Металлический каркас одноэтажного производственного здания

7. Компоновка системы связей

Система связей состоит из двух комплексов: связи по шатру и вертикальные связи между колоннами.

Связи по шатру состоят: Связи по верхнему поясу, связи по нижнему поясу, вертикальные связи между фермами.

            На рис. 7 показана система связей, при этом учитывалось: пролеты L1=24м, L2=18м, сечение фермы - уголки, длина здания = 96м, Qmax = 30т, Режим работы 3К, Высота колонн hк = 19950мм.

Рис. 7.1 Схема связей по нижним поясам ферм

Рис. 7.2 Схема связей по верхним поясам ферм

Рис. 7.3 Вертикальные связи между колоннами по оси А

1 - колонны, 2 - распорки, 3 - вертикальные связи между фермами,

4 - верхние связи, 5 - нижние связи, 6 - подкрановые балки, 7 - прогоны

8. Расчет колонны. Надкрановая часть

Расчет колонны ведем как сжато-изгибаемого элемента. Верхняя часть колонны проектируется сплошного сечения, а нижняя - сквозного сечения.

Рис. 8.1 Расчетные схемы рамы и колонны

Определение расчетных длин

Расчетная длина подкрановой части колонны в плоскости рамы:

где - длина подкрановой части колонны,

- коэффициент зависящий от способа закрепления концов колонны, ее типа, соотношения моментов инерции и нагрузок и вида поперечной рамы.

где - коэффициенты привидения длины для нижней части колонны при  и  соответственно, по табл. 69 СНиП II-23-81 при

   ;

.

Расчетная длина надкрановой части колонны в плоскости рамы:

где - длина подкрановой части колонны,

.

.

Расчетная длина подкрановой части колонны из плоскости рамы:

где - расстояние между точками закрепления подкрановой части колонны из плоскости, расстояние от низа башмака до низа подкрановой балки,

 принимаем .

Расчетная длина надкрановой части колонны из плоскости рамы:

где - расстояние от низа стропильной фермы до верха подкрановой балки.

Подбор сечения надкрановой части колонны

Для надкрановой части колонны принимаем сечение в виде сварного симметричного двутавра высотой

Рис. 8.2 Сечение надкрановой части колонны

Для симметричного двутавра:

радиус инерции относительно оси х-х:

ядровое расстояние:

Условная гибкость:

где Е - модуль упругости стали,

Ry - расчетное сопротивление стали по пределу текучести, по табл. 51 СНиП II-23-81 для стали С345 при толщине листового проката от 2 до 10 мм

Относительный эксцентриситет:

где Mх и N - расчетные усилия в сечении 2-2 при сочетании нагрузок: 1+2+4+5+8+9.

В первом приближении примем , тогда по табл. 73 СНиП II-23-81 при  и  коэффициент влияния формы:

Приведенный относительный эксцентриситет:

По табл. 74 СНиП II-23-81 при  и  коэффициент устойчивости при сжатии с изгибом:

Требуемая площадь сечения:

Принимаем толщину полки  тогда высота стенки:

Принимаем толщину стенки:

Так как площадь стенки:

,

ширину полки  назначим по конструктивным требованиям.

Ширина полки из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента:

Из условия местной устойчивости полки:

Принимаем:

Определим геометрические характеристики принятого сечения.

Проверка местной устойчивости стенки

Считается, что местная устойчивость стенки обеспечена, если выполняется условие:

Напряжения в стенке от силы N:

Напряжения в стенке от момента М:

где  - наибольшее сжимающее напряжение в стенке;

 - напряжение у противоположной расчетной границы стенки.

Рис. 8.3 Эпюры нормальных напряжений в стенке; единицы измерения: [кН/см2]

принимаем

где

где  - среднее касательное напряжение в стенке;  - расчетное поперечное усилие в сечении 2-2 при сочетании нагрузок: 1+2+4+5+8+9

местная устойчивость стенки обеспечена.

Проверка местной устойчивости полки

 - местная устойчивость полки обеспечена.

Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента

Определяем фактическое отношение площади полки к площади стенки:

По по табл. 73 СНиП II-23-81 при   и  коэффициент влияния формы:

Приведенный относительный эксцентриситет:

По табл. 74 СНиП II-23-81 при  и  коэффициент устойчивости при сжатии с изгибом:

устойчивость верхней части колонны в плоскости действия момента обеспечена.

Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента

По табл. 72 СНиП II-23-81 при  и  коэффициент продольного изгиба:

Так как максимальный момент в пределах средней трети длины верхней части колонны  больше половины наибольшего по длине стержня момента  то расчетный момент:

Рис. 8.4 К определению расчетного момента Мх для проверки устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента

Относительный эксцентриситет:

Так как

По табл. 10 СНиП II-23-81  

устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента обеспечена.

Проверка прочности сечения верхней части колонны

Проверка прочности сечения верхней части колонны не требуется, так как приведенный эксцентриситет

9. Расчет колонны. Подкрановая часть

Сечение нижней части колонны принимаем сквозное, состоящее из двух ветвей: подкрановой и наружной; соединенных в двух плоскостях решеткой.

Подкрановую ветвь колонны проектируем из прокатного двутавра с параллельными гранями полок типа Б, наружную - составного сечения швеллерной формы из листа и двух прокатных равнополочных уголков. Высота сечения

Наиболее неблагоприятные сочетания усилий:

а) для расчета подкрановой ветви

 (сечение 4-4, сочетание нагрузок 1+2+4+5+8+9);

б) для расчета наружной ветви   (сечение 3-3, сочетание нагрузок 1+2+3+5+7+9).

Определяем ориентировочное положение центра тяжести сечения. Предварительно принимаем:

Продольные усилия в ветвях:

Требуемые площади сечений ветвей:

где  - расчетное сопротивление стали по пределу текучести, по табл. 51 СНиП II-23-81 для стали С345 при толщине фасонного и листового проката от 2 до 10 мм

- коэффициент продольного изгиба, предварительно принимаем

Рис. 9.1 Сечение подкрановой части колонны

Для подкрановой ветви с учетом условия  принимаем двутавр 30Б1 по ГОСТ 26020-83. Геометрические характеристики подкрановой ветви:

Для наружной ветви принимаем швеллер 30П по ГОСТ 8240-97. Геометрические характеристики наружной ветви:

Уточняем положение центра тяжести сечения нижней части колонны:

Уточняем продольные усилия в ветвях:

Проверка устойчивости подкрановой ветви как центрально-сжатого элемента

Поверка устойчивости подкрановой ветви из плоскости рамы

Гибкость ветви из плоскости рамы:

По табл. 72 СНиП II-23-81 при  и  коэффициент продольного изгиба:

Проверяем устойчивость ветви:

устойчивость ветви из плоскости рамы не обеспечена.

Так как проверка устойчивости не выполняется, то уменьшаем расчетную длину подкрановой ветви из плоскости колонны, устанавливая распорки по колоннам вдоль здания. Определяем гибкость ветви с учетом постановки одной распорки в середине высоты нижней части колонны

По уточненной гибкости  и расчетному сопротивлению Ry по табл. 72 СНиП II-23-81 определяем коэффициент продольного изгибы φy=0,797

Проверяем устойчивость ветви

Устойчивость ветви из плоскости рамы обеспечена

Поверка устойчивости подкрановой ветви в плоскости рамы

Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами крепления соединительной решетки:

Принимаем  тогда гибкость ветви в плоскости рамы:

tgα=140/100=1,4=>α=540 hтр=(0,5…0,8)hнк=> принимаем 550 мм.

По табл. 72 СНиП II-23-81 при  и  коэффициент продольного изгиба:

Проверяем устойчивость ветви:

устойчивость ветви в плоскости рамы обеспечена.

Проверка устойчивости наружной ветви как центрально-сжатого элемента

Поверка устойчивости наружной ветви из плоскости рамы

Гибкость ветви из плоскости рамы:

По табл. 72 СНиП II-23-81 при  и  коэффициент продольного изгиба:

Проверяем устойчивость ветви:

устойчивость ветви из плоскости рамы обеспечена.

