Стальной каркас одноэтажного промышленного здания

= 18 кН/см²;  = 165 МПа = 16.5 кН/см²; 

βш

= 0.9·18 = 16.2 <  βс = 1.05·16.5 = 17.3 кН/см²;

lш2 = 179,25/4·0.6·16.2 = 4,7 см;     lш2 < 85 βш kш = 0.85·0.9·0.6 = 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. Такой

комбинацией будет сочетание 1,2,3,4(-),5, N = 652 кН, М = 104 кН·м.

 

F = Nhв/2hн - М/ hн + Dmax 0.9 = 330,5·45/2·100 – 600/100 + 1308,9·0.9 = 1245 кН.

         

           Коэффициент 0.9 учитывает, что усилия М и N приняты для 2-го основного сочетания нагрузок. 

           Требуемая  длина шва 

lш3 = F /4kш(β

)minγ = 1245/4·0.6·16.2 = 63 см;

lш3 < 85 βш kш = 0.85·0.9·0.6 = 46 см.

Принимаем lш3 =70 см

          Из условия  прочности стенки подкрановой  ветви в месте крепления траверсы (линия 1-1) определяем высоту траверсы hтр :

hтр ≥ F /2tст.вRср γ = 1245/2·0.6·13 = 69.3 см;

tст.в = 6 мм – толщина стенки   Ι 35Б1;   Rс р = 13 кН/см² - расчетное сопротивление

срезу фасонного проката из стали   Вст3кп2.  Принимаем  hтр = 70 см.

          Проверим  прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями N, М и

Dmax . Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 420х12 мм,

верхние горизонтальные ребра – из двух листов 180х12 мм.

          Найдем  геометрические характеристики  траверсы.

Положение центра тяжести  сечения траверсы:

ун  =

см;

Iх = 1.2·68.8³/12 + 68.8·1.2·5.6² + 1.2·42·29.4² + 2·18·1.2·24.4² = 104 400 см

;

Wmin = Ix/ ув = 104 400/40 = 2610 см³.

Максимальный изгибающий момент  в траверсе возникает при 2-ой комбинации

усилий:

         Мтр= Fтр1(hн – hв) = (hн – hв) = (100 – 45) =

         = 7555 кН·см;

σтр = Mтр / Wmin = 7555/2610 = 2,9 кН/см² < R= 21.5 кН/см².

          Максимальная  поперечная сила в траверсе  с учетом усилия от кранов  возникает при комбинации усилий 1,2,3,4(-),5.

Qmax =

кН.

 

          Коэффициент  k = 1.2 учитывает неравномерную передачу усилия Dmax :

τтр = Q/ tтр hтр = 717,8/1.2·68.8 = 8.9   кН/см²  < Rср = 12.5 кН/см².

      

           Рис.9 К расчету узла сопряжения верхней и нижней частей колонны

 

 

      5. Расчет и  конструирование  базы  колонны.  Ширина нижней части  колонны  состовляет 1 м, поэтому проектируем базу сплошного типа.

            Расчетные  комбинации усилий  в нижнем сечении колонны (сечение 4-4):

          1) М = +299,6 кН·м;   N = 1755,9 кН (для  расчета базы наружной  ветви);

          2) N = + 25,9  кН·м;   N = 386,1 кН (для расчета базы подкрановой ветви).

В комбинации усилий не учтена нагрузка от снега, так как

 кН > кН,

т.е. снеговая  нагрузка разгружает подкрановую ветвь.

          Усилия  в ветвях колонны определим  по формулам (14.19) и (14.20):

Nв1=

кН;     Nв2= кН.

         Требуемая площадь плиты

 

Апл. тр= N в2/Rф = 1295/0.84 = 1542 см²;

γ Rб ≈ 1.2·0.7 = 0.84 кН/см²;     Rб = 0.7 кН/см²  (бетон М150).

