83143

Учебное пособие по дисциплине: Металлические конструкции

Курсовая

Архитектура, проектирование и строительство

Строительство является одной из самых металлоемких отраслей народного хозяйства. Значительная часть стали расходуется на изготовление металлоконструкций, из которых возводятся автодорожные и железнодорожные мосты, каркасы промышленных и гражданских зданий, башни и мачты антенных устройств, опоры линий электропередачи...

Русский

2015-03-10

9.04 MB

43 чел.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Камская государственная инженерно-экономическая академия

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Учебное пособие для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 27010265 «Промышленное и гражданское строительство» и 27011565 «Экспертиза и управление недвижимостью»

Набережные Челны

2007

 

Учебное пособие по дисциплине «Металлические конструкции» для студентов очной и заочной формы обучения специальностей 27010265, 27011565, бакалавриат по направлению «Строительство»/Составитель: Столбов А.В. Набережные Челны: ИНЭКА, 2007. 129с.

Учебное пособие может быть использовано студентами очной и заочной формы обучения при самостоятельном изучении дисциплины «Металлические конструкции» и выполнении курсовых проектов: «Балочная клетка» и «Стальной каркас одноэтажного производственного здания».

В учебном пособии приведены:

  •  рабочая программа;
  •  список учебной и нормативной литературы;
  •  рекомендации по выполнению курсовых проектов;
  •  контрольные вопросы;
  •  варианты индивидуальных заданий.

Рис. 36, табл. 30.         

Рецензент доцент, к.т.н. Ш.Х. Нетфуллов.

Печатается по решению научно-методического совета Камской государственной инженерно-экономической академии

© Камская государственная

инженерно-экономическая

      академия, 2007г.

 

Введение

Строительство является одной из самых металлоемких отраслей народного хозяйства. Значительная часть стали расходуется на изготовление металлоконструкций, из которых возводятся автодорожные и железнодорожные мосты, каркасы промышленных и гражданских зданий, башни и мачты антенных устройств, опоры линий электропередачи, резервуары, газгольдеры и др.

Изучение дисциплины ”Металлические конструкции” невозможно без знания широкого круга специальных дисциплин, которые изучались в предыдущих семестрах: строительные материалы, сопротивление материалов, технология металлов, теория упругости, строительная механика.

Главной функциональной задачей несущих конструкций является передача силовых потоков от мест приложения нагрузок и воздействий на фундамент. Переходя с одного элемента на другой, нагрузки и воздействия постоянно меняются, принимая форму нормальных и поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов, или преобразуются в другие, более сложные формы.

Задача конструктора состоит в том, чтобы при соблюдении технологических и иных требований к объекту проектирования создать конструктивную схему с подбором параметров элементов и узловых соединений, обеспечивающую простой и надежный путь для передачи силовых потоков. При этом каждый конструктивный элемент и сооружение в целом должны удовлетворять комплексу условий: прочность, устойчивость, жесткость, долговечность, ремонтопригодность в сочетании с экономическими ограничениями. Таким образом, грамотный расчет конструкций невозможен без знаний теоретических основ построения расчетных положений. Размеры поперечных сечений элементов металлоконструкций определяются расчетом, учитывающим прочностные свойства материала, условия работы и назначение конструкций.

Цель дисциплины – подготовка студентов к профессиональной деятельности в области проектирования металлических конструкций.

Задачи изучения дисциплины:

- выработка понимания основ работы металлических конструкций зданий и сооружений;

- овладение принципами рационального проектирования металлических конструкций с учетом требований изготовления, монтажа и надежности эксплуатации на основе технико-экономического анализа;

- формирование навыков конструирования и расчета для решения конкретных инженерных задач с использованием норм проектирования, стандартов, справочников, средств автоматического проектирования.

Дисциплина «Металлические конструкции» в соответствии с учебным планом изучается на пятом (третьем) курсе студентами заочной формы обучения и на четвертом курсе студентами очной формы обучения. Здесь и в дальнейшем в скобках приведены данные для ускоренного курса. Учебное время по заочной форме обучения, распределяется следующим образом:

Специальность 27010265:

  1.  Лекции – 12 часов;
  2.  Практические занятия – 14 (8) часов;
  3.  Лабораторные занятия – 4 (2) часа;
  4.  Самостоятельная работа 180 (188) часа.

Специальность 27011565:

  1.  Лекции – 4 (4) часа;
  2.  Практические занятия – 4 (4) часа;
  3.  Лабораторные занятия – 2 (2) часа;
  4.  Самостоятельная работа 80 (80) часов.

Студенты специальности 27010265, обучающиеся по ускоренному курсу, выполняют один курсовой проект: «Стальной каркас одноэтажного производственного здания», в пятом семестре сдают зачет, в шестом – экзамен. Студенты, обучающиеся 6 лет, сдают зачет и экзамен в девятом и десятом семестрах, соответственно, и выполняют два курсовых проекта.

Студенты специальности 27011565 сдают экзамен в 9 (5) семестре и выполняют один курсовой проект «Стальной каркас одноэтажного производственного здания».

Рабочая программа

Ниже приводятся наименования тем и содержание программы, даются ссылки на рекомендуемую литературу с указанием страниц.

1. Введение. (1-с.4-24; 2-с.6-30; 5-с.5-28)

Краткий обзор развития металлических конструкций (МК). Общая характеристика МК: области применения, достоинства и недостатки, принципы проектирования. Цели и методы изучения дисциплины.

2. Свойства и работа строительных сталей.

(1-с.25-49;  85-89; 2-с.31-82; 5-с.29-58; 102-108)

Строительные стали и алюминиевые сплавы: химический состав, микроструктура, свойства. Влияние различных факторов на свойства и характер разрушения (времени, скорости нагружения, температуры и агрессивности среды). Виды разрушения.

Работа металла под нагрузкой: однократное статическое растяжение и сжатие, сложное напряженное состояние (приведенные напряжения). Хрупкое разрушение; факторы, способствующие хрупкому разрушению. Многократное непрерывное нагружение, усталость металлов. Учет особенностей работы металла при проектировании.

Понятие о сортаменте первичных элементов из стали и алюминиевых сплавов.

3. Работа элементов металлических конструкций и основы

расчета их надежности. (1-с.50-84; 2-с.83-126; 5-с.59-101)

Основы метода расчета по предельным состояниям: цель расчета, группы и виды предельных состояний, предельные неравенства, система коэффициентов надежности: учет изменчивости нагрузок, сопротивление металла и размеров сечений. Условий работы конструкций, последствий предельных состояний, ответственности зданий и сооружений.

Напряжение и деформирование состояние центрально, внецентренно нагруженных, изгибаемых металлических стержней в упругой и упругопластической стадиях. Устойчивость центрально, внецентренно сжатых, сжатоизогнутых и изгибаемых элементов; критические напряжения, расчетная длина, гибкость, устойчивость тонких пластин.

 

4. Соединения металлических конструкций.

(1-с.90-125;  2-с.127-184; 5-с.109-166)

Общая характеристика соединений.

Сварные соединения, стыковые и с угловыми швами. Конструирование, работа под нагрузкой, расчет стыковых и угловых швов.

Болтовые соединения, болты повышенной, грубой и нормальной точности, высокопрочные болты. Конструирование, работа под нагрузкой, расчет болтовых соединений.

5. Балки, балочные конструкции.

(1-с.126-179; 2-с.185-246; 5-с.174-231)

Области применения, классификация балок.

Компоновка балочных перекрытий: основные схемы, их достоинства и недостатки, оптимизация компоновки.

Проектирование настилов и прокатных балок: расчетные схемы, определение нагрузок и усилий, подбор сечения, проверка прочности и жесткости.

Проектирование составных балок: расчетные схемы, определение нагрузок и усилий, назначение высоты балки и компоновка рационального сечения, проверка прочности сечений, обеспечение жесткости, общей и местной устойчивости. Конструирование и расчет деталей, стыков и сопряжений балок.

