Стальной каркас промышленного здания

Таблица 3 – Результаты статического расчета

3.2 Назначение расчетных длин участков ступенчатой колонны

Коэффициенты расчетной длины отдельных участков ступенчатых колонн в плоскости рамы следует определять согласно приложению 6 /1/.

Рисунок 19 – Схема ступенчатой колонны

Коэффициенты расчетной длины для нижнего участка одноступенчатой колонны следует принимать в зависимости от отношения и величины ,

где - моменты инерции сечений и длины соответственно нижнего и верхнего участков колонны и ;

;

Тогда из таблицы 67 /1/ с помощью интерполяции найдем .

Коэффициент расчетной длины для верхнего участка колонны во всех случаях следует определять по формуле:

Расчетная длина верхней части колонны в плоскости рамы (в плоскости действия момента) вычислим по формуле:

Расчетная длина нижней части колонны в плоскости рамы (в плоскости действия момента) вычислим по формуле:

Расчетные длины участков колонны из плоскости рамы принимаются равными расстоянию между точками закрепления участков колонны из ее плоскости.

Для нижней части колонны:

Для верхней части колонны:

3.3 Расчет верхней части ступенчатой колонны

Для температуры наиболее холодной пятидневки принимаем из таблицы /1/ сталь для третьей группы конструкций марки С245 ГОСТ 27772-88.

Сечение верхней части ступенчатой колонны компонуем из трех листов стали.

Рисунок 20 – Сечение верхней части ступенчатой колонны

Принимаем .

Требуемая площадь поперечного сечения колонны определяем из условия устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента.

где - коэффициент определяемый по таблице 74 /1/, для этого нужно определить относительный эксцентриситет и условную гибкость ;

Относительный эксцентриситет:

где - коэффициент влияния формы сечения, определяемый по таблице 73 /1/;

, здесь ;

Тогда

(тип сечения №5).

Тогда из таблицы 74 /1/ с помощью интерполяции найдем .

Проверяем гибкость полки:

;

Проверяем гибкость стенки по формуле в таблице 27 /1/ для двутаврового сечения при , но не более 2,3:

;

Проверяем условие: , т.е условие выполняется.

;

Проверяем устойчивость верхней части колонны в плоскости действия момента:

;

Относительный эксцентриситет:

;

Тогда

(тип сечения №5).

Тогда из таблицы 74 /1/ с помощью интерполяции найдем .

Проверка устойчивость верхней части колоны из плоскости действия момента по п. 5.30 /1/:

где с – коэффициент, вычисляемый согласно требованиям п. 5.31 /1/;

- коэффициент, вычисляемый согласно требованиям п. 5.3 /1/.

где

;

Тогда из таблицы 72 /1/ с помощью интерполяции найдем .

В запас прочности принимаем значение расчетного изгибающего момента , при проверке устойчивости из плоскости рамы, равным:

;

Относительный эксцентриситет равен:

;

Так как коэффициент с вычисляем по формуле 57 /1/:

где - определяется по таблице 10 /1/;

;

- определяется также по таблице 10 /1/;

Так как .

Проверяем условие:

т.е. условие выполняется, устойчивость верхней части колонны обеспечена.

3.4 Подбор сечения и конструирование узлов нижней части колонны

3.4.1 Определение усилий в ветвях колонны

Сечение нижней части колонны сквозное, состоящее из двух ветвей, соединенных решеткой. Высота сечения .

Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополочного двутавра, наружную – составного сварного сечения из трех листов.

Рисунок 21 – Сечение нижней части колонны

Расчетные комбинации усилий для подбора сечения подкрановой ветви колонны из таблицы 3: ; .

Расчетные комбинации усилий для подбора сечения наружной (шатровой) ветви колонны из таблицы 3: ; .

Определяем начальное (ориентировочное) положение центра тяжести сечения. Принимаем ;

тогда

;

Определяем усилия в ветвях колонны по формулам 14.19 и 14.20 /4/.

Усилие в подкрановой ветви:

Усилие в наружной ветви:

3.4.2 Подбор сечения подкрановой ветви колонны

Задаемся начальной гибкостью , тогда по таблице 72 /1/ коэффициент .

Требуемая площадь сечения подкрановой ветви:

Из сортамента ТУ 14-2-24-72 (приложение 14 /4/) выбираем двутавр с параллельными гранями полок 50Б1: ; ; ; .

