- поперечная площадь сечения элемента фермы;

- расчетное сопротивление стали по пределу текучести, равное для стали С245 - ;

- коэффициент условия работы, равный 0.8

Зададимся ориентировочным значением гибкости и для него вычислим значение коэффициента продольного изгиба

Из сортамента выбираем равнополочный уголок с площадью поперечного сечения больше, чем . Выбираем L40x3 со следующими характеристиками:

- ;

- ;

- ;

-

Определим гибкость элементов:

где - гибкость элементов соответственно в плоскости и из плоскости фермы;

- расчетные длины элементов;

- радиус инерции сечения элементов соответственно в плоскости и из плоскости фермы;

- предельная гибкость сжатых элементов, принимаем по таблице 19 СНиП II-23-81* в зависимости от элемента конструкции

Т.к. вычисленное значение гибкости элементов, соответственно в плоскости ,больше предельной гибкости сжатых элементов, необходимо увеличить площадь поперечного сечения, выбираем L70x5 со следующими характеристиками:

- ;

- ;

- ;

-

Проверка выполняется, сечение равнополочного уголка удовлетворяет условию устойчивости

1. Результаты расчета элементов фермы сведены в таблицу 1 «Таблица подбора поперечных сечений элементов стропильной фермы».

Таблица 1

Таблица подбора поперечных сечений элементов стропильной фермы

2.4 Расчет узлов

Опорное ребро фермы предназначено для передачи опорной реакции на колонну. Толщину опорного ребра принимаем конструктивно t=12мм. Опорная реакция фермы: R=327.7кН

необходимая ширина ребра

где - опорная реакция стропильной фермы;

;

Ребро крепится болтами d=20мм к надколонной стойке. Из условия размещения болтов принимаем ширину ребра b=20 см. Требуемая полная длина сварного шва , а значит и высота ребра:

Окончательно размер h устанавливаем при вычерчивании с учетом требуемых длин сварных швов, прикрепляющих опорный раскос к узлу стропильной фермы.

Принимаем полуавтоматическую сварку в углекислом газе проволокой Св-08Г2С по Гост 2246-70* диаметром 1.4….2мм

Сравнивая два последних произведения делаем вывод , что расчет будем производить по границе сплавления , так как второе произведение меньше первого.

3 Расчет колонны

3.1 Расчетные длины колонны

Расчетные длины отдельных частей колонны следует определять в соответствии с п. 6.8, 6.11 прил.6 СНиП 2-23-81*. При этом предполагается, что верхний конец колонны свободен от всяких закреплений.

Коэффициент расчетной длины м для нижнего участка одноступенчатой колонны следует принимать в зависимости от следующих величин (рис. )

hв/hн= 6.37/9.03= 0.7 > 0,6

N1, мах / N2, мах = 1754 /357 = 4.9 > 3

Оба условия не выполняются

Принимаем

Расчетная длина верхней части колонны в плоскости рамы

м

для нижней части соответственно имеем

м

Расчетные длины верхней и нижней частей колонны из плоскости рамы определяем в соответствии с рис.

Расчетная длина нижней части колонны из плоскости рамы:

lнy = hн/2=9.03/2=4.515 (м)

верхней части колонны

lвy = hв-hб =6.37-1.05=5.32 (м).

3.2 Подбор сечения верхней части колонны

Верхняя часть колонны рассчитывается на устойчивость при внецентренном сжатии и проектируется из прокатного двутавра. Проверка устойчивости выполняется как в плоскости, так и из плоскости действия изгибающего момента. Предварительно определяется требуемая площадь поперечного сечения двутавра, которая находится из условия его устойчивости в плоскости рамы (в плоскости действия момента):

где N - продольное усилие, приложенное с эксцентриситетом e;

це - коэффициент устойчивости, принимаемый в зависимости от условной гибкости стержня

и приведенного относительного эксцентриситета

,

где W - момент сопротивления сечения для наиболее сжатого волокна;

з - коэффициент влияния формы сечения

Для симметричного двутавра можно воспользоваться следующими приближенными зависимостями:

тогда

Определив условную гибкость и приведенный относительный эксцентриситет, находим коэффициент устойчивости и вычисляем требуемую площадь поперечного сечения двутавра. В рассматриваемом случае имеем:

м,

Коэффициент устойчивости це=0,16596, а требуемая площадь поперечного сечения двутавра

.

Требуемые радиусы инерции сечения, исходя из условия, что предельная гибкость стержня равна 120

С учетом назначенной выше величины bв=500мм, по сортаменту принимаем Й60Б1, имеющий следующие характеристики: h=593мм, А=135.26см2, Jx=78759.99см4, Wx=2656см3, ix=24.13см, Jy=3154см4, iy=4.83см, b=230мм, tf=15.5мм, tw=10.5мм.

Последовательно вычисляем:

,

,

, , , , це=0,1835.