Особенности бистальных, тонкостенных, перфорированных балок, балок с гофрированной стенкой, предварительно напряженных балок

6. Центрально сжатые колонны.

(1-с.179-205; 2-с. 304-354; 382-389; 5-с.232-260)

Области применения, классификация колонн.

Особенности работы сквозных колонн, приведенная гибкость. Выбор типа сечения колонны.

Проектирование сплошных колонн: расчетная схема, расчетная длина, определение нагрузок и усилий, компоновка рационального сечения, проверка прочности. Общей и местной устойчивости.

Особенности проектирования сквозных колонн: определение ветвей колонн и расстояние между ветвями из условия равно устойчивости. Проверка устойчивости ветвей и колонны в целом, расчет решетки.

Конструирование, особенности работы и расчета оголовка и базы колонн.

7. Фермы. (1-с.206-230; 2-с.402-439; 5-с.261-301)

Области применения, классификация ферм, определение генеральных размеров, унификация геометрических схем. Определение нагрузок и усилий в стержнях.

Проектирование легких ферм покрытий: обеспечение общей устойчивости ферм в системе покрытия, расчетные длины стержней, выбор типа сечения, подбор и проверка сечений стержней, предельная гибкость стержней. Конструирование, работа и расчет узлов заводских и монтажных стыков ферм. Особенности конструирования и расчета тяжелых ферм.

8. Основы проектирования каркаса здания.

(1-с.255-280; 3-с.9-22;66-80;121-126; 5-с.302-335)

Общая характеристика каркасов, конструктивные схемы.

Учет при проектировании требований эксплуатации, надежности и долговечности, изготовления и монтажа конструкций.

Состав каркаса, продольные и поперечные конструкции, функции и взаимодействие элементов. Оптимизация конструктивных решений. Выбор сетки колонн.

Компоновка поперечной рамы. Выбор конструктивной схемы, определение основных размеров. Компоновка покрытия. Состав и схема покрытия. Схемы и функции связей покрытия при монтаже и эксплуатации.

Компоновка продольных конструкций каркаса. Схемы и функции связей по колоннам при монтаже и эксплуатации.

9. Особенности работы и расчета каркаса.

(1-с.282-308; 3-с.81-120; 5-с.336-366)

Действительная работа стального каркаса, обоснование расчетной схемы поперечных рам и каркаса в целом. Определение нагрузок, действующих на каркас.

Основы расчета каркаса. Особенности пространственной работы каркаса и ее учет. Определение расчетных усилий в основных сечениях.

10. Элементы покрытия. (1-с.309-336; 3-с.127-146; 5-с.367-390)

Особенности работы стропильной фермы как ригеля поперечной рамы, определение расчетных усилий в элементах фермы.

Конструирование, особенности работы и расчета шарнирного и жесткого сопряжений фермы с колонной. Особенности конструкций опирания стропильной фермы на подстропильную, подстропильной фермы на колонну.

Особенности конструирования и расчета подстропильной фермы, каркаса фонаря. Конструкция, особенности работы и расчета сплошных и сквозных прогонов

11. Колонны каркаса. (1-с.337-368; 3-с.147-162; 5-с.391-424)

Конструктивные схемы колонн, типы сечений, возможные формы потери устойчивости и расчетные длины колонн.

Проектирование сплошных колонн: выбор расчетных комбинаций усилий, подбор сечения, проверка прочности, общей и местной устойчивости.

Проектирование сквозных колонн: выбор расчетных комбинаций усилий, определение расчетных усилий в ветвях и решетке, подбор сечений, проверка устойчивости ветвей, решетки и всей колонны в плоскости действия момента как единого стержня.

Конструирование, особенности работы и расчета сопряжения надкрановой и подкрановой частей колонны, базы сплошной и сквозной колонн.

12. Подкрановые конструкции. (1-с.369-391; 3-с.163-195; 5-с.425-451)

Состав подкрановых конструкций, типы подкрановых балок и тормозных конструкций, нагрузки. Особенности работы и расчета разрезных и неразрезных балок сплошного и сквозного сечений.

Проектирование подкрановых балок: компоновка сечения, определение расчетных усилий, проверка прочности и выносливости.

Конструирование, особенности работы и расчета опорных узлов подкрановых балок и тормозных конструкций. Упоры, крановые рельсы и их крепление.

13. Реконструкция производственных зданий.

(1-с.394-400; 3-с.426-464; 5-с.452-469)

Понятие о реконструкции предприятий, зданий. Состав работ. Обследование конструкций, дефекты и повреждения МК, выявление резервов несущей способности МК, проверочные расчеты. Оценка технического состояния МК эксплуатируемых зданий.

Методы и способы усиления МК. Особенности конструирования, работы и расчета элементов и соединений при усилении под нагрузкой.

14. Листовые металлические конструкции.

(1-с.463-500; 4-с.5-72; 5-с.548-599)

Области применения, классификация. Общая характеристика листовых МК. Нагрузки и воздействия, особенности напряженного состояния и основы расчета тонких металлических оболочек и пластинок на прочность и устойчивость.

Резервуары: классификация, основы компоновки, оптимизация. Проектирование вертикальных цилиндрических, горизонтальных цилиндрических и шаровых резервуаров.

Особенности конструирования и расчета газгольдеров, бункеров и силосов.

15. Металлические конструкции большепролетных конструкций покрытий.

(1-с.401-445; 3-с.251-425; 5-с.481-532)

Области применения, особенности, классификация большепролетных покрытий. Общая характеристика плоскостных систем покрытий, основы компоновки, особенности работы, конструирования и расчета стержневых плит (перекрестных ферм, структур), оболочек и куполов (ребристых, ребристо-кольцевых и сетчатых).

Висячие системы покрытий: классификация, особенности работы и расчета. Особенности компоновки и расчета однопоясных, двухпоясных и седловидных систем покрытий, схемы опорных конструкций. Металлические оболочки-мембраны.

16. Металлические конструкции многоэтажных зданий

и высотных сооружений.

(1-с.448-462; 3-с.217-250; 5-с.533-547; 600-631)

Область применения, классификация, особенности работы и компоновки несущих систем многоэтажных зданий: рамных, связевых, рамно-связевых. Особенности определения нагрузок и воздействий. Определение расчетных усилий в элементах каркаса. Конструирование и расчет элементов и узлов каркаса.

Область применения, классификация, особенности работы высотных сооружений. Основы компоновки и расчета башен мачт, опор линий электропередач.

Лабораторные занятия

1. Анализ макро и микро структуры малоуглеродистых и низкоуглеродистых сталей.

2. Испытание металлических образцов на растяжение.

3. Определение остаточных сварочных деформаций элементов таврового сечения.

4.  Испытание сварных соединений.

5. Устойчивость центрально и внецентренно сжатых стержней сплошного сечения.

6.  Общая устойчивость изгибаемых элементов.

Практические занятия.

1. Конструирование и расчет сварных соединений стыковыми и угловыми швами.

2. Конструирование и расчет болтовых соединений различного типа.

3. Подбор и проверка сечений прокатных и сварных балок в упругой и упругопластической стадиях.

4. Проверка местной устойчивости элементов сечения составных балок.

5. Конструирование и расчет деталей, стыков и сопряжений балок.

6. Подбор и проверка сечения центрально сжатой сплошной и сквозной колонн.

7. Конструирование и расчет оголовка и база центрально сжатой колонны.

8. Компоновка поперечной рамы производственного здания.

9. Выбор схемы, особенности конструирования и расчет связей покрытия и связей по колоннам производственного здания.

10. Определение нагрузок, действующих на поперечную раму каркаса.

11. Подбор и проверка сечений стержней стропильной фермы.

12. Конструирование и расчет узлов и стыков стропильной фермы.

13. Подбор и проверка сечения внецентренно сжатой сплошной и сквозной колонн.

14. Конструирование и расчет узла сопряжения подкрановой и надкрановой частей колонны, базы внецентренно сжатой сплошной и сквозной колонны.

15. Подбор и проверка сечения подкрановой балки.

Самостоятельная работа.

