Проектирование строительства завода цинкования мелкоразмерных конструкций

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,66
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Y1 (X1,O,U1)	0,79
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)	0,85
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,45
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,55

Коэффициент использования 0,85 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)

Верхний сжатый пояс, проектируем с изменением сечения по длине:

· элементы 7, 8- примем 2 равнополочных уголка L120x15 по ГОСТ 8509-93;

· элементы 10, 11, 12- примем 2 равнополочных уголка L150x15 по ГОСТ 8509-93;

Нижний растянутый пояс (элементы 5, 6) - примем 2 равнополочных уголка L120x15 по ГОСТ 8509-93.

Опорный раскос (элемент 1) - примем 2 равнополочных уголка L100x14 по ГОСТ 8509-93.

Стойки (элементы 3, 13, 14) - примем 2 равнополочных уголка L56x4 по ГОСТ 8509-93.

Сжатые раскосы (элемент 15) - примем 2 равнополочных уголка L90x10 по ГОСТ 8509-93.

Растянутые раскосы, полураскосы и шпренгели (элементы 17, 18, 19, 20, 21) - примем 2 равнополочных уголка L50x6 по ГОСТ 8509-93.

Вариант №2.

Так как элементы решетки фермы из одиночных уголков, то расчёт следует выполнять с учётом изгибающих моментов в плоскости фермы M_x и из плоскости фермы M_y, определяемых по формулам:

M_x = M_p + _xa • N • z ; M_y = _y • N • z , где M_p = M_q + M_e + M_f

M_q, M_e, M_f - изгибающие моменты соответственно от внеузловой нагрузки, от расцентровки стержней в узлах и от перемещения системы (от жёсткости узлов); N - продольная сила, принимаемая со знаком соответствующему усилию;

z = z_о - 0,5 • d - расстояние от центра до середины толщины полки уголка;

z_о - расстояние от центральной оси до наружной грани полки уголка;

_xa, _y- относительные эксцентриситеты прикрепления, определяемые по табл. 53

Моменты M_q и M_e отсутствуют, а моменты от жёсткости узлов M_f допускаются не учитывать. Тогда выражение для M_x примет вид:

M_x = _xa • N • z

Расчёт на прочность внецентренно-сжатых и внецентренно-растянутых элементов из одиночных уголков, не подвергающихся непосредственному воздействию динамических нагрузок, следует выполнять по формуле:

где н - коэффициент, определяемый по табл. 54 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)] в зависимости от условных относительных эксцентриситетов _x и _y;

_с - коэффициент условий работы, определяемый по поз. 6 табл. 6* СНиП II-23-81*.

Необходимые данные для расчёта:

Марка стали ВСт3пс6, для которой

R_y = 240 МПа (фасонный прокат толщиной 2…20 мм)

N - расчётное продольное усилие;

ц - коэффициент продольного изгиба;

ц_e - коэффициент снижения расчётного сопротивления при расчёте на внецентреное сжатие;

Сечение верхнего пояса.

Для поясов ферм эксцентриситеты _xa = _y = 0, следовательно, M_x = M_y = 0

Элементы : 7, 8.

N = - 625,03 Кн

Сечение подбираем из условия устойчивости:

Зададимся гибкостью л = 60 => ц = 0,807

Требуемая площадь сечения:

Расчётные длины стержней:

l_efx = 302 см, табл. 11 п. 1, б [СНиП II-23-81*]

l_efy = 302 см, табл. 11 п. 2, а [СНиП II-23-81*]

Требуемый радиус инерции:

Принимаем Т 15ШТ2, А = 38,53см², i_x = 3,84см, i_y = 4,75см

Гибкость стержня:

Проверку на устойчивость будем осуществлять в плоскости фермы:

Недонапряжение:

Предельная гибкость:

Элементы: 10, 29 (11, 12, 30, 31)

N = - 866,55 Кн

Зададимся гибкостью л = 60 => ц = 0,807

Требуемая площадь сечения:

Расчётные длины стержней:

l_efx = 302 см, табл. 11 п. 1, б [СНиП II-23-81*]

l_efy = 302 см, табл. 11 п. 2, а [СНиП II-23-81*]

Требуемый радиус инерции:

Принимаем Т 17,5ШТ2, А = 52,02 см², i_x = 4,49см, i_y = 5,92см

Гибкость стержня:

Проверку на устойчивость будем осуществлять в плоскости фермы:



Недонапряжение:

Предельная гибкость:

Сечение нижнего пояса.

Для поясов ферм эксцентриситеты _xa= _y = 0, следовательно, M_x = M_y = 0.

Элементы : 5 (6)

N = - 844,36 Кн

Сечение подбираем из условия прочности:

Требуемая площадь сечения:

Расчётные длины стержней:

l_efx = 600см, табл. 11 п. 1, б [СНиП II-23-81*]

l_efy = 1200 см, табл. 11 п. 2, а [СНиП II-23-81*]

Требуемый радиус инерции:

Принимаем Т 15ШТ2, А = 38,53см², i_x = 3,84см, i_y = 4,75см

Гибкость стержня:

Проверка на прочность:

Недонапряжение

Сечение опорного раскоса.

Элемент : 1.

N = 649,72 Кн

Относительные эксцентриситеты присоединения для растянутых элементов решётки ферм из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых по одной полке приведены в табл. 53 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)]:

· в плоскости фермы _xa = 0,36;

· из плоскости фермы _y = - 0,6.

н = 0,734

Расчётные длины стержней:

l_efx = 314см;

l_efy = 1200см,

Требуемая площадь сечения:

Принимаем L160х14, А = 37,39 см², i_x0 =6,20см, i_y0 = 3,16см;

Гибкость стержня:

Проверка на прочность:

Недонапряжение:

Сечение стоек. Относительные эксцентриситеты присоединения для сжатых элементов решётки ферм из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых по одной полке приведены в табл. 53 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)]:

· в плоскости фермы _xa = 0,48;

· из плоскости фермы _y = - 0,8.

Расчёт на устойчивость внецентренно-сжатых элементов следует выполнять по формуле:

Для равнополочных уголков при _y = - 0,8 ц_е рекомендуется определять по табл. 55 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)] в зависимости от _x и , где _x - условный относительный эксцентриситет в плоскости фермы

_x, - эксцентриситет продольной силы в плоскости фермы

- условная гибкость в плоскости наименьшей жёсткости уголка.