Поверка устойчивости наружной ветви в плоскости рамы

Гибкость ветви в плоскости рамы:

По табл. 72 СНиП II-23-81 при  и  коэффициент продольного изгиба:

Проверяем устойчивость ветви:

устойчивость ветви в плоскости рамы обеспечена.

Расчет соединительной решетки нижней части колонны

Принимаем двухплоскостную раскосную решетку из одиночных равнополочных уголков. Наибольшее поперечное усилие (табл.6,2):

 (сечение 4-4, сочетание нагрузок 1+4+6+8+9).

Сравним условное поперечное усилие с фактическим:

Расчет решетки проводим по .

Усилие сжатия в раскосе:

где  - угол наклона раскоса к ветви колонны.

Задаемся гибкостью раскоса:

По табл. 72 СНиП II-23-81 при  и  (для стали С345 при толщине фасонного проката от 2 до 10 мм) коэффициент продольного изгиба:

Требуемая площадь сечения раскоса:

где  - коэффициент условия работы для одиночного сжатого уголка, прикрепляемого одной полкой; по табл. 6 СНиП II-23-81

Для раскосов принимаем уголок ∟50х5 по ГОСТ 8509-93. Геометрические характеристики уголка:

Гибкость раскоса:

По табл. 72 СНиП II-23-81 при  и  (для стали С345 при толщине фасонного проката от 2 до 10 мм) коэффициент продольного изгиба:

Проверяем устойчивость раскоса:

устойчивость раскоса обеспечена.

Проверка устойчивости нижней части колонны в плоскости рамы как единого стержня

Геометрические характеристики всего сечения колонны:

Гибкость нижней части колонны в плоскости рамы:

Приведенная гибкость:

где

 - суммарная площадь раскосов соединительной решетки.

Условная приведенная гибкость:

Для сочетания усилий   (сечение 4-4, сочетание нагрузок 1+2+4+5+8+9), догружающих подкрановую ветвь, относительный эксцентриситет:

По табл. 75 СНиП II-23-81 при  и  коэффициент устойчивости при сжатии с изгибом:

Проверяем устойчивость нижней части колонны в плоскости рамы на сочетание усилий, догружающих подкрановую ветвь:

устойчивость обеспечена.

Для сочетания усилий   (сечение 3-3, сочетание нагрузок 1+2+3+5+7+9), догружающих наружную ветвь, относительный эксцентриситет:

По табл. 75 СНиП II-23-81 при  и  коэффициент устойчивости при сжатии с изгибом:

Проверяем устойчивость нижней части колонны в плоскости рамы на сочетание усилий, догружающих наружную ветвь:

устойчивость обеспечена.

Устойчивость колонны в плоскости рамы как единого стержня обеспечена.

Проверка устойчивости нижней части колонны из плоскости рамы как единого стержня

Устойчивость нижней части колонны из плоскости рамы как единого стержня обеспечена проверками устойчивостей отдельных стержней.

10. Расчет колонны. Траверса. База

Расчет стыка верхней и нижней частей колонны. Расчет подкрановой траверсы

Рис. 10.1 Узел сопряжения верхней и нижней частей колонны

Наиболее неблагоприятные сочетания усилий в сечении 2-2 (табл.6,2):

а)   (сочетание нагрузок 1+2+3+7+10);

б)   (сочетание нагрузок 1+4+5+8+9+2).

Монтажное соединение частей колонны принимаем встык с полным проваром. Прочность стыкового шва Ш1 проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части колонны из условия равнопрочности с основным сечением.

Первая комбинация усилий

  (изгибающий момент догружает внутреннюю полку).

Напряжение во внутренней полке:

где  и  - площадь и момент сопротивления стыкового шва соответственно, равные площади и моменту сопротивления верхней части колонны;

 - расчетное сопротивление сварного стыкового шва,  при сжатии,  при растяжении с визуальным контролем качества шва.

Напряжение в наружной полке:

Вторая комбинация усилий

  (изгибающий момент догружает наружную полку).