Качественное изучение курса и закрепление полученных теоретических знаний невозможно без постоянной самостоятельной проработки изучаемого материала. С этой целью, а также для возможности практической реализации полученных знаний студентами выполняются курсовые проекты. Необходимые данные для выполнения курсового проекта определяются консультантами и выдаются студентам в виде индивидуальных заданий.

Состав и оформление курсового проекта «Балочная клетка».

Содержание: разработка вариантов компоновки балочного перекрытия с расчетом настила и прокатных балок, конструирование и расчет главной балки, колонны и основных узлов. Объем работы: чертежи на 1 листе формата А1, пояснительная записка с эскизами, расчетами и обоснованием принятых решений.

Состав и оформление курсового проекта «Стальной каркас одноэтажного производственного здания».

Содержание: выбор схемы каркаса, компоновка и расчет (с использованием ЭВМ) поперечной рамы каркаса, конструирование и расчет стропильной фермы, колонны, подкрановой балки, основных узлов каркаса. Объем проекта: чертежи на двух листах формата А1, пояснительная записка с эскизами, расчетами и обоснованием принятых решений.

Учебная литература.

Основная

1.  Металлические конструкции: Учебник для вузов/Под ред. Е.И. Беленя. – 6-е изд., М., Стройиздат, 1986-560с.

2.  Металлические конструкции В3т.Т.1. Элементы стальных конструкций: Учебное пособие для строит. вузов/ В.В. Горев и др.: Под ред. В.В. Горева – М., Высш. шк., 1997.-527с.:ил.

3.  Металлические конструкции В3т.Т.2. Конструкции зданий: Учебное пособие для строит. вузов/ В.В. Горев и др.: Под ред. В.В. Горева – М., Высш. шк., 1999.-528с.:ил.

4.  Металлические конструкции В3т.Т.3. Специальные конструкции и сооружения: Учебное пособие для строит. вузов/ В.В. Горев и др.: Под ред. В.В. Горева – М., Высш. шк., 1999.-544с.:ил.

5.  Металлические конструкции: учебник для студентов высших учебных заведений/ Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя и др.; под ред. Ю.И. Кудишина. – 9 изд. – М.: Издательский центр «Академия», 2007.-688с.

Дополнительная

6.  СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. Госстрой России – М.: ГУП ЦПП, 2003.-44с.

7.  СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. М.: ФГУП ЦПП, 2005-90с.

8.  Пособие  по расчету и конструированию сварных соединений стальных конструкций (к главе СНиП II-23-81) ЦНИИСК им. Курченко.- М., Стройиздат, 1984 – 40с.

9.  Пособие по расчету и проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП II-23-81*) Укрниипроект-стальконструкция.- М: Стройиздат, 1989-159с.

  1.  Легкие конструкции одноэтажных производственных зданий /Е.Г. Кутухтин, В.М. Спиридонов, Ю.Н. Хромец.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1988.-263с.:(Справочник проектировщика).
  2.  СП 53-102-2004. Свод правил по проектированию и строительству. Общие правила проектирования стальных конструкций. Введен в действие с 01.01.2005г. М.: ФГУП ЦПП, 2005-164с.
  3.  Металлические конструкции. В 3 т. (Справочник проектировщика)/ под общ. ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИ Проектстальконструкция им. Н.П. Мельникова) – М.: издательство АСВ, 1998-1999.  

Курсовой проект №1

1.Компоновка балочной клетки.

Главные балки располагаются вдоль больших расстояний. Пролёт главных балок обычно составляетм. Шаг главных балок м. Шаг балок настила  зависит от типа настила. При стальном плоском настиле принимается м. Шаг вспомогательных балок назначается в пределах м и должен быть кратным пролету главной балки.

Рис. 1 Типы балочных клеток:

а) нормального типа; б) усложненного типа

1-главные балки; 2-балки настила; 3-вспомогательные балки.

2.Расчет несущего настила.

Для стального плоского настила применяются листы толщиной 6÷14 мм из стали С235 по ГОСТ 27772-88. Настил рассчитывается в следующем порядке:

-устанавливается предельный относительный прогиб настила от нормативной нагрузки , ();

- определяется отношение пролета настила к его толщине

,

где

, кН/cм2;

=0.3 - коэффициент Пуассона для стали;

- модуль упругости стали;

- нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил, кН/cм2;

- нормативная временная нагрузка;

- нормативная постоянная нагрузка;

- расчетный пролет настила, см;

- толщина настила, см.

Толщина настила  назначается в зависимости от нормативной нагрузки , табл. 1.

Таблица 1.

Нагрузка на

настил, , кН/м2

10

1120

2130

30

Рекомендуемая толщина

настила, , мм.

68

810

1012

1214

Затем подсчитывается пролет настила lн и шаг балок настила

, см; , см.

Растягивающую силу, на действие которой надо проверить сварные швы, прикрепляющие настил, можно определить по приближенной формуле

, кН/cм

где =1,2 - коэффициент надежности по нагрузке.

Расчетное значение катета углового шва, прикрепляющего настил к балкам

  , см  

где (  )min -минимальное значение произведений :

- (при расчете по металлу шва), кН/см2, или

- (при расчете по металлу границы сплавления), кН/см2;

– расчетное сопротивление условному срезу по металлу шва, определяемое по таблице 56[7];

,– коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали с пределом текучести до 580 МПа по таблице 34[7]; = 0,7; =1 – для случаев сварки стали с пределом текучести свыше 580МПа;

– катет шва;

– расчетное сопротивление условному срезу по металлу границы сплавления; = 0,45  (– временное сопротивление стали разрыву);

Значение приведены в таблице 51[7], а – в таблице 3 приложения 1[8]; при сварке элементов, выполненных из стали разной прочности, учитываются меньшие значения .

При выборе электродов или сварочной проволоки должны учитываться группы конструкций и климатические районы, приведенные в таблице 55[7]. Для угловых швов в элементах из сталей с пределом текучести до 285МПа применяются электродные материалы, обеспечивающие выполнение условия

,

а в элементах из сталей с пределом текучести свыше 285МПа –

.

Прочность одного из расчетных сечений будет меньше прочности другого, поэтому достаточно выполнить расчет по менее прочному сечению. Установить расчетное сечение можно по таблице 2[8] или путем сравнения значений и :

- при расчетным является сечение по металлу шва;

- при расчетным является сечение по металлу границы сплавления.

3.Расчет балок настила.

В качестве балок настила и вспомогательных балок применяются двутавры ГОСТ 8239-89, двутавры с параллельными гранями полок    (тип Б и Ш) по ГОСТ 26020-83 или швеллеры по ГОСТ 8240-93 из стали С235С345 по ГОСТ 27772-88.

Нормативная погонная нагрузка на балки настила

, кН/м

Расчетная погонная нагрузка:

, кН/м

где =1,2  и =1,05- коэффициенты надежности по нагрузке.

Максимальное значение расчетного изгибающего момента и поперечной силы

,; ,.

Номер прокатного профиля определяется по требуемому моменту сопротивления

,,

где - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по сечению, определяемый по табл.66[7]. Для прокатных балок можно принять ;

– расчетное сопротивление стали (табл.51[7]), кН/см2.

Подбирается сечение с ближайшим большим  значением . По сортаменту устанавливаются геометрические характеристики () сечения балки.

Производится  проверка прочности от действия касательных напряжений в опорном сечении балки

, кН/см2,

где - расчетное сопротивление стали срезу.

Если проверка на поперечную силу не удовлетворяет условиям прочности, принимается следующий больший профиль.

Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки прокатных балок не требуется, поскольку она обеспечивается их толщинами. Проверка общей устойчивости балок настила не требуется, т.к. на них непрерывно опирается настил.

Проверка жесткости балок выполняется по формуле

,

где - предельный относительный прогиб балок [6].

Вспомогательные балки рассчитываются аналогично.

4. Расчет и конструирование главных балок.

Нагрузка на главную балку передается от вспомогательных балок или балок настила. Для главной балки ширина грузовой площади равна шагу главных балок.