по таблице 72 /1/ .

Проверяем условие устойчивости подкрановой ветви:

т.е. условие выполняется с недонапряжением 17%.

3.4.3 Подбор сечения шатровой ветви колонны

Задаемся начальной гибкостью , тогда по таблице 72 /1/ коэффициент .

Требуемая площадь сечения шатровой ветви:

Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же, как в подкрановой ветви:

Высота стенки из условия размещения сварных швов равна:

Толщину стенки принимаем равной .

Площадь одной полки равна:

по расчету полки не требуются, а устанавливаются конструктивно.

Толщину полки принимаем минимальную .

Ширину полки принимаем равной .

Расстояние между центрами тяжести полок равняется:

Определяем геометрические характеристики сечения шатровой ветви:

;

по таблице 72 /1/ .

Проверяем условие устойчивости шатровой ветви:

т.е. условие выполняется с недонапряжением 43%, но сечение не измененяем, так как оно принято минимальным.

Определяем положение центра тяжести шатровой ветви:

Момент инерции относительно оси :

Корректируем положение центра тяжести всего сечения колонны:

;

Пересчитываем продольное усилие в подкрановой ветви:

где

Пересчитываем продольное усилие в наружной ветви:

Проверяем устойчивость шатровой ветви в плоскости действия момента:

Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости действия момента определяем расчетную длину:

Принимаем , тогда

где

по таблице 72 /1/ .

т.е. условие выполняется, устойчивость шатровой ветви в плоскости действия момента обеспечена.

3.4.4 Подбор сечения раскосов соединительной решетки

Из статического расчета приведенного в таблице 3 поперечная сила в сечении №1 равна: .

Рисунок 22 – К подбору сечения раскосов соединительной решетки

Усилие сжатия в раскосе:

где - угол наклона раскоса (см. рисунок 22).

Задаемся начальной гибкостью , тогда по таблице 72 /1/ коэффициент .

Требуемая площадь сечения раскоса:

где - коэффициент условия работы для сжатого уголка, прикрепляемого одной полкой, определяемый по таблице /1/.

Из сортамента ГОСТ 8509-72 (приложение 14 /4/) выбираем уголок 50х5: ; .

Длина элемента соединительной решетки:

по таблице 72 /1/ .

Напряжение в раскосе равно:

т.е. условие не выполняется, следовательно, принимаем уголок 70х6:

; .

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.

Вычисляем геометрические характеристики нижней части колонны:

;

Определяем гибкость стержня нижней части колонны без учета податливости решетки:

Приведенная (расчетная) гибкость с учетом податливости решетки:

где

Условная гибкость:

Выполним проверку устойчивости нижней части колонны для расчетных усилий догружающих подкрановую ветвь: ; .

Относительный эксцентриситет равен:

По таблице 75 /1/ методом интерполяции, в зависимости от и , определим .

Выполним проверку общей устойчивости:

т.е. проверка общей устойчивости выполняется.

Выполним проверку устойчивости нижней части колонны для расчетных усилий догружающих шатровую ветвь.

; .

Относительный эксцентриситет равен:

По таблице 75 /1/ методом интерполяции, в зависимости от и , определим .

Выполним проверку общей устойчивости:

т.е. проверка общей устойчивости выполняется.

3.5 Конструирование и расчет узла сопряжения верхней части колонны с нижней (подкрановой траверсой)

Рисунок 23 – Узел сопряжения верхней части колонны с нижней

Шов Ш1

Шов Ш1 рассчитываем на две комбинации усилий:

Первая комбинация для сечения 3-3:

;

Вторая комбинация для сечения 3-3:

;

Проверяем прочность стыкового сварного шва Ш1 при действии 2-х комбинаций усилий.

При первой комбинация усилий:

Для первой точки (рисунок 22) нормальные напряжения равны:

Для второй точки (рисунок 22) нормальные напряжения равны:

– знак минус в данном случае показывает, что в точке 1 действует усилие растяжения. Следовательно оно не должно превышать

При второй комбинация усилий:

Для первой точки (рисунок 22) нормальные напряжения равны:

Для второй точки (рисунок 22) нормальные напряжения равны:

Прочность стыкового сварного шва Ш1 обеспечена.

Шов Ш2

Для расчета шва Ш2 принимаем комбинацию усилий с положительным моментом, включающую в себя крановую нагрузку.

