Проектирование металлических несущих конструкций одноэтажного производственного здания

Ш. СВ = 18 кН/см2; RУ.С.СВ = 16,5 кН/см2.

Тогда длина сварного шва .

lШ2<85· βШ·kШ = 85· 0,9·0,6 = 46 см.

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

Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (ш3) составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы N = -1575,8 кН, М = 205,5 кН· м.

k — коэффициент, который учитывает неравномерность передачи усилия, принимаем равным 1,2.

Коэффициент 0,9 учитывает, что усилия N и М приняты для 2-го основного сочетания нагрузок.

.

Тогда требуемая длина сварного шва рассчитывается по формуле:

.

lШ3<85· βШ·kШ = 85· 0,9·0,6 = 46 см.

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

где tСТ. В — толщина стенки двутавра 45Б1, 7,6 мм;

RСР — расчетное сопротивление срезу фасонного проката из стали ВСт3кп2, 13 кН/см2.

принимаем hТР = 80 см.

Проверим прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями N, M, и DМАХ. Расчетная схема и сечение траверсы приведены на рисунке. Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 420×12 мм, верхние горизонтальные ребра из двух листов 180×12 мм.

Найдем геометрические характеристики траверсы. Положение центра тяжести сечения траверсы:

Рис. 6.3 Поперечное сечение траверсы

;

IX = +78,8· 2·4,62 + 1,2· 42·35,42 + 2· 18·1,2·292 = 184 376 см4;

Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает при 1-й комбинации усилий:

;

Напряжения, возникающие в траверсе находим по формуле:

кН/см2.

Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов возникает при комбинации усилий .,

коэффициент k = 1,2 учитывает неравномерную передачу усилия DМАХ.

Найдем касательные напряжения, возникающие в траверсе:

.

6.

5. Расчет и конструирование базы колонны Ширина нижней части колонны составляет 1 м, поэтому проектируем раздельную базу.

Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны: М2 = 947,5 кН· м, N2 = -2572,3 кН (для расчета базы наружной ветви); М1 = -216,7 кН· м, N1 = -1298,6 кН (для расчета базы подкрановой ветви).

Усилия в ветвях колонны определяем по формулам:

База наружной ветви Требуемая площадь плиты

где

RФ = γ· Rб = 1,2· 0,7 = 0,84 кН/см2,

Rб = 0,7 кН/см2,

По конструктивным соображениям свес плиты с2 должен быть не менее 4 см. Тогда ширина плиты В ≥ bК + 2с2 = 44,5 + 2· 4 = 52,5 см, принимаем В = 60 см. Длина плиты вычисляется как L = ATP/B = 3381,3/60 = 56 см, принимаем L = 58 см. Тогда фактическая площадь плиты АФАК = 60· 58 = 3480 см² > АТР.

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

.

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно: 2· (bП + tСТ — z0) = 2· (18 + 2,0 -5,6) = 28,8 см. Толщина траверсы 1,2 см: с1 = (58 — 28,8 — 2· 1,2)/2 = 13,4 см.

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

Участок 1(консольный свес с = с1 = 13,4 см)

.

Участок 2 (консольный свес с = с2 = 6,4 см)

.

Участок 3 (плита, опертая на четыре стороны; b/a = 42/18 = 2,3 > 2, α = 0,125)

М3 = α· σФ·а2 = 0,125· 0,81·182 = 32,8 кН· см.

Участок 4 (плита, опертая на четыре стороны; b/a = 42/8,8 = 4,8 > 2, α = 0,125)

М4 = α· σФ·а2 = 0,125· 0,81·8,82 = 7,8 кН· см.

Принимаем для расчета МMAX = М3 = 72,7 кН· см.

Требуемая толщина плиты, принимаем две плиты толщиной tПЛ = 2,4 см каждая.

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, d = 1,4…2 мм, kШ = 8 мм. Требуемая длина шва определяется по формуле:

см, принимаем 56 см.

lШ3<85· βШ·kШ = 0,85· 0,9·0,8 = 61 см.

принимаем высоту траверсы hТР = 60 см.

Крепление траверсы к полите принимаем угловыми швами kШ = 10 мм.

где ΣlШ = (60 + 2· 6,4+42,3)·2 = 230,2 см,

.

Швы удовлетворяют требованиям прочности. При вычислении суммарной длины швов с каждой стороны шва не учитывалось по 1 см на непровар.

База подкрановой ветви Требуемая площадь плиты

RФ = 0,84 кН/см2,

Свес плиты с2 принимаем равным 4 см. Тогда ширина плиты В ≥ bК + 2с2 = 44,5 + 2· 4 = 52,5 см, принимаем В = 60 см. Длина плиты L = ATP/B = 715,4/60 = 11,9 см, принимаем L = 30 см. Тогда фактическая площадь плиты АФАК = 60· 30 = 1800 см² > АТР.

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

.

Расстояние между траверсами равно b = 18 см. Толщина траверсы 1,2 см: с1 = (30 — 18 — 2· 1,2)/2 = 4,8 см.

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

Участок 1(консольный свес с = с1 = 4,8 см)

.