Сечение подбираем по радиусу инерции .

Элементы : 14 (3, 13)

N = -102,08 Кн

Зададимся гибкостью л = 60

Расчётные длины стержней:

Требуемый радиус инерции:

Принимаем L100х7, А = 13,75см², i_x0 =3,88см, i_yо = 1,98см.

Гибкость стержня:

Условная гибкость:

Проверка на устойчивость:

Недонапряжение:

Предельная гибкость:

Сечение сжатых раскосов.

Относительные эксцентриситеты присоединения для сжатых элементов решётки ферм из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых по одной полке приведены в табл. 53 [Пособие по проектированию стальных конструкций

· в плоскости фермы _xa = 0,48;

· из плоскости фермы _y = - 0,8.

Расчёт на устойчивость внецентренно-сжатых элементов следует выполнять по формуле:

Для равнополочных уголков при _y = - 0,8 ц_е рекомендуется определять по табл. 55 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)] в зависимости от _x и , где _x - условный относительный эксцентриситет в плоскости фермы

_x, - эксцентриситет продольной силы в плоскости фермы;

;

- условная гибкость в плоскости наименьшей жёсткости уголка

Сечение подбираем по радиусу инерции .

Элемент : 15

N = -255,40 Кн

Зададимся гибкостью л = 60

Расчётные длины стержней:

Требуемый радиус инерции:

Принимаем L150х12, А = 34,89см², i_x0 =5,83см, i_yо = 2,97см.

Гибкость стержня:



Условная гибкость:

Проверка на устойчивость:

Недонапряжение:

Предельная гибкость:

Сечения растянутых раскосов, полураскосов.

Элементы : 17 (18, 19, 21)

N = 151,35 Кн

Относительные эксцентриситеты присоединения для растянутых элементов решётки ферм из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых по одной полке приведены в табл. 53 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)]:

· в плоскости фермы _xa = 0,36;

· из плоскости фермы _y = - 0,6.

н = 0,734

Расчётные длины стержней:

l_efx = 382·0,9=343,8см;

l_efy = 382см,

Требуемая площадь сечения:

Принимаем L60х8, А = 9,04 см², i_x0 =2,27см, i_y0 = 1,17см;

Гибкость стержня:

Проверка на прочность:

Сечение шпренгелей.

Относительные эксцентриситеты присоединения для сжатых элементов решётки ферм из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых по одной полке приведены в табл. 53 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)]:

· в плоскости фермы _xa = 0,48;

· из плоскости фермы _y = - 0,8.

Расчёт на устойчивость внецентренно-сжатых элементов следует выполнять по формуле:

Для равнополочных уголков при _y = - 0,8 ц_е рекомендуется определять по табл. 55 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)] в зависимости от _x и , где _x - условный относительный эксцентриситет в плоскости фермы

_x, - эксцентриситет продольной силы в плоскости фермы;;

- условная гибкость в плоскости наименьшей жёсткости уголка.

Сечение подбираем по радиусу инерции .

Элемент : 20

N = -68,40 Кн

Зададимся гибкостью л = 60

Расчётные длины стержней:

Требуемый радиус инерции:

Принимаем L60х8, А = 9,04 см², i_x0 =2,27см, i_y0 = 1,17см;

Гибкость стержня:

Условная гибкость:

Проверка на устойчивость:

Недонапряжение:

Предельная гибкость:

Примем L60х8 для шпренгелей, не смотря на недонапряжение свыше 5%, т.к. количественное отношение элементов к общей массе значительно мало, не резонно вводить новый элемент (модуль).

Сведем результаты расчета в таблицу 8.5.

Таблица 8.5

Элемент фермы	№ стержня	Усилие, кН	Сечение	Площадь сечения, см2				[л]	Цmin	гc	Проверка на прочность, устойчивость
Верхний пояс	7, 8	-625,03	15ШТ2	38,53				118,2	0,691	0,95	227,1
	11, 12,	-916,94	17,5ШТ2	52,02				129,47	0,918	0,95	192,01
	10	-866,55	17,5ШТ2	52,02				122,94	0,768	0,95	216,9
Нижний пояс	5	844,36	15ШТ2	38,53				400	-	0,95	219,14
	6	768,80	15ШТ2	38,53				400	-	0,95	199,53
Стойки	3	0	L100х7	13,75				-	-	0,95	-
	13	-72,90	L100х7	13,75				148,2	0,441	0,95	120,22
	14	-102,08	L100х7	13,75				124,2	0,351	0,95	217,51
Опорный раскос	1	649,72	L160х14	37,39				400	-	0,95	226,85
Сжатые раскосы	15	-255,40	L150х12	34,89				119,4	0,319	0,95	227,5
Растянутые раскосы и полураскосы	17, 18, 19, 21,	151,35	L60х8	9,04				400	-	0,95	228,1
Шпренгель	20	-68,40	L60х8	9,04				119,4	0,389	0,95	194,5

Расчет и конструирование узлов фермы.

При расчёте узлов фермы определяют размеры сварных швов и назначают габариты фасонок с таким расчётом, чтобы на них уместились все сварные швы стержней.

Исходные данные для расчёта:

R_wf = 180 МПа - расчётное сопротивление угловых сварных швов условному срезу по металлу шва;

R_un = 370 МПа - расчётное сопротивление стали по временному сопротивлению (для стали марки ВСт3пс6);

R_wz= 0,45•R_un = 0,45•370 = 166,5 МПа…расчётное сопротивление угловых сварных швов условному срезу по металлу границы сплавления;

г_wf = 1 ,коэффициент условия работы сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу шва (при R_y< 580 МПа и климатических районах с t° > - 40);

г_wz = 1, коэффициент условия работы сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу границы сплавления (при R_y < 580 МПа и климатических районах с t° > - 40);

При изготовлении фермы принимаем ручную сварку электродами Э42 и Э42А по ГОСТ 9467-75;

в_f = 0,7, коэффициент сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу шва;

в_z = 1, коэффициент сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу границы сплавления;

г_c = 1, коэффициент условия работы конструкции;

в_f • R_wf = 0,7 • 180 = 126 МПа

в_z • R_wz = 1 • 166,5 = 126 МПа

Следовательно, расчёт будем вести по металлу шва. Так как сварка ручная то, наиболее эффективно принять катет шва равный 6мм или 8мм(K_f = 6мм, K_f = 8мм).

Расчёт опорного узла стропильной фермы.