Шов воспринимает усилие возникающее в полке подкрановой ветви колонны:

Предварительно определим толщину стенки траверсы из условия ее работы на смятие от силы .

Расчетную длину вычислим по формуле:

где – ширина подкрановой балки, равная

;

–толщина плиты в пределах 25÷35 мм, первоначально принимаем 30 мм.

принимаем толщину стенки траверсы 12 мм,

где

- по таблице /1/;

- находится по таблице /1/;

- коэффициент надежности по материалу, принимаемый по таблице /1/.

По таблице /1/ назначаем минимальный катет сварного шва, который равен .

Сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа.

Определяем коэффициент провара по таблице /1/: , .

по таблице 56 /1/;

, где по таблице /1/ нахожу ;

;

; - пункт /1/.

Выбираем расчетное сечение сварного шва:

Расчетное сечение – является сечение по металлу сварного шва.

Проверяем условие прочности:

где

Шов Ш3

Шов работает на восприятие усилия равного опорной реакции траверсы.

Рисунок 24 – Расчетная схема подкрановой траверсы

Опорная реакция найдется следующим образом:

Условие прочности шва:

Проверяем прочность стенки подкрановой ветви на срез:

где

;

- из сортамента на двутавр 50Б1.

Вычисляем геометрические характеристики сечения траверсы (рисунок 23):

Расстояние между внутренними гранями полок двутавра 50Б1:

Ширина полки траверсы:

принимаем 420 мм.

принимаем 205 мм.

Проверим местную устойчивость сжатой полки траверсы:

т.е. условие не выполняется, следовательно увеличиваем толщину полки до 14 мм.

Тогда

Определим положение центра тяжести сечения траверсы:

;

Проверяем прочность сечения траверсы по нормальным напряжениям от действия первой комбинации усилий.

Изгибающий момент траверсы равен:

;

Поперечная сила в сечении траверсы возле правой опоры:

Поверяем прочность сечения траверсы на срез:

3.6 Расчет и конструирование базы подкрановой ветви

Для составления расчетных комбинаций усилий подкрановой и шатровой ветвей, воспользуемся таблицей 3.

Расчетная комбинация усилий для подкрановой ветви в сечении 1-1:

;

Расчетная комбинация усилий для шатровой ветви в сечении 1-1:

;

Определяем усилие в ветвях колонны в сечении 1-1:

Выполняем расчет подкрановой ветви, т.к. усилие большее.

Рисунок 25 – План базы

Конструктивно определение ширины листа:

принимаем лист шириной 300 мм.

Принимаем бетон для фундамента класса B15, у которого .

Из условия работы на смятие бетона под плитой базы, требуемая длина плиты определится по формуле:

где

Принимаем

;

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты. Разбиваем плиту на участки и определяем размеры участков.

Участок 1 – консольный свес: ;

Участок 2 – консольный свес: ;

Участок 3 – плита, опертая на четыре стороны:

;

расчетный момент определяется как для однопролетной балочной плиты:

Принимаем для расчета максимальный момент: .

Требуемая толщина плиты:

Принимаем лист толщиной 16 мм (2 мм – припуск на фрезеровку).

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через четыре угловых шва.

Предварительно принимаем .

Принимаем высоту траверсы равной 26 см.

Проверяем прочность горизонтального сварного шва.

;

, т.е. условие выполняется, прочность горизонтального сварного шва обеспечена.

3.7 Расчет анкерных болтов базы подкрановой ветви

Расчетные усилия из таблицы 3:

N=-319.208 кН M(-)=-208.479 кН·м.

Усилия приходящиеся на систему анкерных болтов соответствующей ветви:

Предварительно принимаем 4 анкерных болта для каждой ветви.

Требуемая площадь сечения болта определится по формуле:

где - для стали Вст3кп2.

Уменьшаем количество болтов до двух, и принимаем 2 болта Ø 30 мм.

Тогда площадь будет равна:

3.8 Расчет анкерной плитки

;

Принимаем толщину пластины 22 мм.

3.9 Проверка сечения траверсы на изгиб и срез от действия силы приходящейся на один анкерный болт

где

;

С учетом отпора фундамента:

;

4 Подбор сечений элементов связевой системы

Принимаем предельную гибкость:

- для сжатых элементов по таблице 19 /1/;

- для растянутых элементов по таблице /1/;

- для элементов вертикальных связей расположенных между колоннами ниже подкрановых балок по таблице /1/.

Горизонтальная связь С1: