь сечения полки:

.

Из условий устойчивости верхней части колонны из плоскости рамы, ширина полки:

.

Из условий местной устойчивости:

Принимаем

Геометрические характеристики сечения:

Полная площадь сечения .

Расчётная площадь сечения с учётом только устойчивой части стенки:

.

;

; .

Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента по формуле:

;

; .

Значение коэффициента определяем по приложению 11 [3]:

при

при

получаем .

.

Недонапряжение:

Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента.

При согласно таблице 72[1].

Для определения найдем максимальный момент в средней трети расчётной длины стержня верхней части колонны.

.

По модулю условие выполнено.

При

Коэффициент (с) при определяется по следующей формуле:

где: а

получаем: ; ,

;

.

Принятое сечение удовлетворяет условию устойчивости из плоскости рамы

Конструирование и расчет сечения нижней части колонны.

Сечение нижней части сквозное, состоящее из двух ветвей, соединенных раскосной решеткой. Высота сечения . Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополосного двутавра, наружную – составного сечения из трёх листов (см. рис. 6).

Определим ориентировочное положение центра тяжести. Принимаем . .

Усилия в ветвях колонны: 1-подкрановой и 2-наружной определяем по формулам 14.19 и 14.20[3]:

.

.

Определим требуемую площадь сечения ветвей. Для этого зададимся при которой

.

.

Для подкрановой ветви подбираем по сортаменту двутавр №36:

.

Для наружной ветви принимаем просвет между внутренними гранями полок составного сечения, равный высоте сечения двутавра - Стенку принимаем из стандартного листа .

Требуемая площадь полки:

из условия местной устойчивости:

Принимаем: .

.

Геометрические характеристики ветвей:

.

.

.

.

.

.

Уточняем положение центра тяжести: .

.

.

Изменение и отличаются от первоначально принятых значений, поэтому выполняем перерасчёт усилий.

.

.

Проверяем устойчивость ветвей из плоскости рамы:

Подкрановая ветвь:

по таблице 72 [1]

Наружная ветвь:

.

Из условия равноустойчивости ветвей в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:

;

Окончательно принимаем - как длину, разделившую нижнюю часть колонны на равные участки. Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы:

- ветвь устойчива

- ветвь устойчива.

Расчёт решётки подкрановой части колонны.

Условная поперечная сила :

В расчёте принимаем фактическую поперечную силу .

Усилие сжатия в раскосе:

Задаёмся

Требуемая площадь раскоса:

C-245; (сжатый уголок, прикреплённый одной полкой).

Принимаем уголок .

(таблица 72 [3])

Рис. 6. Конструктивная схема колонны.

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единственного стержня.

Геометрические характеристики сечения:

.

Приведенная гибкость:

; b=100;

;

Для комбинации усилии, догружающих наружную ветвь (сечение 1-1).

;

Так как (приложение 9[3]);

Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь (сечение 2-2).

;

Проверки показали, что устойчивость колонны как единого стержня в плоскости рамы обеспечена. Из плоскости рамы устойчивость как единого стержня не проверяется, так как это условие устойчивость из плоскости рамы каждой ветви в отдельности.

Конструирование и расчёт узла сопряжения верхней и нижней частей колонны.

Расчётные комбинации усилий над уступом в сечении 3-3:

Давление кранов

Прочность стыков шва Ш-1 (рис. 7) проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны:

1-комбинация усилия:

наружная полка:

внутренняя полка:

2-комбинация:

наружная полка:

внутренняя полка:

Толщина стенки траверсы определяется из условия смятия:

.

Длина смятия определяется шириной опорного ребра подкрановой балки, которую считаем принятой равной 30см, и толщиной опорной плиты .

(по СниП П-23-81* п.3) для листовой стали С-245.

– ширина опорного ребра.

t= 2 см – толщина опорного листа подкрановой ступени.

Принимаем толщину траверсы .

Усилие во внутренней полке верхней части колонны при действии 2-ой комбинации:

.

Длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (ш. 2 рис. 7).

Для полуавтоматической сварки принимаем сварочную проволоку марки Св-0.8А, принимаем по таблице 34 [1].

Назначаем:

принимаем по таблице 3 [1].

/

В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы. Для расчёта шва крепления траверсы к подкрановой ветви (ш.3, рис. 7) составляем комбинацию, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы М=-122,9кНм; N=-381,4кН (сечение 3=3).

Требуемая длина шва:

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

где: - толщина стенки двутавра 36 по сортаменту;

согласно таблице 1[1].

Принимаем Из конструктивных соображений т.е. .

Проверить прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями N, M, . Найдём геометрические характеристики сечения траверсы (рис. 7). Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно 320*12 мм., верхние горизонтальные рёбра- из двух листов 160*12мм.

Положение центра тяжести сечения:

.

Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает при 2-ой комбинации усилий.

Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов:

k = 1,2 – коэффициент, учитывающий неравномерную передачу усилий

.

Рис. 7. Сопряжение верхней и нижней частей колонны.

Расчёт и конструирование базы колонны.

Ширина нижней части колонны равна 1м. Базу проектируем раздельного типа. Расчётные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечении 1-1):

• (для расчета базы наружной ветви);

• (для расчета базы внутренней ветви).

Усилия в ветвях колонны:

.

.

База наружной ветви.

Требуемая площадь плиты:

где: (бетон В12,5).

Ширина плиты равна (см. рис.8):

Принимаем В = 50см.

Принимаем 34см.

Среднее напряжение в бетоне под плитой.

.

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

При

Участок 1 (консольный свес ).

.

Участок 2 (консольный свес ).

Участок 3 (плита, опёртая на 4 стороны).

таблица 8.5 [3].

.

Участок 4 (плита, опёртая на 4 стороны).

.

Требуемая толщина плиты:

( 2 мм на фрезеровку).

Принимаем для листовой стали С-245 t=20-40мм.

Высоту траверсы определяем из условия размещения сварных швов. Сварка полуавтоматическая, проволокой Св-0,8А, d=1,4-2,0мм, = 0,6мм.

Принимаем высоту траверсы .

Проверка прочности траверсы производится как для балки на двух опорах.

Равномерно распределённая нагрузка:

Условие прочности траверсы имеет вид:

.

где: .

Рис. 8. База колонны.

Расчёт анкерных болтов.

Расчётные усилия в колонне для расчёта анкерных болтов:

Принимаем, что центр соединения анкерных болтов каждой ветви совпадает с центром оси ветви колонны. Усилия в анкерных болтах для сквозной колонны равны:

Принимаем анкерные болты из стали 40 Х «селект» - расчётное сопротивление болтов на растяжение по таблица 61*[1].

Принимаем по два болта с каждой стороны базы диаметром d=24мм.

Нагрузка на подкрановую ветвь меньше, чем на наружную.

Требуемая площадь опорной плиты:

.

Принимаем размер плиты: , .

Проверка фактического соотношения жесткости нижней и верхней частей колонны.

Отличие фактического соотношения составляет :

- допустимого расхождения.

6. Конструирование и расчёт сквозного сечения ригеля.

Постоянная распределённая нагрузка условно прикладывается в верхних узлах ферм. Равномерно распределённая нагрузка определена в таблице №1, из которой видно, что .

Схемы действия нагрузок показаны на рисунке 9.

Величина узловой постоянной нагрузки ;

где - длина панели по верхнему поясу, а В - шаг ферм.

Снеговая нагрузка определяется по СниП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». С учётом принятого уклона кровли i=0.015 коэффициент неравномерности снега С=1. Узловая снеговая нагрузка равна:

Нагрузка от опорных моментов (см.табл.6):

1-я комбинация нагрузок в сечении 4-4

1-я комбинация нагрузок в сечении 4-4 определяется без снеговой нагрузки:

Величины распоров Н определяются по эпюрам поперечных сил с учётом расчётных сочетаний нагрузок.