В опорном узле сходятся стержни (элементы) 7, 1 и 24, 26. Рассчитаем прикрепление опорной раскоса 1,24 имеющего сечение 2 L 100х14 и расчётное усилие 649.72Кн, конструктивная длина швов(k_f = 8 мм):

- у обушка:

- у пера:

Для крепления верхнего пояса ( элементы) 7, 26), сечением 2L 120х15 и N = - 625,03Кн, расчётная длина швов (k_f = 8 мм):

- у обушка:

- у пера:

Для крепления опорного ребра к верхнему поясу о фасонке

N = - 301,5Кн, расчётная длина швов (k_f = 8 мм):



Находим требуемую площадь сечения ребра по формуле

где Q-поперечная сила на опоре фермы (Q=301,5кН);

,

Где R_un-временное сопротивление стали (для марки стали ВСт3пс6-1, R_un=370МПа)

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

Принимая ширину опорного ребра 250мм, получаем толщину ребра

, примем t_p=20мм.



Рис.8.5 Опорный узел фермы

Расчет верхнего монтажного узла.

Монтажный стык испытывает сжимающие усилия. Фланцы выполняем из стали марки ВСт3пс6-1 толщиной 20мм. Стык верхнего монтажного узла рассчитываем на обычных болтах из конструктивных соображений. Принимаем 4 болта М20 класса прочности 5.6. Размещение болтов осуществляется при соблюдении конструктивных требований.

Усилие в стыке:

Определяем длину швов прикрепления уголков к фланцу:



Рис. 8.6 Монтажный стык верхнего пояса

Расчёт и конструирование монтажного стыка нижнего пояса.

Монтажный стык проектируем на высокопрочных болтах из стали марки 40Х "Селект", d_b=24 мм и d_отв=27 мм в качестве накладки используем 2 L 120х15 - того же профиля, что и сечение нижнего пояса, с расчётным усилием N=768,80 Кн.

Исходные данные для расчёта:

d_b=24 мм.-диаметр болта;

d_отв=33 мм.-диаметр отверстия под болт;

A_bn=3,52 см²-площадь сечения болта нетто;

R_bun=110 кН/см²-наименьшее временное сопротивление стали болтов марки 40Х "Селект";

R_bh=0,7•R_bun=0,7•110=77 кН/см² - расчётное сопротивление высокопрочных болтов растяжению;

µ=0,35-коэффициент трения, обработка соединяемых поверхностей производится стальными щетками;

г_h=1,17-коэффициент надёжности при статической нагрузке и разности диаметров болта и отверстия д=1…4 мм, способе регулирования натяжения болтов по углам поворота гайки;

г_b=0,9-коэффициент условий работы соединения при количестве болтов 5…10;

k=2-количество поверхностей трения соединяемых элементов;

Условно делим усилие в стержне на 4 части (2 уголка = 4 полки) и расчитываем количество болтов на каждую полку.

Несущая способность одного высокопрочного болта:

Количество болтов на половине накладке:

Принимаем n = 2 шт, располагаем на каждой полке уголка в шахматном порядке.

Рис.8.7 Монтажный стык нижнего пояса.

Расчёт сварных швов крепления элементов решетки:

· Элементы 13, 19.

Рассчитаем прикрепление стойки имеющей сечение 2 L 56х4, расчётное усилие 72,90Кн и полураскоса имеющей сечение 2 L 50х6, расчётное усилие 75,38Кн. Конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

- у обушка:

- у пера:

Примем длину шва у пера 50мм.

· Элемент 15.

Рассчитаем прикрепление раскоса имеющего сечение 2 L 90х10 и расчётное усилие 255,40Кн, конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

- у обушка:

- у пера:

· Элементы 18, 20, 21.

Рассчитаем прикрепление полураскоса и шпренгеля имеющих сечение 2 L 50х6 и max расчётным усилием 68,40Кн, конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

- у обушка:

- у пера:

Примем длину шва у пера 50мм.

· Элемент 14.

Рассчитаем прикрепление стойки имеющей сечение 2 L 56х4 и расчётное усилие 102,08Кн, конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

- у обушка:

- у пера:

· Элемент 17.

Рассчитаем прикрепление раскоса имеющего сечение 2 L 50х6 и расчётное усилие 151,35Кн, конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

- у обушка:

- у пера:

· Элемент 3

Конструктивную длину швов(k_f = 6 мм) при расчетном усилии равном 0кН, примен по min значениям, т.е. 50мм.

Расчет фермы Ф-2.

Рис. 8.8 Расчетная схема стропильной фермы Ф2

Комбинации нагрузок на ферму Ф2

Таблица 8.6

Номер	Наименование
1	постоянная +снег

Усилия и напряжения элементов при комбинации нагружений на ферму Ф2.

Таблица 8.7

Номер эл-та	Номер сечен.	Номер комб.	Усилия и напряжения
			N (кН)	M (кН*м)	Q (кН)
1	1	1	-384,91	0,	0,
	2	1	-384,91	0,	0,
2	1	1	440,525	0,	0,
	2	1	440,525	0,	0,
3	1	1	-69,3	0,	0,
	2	1	-69,3	0,	0,
4	1	1	-384,91	0,	0,
	2	1	-384,91	0,	0,
5	1	1	-106,799	0,	0,
	2	1	-106,799	0,	0,
6	1	1	497,217	0,	0,
	2	1	497,217	0,	0,
7	1	1	-453,01	0,	0,
	2	1	-453,01	0,	0,
8	1	1	-43,4452	0,	0,
	2	1	-43,4452	0,	0,
9	1	1	-69,3	0,	0,
	2	1	-69,3	0,	0,
10	1	1	-453,01	0,	0,
	2	1	-453,01	0,	0,
11	1	1	-38,8513	0,	0,
	2	1	-38,8513	0,	0,
12	1	1	483,488	0,	0,
	2	1	483,488	0,	0,
13	1	1	-116,79	0,	0,
	2	1	-116,79	0,	0,
14	1	1	-384,91	0,	0,
	2	1	-384,91	0,	0,
15	1	1	-69,3	0,	0,
	2	1	-69,3	0,	0,
16	1	1	-384,91	0,	0,
	2	1	-384,91	0,	0,
17	1	1	402,841	0,	0,
	2	1	402,841	0,	0,

Значение расчётных усилий в стержнях фермы Ф2.