Проверяем устойчивость верхней части колонны в плоскости действия момента:

(кН/см2) (кН/см2).

Устойчивость стержня обеспечена.

Предельная гибкость

.

Фактическая гибкость .

Проверка верхней части колонны из плоскости действия момента. выполняется по формуле:

где с - коэффициент, вычисляемый согласно требованиям п. 5.31 СНиПа

,=5 ;б=0.55+0.05=0.55+0.05*5=0.8

в= , цс- значение при

Проверяем устойчивость верхней части колонны из плоскости рамы

(кН/см2) (кН/см2).

Устойчивость верхней части колонны обеспечена. На этом расчет верхней части колонны завершен.

3.3 Подбор сечения нижней части колонны

Нижняя часть колонны проектируется сквозной, симметричного строения, состоящей из двух прокатных двутавров, соединенных друг с другом решеткой из прокатных равнополочных уголков. Общий вид сечения нижней части колонны и расположение осей показаны на рис. 1.9.

Определяем усилия в ветвях по формуле

:

- шатровая ветвь (кН);

- подкрановая ветвь (кН).

Сечение нижней части колонны

Отдельные ветви работают на центральное сжатие и рассчитываются на устойчивость. Поскольку обе ветви по проекту имеют одинаковое сечение, их требуемую площадь определяем по максимальному усилию, принимая предварительно коэффициент продольного изгиба ц=0,5:

(см2).

Требуемый радиус инерции сечения ветви относительно оси Y (из плоскости рамы):

(см).

По сортаменту принимаем принимаем Й50Ш2, имеющий следующие характеристики: h=489мм, А=176.6см2, Jy=72529.99см4, Wy=2967см3, iy=20.26см, Jx1=7899.99см4, ix1=6.69см, b=300мм, tf=17.5мм, tw=14,5мм.

Проверяем устойчивость ветви из плоскости рамы:

;

(кН/см2) (кН/см2).

Из условия равноустойчивости ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем максимальное расстояние между узлами решетки:

(см).

Принимаем lв1=129, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей и расположив раскосы решетки по отношению к ветви под углом около 450. Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы:

;

(кН/см2) (кН/см2).

Для расчета соединительной решетки подкрановой части колонны. необходимо выбрать максимальную из фактически действующей и условной поперечных сил. Фактическая поперечная сила Q определена при выполнении статического расчета поперечной рамы - Q=137.1кН. Условная поперечная сила Qfic определяется по формуле: при Ry=240МПа - Qfic=0,26А=0,26·2·176.6=91.83(кН).

Сравнивая Qfic и Q, принимаем для расчета большее значение 137.1кН.

Раскосы решетки расположены под углом б к ветви, а

.

Усилие сжатия в раскосе

(кН).

Требуемая площадь раскоса решетки

(см2),

где гс=0,75

Принимаем уголок 80х8 с Ар=12.3см2 и минимальным радиусом инерции imin=2.44см. Длина раскоса (см); гибкость ; коэффициент продольного изгиба ц=0,73; напряжения в раскосе

(кН/см2) (кН/см2).

Проверяем устойчивость нижней части колонны как единого стержня в плоскости действия момента. Для этого определяем геометрические характеристики всего сечения:

(см2);

(см4);

(см).

Гибкость стержня ; приведенная гибкость составного элемента с соединением ветвей на решетке (табл. 7 [1]):

,

где Ad=2Ap;

б1 - коэффициент, определяемый по формуле (глава 8 [1]);

Условная приведенная гибкость

.

Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь:

,

(кН/см2) (кН/см2).

Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно, так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.

3.4 Расчет базы колонны

База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилий от колонны на фундамент, и в ее состав входят опорная плита, траверсы, ребра, анкерные болты, а также устройства для их крепления (столики, анкерные плиты и т.д.). Конструктивное решение базы зависит от типа колонны и способа сопряжения ее с фундаментом (жесткое или шарнирное). Существует два типа баз: общая и раздельная. Последний вариант базы принят в курсовом проекте. Для расчета базы выбираем из таблицы сочетаний неблагоприятные комбинации усилий в нижнем сечении «А» колонны. При выборе расчетной комбинации усилий для шатровой ветви анализируются все варианты с положительным моментом, а для подкрановой ветви - с отрицательным моментом.В нашем примере для случая шатровой ветви имеем:

Mmax = 595 кНм; Nсоот = 1680 кН; кН,

а для подкрановой ветви:

Mmax = -1208 кНм; Nсоот = 1680 кН; кН.

В связи с тем, что максимальное усилие возникает в подкрановой ветви, выполняем далее именно ее расчет. Требуемая площадь опорной плиты:

где Rb - призменная прочность бетона цb - коэффициент увеличения Rb до Rb,loc в зависимости от соотношения площади верхнего обреза фундамента Аf к рабочей площади опорной плиты

.

Принимаем цb = 1,2, Rb,loc = 1,20,95=1,14 кН/см2,

.