Нагрузка на главную балку в балочной клетке усложненного типа принимается в виде системы сосредоточенных сил. Нагрузку на главную балку в балочной клетке нормального типа можно считать равномерно распределенной, в связи с частым расположением балок настила.

Нормативная и расчетная нагрузка на главную балку

, кН/м;

, кН/м,

где - шаг главных балок, м;

1,02 - коэффициент учитывающий собственный вес главной балки (% от нагрузки, приходящейся на балку).

Расчетный изгибающий момент в середине пролета и поперечная сила на опоре

, ;

, кН.

Требуемый момент сопротивления главной балки

, см3.

Оптимальная высота главной балки из условия наименьшего расхода материала

, см ,

где - коэффициент, зависящий от конструктивного оформления (для сварных балок ).

Для балок высотой 1-2 м  значение толщины стенки можно предварительно определить по формуле

, мм,

где , мм.

Наименьшая допустимая высота балки определяется из условия жесткости

, см,

где - предельное отношение прогиба главных балок к пролету см.[6]. Рекомендуемые отношения высоты балки  к толщине

стенки приведены в таблице 2.

Таблица 2

 м

1

1,5

2

3

мм

8 – 10

10 - 12

12 – 14

16 - 18

100 - 125

125 - 150

145 – 165

165 - 185

Окончательно высота балки назначается с учетом следующих требований

; ; .

Высоту составной балки рационально принимать кратно 100 мм, если для стенки не использовалась универсальная сталь. При выборе высоты балки возможны отступления от на %, что приводит к изменению массы балки на%.

Для определения толщины стенки из условия работы на срез для балок оптимального сечения с , можно воспользоваться формулой:

 , см,

где , см - высота стенки балки.

Из условия обеспечения местной устойчивости стенки балки без дополнительного укрепления ее продольными ребрами жесткости

  , см.

Толщина стенки должна быть согласована с имеющимися толщинами проката листовой стали. В сварных балках пояса рационально принимать из листов универсальной стали.

Требуемая площадь сечения пояса балки, исходя из условия прочности, может быть определена по приближенной формуле:

, см2

Толщина  поясного листа принимается с учетом следующих условий:   и мм.

Ширина поясных листов принимается из условия обеспечения общей устойчивости балок в пределах .

По конструктивным соображениям

 и   .

Окончательно принимается .

Коэффициент  уточняется и выполняется проверка прочности по нормальным напряжениям.

Характеристики принятого сечения

, см3;

, см4,

где .

Наибольшее нормальное напряжение в балке

, кН/см2.

Недонапряжение для подобранного сечения балки должно составлять не более 5%. Прогиб составных балок можно не проверять, если принятая высота балки больше минимальной.

С целью экономии стали рационально предусмотреть изменение сечения балки, например за счет изменения ширины пояса. При равномерной нагрузке наиболее выгодное по расходу стали место изменения сечения однопролетной балки находится на расстоянии  от опоры (рис.2). Место изменения сечения не должно совпадать с местом установки балок настила.

По моменту  в указанном сечении определяется требуемый момент сопротивления  измененного сечения балки исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение

см3

где - расчетное сопротивление металла стыковых сварных соединений растяжению, сжатию, изгибу. Затем компонуется измененное сечение

где       

Ширина поясов при этом должна отвечать следующим условиям

;   ;    .

Проверяется максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки

, кН/см2

где , см3 - статический момент полусечения балки.

, см4 - момент инерции уменьшенного сечения.

Проверка совместного действия нормальных и касательных напряжений (приведенных напряжений) производится в месте изменения сечения на уровне поясных швов

, кН/см2

где , кН/см2 - расчетное нормальное напряжение;

,  см3

, кН/см2 - расчетное касательное напряжение в краевом участке стенки балки на уровне поясных швов;

, см3 - статический момент сечения пояса балки.

При воздействии на верхний пояс балки сосредоточенной нагрузки необходима проверка местных напряжений в сечениях, не укрепленных поперечными ребрами жесткости

, кН/см2 ,

где  - опорная реакция двух балок настила, кН;

, см - расчётная длина распределения нагрузки; 

 - ширина полки балки настила (вспомогательной балки).

Приведенные напряжения, в этом случае, проверяются с учетом местных напряжений

Общая устойчивость составных балок проверяется согласно требованиям п.п. 5.15 [7]

, кН/см2.

Устойчивость балок не требуется проверять, если выполняются условия п.п. 5.16*[7]:

а) при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный;

б) при выполнении условия

где  - расчетная длина балки ( или , см. рис.1);

c – коэффициент, принимаемый по табл.66[7].

Проверка, указанная в п. “б”, выполняется в середине балки, где материал работает в упруго-пластической стадии, с учетом коэффициента , и в месте уменьшенного сечения балки, где материал работает в упругой стадии и коэффициент .

Местная устойчивость сжатого пояса балки проверяется согласно п.7.24[7]. В пределах упругих деформаций

.

С учётом развития пластических деформаций при  :

      и          ;

С учётом развития пластических деформаций при :

, где .

Если указанные проверки не выполняются, рекомендуется уменьшить свес пояса и увеличить его толщину не изменяя существенно Af.

Устойчивость стенки балки, обеспечивается за счет укрепления ее парными поперечными ребрами жесткости. В балках, несущих статическую нагрузку, поперечные ребра привариваются к стенке и поясам. При этом торцы ребер должны иметь скосы с размером  мм или  мм для снижения концентрации сварочных напряжений и пропуска поясных швов.

Размеры ребер жесткости 

мм; 

мм;   мм.

Ребра жесткости рекомендуется устанавливать с шагом a=(22,5)hw. Меньшие значения a назначаются в приопорных зонах балки. В местах приложения сосредоточенных грузов в зоне развития упругопластических деформаций, поперечные ребра жесткости устанавливаются под каждым грузом.

Длина участка, на котором развиваются упругопластические деформации, может быть подсчитана по формуле

.

Местную устойчивость стенок балок не требуется проверять, если условная гибкость стенки не превышает значений:

3,5 – при  в балках с двусторонними поясными швами;

3,2 – то же, в балках с односторонними поясными швами;

2,5 – при  в балках с двусторонними поясными швами.

Проверка местной устойчивости производится в каждом из отсеков, на которые ребра жесткости разделяют стенку балки. Напряжения и подсчитываются по средним значениям M и Q в пределах коротких отсеков  или в пределах наиболее напряженного участка отсека длиной равной  . Если в пределах расчетного участка M или Q меняют знак, то их средние значения вычисляются на участке отсека с одним знаком.

;   .

Проверка  устойчивости стенок балок выполняется по формуле

,

где  .

- отношение большей стороны пластинки (отсека) к меньшей;

;

     - меньшая из сторон пластинки ( или ).

При определении  и  возможны следующие случаи:

а) при

;        (1)

,      (2)

где  - коэффициент, принимаемый для сварных балок по табл. 3 в зависимости от значения коэффициента

;  ;

- коэффициент, принимаемый по табл.4;

- коэффициент, принимаемый для сварных балок по табл.5.

Таблица 3.

≤0,8

1,0

2,0

4,0

6,0

10,0

≥30

ccr

30,0

31,5

33,3

34,6

34,8

35,1

35,5

Таблица 4.

Балки

Условия работы сжатого пояса

Подкрановые

Крановые рельсы не приварены

Крановые рельсы приварены

2

Прочие

При непрерывном опирании плит

В прочих случаях

0,8

Таблица 5.

Значения для сварных балок при , равном

0,5

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

1

11,5

12,4

14,8

18,0

22,1

27,1

32,6

38,9

45,6

2

12,0

13,0

16,1

20,4

25,7

32,1

39,2

46,5

55,7

4

12,3

13,3

16,6

21,6

28,1

36,3

45,2

54,9

65,1

6

12,4

13,5

16,8

22,1

29,1

38,3

48,7

59,4

70,4

10

12,4

13,6

16,9

22,5

30,0

39,7

51,0

63,3

76,5

30

12,5

13,7

17,0

22,9

31,0

41,6

53,8

68,2

83,6

б) при  и отношении  больше значений, указанных в табл. 6:

  - по формуле (2) , в которой при  принимают ;

,

где - коэффициент, определяемый по табл. 7.