Таблица 8.8

Элемент фермы	Номер элемента	Расчётное усилие, кН
		сжатие	растяжение
Верхний пояс	1,4,14,16 7,10	384,91 453,01	- -
Нижний пояс	6 12	- -	497,22 483,49
Стойки	3,9,15	69,3	-
Опорные раскосы	2 17	- -	440,53 402,84
Раскосы	5 8 11 13	106,80 43,45 38,855 116,79	- - - -

Подбор сечений стержней фермы Ф2.

Для удобства изготовления и комплектования сортамента металла при проектировании ферм обычно устанавливают 4-6 разных калибров профиля, из которых набирают все элементы фермы. Чтобы предварительно установить необходимый ассортимент профилей, определяют требуемые площади сечений стержней фермы.

Расчет сечений стержней фермы определяем при помощи программы Structure CAD

Необходимые данные для расчёта:

· марка стали ВСт3пс6-1 (=240 МПа)[СНиП II-23-81*, табл. 51*];

· N - расчётное продольное усилие;

· []-предельная гибкость;

· - коэффициент условия работы конструкции;

· l_ef - расчетные длины.

Группа верхний пояс. Элемент №(1,4,14,16)

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 0,95 Предельная гибкость -- 120,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 1,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 1,0 Длина элемента -- 3,02 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L90x12

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,41
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Y1 (X1,O,U1)	0,55
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)	0,88
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,59
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,93

Коэффициент использования 0,93 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1

Группа верхний пояс. Элемент №(7,10)

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 0,95 Предельная гибкость -- 120,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 1,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 1,0 Длина элемента -- 3,02 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L100x10

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,52
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Y1 (X1,O,U1)	0,66
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)	0,94
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,55
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,83

Коэффициент использования 0,94 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)

Группа нижний пояс. Элемент №6

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 1,0 Предельная гибкость -- 400,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 3,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 1,0 Длина элемента -- 6,17 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L100x12

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,45
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	1,0
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,51

Коэффициент использования 1,0 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1

Группа нижний пояс. Элемент №12

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 1,0 Предельная гибкость -- 400,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 3,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 1,0 Длина элемента -- 6,0 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L100x6.5

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,78
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	1,0
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,49

Коэффициент использования 1,0 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1

Группа опорные раскосы. Элемент №2

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 1,0 Предельная гибкость -- 400,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 3,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 1,0 Длина элемента -- 3,46 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L60x10

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,83
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,85
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,48

Коэффициент использования 0,85 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1

Группа опорные раскосы. Элемент №17

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 1,0 Предельная гибкость -- 400,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 3,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 1,0 Длина элемента -- 3,16 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L60x8

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,93
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,79
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,44

Коэффициент использования 0,93 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Группа раскосы. Элемент №5

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 0,95 Предельная гибкость -- 150,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 1,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 0,8 Длина элемента -- 3,16 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L63x6

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,32
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Y1 (X1,O,U1)	0,66
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)	0,9
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,73
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,88

Коэффициент использования 0,9 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)

Группа раскосы. Элемент №8

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 0,95 Предельная гибкость -- 150,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 1,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 0,8 Длина элемента -- 3,87 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L70x4

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,15
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Y1 (X1,O,U1)	0,38
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)	0,51
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,82
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,95

Коэффициент использования 0,95 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1

Группа раскосы. Элемент №11

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 0,95 Предельная гибкость -- 150,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 1,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 0,8 Длина элемента -- 3,46 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L63x4

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,17
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Y1 (X1,O,U1)	0,42
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)	0,56
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,81
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,95

Коэффициент использования 0,95 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1

Группа раскосы. Элемент №13

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 0,95 Предельная гибкость -- 150,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 1,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 0,8 Длина элемента -- 3,46 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L70x5

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,37
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Y1 (X1,O,U1)	0,82
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)	1,0
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,76
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,86

Коэффициент использования 1,0 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)

Группа стойки. Элемент №(3,15)

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 0,95 Предельная гибкость -- 120,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 1,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 0,8 Длина элемента -- 1,36 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L40x4

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,49
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Y1 (X1,O,U1)	0,66
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)	0,8
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,6
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,74

Коэффициент использования 0,8 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)

Группа стойки. Элемент №9

Расчетное сопротивление стали Ry= 240345,0 кН/м2 Коэффициент условий работы -- 0,95 Предельная гибкость -- 120,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Y1 -- 1,0 Коэффициент расчетной длины в плоскости X1,Z1 -- 0,8 Длина элемента -- 2,08 м	Сечение Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L50x4

Результаты расчета

Проверено по СНиП	Фактор	Коэффициенты использования :
пп.5.24,5.25	прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики	0,39
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Y1 (X1,O,U1)	0,66
п.5.3	устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1)	0,8
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1	0,77
пп.6.15,6.16	предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1	0,9

Коэффициент использования 0,9 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1

Верхний сжатый пояс (элементы 1, 4, 7, 10, 14, 16) - примем 2 равнополочных уголка L100х10 по ГОСТ 8509-93;

Нижний растянутый пояс (элементы 6, 12) - примем 2 равнополочных уголка L100х12 по ГОСТ 8509-93.

Опорный раскос (элементы 2, 7) - примем 2 равнополочных уголка L60х10 по ГОСТ 8509-93.

Стойки (элементы 3, 9, 15) - примем 2 равнополочных уголка L50х5 по ГОСТ 8509-93.

Раскосы (элементы 5, 8, 11, 13) - примем 2 равнополочных уголка L70х5 по ГОСТ 8509-93.

Расчет и конструирование узлов фермы.

При расчёте узлов фермы определяют размеры сварных швов и назначают габариты фасонок с таким расчётом, чтобы на них уместились все сварные швы стержней.

Исходные данные для расчёта:

R_wf = 180 МПа - расчётное сопротивление угловых сварных швов условному срезу по металлу шва;

R_un = 370 МПа - расчётное сопротивление стали по временному сопротивлению (для стали марки ВСт3пс6);

R_wz= 0,45•R_un = 0,45•370 = 166,5 МПа…расчётное сопротивление угловых сварных швов условному срезу по металлу границы сплавления;

г_wf = 1 ,коэффициент условия работы сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу шва (при R_y< 580 МПа и климатических районах с t° > - 40);

г_wz = 1, коэффициент условия работы сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу границы сплавления (при R_y < 580 МПа и климатических районах с t° > - 40);

При изготовлении фермы принимаем ручную сварку электродами Э42 и Э42А по ГОСТ 9467-75;

в_f = 0,7, коэффициент сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу шва;

в_z = 1, коэффициент сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу границы сплавления;

г_c = 1, коэффициент условия работы конструкции;

в_f • R_wf = 0,7 • 180 = 126 МПа

в_z • R_wz = 1 • 166,5 = 126 МПа

Следовательно, расчёт будем вести по металлу шва. Так как сварка ручная то, наиболее эффективно принять катет шва равный 6мм (K_f = 6мм).