 

          По конструктивным  соображениям свес плиты с2 должен быть не менее         4 см.  Тогда B ≥ bк + 2с2  = 45 + 2·4 = 53 см,  принимаем В = 60 см;

Lтр = Апл. тр /В = 1542/60 = 25,7 см,  принимаем L = 26 см;

Апл. факт  = 60·26 = 1560см² > Апл. тр .

Среднее напряжение в бетоне под плитой

σф = Nв2 /Апл.факт = 1295/1560 = 0.81 кН/см².

Из условия симметричного расположения траверс относительно центров тяжести

ветви расстояние между траверсами в свету равно: 2(bп + tст - z0) =2(10 + 0,84 – 5)=

= 18,8см; при толщине траверсы 12 мм  с1 = (20- 13,8-2·1.2)/2 = 1,9 см.

         Определяем  изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

         участок 1 (консольный свес с = с1 = 1,9 см)

М1= σф с

/2 = 0.81·1,9²/2 = 1,5кН·см;

         участок 2(консольный свес с = с2 = 5 см)

М1= 0.8·5²/2 = 10 кН·см;

         участок 3(плита, опертая на четыре стороны; b/a = 42.3/18 = 2.35 > 2;               α = 0.125);

М3=ασф a² = 0.125·0.8·18² = 32.4 кН·см;

         участок 4(плита, опертая на четыре стороны; b/a = 42.3/9.4 = 4.5 > 2;                 α = 0.125);

М4=ασф a² = 0.125·0.8·9.4² = 8.8 кН·см.

Принимаем для расчета Мmax = М3 = 32.4 кН·см.

Требуемая толщина плиты

tпл =

см;

R = 205 МПа = 20.5 кН/см²  для стали  Вст3кп2  толщиной  21- 40 мм.

         Принимаем  tпл = 32 мм (2мм – 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 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки

Cв- 08А, d = 1.4…2 мм;   kш = 8 мм. Требуемая длина шва определяется по формуле

lш.тр = Nв2 /4kш(β

)minγ = 1544/4·0.8·16.2 = 30 см;

lш  < 85 γш kш = 0.85·0.9·0.8= 61.

Принимаем  hтр = 40 см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Расчет подкрановой балки

 

         Требуется  рассчитать подкрановую балку крайнего ряда пролетом 6 м под два крана грузоподъемностью  Q = 50/10 т. Материал балки сталь Вст3Гпс5-1;               R = 230МПа = 23 кН/см²  (при t ≤ 20 мм );  Rс р = 135 МПа = 13.5 кН/см². 

       

 Нагрузки на подкрановую балку.  Для крана Q = 50/10 т

легкого режима работы наибольшее вертикальное усилие на колесе F = 470 кН;

вес тележки Gт = 180 кН;  тип кранового рельса – КР-80.

         Для кранов легкого режима работы  металлургического производства поперечное горизонтальное усилие на колесе  при расчете подкрановых балок

Т

= 0.1(9.8Q + Gт )/n0  = 0.1(9.8·50 + 180)/2 = 33,5 кН.

Расчетные значения усилий на колесе крана :

Fк = γн n nc k1 F

= 0.95·1.1·0.95·1.1·470 = 513,2 кН;

Т к = γн n nc k2 Т

= 0.95·1.1·0.95·1·33,5 = 30,3  кН.

       

 Определение расчетных усилий.  Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Загружаем линию влияния момента в среднем сечении, устанавливая краны невыгоднейшим образом.

         Расчетный  момент от вертикальной нагрузки 

М х = α∑Fк уi = 1.05·513,2·5.85 = 3152,3 кН·м,

где уi – ординаты  линий влияния;  α = 1.05- учитывает влияние собственного веса подкрановых  конструкций  и временной нагрузки на тормозной площадке.

         Расчетный  момент от горизонтальной нагрузки

Му = ∑Тк уi = 30,3·5.85 = 177.3 кН·м.

         Для определения  максимальной поперечной силы  загружаем линию влияния 

поперечной силы на опоре.