в) при и отношении  не более значений, указанных в табл. 6:

- по формуле (1);

- по формуле (2), но с подстановкой  вместо  при вычислении  в формуле (2) и табл. 5.

Таблица 6.

Предельные значения  при , равном

0,8

0,9

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

1

0

0,146

0,183

0,267

0,359

0,445

0,540

0,618

2

0

0,109

0,169

0,277

0,406

0,543

0,652

0,799

4

0

0,072

0,129

0,281

0,479

0,711

0,930

1,132

6

0

0,066

0,127

0,288

0,536

0,874

1,192

1,468

10

0

0,059

0,122

0,296

0,574

1,002

1,539

2,154

30

0

0,047

0,112

0,300

0,633

1,283

2,249

3,939

Таблица 7.

0,8

0,9

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

По табл. 3, т.е.

37,0

39,2

45,2

52,8

62,0

72,6

84,7

Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения с учетом развития пластических деформаций при , ,       и  выполняется согласно п.п. 7.5 [7]

,

Рис. 2. Главная балка.

где ;

,

- расчетные значения усилий в рассматриваемом сечении.

Требуемый катет швов, соединяющих пояса балки со стенкой подсчитывается по формуле

, см

где - при односторонних швах (в сварных балках работающих в пределах упругих деформаций);

- при двусторонних швах;

- расчетная поперечная сила в рассматриваемом сечении (под первой от опоры балкой настила).

Поясные швы рекомендуется делать одинаковой наименьшей допустимой толщины  (табл. 38*[7]) по всей длине балки.

Монтажные стыки балок делают сварными или болтовыми. Стык стенки не должен совпадать с местом примыкания вспомогательных балок и ребер жесткости. В сварном стыке сжатый пояс и стенка соединяется прямым швом встык, а растянутый нижний пояс – косым швом под углом . В стыках балок на высокопрочных болтах пояса балки перекрывают тремя накладками, а стенку – двумя вертикальными накладками.

Расчет каждого элемента балки ведется раздельно, а изгибающий момент в сечении  распределяется между поясами и стенкой пропорционально их жесткости.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения под одним высокопрочным болтом

, кН

где , кН/см2 - расчетное сопротивление растяжению высокопрочных болтов;

- наименьшее временное сопротивление болта разрыву, табл. 61*[7], кН/см2;

- коэффициент трения, принимаемый в зависимости от способа обработки поверхностей и от способа регулирования натяжения болтов, табл. 36* [7];

- коэффициент надежности, табл. 36*[7];

- коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов:  при ;  при ;

- площадь сечения болта нетто, табл. 62* [7].

Количество болтов в стыке поясов

, шт.

, кН -  усилие в поясе;

,;

- момент инерции двух поясов балки, см4;

- количество поверхностей трения соединяемых элементов (в рассматриваемых случаях ).

Болты размещаются на минимальных расстояниях друг от друга (табл. 39[7]). Проверка ослабленных сечений накладок в середине стыка и поясов по краям стыка производится по условной площади  при , где - площадь сечения элементов “нетто”. При  ослабление элементов можно не учитывать.

Изгибающий момент, приходящийся на стенку

,.

Расстояние между крайними по высоте рядами болтов

, см,

где  - максимальное расстояние от центра болта до края элемента (табл. 39[7]); , мм – диаметр отверстий;

- диаметр болта.

Коэффициент стыка                 ,

где  - число вертикальных рядов болтов на полунакладке (принимается не менее двух).

Из табл. 8 определяется количество горизонтальных рядов болтов.

Таблица 8.

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1,40

1,55

1,71

1,87

2,04

2,20

2,36

2,52

2,69

2,86

При расположении стыка в середине пролета балки, где Q=0, Принимается четное количество рядов  с шагом , затем уточняется .

Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующее на каждый крайний, наиболее нагруженный болт

, кН,    

где , см.

Рис. 3. Монтажный стык балки на высокопрочных болтах.

Размер опорных ребер балки или торцевых диафрагм определяется из расчета на смятие

,см2

где - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности,  кН/см2.

Ширина опорных ребер должна быть не менее 90мм, а торцевых диафрагм – не менее 180мм. Проверка местной устойчивости ребра производится аналогично проверке сжатого пояса.

Условная стойка, в сечение которой входят опорные ребра (или торцевая диафрагма) и примыкающие участки стенки длиной s, проверяется на общую устойчивость

, кН/см2,

где  - коэффициент продольного изгиба, определяемый исходя из гибкости  по таблице 72[7];

- площадь сечения условной стойки;

- площадь сечения торцевой диафрагмы;

, см - часть стенки, включающаяся в совместную работу с диафрагмой (опорными ребрами);

 , см - радиус инерции; .

Прикрепление торцевой диафрагмы или опорных ребер рассчитывается на усилие , при этом рабочая длина шва, которая учитывается в расчете, не должна превышать .

  1.  Расчет и конструирование центрально-сжатой колонны.

По типу сечений различают колонны сплошные и сквозные (решетчатые). Последние состоят из отдельных ветвей, соединенных раскосами или планками.

Сплошные колонны рекомендуется применять при больших нагрузках  и небольших высотах , сквозные - при меньших нагрузках и больших высотах.

Требуемая площадь сечения сплошной колонны определяется  из условия обеспечения её общей устойчивости

, см2

где - коэффициент продольного изгиба, предварительно принимаемый равным ;

– расчетная продольная сила в колонне (если на колонну опираются две главные балки).

Требуемые радиусы инерции сечения

, см   и      , см

где , см - расчетная длина колонны в плоскости X;

, см - то же, в плоскости Y;

- коэффициент приведения расчетной длины; - при жестком сопряжении колонны с фундаментом и шарнирном в верхнем конце; - при шарнирном сопряжении концов колонны;

гибкость устанавливаемая по табл. 72[7] в зависимости от  и ;

l – полная длина колонны от верхнего обреза фундамента до низа главных  балок (отметка обреза фундамента от 0,00 до –0,50 м).

Определяются размеры сечения колонны

       и        ;

;  ,

где - коэффициенты, определяемые по табл. 9.

В сварном двутавре толщина стенки принимается в пределах  мм, а толщина поясов:  мм.

Приближенно для двутавровых сечений можно принять

, см2;

, см2 .

Таблица 9.

Компоновка сечения поясов и стенки должна выполнятся с учетом обеспечения их местной устойчивости:

- для поясов колонн двутаврового сечения

,

где; - условная гибкость элемента (колонны) в плоскости X  или Y  (максимальная гибкость).

Если  или , тогда в выше приведенной формуле следует принимать соответственно  или .

- для стенок центрально-сжатых колонн двутаврового сечения

,

где - расчетная высота стенки колонны;

- условная наибольшая гибкость стенки, определяемая по табл. 27* [7]:

при     ;

при     , но не более 2,3.

Неустойчивую стенку можно укрепить продольными ребрами жесткости, площадь сечения которых включаются в расчетное сечение колонны. Допускается так же неустойчивую часть стенки считать выключенной из работы (если фактическое значение превышает предельное не более чем в 2 раза).

В этом случае в расчетных формулах вместо  принимается значение ,

где ;

- условная гибкость стенки;

(при  принимается ).

Изменения расчетной высоты стенки учитываются только при определении площади сечения. Остальные характеристики подсчитываются с учетом всего сечения.

Стенки сплошных колонн при   укрепляются поперечными ребрами жесткости с шагом . Размеры продольных и поперечных ребер жесткости принимаются аналогично ребрам балок.

В первом приближении обычно не удается подобрать рациональное сечение, которое удовлетворяло бы трем параметрам  т.к. при их определении исходная величина гибкости была задана произвольно. Вычисляются геометрические характеристики подобранного сечения колонны () гибкость     и  . Минимальный коэффициент  определяется с точностью до третьего знака после запятой по действительной наибольшей гибкости ( или  ), которая не должна превышать предельное значение .

Если  существенно отличается от принятого первоначально   , производят корректировку сечения по коэффициенту

.

После компоновки сечения производится проверка колонны на устойчивость

, кН/см2.

В колоннах, работающих на центральное сжатие, сдвигающие усилия между стенкой и поясами незначительны, поэтому поясные швы принимаются конструктивно, в зависимости от марки стали и толщины свариваемых элементов  (табл. 38* [7]).

Стержень сквозной центрально-сжатой колонны состоит из двух или четырех ветвей (см. типы сечений в табл.10).

Таблица 10.

0,38

0,44

0,33

0,60

0,38

0,60

0,43

0,43

Соединение ветвей на планках (безраскосная соединительная решетка) применяется, если расстояние между осями ветвей не превышает 500-600 мм. При больших расстояниях применяется раскосная решетка из одиночных уголков.

Сечения стержней сквозных колонн подбирается в следующем порядке. Задаются гибкостью

, если , кН  и  м;

, если , кН    и м.

Подсчитывают требуемую площадь сечения ветвей и радиус инерции относительно материальной оси

, см2,  , см,

где - количество ветвей.

По сортаменту принимается профиль со значениями и  близкими к требуемым. После подбора сечения стержня, проверяется его устойчивость

, кН/см2,

где - определяется по табл. 72 [7], в зависимости от ;

.

Определяется ширина сечения колонны из условия ее равноустойчивости в двух плоскостях

,см,

где  , см

- для колонн из двух ветвей с планками;

- для колонн из двух ветвей с раскосной решеткой.

Гибкостью ветви необходимо предварительно задаться в пределах . Для подсчета суммарной площади раскосов в одном сечении необходимо произвести подбор их сечения. Коэффициент  зависит от угла наклона раскосов и может быть подсчитан по формуле

.

Значение  должно быть увязано с необходимым зазором между полками ветвей 100-150 мм.

Подобранное сечение колонны проверяется на устойчивость относительно свободной оси

где  - коэффициент продольного изгиба, вычисляемый в зависимости от по табл.72[7]. Гибкость должна быть определена по фактическим значениям ; ; .

, см;   ;

, см4;

где - момент инерции и радиус инерции сечения ветви относительно собственной центральной оси Y0.

Соединительные планки и швы их крепления к ветвям колонны рассчитываются на условную поперечную силу , значение которой можно определить по табл. 11 (значение A принимается в см2) или подсчитать по формуле

.

Таблица 11.

Расчетное сопротивление кН/см2   

21

26

29

38

44

53

, кН

0,2А

0,3А

0,4А

0,5А

0,6А

0,7А

Рис. 4. Схемы сквозных колонн.

При назначении размеров планок необходимо учитывать следующие требования:

мм; ;  ;  .

Изгибающий момент и поперечная сила в месте прикрепления планки

;  .

Прочность угловых швов проверяют на равнодействующую напряжений от изгиба и сдвига

,кН/см2;

;   ;   ;   ,

где ; , см.

Сечение раскосов предварительно подбирается из расчета на устойчивость

,

где - количество раскосов в одном сечении, расположенных в двух параллельных плоскостях;

- для сжатых элементов решетки из одиночных уголков, прикрепляемых к ветвям одной полкой.

Проверка подобранного сечения производится на совместное воздействие продольной силы  и поперечной силы

где - определяется исходя из гибкости раскоса, вычисленной по наименьшему радиусу инерции сечения уголка .

Сечение распорок принимается таким же как и сечение раскосов.

Оголовок колонны (рис. 5), при опирании балок с торцевой диафрагмой, проектируется следующим образом. Горизонтальные швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок, но при большом значении  торец колонны рекомендуется фрезеровать и эти участки швов назначать конструктивно. Высота ребра оголовка определяется исходя из требуемой длины швов, передающих нагрузку на стержень колонны

, см,

где - количество швов.

Толщина ребра оголовка определяется из условия сопротивления смятию под полным опорным давлением

, см,  где ;

- ширина торцевой диафрагмы главной балки;

 - толщина плиты оголовка;

– толщина стенки колонны в пределах высоты оголовка.

Рис. 5. Опирание балки на колонну.

Ребро и стенка колонны проверяются на срез

;  .

Если последняя проверка не выполняется, то  можно увеличить в пределах высоты оголовка. При опирании балок на колонну с помощью ребер жесткости, роль ребер оголовка выполняют пояса  колонны.

В базах колонн для равномерной передачи давления на опорную плиту устанавливают траверсы и ребра. Шарнирные базы крепятся анкерными болтами непосредственно за опорную плиту.

Жесткие базы имеют не менее 4-х анкерных болтов (рис. 6), которые крепятся к траверсам и затягиваются с натяжением, близким к расчетному сопротивлению, что устраняет возможность поворота колонны на опоре.

Требуемая площадь опорной плиты базы

, см2,

где , кН/см2 - расчетное сопротивление смятию бетона фундамента;

- расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (табл.12);

Рис. 6. База колонны.

, (предварительно можно принять );

, см2 - площадь верхнего обреза фундамента.

Назначаются размеры плиты  , уточняется значение коэффициента  и подсчитывается среднее напряжение в бетоне под опорной плитой

, кН/см2.

Таблица 12.

Класс бетона

25

15

20

Значение , МПа

14,5

8,5

11,5

Опорная плита может быть разделена на различные участки в зависимости от условий опирания. Для определения толщины плиты вычисляются изгибающие моменты на различных участках.

Участок 1, опертый на четыре стороны (рис. 6)

, ,

где - коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны  к более короткой (определяется по данным табл. 13).

Таблица 13.

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2

>2

0,048

0,055

0,063

0,069

0,075

0,081

0,086

0,091

0,094

0,098

0,100

0,125

Участок 2, опертый на три стороны

,,

где - коэффициент, зависящий от отношения закрепленной стороны пластины  к свободной(определяется по данным табл. 14).

Таблица 14.

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,2

1,4

2

>2

0,06

0,074

0,088

0,097

0,107

0,112

0,120

0,126

0,132

0,133

При отношении сторон  влияние опирания на сторону  оказывается незначительным, и плита рассчитывается как участок 3 (консольный), с размером свеса, равным.

Участок 3, консольный

,

где с – размер консольного свеса плиты, см.

Участок 4. Опирание плиты на две стороны, сходящиеся под углом

, ,

где  определяется по табл. 14 (- диагональ участка);

- расстояние от вершины угла до диагонали.

При большом отличии изгибающих моментов по величине на различных участках плиты необходимо внести изменения в схему опирания плиты, чтобы по возможности выровнять величины моментов.

Толщина плиты определяется исходя из условия ее работы на изгиб

, см.

Толщина плиты назначается от 20 до 40мм. Толщина траверс принимается в пределах .

Усилие от стержня колонны передается на траверсу через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы

,см,

где - число швов, прикрепляющих ветви траверсы к стержню колонны;

, см - суммарная длина швов.

Высоту траверсы рекомендуется принимать в пределах мм.

Если торец колонны фрезеруется, то швы ее крепления к плите базы назначаются конструктивно  мм

Прикрепление диафрагм к ветвям траверсы рассчитывается на усилие

, кН,

где a1, b1 – размеры участка 2.

Курсовой проект № 2

  1.  Компоновка конструктивной схемы каркаса.

  В задании на курсовой проект приводятся следующие исходные данные: пролет рамы, длина здания, тип кровли, грузоподъемность и группа классификации (режим работы) мостовых кранов, отметка головки кранового рельса, назначение здания, район строительства и шаг поперечных рам. Необходимые данные о мостовых кранах приведены в таблице 16. Сопряжение колонн с фундаментами в плоскости рамы принимается жестким. Характер сопряжения ферм с колоннами выбирается в зависимости от интенсивности работы мостовых кранов и высоты каркаса.