Расчёт опорных узлов стропильной фермы.

В опорных узлах сходятся стержни (элементы) 1, 2 и 16, 17.

Рассчитаем прикрепление опорного раскоса (элемент 2) имеющего сечение 2L 60х10 и расчётное усилие 440.53Кн, конструктивная длина швов (k_f = 6 мм):

- у обушка:

- у пера:

Рассчитаем прикрепление опорного раскоса (элемент 17) имеющего сечение 2L 60х10 и расчётное усилие 402,84Кн, конструктивная длина швов (k_f = 6 мм):

- у обушка:

- у пера:

Для крепления верхнего пояса ( элементы 1, 16), сечением 2L 100х10 и N = 384,91Кн, расчётная длина швов (k_f = 6 мм):

- у обушка:

- у пера:

Для крепления опорного ребра к верхнему поясу о фасонке

N = 207,9Кн, расчётная длина швов (k_f = 6 мм):

Находим требуемую площадь сечения ребра по формуле

где Q-поперечная сила на опоре фермы (Q=207,9кН);

,

Где R_un-временное сопротивление стали (для марки стали ВСт3пс6-1, R_un=370МПа)

-коэффициент надежности по материалу, принимаемый по табл. 2

Принимая ширину опорного ребра 250мм, получаем толщину ребра

, примем t_p=20мм.



Рис.8.9 Опорные узлы фермы

Расчёт сварных швов крепления элементов решетки:

· Элементы 3, 9, 15

Рассчитаем прикрепление стойки имеющей сечение 2L 50х5, расчётное усилие 69,3Кн. Конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

- у обушка:

- у пера:

Примем длину шва у пера 50мм.

· Элементы 8, 11

Рассчитаем прикрепление раскоса имеющего сечение 2L 70х5 и max расчётное усилие 43,45Кн, конструктивная длина швов (k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

- у обушка:

- у пера:

Примем длину шва у пера 50мм.

· Элементы 5, 13

Рассчитаем прикрепление раскоса имеющего сечение 2L 70х5 и max расчётное усилие 116,79Кн, конструктивная длина швов (k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

- у обушка:

- у пера:

8.3 Расчет прогона

Расчет прогона произведен программой NormCAD

Исходные данные:

Геометрические размеры элемента:

- Расчетная длина элемента lefx = 1000 см;

- Расчетная длина элемента lefy = 0 см;

- Длина элемента l = 1000 см;

Нагрузка:

- Изгибающий момент Mx = 7,09 тс м = 7,09 / 0,00001 = 709000 кгс см;

- Изгибающий момент My = 1,61 тс м = 1,61 / 0,00001 = 161000 кгс см;

- Поперечная сила на одну стенку сечения Qy = 3,02 тс = 3,02 / 0,001 = 3020 кгс;

- Сжимающая сила, действующая на одну стенку элемента

F = 0 тс = 0 / 0,001 = 0 кгс;

Физические характеристики:

- Модуль упругости E = 2100000 кгс/см 2;

Прочность:

(Вид металла - Фасонный прокат):

- Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести Ry = 2450 кгс/см 2;

- Расчетное сопротивление стали сдвигу Rs = 1960 кгс/см 2;

Коэффициенты надежности и условия работы:

- Коэффициент условия работы gc = 1 ;

- Коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению gu = 1,3 ;

Основные характеристики сечений:

(Сечение ветви - из сортамента; Характеристики сечения - Двутавры нормальные с параллельными гранями полок по СТО АСЧМ 20-93; 35 Б2; Сечение - одноветьевое):

Опирание:

- Ширина опирания b = 17,5 см;

Результаты расчета:

1) Расчет на прочность элементов, изгибаемых в двух главных плоскостях

Балки, рассчитываемые по формуле (38), должны быть проверены по формулам (29) и (33):

2) Расчет на прочность стенки балки

Расчет на прочность элементов, изгибаемых в одной из главных плоскостей (кроме балок с гибкой стенкой, с перфорированной стенкой и подкрановых балок)

Расчет по п. 5.12 СНиП II-23-81

Ослабления стенки отверстиями - отсутствуют.

Косательные напряжения:

t = Qy Sx/(Jx t) = 3020·434/(13560· 0,7) = 138,0826 кгс/см2 (формула (29); п.5.12СНиП II-23-81).

3) Продолжение расчета по п. 5.12 СНиП II-23-81

Минимальное значение момента сопротивления нетто:

Wxnmin = min(Wxn1 ; Wxn2)=min(774,8;774,8) = 774,8 см3.

Mx/Wxnmin=709000/774,8=915,07486 кгс/см 2 r Ry gc=2450 · 1=2450 кгс/см 2 (37,34999% от предельного значения) - условие выполнено

t=138,0826 кгс/см 2 r Rs gc=1960 · 1=1960 кгс/см 2 (7,04503% от предельного значения) - условие выполнено

4) Расчет на прочность стенки балки в местах приложения нагрузки к верхнему поясу и в опорных сечениях, не укрепленных ребрами жесткости

Ширина опирания - равна ширине сечения.

Условная длина распределения нагрузки:

lef = b +2 t_f=17,5+2 · 1,1 = 19,7 см (формула (32); п. 5.13 СНиП II-23-81).

Местное напряжение:

sloc = f/(t lef )=0/(0,7 · 19,7) = 0 кгс/см 2 .

sloc=0 кгс/см2 r Ry gc=2450 · 1=2450 кгс/см 2 (0% от предельного значения) - условие выполнено (формула (31); п. 5.13 СНиП II-23-81).

5) Продолжение расчета по п. 5.14 СНиП II-23-81

Нормальные напряжения:

sy = sloc =0 кгс/см2 .

Нормальные напряжения:

sx = Mx/Wxnmin=709000/774,8 = 915,07486 кгс/см2 .