Для первой комбинации:

Для второй комбинации:

При вычислении усилий в нижнем поясе от каждой пары распоров принимается, что разность этих значений распределяется линейно между элементами нижнего пояса.

Статический расчёт фермы.

Рис. 9. Схемы нагрузок на ригель рамы.

Таблица 7.

Узел	Пост.	Снег-1	Снег-2	М-1	М-2
1	-66,8	-184,7	138,9	-6,1	-6,1
25	-66,8	-184,7	-45,7	6,1	6,1

Усилия в элементах фермы.

Таблица 8.

Элемент	Длина	Пост.	Снег-1	Снег-2	М-1	М-2
2-4	2800	-53,7	-148,5	-108,4	136,6	82,6
4-6	3000	-53,7	-148,5	-108,4	136,6	82,6
6-8	3000	-133,6	-369,6	-246,9	121,6	69,1
8-10	3000	-133,6	-369,6	-246,9	121,6	69,1
10-12	3000	-169,7	-469,2	-268,5	107,4	56,3
12-14	3000	-169,7	-469,2	-268,5	107,4	56,3
14-16	3000	-169,7	-469,2	-200,8	96,5	45,4
16-18	3000	-169,7	-469,2	-200,8	96,5	45,4
18-20	3000	-133,6	-369,6	-122,6	87,9	35,4
20-22	3000	-133,6	-369,6	-122,6	87,9	35,4
22-24	3000	-53,7	-148,5	-40,1	78,8	24,8
24-26	2800	-53,7	-148,5	-40,1	78,8	24,8
1-3	2800	0,0	0,0	0,0	-143,9	-89,2
3-5	3000	99,4	274,8	192,9	-129,0	-75,8
5-7	3000	99,4	274,8	192,9	-129,0	-75,8
7-9	3000	156,9	433,9	271,7	-114,4	-62,6
9-11	3000	156,9	433,9	271,7	-114,4	-62,6
11-13	3000	172,3	476,5	238,3	-100,6	-50,2
13-15	3000	172,3	476,5	238,3	-100,6	-50,2
15-17	3000	156,9	433,9	162,2	-92,2	-40,5
17-19	3000	156,9	433,9	162,2	-92,2	-40,5
19-21	3000	99,4	274,8	82,0	-83,4	-30,2
21-23	3000	99,4	274,8	82,0	-83,4	-30,2
23-25	2800	0,0	0,0	0,0	-74,4	-19,7
2-3	4215	80,8	223,5	163,1	11,0	9,9
3-6	4413	-67,2	-185,8	-124,3	-11,2	-10,1
6-7	4413	50,4	139,3	79,5	10,9	9,8
7-10	4480	-34,8	-96,2	-37,0	-10,7	-9,7
10-11	4480	19,1	52,7	-4,8	10,4	9,4
11-14	4547	-4,0	-11,1	45,7	-10,3	-9,3
14-15	4547	-4,0	-11,1	-56,9	6,3	7,3
15-18	4480	19,1	52,7	57,5	-6,3	-7,4
18-19	4480	-34,8	-96,2	-59,1	6,5	7,6
19-22	4413	50,4	139,3	59,9	-6,6	-7,7
22-23	4413	-67,2	-185,8	-61,4	6,8	7,9
23-26	4215	80,8	223,5	60,4	-6,6	-7,7
1-2	3150	-66,8	-184,7	-138,9	-6,1	-6,1
3-4	3192	-11,1	-30,8	-30,8	0,0	-6,1
7-8	3282	-11,1	-30,8	-30,8	0,0	-6,1
11-12	3372	-11,1	-30,8	-30,8	0,0	-6,1
13-14	3417	0,0	0,0	0,0	0,0	-6,1
15-16	3372	-11,1	-30,8	0,0	0,0	-6,1
19-20	3282	-11,1	-30,8	0,0	0,0	-6,1
23-24	3192	-11,1	-30,8	0,0	0,0	-6,1
25-26	3150	-66,8	-184,7	-45,7	6,1	6,1