Участок 2 (консольный свес с = с2 = 7,8 см)

.

Участок 3 (плита, опертая на четыре стороны; b/a = 44,5/8,6 = 5,2 > 2, α = 0,125)

М3 = α· σФ·а2 = 0,125· 0,33·8,62 = 3,1 кН· см.

Принимаем для расчета МMAX = М1 = 10,0 кН· см.

Требуемая толщина плиты, принимаем tПЛ = 2 см.

Требуемая длина шва определяется по формуле:

см, принимаем 13 см.

lШ3<85· βШ·kШ = 0,85· 0,9·0,8 = 61 см.

Окончательно принимаем высоту траверсы hТР = 60 см как и для базы наружной ветви.

Крепление траверсы к полите принимаем угловыми швами kШ = 10 мм.

где ΣlШ = (60 + 2· 4,8 +42,3)· 2 = 223,8 см,

.

Швы удовлетворяют требованиям прочности.

Расчет анкерных болтов. Требуемая площадь нетто сечения анкерных болтов определяется по формуле:

АБ =, где М4 = 947,5 кН· м; N4 = 2572,3 кН. — момент и нормальная сила, действующие в уровне верхнего обреза фундамента, определяемые при выборе наихудшего сочетания;

а — расстояние от оси колонны до середины опорной плиты наружной ветви, 27 см;

y — расстояние от оси анкерных болтов до середины опорной плиты подкрановой ветви, 100 см;

Rb — расчетное сопротивление растяжению анкерных болтов из стали 09Г2С, 17,5 кН/см2.

АБ = ,

Тогда площадь поверхности сечения одного болта составит:

АБ1 = АБ/4 = 14,45/4 = 3,6 см².

Находим ближайший диаметр 24 мм, А = 4,5 см².

7. Расчет стропильной фермы

Материал стержней фермы сталь марки ВСт3пс6−1, R = 240 МПа (t ≤ 20 мм), фасонок ВСт3пс5−1. Пояса и решетка из широкополочных тавров.

На ферму действуют два вида нагрузок:

постоянная от собственного веса конструкций покрытия;

временная снеговая, которую можно отнести только к кратковременной

с полным нормативным ее значением.

7.

1. Сбор нагрузок на ферму

Постоянная нагрузка

Рис.

7.1 Схема приложения постоянной нагрузки Состав кровли ранее приводился в таблице 4.

1. Нагрузка от покрытия:

qКР =1,38 кН/м2.

F1= qКР· b·d/2,

где b — шаг поперечных рам здания, 12 м;

d — ширина грузовой площади, 3 м.

F1 = 1,38· 12·1,5 = 25,7 кН;

F2 = qКР· b·d = 1,38∙12∙3 = 49,7 кН, Узловые силы F1, действующие в крайних точках фермы, в расчёте учитывать не будем, потому что они приложены непосредственно к колоннам.

FА = FВ = 4,5F2,

FА = FВ = 4,5∙49,7 = 223,7 кН.

Снеговая нагрузка

Рис. 7.2 Схема приложения снеговой нагрузки Расчетная нагрузка:

qCН = Sg· с· γН = 3,2∙0,95∙с = 3,07с где S0 — расчетное значение снеговой нагрузки для данного района, 3,2 кН/м2;

с — коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1 м² проекции кровли. Для зданий без фонаря принимается c = 1.

qСН = 3,07 кН/м2.

F1= qСН· b·d/2,

F1 = 3,07· 12·1,5 = 55,3 кН;

F2 = qСН· b·d = 3,07∙12∙3 = 110,5 кН, Узловые силы F1, действующие в крайних точках фермы, в расчёте учитывать не будем, потому что они приложены непосредственно к колоннам.

FА = FВ = 4,5F2,

FА = FВ = 4,5∙110,5 = 497,3 кН.

7.

2. Определение усилий в стержнях фермы При проведении расчета воспользуемся графическим методом, т. е. построением диаграммы Кремоны. Диаграмма для фермы пролетом 30 м представлена на рис. 7.3

Результаты расчётов фермы на действие различных нагрузок заносим в таблицу 7.

1.

Рис. 7.3 Диаграмма Кремоны для фермы пролетом 30 м Таблица 7.1

Элемент № стержня Усилия в стержнях, кН Расчетные усилия, кН Постоянная Снеговая 1 2 № усилий Растяжение № усилий Сжатие Верхний пояс В-2, С-3 -377,7 -839,8 1+2 1217,5 D-5, E-6 -576,5 -1281,8 1+2 1858,3 Нижний пояс K-1 208,7 464,1 1+2 672,8 K-4 497,0 1105,0 1+2 1602 К-7, К-8 596,4 1326,0 1+2 1922,4 Раскосы A-1 -308,1 -685,1 1+2 993,2 3−4 -173,9 -386,8 1+2 560,7 6−7, 8−9 -34,8 -77,4 1+2 112,2 1−2 248,5 552,5 1+2 801,0 4−5 104,4 232,1 1+2 336,5 Стойки 2−3, 5−6 -49,7 -110,5 1+2 160,2

7.

3. Подбор сечений фермы Подбор сечений стержней фермы приведен в таблице 7.