945,81313

кгс/см 2 r 1,15 Ry gc=1,15 · 2450 · 1=2817,5 кгс/см 2 (33,56923% от предельного значения) - условие выполнено

6) Продолжение расчета по п. 5.17 СНиП II-23-81

Минимальные значения моментов сопротивления:

Минимальное значение момента сопротивления нетто:

Wxnmin = min(Wxn1 ; Wxn2)=min(774,8;774,8) = 774,8 см3 .

Минимальное значение момента сопротивления нетто:

Wynmin = min(Wyn1 ; Wyn2)=min(112,5;112,5) = 112,5 см3 .

Mx/Wxnmin+My/Wynmin=709000/774,8+161000/112,5=2346,18597 кгс/см 2 r Ry gc=2450 · 1=2450 кгс/см 2 (95,76269% от предельного значения) - условие выполнено

7) Проверка выполнения условий, при которых устойчивость балок требуется проверять

Условие п. 5.16 а (сжатый пояс надежно связан с жестким настилом) - выполняется.

Устойчивость балок проверять не требуется

8.4 Расчет рамы

8.4.1 Сбор нагрузок на раму цеха

Компоновка поперечной рамы

Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия . В сумме эти размеры составляют полезную высоту цеха (рис. 8.10).



Рис. 8.10 Схема поперечной рамы

Размер диктуется высотой мостового крана

Сбор нагрузок на поперечную раму цеха

Постоянная нагрузка



Рис. 8.11 Расчётная схема рамы при расчёте на постоянную нагрузку.

Снеговая нагрузка

Рис. 8.12 Расчётная схема рамы при расчёте на снеговую нагрузку

Крановая нагрузка



Рис. 8.13 Схема крана

Определяем максимальное расчётное давление колёс крана

Найдём минимальное нормативное значение давления колёс крана

где Q-[т];G_кр-[кН];n₀-число колес с одной стороны.

Расчетное значение минимального давления колес крана

Определение максимального и минимального давлений кранов на колонны.

Расчет рамы цеха ведем на два крана находящихся вплотную. D_min и D_max определяем по линии влияния опорной реакции подкрановых балок.

Рис. 8.14 Линия влияния давления колёс крана на колонны.

где ш=0,85 - коэффициент сочетания крановой нагрузки, учитывающий действие двух кранов одновременно;

г_f1=1,05 - коэффициент учитывающий собственный вес конструкции;

г_f2=1,2 - коэффициент учитывающий динамическое воздействие крановой нагрузки;

= - вес подкрановой балки;

=0,4 кН/м² - нормативный вес 1 м² подкрановой балки;

=1,5 кН/м² - нормативный вес 1 м² тормозной балки;

-высота тормозной балки.

Определение максимального и минимального моментов на раму цеха:

Опирание подкрановой балки не по оси подкрановой части колонны приводит к появлению изгибающих моментов в колоннах.



Рис. 8.15 Загружение крана вертикальной крановой нагрузкой

Эксцентриситет:

е=650мм.

Максимальный момент:

Минимальный момент:

Определение сил поперечного торможения:

Сила поперечного торможения, передаваемая одним колесом крана:

где _f=1,1 - коэффициент надёжности по крановой нагрузки;

n₀=2 - количество колёс крана с одной стороны.



Рис. 8.16 Загружение крана горизонтальной тормозной крановой нагрузкой у крайней колонны либо у средней колонны.

Сбор ветровых нагрузок

Для местности типа В (местность с оврагами и лесами, застройка населённых пунктов высотой 1025 м) коэффициенты, учитывающие изменения ветрового давления по высоте:

К₅=0,5;

К_9,38=0,631;

К₁₀=0,65;

К_11,43=0,679;

К_15,17=0,754;

К₂₀=0,85.



Рис. 8.17 Расчётная схема рамы к определению ветровой нагрузки

Ветер слева

С наветренной стороны:

где W_m - распределенная ветровая нагрузка:

.

С заветренной стороны:

W_m^/=.

где г_f = 1,4 - коэффициент надёжности по нагрузке;

W₀ =0,23 кПа - нормативное значение ветровой нагрузки для I-го ветрового района;

К_экв=0,81 - равномерно распределённое эквивалентное ветровое давление;

C=0,8 - аэродинамический коэффициент, учитывающий форму зданий и сооружений с наветренной стороны;

C^/=0,6 - аэродинамический коэффициент, учитывающий форму зданий и сооружений с заветренной стороны;

В_к=5 м - ширина распределения ветровой нагрузки на колонну ;

Ветер справа

С наветренной стороны:

где W_m - распределенная ветровая нагрузка:

.

С заветренной стороны:

W_m^/=.

8.4 Расчет рамы и составление итоговой таблицы расчетных усилий

Исходные данные для расчёта на ЭВМ:

- длина надкрановой части колонны К₁ и К₂;

- высота колонн К₁, К₂, К₃;

- размеры пролетов;

- интенсивность постоянной нагрузки на ригель первого и второго пролетов;

- интенсивность снеговой нагрузки на ригель первого и второго пролетов;

- максимальное давление колёс крана на колонну;

- минимальное давление колёс крана на колонну;

- максимальный момент от вертикального кранового давления;

- минимальный момент от вертикального кранового давления ;

- поперечное торможение двух кранов на раму;

- интенсивность ветровой нагрузки с наветренной стороны при ветре слева;

- интенсивность ветровой нагрузки с заветренной стороны при ветре слева;

- сосредоточенная нагрузка на ригель с наветренной стороны при ветре слева;

- сосредоточенная нагрузка на ригель с заветренной стороны при ветре слева;

- интенсивность ветровой нагрузки с наветренной стороны при ветре справа;

- интенсивность ветровой нагрузки с заветренной стороны при ветре справа;

- сосредоточенные нагрузки на ригели пролетов 1-го и 2-го с наветренной стороны при ветре справа;

- сосредоточенная нагрузка на ригель первого пролета с заветренной стороны при ветре справа;

Рис. 8.18 Расчетные сечения в колоннах

Полученные с ЭВМ данные ( расчет произведен программой Structure CAD) представляем в виде таблиц 8.9, 8.10, 8.11. Результат расчёта колонны К₁ на ЭВМ

Таблица 8.9

№ заггружения	Вид загружения	Характерные сечения частей колонны
		1-1	2-2	3-3
		М (кНм)	N (кН)	М (кНм)	N (кН)	М (кНм)	N (кН)
1	Постоянная	0	-85,5	0	-85,5	0	-85,5
2	Снеговая	0	-216,0	0	-216,0	0	-216,0
3	Dmax	На колонну К1	-60,72	-250,25	97,74	-250,25	-49,55	0
3*		На колонну К2	-15,13	-62,34	24,35	-62,34	-12,34	0
4	Т (торм.)	На колонну К1	6,72	0	9,51	0	9,51	0
4*		На колонну К2	0	0	0	0	0	0
5	Ветровая	Слева	17,73	0	-9,48	0	-8,32	0
5*		Справа	-12,67	0	6,77	0	5,94	0

Результат расчёта колонны К₂ на ЭВМ

Таблица 8.10.