Напряжение во внутренней полке:

Напряжение в наружной полке:

Для передачи нагрузки с верхней части колонны на нижнюю проектируем траверсу. Высоту траверсы принимаем . Минимальную толщину стенки траверсы определяем из условия смятия:

где  - расчетная длина передачи нагрузки с подкрановой балки на траверсу,

здесь  - ширина опорного ребра подкрановой балки,  - толщина опорной плиты подкрановой балки;

здесь - нормативное сопротивление стали траверсы по временному сопротивлению, по табл. 51 СНиП II-23-81* для стали С345 при толщине листового проката свыше 10 до 20 мм

 - коэффициент надежности по материалу, по табл. 2 СНиП II-23-81* .

В соответствии с ГОСТ 82-70* назначаем:

Усилие во внутренней полке сечения верхней части колонны от первой комбинации усилий:

где  - высота сечения верхней части колонны.

Рассчитаем сварные швы Ш2 крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы. Принимаем полуавтоматическую сварку проволокой марки Св-08Г2С диаметром d=2 мм в среде углекислого газа. По табл. 38* СНиП II-23-81* назначаем катет шва

По табл. 56 СНиП II-23-81*:

По табл. 34* СНиП II-23-81*:

расчет ведем по металлу шва.

Требуемая длина сварного шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы:

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

Для расчета шва Ш3 крепления траверсы к подкрановой ветви составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы. Такой комбинацией будет сочетание:   (сочетание нагрузок 1+4+5+8+9+2).

где  - высота сечения нижней части колонны.

Усилие для расчета швов крепления траверсы к подкрановой ветви:

где  - коэффициент, учитывающий, что сочетание усилий взято для сечения 2-2.

Требуемая длина сварного шва крепления траверсы к подкрановой ветви:

Требуемая высота траверсы из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы:

где  - расчетное сопротивление стали стенки подкрановой ветви сдвигу;

 - толщина стенки подкрановой ветви.

В соответствии с ГОСТ 82-70* назначаем:

Проверим прочность траверсы как балки нагруженной усилиями .

Нижний пояс принимаем сечением b2 x t2 = 260 x 10 мм, верхние горизонтальные ребра - из двух листов сечениями b1 x t1 = 60 x 10 мм.

Рис. 10.2 Сечение траверсы

Рис. 10.3 Расчетная схема траверсы

Определим геометрические характеристики сечения траверсы.

Положение центра тяжести:

Опорные реакции от первой и второй комбинаций усилий:

Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает от второй комбинации:

Максимальная поперечная сила в опорном сечении траверсы:

Проверка прочности траверсы по нормальным напряжениям:

Проверка прочности траверсы по касательным напряжениям:

Прочность траверсы обеспечена.

Расчет базы колонны

Базу колонны принимаем раздельного типа.

Наиболее неблагоприятные сочетания усилий (табл.6.5):

а) для расчета базы подкрановой ветви   (сечение 4-4, сочетание нагрузок 1+2+3+7+10);

б) для расчета базы наружной ветви   (сечение 4-4, сочетание нагрузок 1+2+4+5+8+9).

Продольные усилия в ветвях:

Принимаем класс бетона фундамента В15. По СП-52-101-2003 расчетное сопротивление бетона сжатию:

Расчетное сопротивление бетона смятию:

где  - коэффициент, учитывающий местное сжатие бетона, в первом приближении принимаем .

Базы ветвей проектируем так, чтобы центры тяжести опорных плит совпадали с центрами тяжести ветвей.

Требуемые площади опорных плит из условия смятия бетона под плитой:

Ширина опорной плиты:

где  - ширина нижней части колонны;

- свес плиты.

В соответствии с ГОСТ 82-70* назначаем:

Требуемые длины опорных плит:

В соответствии с ГОСТ 82-70* назначаем:

Площади опорных плит:

Размеры фундаментов принимаем на 40 см больше габаритов плиты:

Уточняем коэффициенты, учитывающие местное сжатие бетона:

Средние напряжения в бетоне фундамента под опорными плитами:

Так как под плитой наружной ветви напряжение в бетоне фундамента больше, чем под плитой подкрановой ветви, то расчет толщины плиты ведем для наружной ветви.

Принимаем толщину траверсы:

Определим изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5