При назначении размеров опорной плиты следует учитывать следующие требования:

- центры тяжести ветви и опорной плиты должны совпадать;

- свесы плиты должны быть не менее 40мм;

- толщину траверсы принимают равной 10-24мм.

Исходя из этих требований, назначаем размеры плиты - 600 х 420мм, а толщину траверсы - 20мм (рис. 1.10).

Среднее фактическое напряжение под опорной плитой:

.

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты Номера участков приняты по рис. 1.10:

Участок 1. (консольный свес с1 = 4,0см):

(кНсм).

Участок 2. Плита, опертая по трем сторонам:

,

где а - меньшая сторона плиты;

т.к. в2 /а2 =30/5,55=5,4>2, то рассчитываем этот участок, как консольный.

(кНсм).

База ветви колонны

Участок 3. На участке 3 плита оперта по четырем сторонам:

;

т.к. в3/а3 =45.4/14,27=3.18>2, то момент находим как в однопролетной балке пролетом а3 = 14,27см.

(кНсм).

Требуемую толщину плиты определяем по наибольшему моменту Мmax= 17.56 кНсм, как для балки сечением .

По сортаменту [7] листовой горячекатаной стали С235, с учетом припуска на фрезеровку -2 мм принимаем tпл = 20мм.

Высоту траверсы hт определяем из условия размещения сварного шва прикрепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности считаем, что все усилие в ветви передается через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая, проволокой марки Св-08А, d=1,4 … 2мм. Принимаем kf =8мм.

Требуемую длину шва определяем из условия прочности по металлу шва:

, где

f = 0,9; Rf = 180 МПа = 18 кН/см2; с =1; f =1;

.

Расчетная длина флангового шва должна удовлетворять условию:

34,83 < 85f kf = 850,90,8 = 61,2 (см) (п. 12.8 [1]).

Принимаем hт = 38см.

Проверяем траверсу как однопролетную балку, шарнирно опирающуюся на полки ветви колонны.

Равномерно распределенная нагрузка на траверсу (рис. 1.10):

,

Момент в середине пролета:

Поперечная сила на опоре:

Геометрические характеристики траверсы:

Прочность траверсы по нормальным напряжениям:

(кН/см2) (кН/см2).

Прочность траверсы на срез у опоры:

(кН/см2) (кН/см2),

где Rs=0,58Ry - расчетное сопротивление стали сдвигу

Прочность траверсы обеспечена.

Определяем требуемый катет швов, прикрепляющих траверсы к опорной плите. Сварка ручная электродами типа Э42А, f = 0,7:

.

Принимаем kf = 10мм.

Анкерные болты служат для передачи растягивающих усилий от колонны на фундамент. Их рассчитывают на специальную комбинацию усилий. М=975.7 кНм; N=678.1 кН. Усилие отрыва от фундамента, приходящееся на анкерные болты:

.

Требуемая площадь сечения анкерных болтов:

где Rb=18,5 кН/см2 - расчетное сопротивление растяжению фундаментных болтов, выполненных из стали ВСт3кп2 (табл. 60 [1]).

.

Диаметр анкеров назначается от 20 до 76мм, т.к. более толстые анкеры сложны в изготовлении.

Принимаем анкер диаметром d=64мм с площадью нетто

.

При размещении анкерных болтов необходимо соблюдать следующие требования:

- центр тяжести ветви и равнодействующая усилий в анкерах должны лежать на одной оси;

- для того чтобы можно было свободно повернуть гайку при затяжке болтов, минимальное расстояние от оси болта до траверсы желательно принимать 1,5d;

- для обеспечения возможности сдвижки колонны во время монтажа по фундаменту во все стороны, анкерные болты выносят за опорную плиту примерно на 20мм. Кол-во болтов 2

Последним рассчитываемым элементом базы колонны является анкерная плитка (рис.). Ее рассчитывают как балку, свободно опертую на траверсы и нагруженную сосредоточенной силой от анкера.

Усилие в одном анкере:

.

Изгибающий момент в среднем сечении плитки:

Из условия размещения анкерных болтов назначаем ширину плитки равной 300мм.

Анкерная плитка

Толщину анкерной плитки определяем из условия прочности по нормальным напряжениям:

.

Момент сопротивления ослабленного отверстием сечения:

(см).

Принимаем t=50 мм.

Литература

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции/Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 2000.- 96 с.

2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 1996.- 36 с.

3. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции/Минстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 1996.- 77 с.

4. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведеников и др.; Под общ. ред. Е.И. Беленя.- 6-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1986.- 560 с.

5. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы стальных конструкций: Учебное пособие для строит. вузов/В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева.- М.: Высш. шк., 1997.- 527 с.

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

7. Сокращенный сортамент металлопроката для применения в строительных стальных конструкциях: Методические указания/Д.Б. Демченко.- Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2005.- 24 с.

Размещено на Allbest.ru