№ заггружения	Вид загружения	Характерные сечения частей колонны
		1-1	2-2	3-3
		М (кНм)	N (кН)	М (кНм)	N (кН)	М (кНм)	N (кН)
1	Постоянная	0	-131,4	0	-131,4	0	-131,4
2	Снеговая	0	-378,0	0	-378,0	0	-378,0
3	Dmax	На колонну К1	15,13	-62,34	-24,35	-62,34	12,34	0
3*		На колонну К2	60,72	-250,25	-97,74	-250,25	49,55	0
4	Т (торм.)	На колонну К1	0	0	0	0	0	0
4*		На колонну К2	6,72	0	9,51	0	9,51	0
5	Ветровая	Слева	0	0	0	0	0	0
5*		Справа	0	0	0	0	0	0

Результат расчёта колонны К₃ на ЭВМ

Таблица 8.11.

№ заггружения	Вид загружения	Характерные сечения частей колонны
		1-1
		М (кНм)	N (кН)
1	Постоянная	0	-45,9
2	Снеговая	0	-162,0
3	Dmax	На колонну К1	0	0
3*		На колонну К2	0	0
4	Т (торм.)	На колонну К1	0	0
4*		На колонну К2	0	0
5	Ветровая	Слева	9,16	0
5*		Справа	-10,88	0

На основании таблиц результатов расчёта колонн на ЭВМ составляем таблицы комбинаций усилий, далее используемых для расчёта колонн.

Комбинации усилий в сечениях колонны К₁.

Таблица 8.12

Комбинация усилий	Коэффициент сочетания	Номера нагрузок и усилия	Характеристика сечения частей колонны
			1-1	2-2	3-3
			М (кНм)	N (кН)	М (кНм)	N (кН)	М (кНм)	N (кН)
+Ммах Nсоотв.	=1	№ нагрузок	1,5	1,3,4	1,5*
		усилия	17,73	-85,5	90,78	-335,75	5,94	-85,5
	=0,9	№ нагрузок	1,2,5	1,2,5*	1,2,5*
		усилия	15,96	-279,9	6,09	-279,9	5,35	-279,9
-Ммах Nсоотв.	=1	№ нагрузок	1,3,4	1,5	1,3,4
		усилия	-58,10	-335,75	-9,48	-85,5	-51,44	-85,5
	=0,9	№ нагрузок	1,3,4,5*	1,2,5	1,2,5
		усилия	-63,69	-310,72	-8,53	-279,9	-7,49	-279,9
Nмах +Mсоотв.	=1	№ нагрузок	1,5	1,3,4	1,5*
		усилия	17,73	-85,5	90,78	-335,75	5,94	-85,5
	=0,9	№ нагрузок	1,2,5	1,2,5*	1,2,5*
		усилия	15,96	-279,9	6,09	-279,9	5,35	-279,9
Nмах -Mсоотв.	=1	№ нагрузок	1,3,4	1,5	1,3,4
		усилия	-58,10	-335,75	-9,48	-85,5	-51,44	-85,5
	=0,9	№ нагрузок	1,3,4,5*	1,2,5	1,2,5
		усилия	-63,69	-310,72	-8,53	-279,9	-7,49	-279,9
Nмin +Mсоотв.	=1	№ нагрузок	1,5
		усилия	17,73	-85,5
Nмin -Mсоотв.	=1	№ нагрузок	1,5*
		усилия	-12,67	-85,5

Комбинации усилий в сечениях колонны К₂.

Таблица 8.13.

Комбинация усилий	Коэффициент сочетания	Номера нагрузок и усилия	Характеристика сечения частей колонны
			1-1	2-2	3-3
			М (кНм)	N (кН)	М (кНм)	N (кН)	М (кНм)	N (кН)
+Ммах Nсоотв.	=1	№ нагрузок	1,3*,4*	-	1,3*,4*
		усилия	76,79	-381,65	-	-	66,69	-134,4
	=0,9	№ нагрузок	1,2,3*,4*	-	1,2,3*,4*
		усилия	76,79	-696,83	-	-	60,02	-509,4
-Ммах Nсоотв.	=1	№ нагрузок	-	1,3*,4*	-
		усилия	-	-	-122,29	-381,65	-	-
	=0,9	№ нагрузок	-	1,2,3*,4*	-
		усилия	-	-	-110,06	-696,83	-	-
Nмах +Mсоотв.	=1	№ нагрузок	1,3*,4*	-	1,2
		усилия	76,79	-381,65	-	-	0	-365,17
	=0,9	№ нагрузок	1,2,3*,4*	-	1,2,3*,4*
		усилия	76,79	-696,83	-	-	60,02	-509,4
Nмах -Mсоотв.	=1	№ нагрузок	-	1,3*,4*	-
		усилия	-	-	-122,29	-381,65	-	-
	=0,9	№ нагрузок	-	1,2,3*,4*	-
		усилия	-	-	-110,06	-696,83	-	-
Nмin +Mсоотв.	=1	№ нагрузок	1,3,4
		усилия	17,46	-193,74
Nмin -Mсоотв.	=1	№ нагрузок	-
		усилия	-	-

Комбинации усилий в сечениях колонны К₃.

Таблица 8.14.