         Расчетные  значения вертикальной и горизонтальной  поперечных сил:

Q х = α∑Fк уi = 1.05·513,2·2.375 = 1280 кН;   Qу = ∑Тк уi = 30,3·2.375 = 72 кН.

 

         Подбор  сечения  балки.  Принимаем  подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6 мм  и швеллера № 18.

         Значение  коэффициента β определим по  формуле (15.23):

β = 1 + 2

= 1 + 2 = 1.09,

где hб ≈

l = = 0,6 м;  hт = hн = 1м;

Wх тр = 315230·1.09/23 = 14861 см³.

         Задаемся kст = hст / tст = 75.

        Оптимальная  высота балки 

 

 

hопт =

см.

       

 

Минимальная высота балки

hmin =

см;

Мн - момент от загружения балки одним краном  при n= 1.0.

         Значение  Мн определим по линии  влияния;  сумма ординат линии влияния при нагрузке  от одного крана ∑ уi = 3 + 0.45 = 3.45;

Мн = γн ∑ F

уi = 0.95·470·3.45 = 1540,5 кН·м;

Принимаем hб = 129 .

Задаемся толщиной полок tп = 2 см,  тогда hст = hб - 2tп  = 129- 2·2 = 125 см.

         Из условия  среза стенки силой  Q х

tст ≥ 1.5(Q х / hст Rс р ) = 1.5·1280/(125·13.5) = 1,13 см.

Принимаем  стенку толщиной 1,2 см;  kст = 125/1.2 = 104.

         Размеры  поясных листов 

I x тр = Wxтрhб/2 = 14861·129/2 = 958534 см

;

I ст =  1.2·125³/12 = 195313 см

;

Ап.тр = (I x тр - I ст )/2

см².

Принимаем пояс из листа сечения 20х450 мм, А п. = 90 см².

Устойчивость пояса обеспечена, так как

<

По полученным данным компонуем сечение балки.

         

                          Рис.11 Красчету подкрановой балки

 

        Проверка прочности сечения. Определим геометрические характеристики  принятого сечения.

           Относительно  оси х – х:

I x =

см ;

 см .

          Геометрические  характеристики тормозной балки относительно оси  у – у:

(в состав тормозной балки  входят верхний пояс, тормозной  лист и швеллер):

расстояние от оси подкрановой балки  до центра тяжести сечения

х0 = (0.6·80·43+ 20,7·93,4)/(0.6·80 + 27 + 2·45) = 31 см;

I у = 0.6·80³/12 + 0.6·80(43- 31)² + 20,7(94.3- 31)² + 45·31² + 2·45³/12 =  421000 см .

W

= I у / хА = 6980 см³.

          Проверим  нормальные напряжения в верхнем  поясе (точка А).

σ

= кН/см² < R= 23 кН/см².

          Прочность  стенки на действие касательных  напряжений  на опоре обеспечена, так как принятая толщина стенки  больше определенной из условия  среза.

          Жесткость  балки также обеспечена, так как  принятая высота балки hб >  hmin.

Проверим прочность стенки балки от действия местных напряжений  под колесом крана:

σму = γFк/tстl0 = 1.4·513,2/1,2·35,62 = 11,8 кН/см² < R= 23 кН/см²;

l0 = c

;

Iп1 = Ip +  bпt

/12 = 1547 + 45·2³/12 = 1577 см ;

Ip =1577 см - момент инерции рельса КР-80;   с = 3.25- коэффициент

Устойчивость стенки обеспечена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                             Использованная литература

 

       1 «Металлические конструкции»  под  общей редакцией  Е.И.Беленя -  Москва : Стройиздат 1985.

         

       2 Справочник проектировщика   «Металлические  конструкции»   -

Мельников С.П. Москва, стройиздат 1980г                                            

     

      3 СНиП «Стальные конструкции» Нормы проектирования. Москва, стройиздат 1982г.

 

       4. СНиП «Нагрузки и воздействия» Нормы проектирования. Москва, стройиздат 1982г.

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2