2.Таблица 7.2

Элемент № стержня Расчетные усилия Сечение Площадь А, кв. см lx/ly, см ix/iy, см λx/λy [λ] φMIN Проверка сечений Сжатие/

Растяж. Устойчивость Прочность Верхний пояс В-2, С-3 1217,5 30ШТ1 89,5 300/300 8,34/7,21 40,0/41,6 120 0,887 15,3≤ 22,8 D-5, E-6 1858,3 35ШТ1 106,5 300/300 10,1/7,02 29,7/42,7 120 0,883 19,8 ≤ 22,8 Нижний пояс K-1 672,8 15ШТ1 33,9 580/580 3,93/4,7 147,6/123,4 250 — 19,8 ≤ 22,8 K-4 1602 30ШТ1 89,5 600/1800 8,34/7,21 71,9/249,6 250 — 17,9 ≤ 22,8 К-7, К-8 1922,4 30ШТ1 89,5 600/1800 8,34/7,21 71,9/249,6 250 — 21,5 ≤ 22,8 Раскосы A-1 993,2 2xL 160×12 74,8 217,5/435 4,94/6,95 44/62,6 120 0,795 16,7 ≤ 19,2 3−4 560,7 2xL 125×10 48,6 348/435 3,85/5,52 90,4/78,8 120 0,612 18,9 ≤ 19,2 6−7, 8−9 112,2 2xL 100×10 38,4 348/435 3,05/4,52 71,3/96,2 120 0,570 5,1 ≤ 19,2 1−2 801,0 2xL 100×10 38,4 348/435 3,05/4,52 71,3/96,2 250 — 20,9 ≤ 22,8 4−5 336,5 2xL 75×6 17,56 348/435 2,3/3,44 151,3/126,5 250 — 19,2 ≤ 22,8 Стойки 2−3, 5−6 160,2 2xL 75×6 17,56 244/305 2,3/3,44 106,1/88,7 120 0,501 18,2 ≤ 19,2

7.

3. Расчет узлов фермы

При расчете узлов фермы определяем размеры сварных швов и назначаем габариты фасонок с таким расчетом, чтобы на них размещались все сварные швы стержней.

Действующее в стержне усилие передается на обушок и перо уголка не одинаково, так как ось стержня смещена в сторону обушка. Следовательно, на шов у обушка передается большая часть силы, чем на шов у пера. Для равнополочных уголков распределение силы N принимается примерно так: на обушок 0,7 N, на перо 0,3 N. Задавшись толщиной сварного шва kf, длину его на один уголок вычисляем по формуле на обушок:

;

где k — коэффициент распределения усилия на обушок и перо, принимаемый для равнополочных уголков 0,7;

βf — коэффициент, учитывающий качество и способ сварки, для ручной сварки принимаем равным 0,7;

γС — коэффициент условий работы, 0,95;

γWf — в конструкциях из стали с пределом текучести до 580 МПа, возводимых в климатических районах с расчетной температурой не ниже -40ºС, принимается равным 1.

Rwf — расчетное сопротивление сварного шва, принимаем равным 215 МПа Данные по расчету сварных швов заносим в таблицу 7.

3.

Таблица 7.3

Элемент № стержня Сечение Усилие, N кН Шов по обушку Шов по перу kf, см lW, см kf, см lW, см Раскосы A-1 2xL 160×12 993,2 1,0 25,3 1,0 21,8 3−4 2xL 125×10 560,7 1,0 14,7 1,0 12,8 6−7, 8−9 2xL 100×10 112,2 1,0 3,7 1,0 3,1 1−2 2xL 100×10 801,0 1,0 20,6 1,0 17,8 4−5 2xL 75×6 336,5 0,5 17,5 0,5 15,1 Стойка 2−3, 5−6 2xL 75×6 160,2 0,5 8,8 0,5 4,4 7.

4. Опорный узел

При шарнирном сопряжении фермы с колонной наиболее простым является узел опирания фермы на колонну сверху с использованием дополнительной стойки (надколонника). Опорное давление фермы FФ передается с опорного фланца фермы через строганные или фрезерованные поверхности на опорную плиту колонны или опорный столик подстропильной фермы. Опорный фланец для четкости опирания выступает на 10−20 мм ниже фасонки опорного узла. Площадь торца фланца определяется из условия смятия:

где RСМ — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности,

RВН = 370 МПа,

γМ = 1,05,

МПа Опорное давление фермы складывается из давления от постоянной нагрузки и давления от снеговой FФ = 223,7 + 497,3 = 721,0 кН. Тогда площадь фланца:

см2.

Список литературы

СНиП 2.

01.07−85* Нагрузки и воздействия. Минстрой РФ, М 1996 г.

СНиП II-23−81* Нормы проектирования. Стальные конструкции, М. 1990 г.

Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции. М.СИ. 1985 г., 560 с.

Горев В.В. и др. Металлические конструкции. Конструкции зданий. Т.2, М. «Высшая школа» 1999 г. 528 с.

Мандриков А. П. Примеры расчета металлических конструкций: Учеб. пособие для техникумов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1991. — 431 с.: ил.