Комбинация усилий	Коэффициент сочетания	Номера нагрузок и усилия	Характеристика сечения частей колонны
			1-1
			М (кНм)	N (кН)
+Ммах Nсоотв.	=1	№ нагрузок	1,5
		усилия	9,16	-45,9
	=0,9	№ нагрузок	1,2,5
		усилия	8,25	-191,70
-Ммах Nсоотв.	=1	№ нагрузок	1,5*
		усилия	-10,88	-45,9
	=0,9	№ нагрузок	1,2,5*
		усилия	-9,79	-191,70
Nмах +Mсоотв.	=1	№ нагрузок	1,5
		усилия	9,16	-45,9
	=0,9	№ нагрузок	1,2,5
		усилия	8,25	-191,70
Nмах -Mсоотв.	=1	№ нагрузок	1,5*
		усилия	-10,88	-45,9
	=0,9	№ нагрузок	1,2,5*
		усилия	-9,79	-191,70
Nмin +Mсоотв.	=1	№ нагрузок	1,5
		усилия	9,16	-45,9
Nмin -Mсоотв.	=1	№ нагрузок	1,5*
		усилия	-10,88	-45,9

8.4.2 Расчет колонн

Расчет колонн произведен программой Norm CAD.

Определение расчётных длин колонн К₁, К₂ и К₃

- длина подкрановой части колонны К₁ и К₂;

- длина надкрановой части колонны К₁ и К₂;

- длина колонны К₃;

Для колонн К₁ и К₂ в плоскости рамы:

;

Для колонны К₃ в плоскости рамы:

;

Для колонн К₁ и К₂ из плоскости рамы:

;

Для колонны К₃ из плоскости рамы:

;

Расчет колонны К₁

Исходные данные:

Геометрические размеры элемента:

- Расчетная длина элемента l_efx = 2326 см;

- Расчетная длина элемента l_efy = 1163 см;

- Длина элемента l = 1163 см;

Нагрузка:

- Нормальная сила N = 33,575 тс = 33,575 /0,001 = 33575 кгс;

- Изгибающий момент M_x = 9,078тс м = 9,078/0,00001 = 907800 кгс см;

- Поперечная сила на одну стенку сечения Q_y = 1,8 тс = 1,8/0,001 = 1800 кгс;

Физические характеристики:

- Модуль упругости E = 2100000 кгс/см2;

Прочность:

(Вид металла - Фасонный прокат; Сталь и толщина металла - С235 ; От 2 до 20 мм;):

- Предел текучести стали R_yn = 2400 кгс/см2;

- Временное сопротивление стали разрыву R_un = 3700 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести R_y = 2350 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению Ru = 3600 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление стали сдвигу R_s = 1363 кгс/см2;

Коэффициенты надежности и условия работы:

- Коэффициент условия работы g_c = 1 ;

- Коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению g_u = 1,3 ;

Основные характеристики сечений:

(Сечение ветви - из сортамента; Характеристики сечения - Двутавры колонные с параллельными гранями полок по СТО АСЧМ 20-93; 40 К1; Сечение - одноветьевое):

Результаты расчета:

1) Расчет на прочность внецентренно-сжатых или внецетренно-растянутых элементов

Проверка условий выполнения расчета по формуле ( 49 ):

Т.к. R_y r 5900 кгс/см2 :

Непосредственное воздействие на элемент динамических нагрузок - отсутствует.

2) Расчет по п. 5.12 СНиП II-23-81

Ослабления стенки отверстиями - отсутствуют.

Площадь нетто:

A_n = A =186,81 см2 .

Косательные напряжения:

t = Q_y S_x/(J_x t) =1800 · 1559,3/(56147 · 1,1) = 45,44467 кгс/см2 (формула (29); п. 5.12 СНиП II-23-81).

3) Продолжение расчета по п. 5.25 СНиП II-23-81

Т.к. все или некоторые из следующих условий:

t/R_s=45,44467/1363=0,03334 r 0,5 и N/(A_n R_y)=33575/(186,81 · 2350)=0,07648 > 0,1

- не выполнены, требуется расчет по следующим формулам СНиП II-23-81.

Расчет должен быть выполнен по формуле ( 50 ).

4) Учет ослаблений сечения

Ослабления рассматриваемого сечения - отсутствуют.

Изгиб - в одной из главных плоскостей.

N/A_n+M_x/W_xn1=33575/186,81+907800/2850,1=498,24321кгс/см2 r R_y·gc=2350·1=2350 кгс/см 2 (21,20184% от предельного значения) - условие выполнено (формула (50); п. 5.25 СНиП II-23-81).

5) Продолжение расчета по п. 5.25 СНиП II-23-81

Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов в плоскости действия момента

Тип сечения - спошностенчатый стержень.

6) Определение гибкости стержня

Радиус инерции:

i = = = 17,33657 см .

Гибкость стержня относительно оси x:

l_x = l_efx/i=2326/17,33657 = 134,16725 .

Условная гибкость:

l = l_efx/i=2326/17,33657· = 4,48819 .

7) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Момент сопротивления для сжатого пояса:

W_c = W_x2 =2850,1 см3 .

Относительный эксцентриситет:

m = (M_x/N) (A/W_c)=(908000/33575) · (186,81/2850,1) = 1,77221 .

m r 20 (8,86105% от предельного значения) - условие выполнено .

8) Коэффициент влияния формы сечения

Тип сечения по табл. 73 СНиП II-23-85 - 5.

Коэффициент влияния формы сечения:

По табл. 73 СНиП II-23-81

h = 1,34328 .

9) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Приведенный относительный эксцентриситет:

m_ef = h_m =1,34328 · 1,77221 = 2,38057 (формула (52); п. 5.27 СНиП II-23-81).

Т.к. m_ef r 20:

Коэффициент:

По табл. 74 СНиП II-23-81 в зависимости от l и mef

f_e = 0,2136 .

N/(f_e A)=33575/(0,2136 · 186,81)=841,42353 кгс/см2 r R_y·g_c=2350·1=2350 кгс/см2 (35,80526% от предельного значения) - условие выполнено (формула (51); п. 5.27 СНиП II-23-81).

Коэффициент:

a = N/( fe A Ry·gc)=33575/(0,2136 · 186,81 · 2350 · 1) = 0,35805 .

Гибкость:

l = l_x =134,1673 .

10) Проверка по условию предельной гибкости сжатых элементов

По таблице 19 СНиП II-23-81:

Тип элемента - 4. Основные колонны.

Т.к. a < 0,5:

Коэффициент:

a =0,5

l=134,1673 r180-60·a=180-60·0,5=150 (89,44487% от предельного значения) - условие выполнено

11) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов постоянного сечения из плоскости действия момента при изгибе в плоскости наибольшей жесткости, совпадающей с плоскостью симметрии (J_x>J_y)

Радиус инерции:

i_y = == 10,06427 см .

Гибкость стержня относительно оси y:

l_y = l_efy/i_y=1163/10,06427 = 115,55731 .