Промышленное здание

   Сечения стержней фермы должны удовлетворять  следующим проверкам:

– первое предельное состояние:

   по  прочности (для растянутых стержней)

   по  устойчивости (для сжатых стержней)

– второе предельное состояние по гибкости

   Материал  фермы принят из стали С245.

   Подбор  сечений стержней осуществляется исходя из обеспечения условий прочности  и устойчивости:

   для растянутых стержней

 

   для сжатых стержней

 

     Радиус  инерции сечения относительно оси y определяем по формуле:

,где 

      – толщина узловой фасонки определяемая по максимальному усилию в раскосе,

   I_y1=I_x1 – собственный момент инерции одного уголка;

   A_уг – площадь одного уголка;

   z₀ – расстояние от центра тяжести уголка до его наружной грани.

   Затем по табл. 11 [СНиП] определяются расчетные  длины стержней фермы l_x (в плоскости фермы) и l_y (из плоскости фермы), вычисляются гибкости λ_x, λ_y:

, 

   Предельная  гибкость определяется по табл. 19*и 20^*[СНиП] и равна для всех растянутых стержней 400, для сжатых поясов и опорного раскоса:

для остальных сжатых стержней:

,

здесь

, но не менее 0,5.

   Результаты  расчета одной отправочной марки  фермы сведены в таблицу.

   По  результатам подбора сечений, проведём унификацию элементов, назначим места  стыковки поясов (в результате проверки условия e≤0.015·h_п заменяем уголок 125х9 на уголок 140х12 и уголок 63х4 на уголок 100х14) 

 

Схема унификации сечений стержней фермы 

Расчет  сечений стержней фермы  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Размеры узловых фасонок назначаются из расчета угловых сварных швов.

   Усилия  между сварными швами по обушку и  перу уголка распределяются неравномерно. Для сечения из парных равнополочных  уголков усилия на обушке N_об и пере N_п вычисляются по формулам:

   

,   

   Заводские сварные швы выполняем полуавтоматической сваркой в среде углекислого  газа. Марка сварочной проволоки  и ее свойства принимаются по табл. 55* и 56 [СНиП]. Ферму выполняем из стали С245, поэтому принята проволока Св–08А с расчетным сопротивлением угловых швов срезу по металлу шва R_wf=180 МПа. Расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу границы сплавления:

 

, где

   R_un – нормативное сопротивление стали по временному сопротивлению, принято по элементам решетки с наибольшей толщиной полок.

   Проводим  проверку правильности выбора сварочной  проволоки по условию, приведенному в п. 11.2* [СНиП]:

При ,

   180>166,5МПа  

таким образом, выбор сварочной проволоки осуществлен верно.

   Для расчета длины сварных швов предварительно определим расчетное сечение  по которому будет происходить разрушение сварного шва, для этого вычисляем  произведения R_wfβ_fγ_wf и R_wzβ_zγ_wz, а затем сравним их (γ_wf=γ_wz=1).

   Для k_f≤8 мм

таким образом, расчетным является сечение  по металлу шва.

   Длины сварных швов определяем следующим  образом:

   

Расчет  сварных швов элементов  решетки фермы  сведён в таблицу:

Расчет  сварных швов элементов решетки фермы  

 
 
 
 
 

  Расчет и конструирование  узла сопряжения верхней и нижней частей колонны 

      Для передачи усилий от верхней части  колонны к нижней и опирания подкрановых  балок принимаем  одноступенчатую  траверсу). Для получения  достаточной жесткости  назначаем высоту траверсы h_тр = 0,8×h_н = 0,8×150 = 120 см. Нагрузка от давления подкрановых балок на колонну D_max =1182,12 кН передается на траверсу через распределительную плиту, толщину которой принимаем 25 мм (поверхность плиты выполняют остроганной, торец подкрановой ветви фрезеруют). Материал траверсы сталь С235 (R_y = 230 МПа; R_р= 350 МПа).  Минимальная толщина стенки траверсы по условию ее работы на смятие

      Здесь b_op = 31,6 см - ширина опорного ребра подкрановой балки; t_пл = 2,5 см - толщина опорной плиты.

      Принимаем для стенки траверсы лист - 1200 х 10. Размеры горизонтальных листов принимаем конструктивно:

нижнего листа – расстояние в свету между полками ветвей колонны  b_н.л = 396-2×18=360 мм,  t_{н f} = 12 мм;

верхних листов  - конструктивно 2 - 170 х 16. Для удобства наложения монтажных швов верхние пояса смещаем вниз на 150 мм от верхнего обреза.

Расчет  примыкания верхней  части колонны  к нижней. Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом (сечение 2-2)

1. М=89кН×м; N=-881кН (загружения 1, 2);

2. М=-290кН×м; N=-665кН (загружения 1,4,7,9).

      Соединение  верхней части колонны с нижней осуществляется стыковыми швами  по всему периметру сечения верхней части колонны. Расчетное сопротивление сварного стыкового шва на растяжение при ручной дуговой сварке R_wy = 0,85×R_y = 0,85×23 =19,55кН/см²

      Геометрические  характеристики сварного стыкового  шва равны геометрическим характеристикам  сечения подкрановой части колонны

А_ш =А_о=205,6см²; W_х.ш = W_х =6779,04см³.

Проверяем прочность сварного стыкового шва:  
 
 
 

1-я  комбинация M и N:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

наружная  полка (момент разгружает полку)

        

внутренняя  полка (момент догружает полку)

      

2-я  комбинация M и N:

наружная  полка  (момент догружает полку)

внутренняя  полка (момент разгружает полку)

      Расчет  траверсы. В качестве расчетной схемы траверсы принимаем однопролетную балку, опертую на ветви подкрановой части колонны. Для упрощения расчета и несколько в запас прочности считаем, что усилия от верхней части колонны передаются на траверсу только через полки. Тогда приведенное усилие в полках при М=290кН×м; N =665кН:

Максимальный  изгибающий момент в  траверсе

M_max = P·(h_b/h_н)·(h_н – h_b) = 622,5·(1/1,5)·(1,5 – 1) =207,5кН·м.

Поперечная  сила на опоре подкрановой  ветви

Q = P·(h_b/h_н) =622,5·(1/1,5) =415 кН.

Геометрические  характеристики сечения траверсы:

Положение центра тяжести траверсы

y_в = h_тр –y_н = 120 – 59,7 =60,3 см.

Момент  инерции сечения  траверсы относительно оси х-х

Минимальный момент сопротивления  сечения

W_min = I_x /y_в =398434,276/60,3 =6607,53см³

Проверяем прочность траверсы

Максимальная  поперечная сила в  траверсе с учетом усилия от кранов

      Q_max = Q_в + k×D_max×y = 415 + 1,2×1182,12×0,9 =1691,69 кН.

Коэффициент k = 1,2 учитывает неравномерную передачу усилия D_max, а коэффициент y = 0,9 учитывает 2-е основное сочетание нагрузок.

      Для крепления вертикального ребра  траверсы к стенке траверсы (ш 2) и  для крепления траверсы к подкрановой ветви (ш 3) применяем полуавтоматическую    сварку    проволокой    марки  Св-08А;  d = 2 мм;  b_f = 0,9; b_z = 1,05.

      Для крепления вертикальных ребер назначаем катеты шва k_f = 7 мм; R_wf = 180 МПа; R_wz = 0,45×R_un = 0,45×350 =157,5МПа.

Расчет выполняем по металлу шва, так как:

b_f×R_wf×g_wf×g_c = 0,9×180×1×1 = 162 МПа<b_z×R_wz×g_wz×g_c = 1,05×157,5×1×1 =165,375МПа.