Расчетные усилия в стержнях фермы Таблица 9.
Эл-т	N п/п	Пост нагр	Снег нагр.		M1 M2	M1` M2`	H1 H2	H1` H2`	Растяжение			Сжатие
		=1	=1	=0,9					N нагр.	S кН	N нагр.		S кН
		1	2	2′	3	3`	4	4`
Верхний пояс	2–4 4–6	-53,7	-148,5	-133,7	136,6	82,6					1,2		-202,2
	6–8 8-10	-133,6	-369,6	-332,6	121,6	69,1					1,2		-503,2
	10-12 12-14	-169,7	-469,2	-422,3	107,4	56,3					1,2		-638,9
Нижний пояс	1–3	0	0	0	-143,9	-89,2					1,3,4		-143,9
	3-5 5-7	99,4	274,8	247,3	-129,0	-75,8	-30,5	-23,72	1,2	374,2
	7-9 9–11	156,9	433,9	390,5	-114,4	-62,6	-9,77	-10,42	1,2	590,8
	11-13	172,3	476,5	428,9	238,3	-100,6	10,92	2,88	1,2	648,8
Раскосы	2-3	80,8	223,5	201,2	11,0	9,9			1,2	304,3
	3-6	-67,2	-185,8	-167,2	-11,2	-10,1					1,2		-253,0
	6-7	50,4	139,3	125,4	10,9	9,8			1,2	189,7
	7-10	-34,8	-96,2	-86,6	-10,7	-9,7					1,2		-131,0
	10-11	19,1	52,7	47,4	10,4	9,4			1,2	71,8
	11-14	-4,0	-11,1	-9,99	-10,3	-9,3			1,2	41,7	1,3		-14,3
			45,7	41,1
Стойки	1-2	-66,8	-184,7	166,2	-6,1	-6,1					1,2		-251,5
	3-4	-11,1	-30,8	-27,7	0	-6,1					1,2		-41,9
	7-8	-11,1	-30,8	-27,7	0	-6,1					1,2		-41,9
	11-12	-11,1	-30,8	-27,7	0	-6,1					1,2		-41,9

Таблица проверки сечений стержней										Таблица 10.
	Nэл	Расч. Усилие		Сечение	A,см2	Ix/Iy	ix/iy	x/y		min	Пров сеч		R
		растяж	сжат								растяж	сжат
Верхний пояс	2–4		-202,2	 75 x 6	17,56	280/280	3,44/2,9	81,4/96,6	120	0,585		19,68	24
	4–6		-202,2	 75 x 6	17,56	300/300	3,44/2,9	87,2/103,4	120	0,585		19,68	24
	6–8 8-10		-503,2	 110 x 8	34,4	300/300	4,28/4,87	70,1/61,6	120	0,754		19,4	24
	10-12 12-14		-638,9	 110 x 8	34,4	300/300	4,28/4,87	70,1/61,6	120	0,754		23,9	24
Нижний пояс	1–3		-143,9	 125 x 8	39,4	600/600	4,87/5,46	119,1/109,9	120	0,420		8,7	24
	3-5 5-7	374,2		 90 x 6	21,2	600/600	3,5/4,03	171/149	400		17,65		24
	7-9 9–11	590,8		 100 x 8	31,2	600/600	3,87/4,47	155/134	400		18,94		24
	11-13	648,8		 100 x 8	31,2	600/600	3,87/4,47	155/134	400		20,86		24
Раскосы	2-3	304,3		 75 x 6	17,56	422/422	3,44/2,9	122,7/145,5	400		17,3		24
	3-6		-253,0	 90 x 6	21,2	353/441	3,5/4,03	100,9/109,4	120	0,491		23,9	24
	6-7	189,7		 75 x 6	17,56	353/441	3,44/2,9	102,6/152,1	400				24
	7-10		-131,0	 90 x 6	21,2	358/448	3,5/4,03	102,3/111,1	120	0,465		13,3	24
	10-11	71,8		 70 x 5	13,72	358/448	2,72/3,22	131,6/139,1	400		5,23		24
	11-14	41,7	-14,3	 70 x 5	13,72	364/455	2,72/3,22	133,8/141,3	400		3,04		24
Стойки	1-2		-251,5	 90 x 6	21,2	315/315	3,5/4,03	90/78,2	120	0,612		19,38	24
	3-4		-41,9	 70 x 5	13,72	255/319	2,72/3,22	93,75/99,06	120	0,561		5,44	24
	7-8		-41,9	 70 x 5	13,72	263/328	2,72/3,22	96,7/101,9	120	0,523		5,84	24
	11-12		-41,9	 70 x 5	13,72	270/337	2,72/3,22	99,3/104,7	120	0,512		5,96	24

Подбор сечений стержней фермы

Подбор сечений сжатых и растянутых стержней производится в соответствии с [3] раздел 9.5. Рассмотрим пример подбора сечения сжатого и растянутого элементов фермы:

• Сжатый пояс (элемент 2-4 и 4-6)

N=202,2 кН; l_x=l_y=300см.

Принимаем предварительно , =0,688 (по табл. 72 [1])

.

Принимаем:  75x6;

; ; min=0,585

.

• Растянутый пояс (элемент 11-13)

N=648,8 кН; l_x=600см; l_y=600см.

.

Принимаем:  100x8;

;

Для конструирования фермы должно быть принято не более 6-7 типов сечений стержней. Для этого близкие сечения объединяются по большему профилю.

Расчет остальных элементов решетки и принятые сечения уголков приведены в табличной форме (см. таблицу №10). При проверке прочности элементов решетки (кроме опорных) введен коэффициент условий работы с=0,8.

Расчёт узлов фермы.

Расчёт сварных швов, соединяющих раскосы с поясами, производится из условия прочности этих швов (см. [3] стр. 285-297) . Длина сварных швов по обушку и по перу производится по формулам:

где:

Нижний опорный узел:

Определяем размеры швов для прикрепления нижнего пояса. .

Для тавра

Находим:

Конструктивно принимаем

Длина опорного столика определяется из условия прочности сварного шва на действие N=1.5Fф, где – опорная реакция от вертикальных нагрузок на нём. .

Для сварки принимаем проволоку Св-08Г2С d=1.4…..2мм.

Несущая способность шва определяется на границе сплавления основного металла и шва.

Принимаем

.

Прочность шва Ш2 проверяется по формуле:

.

Рис. 10. Нижний опорный узел.

Верхний узел сопряжения ригеля с колонной.

Усилие в верхнем поясе – наибольшее в крайней панели . Необходимая длина монтажных швов (сварных) толщиной

.

Сопряжение верхнего пояса фермы с колонной производится на болтах с помощью фланцев. Толщиной фланца принимается , как для жесткого узла сопряжения ригеля с колонной. Количество болтов:

для болта  24 мм из стали 35X.

Принимаем 3 болта, симметрично расположенных относительно центра тяжести сечения пояса фермы.

Рис. 11. Верхний опорный узел.

7. Литература.

1. СниП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1988г.

2. СниП 2.01.07- Нагрузки и воздействия. - М.: Стройиздат. 1988г.

3. Металлические конструкции. Учебник для ВУЗов (под редакцией Ю. И. Кудишин, 9-е изд. стер. – М.: Издательский центр «Академия»,2007г.-688с.

4. Соловьёв С.Л. Расчёт поперечной рамы одноэтажного производственного здания. КирПИ.1989г.

5. Соловьёв С.Л. Статический расчёт стропильных ферм. КирПИ.1989г.

6. Методические указания к курсовому проекту. Стальной каркас одноэтажного производственного здания. ВГТУ. Киров.1999г.

44