Таблица 15

Тип рельса

hrs, мм

B,

мм

b,

мм

Z,

мм

А, см2

Ix, см4

Iy, см4

m, кг/м

Jt, см4

Р43

140

114

70

69

56,8

1489,0

260,0

44,60

-

КР70

120

120

70

59

67,2

1083,3

319,7

52,77

253

КР80

130

130

80

65

81,8

1523,7

468,6

64,24

387

КР100

150

150

100

76

113,4

2805,9

919,6

89,05

765

КР120

170

170

120

87

150,7

4794,2

1672,0

118,29

1310

Таблица 16

Q, т

Lкр,

м

Hкр,

мм

Bкр

Aкр

B1

Нагрузка, кН

Масса, т

Тип рельса

HПБ 

при В, м

F1

F2

mт

mкр

6

12

32/5

16,5

22,5

28,5

2750

6300

5100

300

235

260

280

8,70

28,0

35,0

41,0

Р43

КР70

1

1,5

50/12,5

16,5

22,5

28,5

3150

6860

5600

300

360

380

415

13,5

41,5

48,5

59,5

Р50,

КР70,

КР80

1

1,5

80/20

22

28

34

3700

4000

4000

9100

4350

400

347

367

387

367

392

412

33,0

98,0

110,0

123,0

КР100

1

1,6

100/20

22

28

34

4000

9600

4600

400

402

440

460

431

460

480

36,0

107,0

117,0

131,0

КР120

1

1,6

125/20

22

28

34

4000

9400

4600

400

473

505

526

502

535

561

39,0

112,0

124,0

143,0

1

1,8

          Сечение рельса.

  При компоновке здания в плане предусматривается смещение колонн у торцов здания с разбивочных осей на 500мм для возможности применения типовых ограждающих панелей.

  Увязка размеров поперечной рамы по высоте производится относительно отметки пола. Отметка обреза фундамента устанавливается от  -0,6 м до –1,0 м. Отметка нижнего пояса ригеля подсчитывается по формуле

,

где отметка головки подкранового рельса;

     высота крана;

     зазор между краном и фермой;

.

Размер  по правилам унификации необходимо округлить в большую сторону кратно 1,2 м при высоте до 10,8 м или кратно 1,8 м при высоте более 10,8 м. Допускается  также размер принимать кратным 0,6м. Расстояние  от головки рельса до конструкций покрытия принимается равным

.

Высота верхней части колонны определяется в зависимости от высоты подкрановой балки  и высоты рельса

и окончательно уточняется после расчета подкрановой балки. Предварительно можно принять (кратно 100 мм), где B-шаг колонн, или по таблице 16. Высота нижней части колонны подсчитывается по формуле

.

  Высоту ригеля с параллельными поясами  при любом типе сечения стержней рекомендуется принимать равной 3,15 м при пролетах 30 и 36 м и 2,25 м при пролете 24 м. Высота трапецеидального ригеля на опоре принимается равной 2,2 м.

  Увязка размеров рамы по ширине производится относительно разбивочных осей. Высота сечения верхней части колонны  для обеспечения необходимой жесткости должна быть не менее . При использовании ферм со стандартной геометрической схемой привязку ригеля к разбивочной оси устанавливают равной 200 мм, поэтому при кранах средней грузоподъемности  принимают  При кранах  грузоподъемностью 100 т и более назначают  Если по условию жесткости требуется большая высота сечения, указанные размеры  сохраняют в пределах высоты фермы, а ниже – принимают большие значения. Если в верхней части колонны устраивают проход, этот размер на участке от уступа до низа ригеля увеличивают до 1м. Привязка наружной грани колонны к разбивочной оси для относительно высоких зданий с кранами грузоподъемностью   принимается равной . В остальных случаях . Высота сечения нижней части колонны  должна быть не менее (- в цехах с интенсивной работой мостовых кранов), где - длина колонны. Расстояние от оси колонны до оси подкрановой ветви (оси подкрановой балки) принимается кратным 0,25 м и не менее

где часть кранового моста, выступающая за ось рельса.

  При необходимости устройства прохода в верхней части колонны привязка наружной грани колонны к разбивочной оси назначается равной 0,5 м. Если проход устраивается вне сечения колонны, размер  увеличивается на 450 мм. При высоте сечения  нижнюю часть колонны устраивают сплошностенчатой. При кранах средней грузоподъемности и  сквозная часть колонны, как правило, оказывается экономичнее.

  Разбивку панелей решетки колонны рекомендуется производить с шагом 1,8 м. Высота траверсы  в сопряжении верхней и нижней частей

колонны  должна быть не менее  и не более 1,2 м. Ориентировочно   = (0,6 0,8) .

    Размеры оконных переплетов по высоте назначаются кратными 1,2м. Высота стеновых панелей должна быть кратной 0,6м: 1,2 или 1,8м.

    Светоаэрационные фонари рекомендуется проектировать П – образными с наружным отводом  воды и располагать в продольном направлении. Для пролетов  применяются фонари шириной 12 м. Фонари не должны доходить до торца здания (температурного шва) на один шаг стропильных ферм, а длина их не должна превышать 84 м. Для остекления применяются типовые фонарные переплеты высотой 1,75 м в один ярус или высотой 1,25 м в два яруса. Под переплетами фонарей располагаются бортовые плиты высотой 0,6 или 0,8 м. Суммарная высота карниза и бортовой плиты фонаря принимается равной 0,9-1,0 м при  шаге ферм 6 м и 1,3-1,4 м при шаге 12 м.

  Схема поперечной рамы приведена на рис. 7. Примеры схем связей жесткости по покрытию показаны на рис. 8-10.  Дополнительные поперечные связи по покрытию предусматриваются при длине здания более 144 м.

   Связи между колоннами в нижнем ярусе (от верхнего обреза фундамента до низа подкрановых балок) устанавливаются  в середине здания или температурного блока, а в верхнем ярусе (от верха подкрановых балок до нижнего пояса стропильных ферм) – по торцам здания или температурного блока. Указания по разработке схем связей жесткости между колоннами приведены в [1]; [5].

  1.  Расчет поперечной рамы.

    Рассмотрим случай шарнирного сопряжения ригеля и колонн. Расчетная схема однопролетной рамы показана на рис. 11. Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести сечений верхнего и нижнего участков колонны. Расстояние от центра тяжести сечения нижней части колонны до наружной грани колонны приближенно принимается равным . Заделка колонн располагается на уровне верха фундамента. Ось ригеля совмещается с осью нижнего пояса стропильной фермы.

Рис. 7. Схема поперечной рамы.

Рис. 8. Схемы связей для кровли профилированным настилом (а,а’) и для кровли с железобетонными ребристыми плитами (б,б’) при шаге ферм 6м.

Рис. 9. Схемы связей для кровли с профилированным настилом (а,а’) и для кровли с железобетонными ребристыми плитами (б,б’) при шаге ферм 12м.

Рис. 10. Схемы связей по фонарям в плоскости верхнего пояса фонаря (а-г) и в плоскости верхнего пояса фермы (а’-г’)

Рис. 11. Расчётная схема рамы.

Рис. 12. К определению узловых нагрузок на ферму.

    Расстояние между центрами тяжести сечений верхней и нижней части колонны

.

Подкрановые балки по отношению к оси нижней части колонны установлены с эксцентриситетом .

   Эксцентриситет е3 равен расстоянию от оси опорного фланца фермы до центра   тяжести сечения верхней части колонны. При опирании фермы на колонны сбоку эксцентриситет .

  Соотношение моментов инерции верхней и нижней частей колонны может быть принято в пределах .

  При подсчете нагрузок на поперечную раму необходимо учитывать коэффициент надежности по ответственности (см. табл. 17).

Таблица 17.

Уровень ответственности

Коэффициент

1.

I. – резервуары для нефти и нефтепродуктов V›10000 м3, магистральные трубопроводы, производственные здания пролетами 100 м и более, сооружения связи высотой 100 м и более, уникальные здания и сооружения  

0,96 – 1,2

2.

II. – жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения массового строительства

0,95

3.

III. – сооружения сезонного и вспомогательного назначения

0,8 – 0,94

  

  Значения интенсивности постоянных нагрузок от веса несущих и ограждающих конструкций приведены в табл. 18.

Таблица 18.

Наименование

Нормативное

значение

нагрузки

(кН/м2)

Коэффициент

Надежности

по нагрузке

1

2

3

4

1.

Прогоны

0,1

1,05

2.

Стальной профилированный настил

0,15

1,05

3.

Утеплитель из пенопласта кН/м3

1,2

4.

Цементная стяжка ,

0,27

1,3

5.

Гидроизоляционный ковер

0,2

1,3

Продолжение таблицы 18

6.

Утеплитель из ячеистого бетона  

1,3

7.

Пароизоляция (1 слой рубероида)

0,04

1,3

8.

Утеплитель из минераловатных плит

1,3

9.

Железобетонные плиты покрытия:    размером 6

          размером 12

1,6

1,8

1,1

1,1

10.

Легкобетонные стеновые панели

2,4

1,2

11.

Переплеты двойного остекления

0,5

1,1

12.

Остекление фонарей

0,4

1,1

13.

Бортовая плита фонаря

1,4

1,2

14.

Каркас фонаря

0,15

1,05

15.

Гравийная защита t = 10 мм

0,21

1,3

  В состав утепленного покрытия по стальному профилированному настилу входит пароизоляция, утеплитель из пенопласта, ячеистого бетона или минераловатных плит, гидроизоляция и защитный слой толщиной до 20 мм. Покрытие по железобетонным плитам состоит из ячеистого бетона (минераловатных плит, фибролита и др.), цементной стяжки, гидроизоляции и защитного слоя толщиной 10÷20мм.

  Вес фермы со связями приближенно может быть определен по формуле

,

где

.

  Погонная постоянная нагрузка на ферму в заданиях без фонарей определяется выражением

где расчетное значение интенсивности постоянных нагрузок на ферму;

        b – ширина грузовой площади, равная шагу ферм;

         – угол наклона кровли (при  можно принять ).

  Постоянные нагрузки собирают в сосредоточенные силы, приложенные в узлах ферм, а также к низу подкрановой и надкрановой частей колонн по осям их сечений. Узловая постоянная нагрузка на ферму подсчитывается по формуле

,

где lm – длина панели верхнего пояса.

В зданиях с фонарем сосредоточенные силы подсчитываются для безфонарных участков (F1), для подфонарных участков (F2) и для узлов, на которые опираются крайние стойки фонаря (F3). Сосредоточенные силы от постоянной нагрузки

где   расчетный вес каркаса фонаря со связями на 1м2 горизонтальной проекции;

         расчетный вес остекления фонаря на 1 м2 остекленной поверхности;

         расчетный вес бортовой плиты фонаря на 1 м2 поверхности;

         высота остекленной поверхности фонаря;

         суммарная высота карниза и бортовой плиты фонаря.

  Опорное давление ригеля на колонну для бесфонарных зданий     

для зданий с фонарем

,

где  - сумма всех сосредоточенных сил, действующих на ферму.

Вес верхней и нижней частей колонны можно подсчитать по приближенным формулам

где ;

        - размеры колонны в метрах.

Вес подкрановых конструкций учитывается совместно с вертикальными нагрузками от кранов. Вес одного погонного метра подкрановых конструкций принимается в зависимости от грузоподъемности мостовых кранов (см. табл. 19).

Таблица 19.

Грузоподъемность

мостового крана (т)

5-15

20-50

50-80

>80

Вес одного погонного метра подкрановых конструкций (кН/м)

2-6

4-8

6-12

12-18

При определении веса стенового ограждения можно воспользоваться формулами

где вес одного квадратного метра стеновых панелей (нормативное значение);

     вес одного квадратного метра переплетов с остеклением (нормативное значение);

.

Отметки  показаны на рис. 13.

  Расчетная погонная нагрузка на ригель рамы от снега (при отсутствии фонаря) определяется по формуле:

где расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое в зависимоcти от снегового района (см. табл. 20, 21.);

     коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

     Нормативное значение снеговой нагрузки определяется умножением расчетного значения на коэффициент 0,7.

Рис. 13. К определению нагрузок от веса стенового ограждения.

     

Коэффициент  для зданий без фонарей с уклоном до 12%, которые проектируются в районах со средней скоростью ветра за три наиболее холодных месяца  (см. табл. 21.), следует снижать умножением на коэффициент , где k принимается по табл. 23. При уклоне покрытия от 12% до 20% зданий без фонарей, проектируемых в районах с , коэффициенты  снижают умножением на 0,85. Еще на 20% снижается снеговая нагрузка на покрытие зданий с избыточным тепловыделением при неутеплённой кровле с уклоном более 3% и обеспечении надлежащего отвода талой воды.  

Таблица 20.

Снеговые районы

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Sg, кПа

0,8

1,2

1,8

2,4

3,2

4,0

4,8

5,6

Таблица 21.

Место строительства

Ветровой

район

Снеговой район

Средняя скорость ветра за 3 наиболее холодных месяца (м/сек)

Ставрополь

Омск

Волгоград

Москва

Саратов

Нижний Новгород

Казань

Южно-Сахалинск

Пермь

Новокузнецк

IV

II

III

I

III

I
II
V
II
III

II
III
II
III
III
IV
IV
VI
V
IV

5

5

5

4

5

5

5

3

4

3

Узловая снеговая нагрузка на ферму подсчитывается по формуле:

  Если в задании имеется фонарь, нормами [6] предусматривается два варианта загружения снеговой нагрузкой.

  При выполнении курсового проекта допускается рассматривать только первый вариант снегового нагружения (рис. 14.).

Рис. 14. Схема снеговой нагрузки на здания с фонарём.

  

  Сосредоточенные силы от снеговой нагрузки на бесфонарных участках

для подфонарных участков

для узлов, на которые опираются крайние стойки фонаря,

Опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки для бесфонарных зданий

;

для зданий с фонарем

.

  Крановая нагрузка определяется от двух мостовых кранов при их невыгоднейшем для рамы положении: одно из колес крана находится над опорой, а остальные как можно ближе к ней   (рис. 15.). Расчетное усилие на колонну, к которой приближена тележка крана, составляет

где коэффициент надежности для крановой нагрузки;

     коэффициент сочетания, равный 0,85 для кранов среднего и легкого режимов работы (по старой классификации) или 0,95 для кранов тяжелого и весьма тяжелого режима работы;

     наибольшее нормативное давление колеса крана;

     ордината линии влияния опорного давления;

     ;

     нормативное значение погонной нагрузки от собственного веса подкрановых конструкций (см. табл. 19.);

     коэффициент надежности для временной нагрузки;

     на тормозной площадке;

     ширина тормозной площадки равная hн.

Расчетное усилие на другую колонну рамы  подсчитывается аналогично с заменой  на    

Для четырехколесных кранов

;

для восьмиколесных кранов

,

где полный вес крана (кН);

     число колес на одной стороне крана.

  Расчетная горизонтальная сила T, передаваемая на колонну и обусловленная торможением грузовой тележки, определяется при том же положении кранов по формуле:

где нормативное значение горизонтальной силы, передаваемой одним колесом крана;

     коэффициент, равный 0,05 для кранов с гибким подвесом груза или равный 0,1 для кранов с жестким подвесом груза;

     вес тележки крана (кН).

    В соответствии с п.6.3[5] нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки  на высоте Z над поверхностью земли следует определять по формуле

где нормативное значение ветрового давления;

     коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

     аэродинамический коэффициент.

     Пульсационная составляющая ветровой нагрузки для промышленных зданий не учитывается.

Нормативное значение ветрового давления  принимается в зависимости от ветрового района (табл. 22).

Таблица 22.

Ветровые районы

Ia

I

II

III

IV

V

VI

VII

0,17

0,23

0,30

0,38

0,48

0,60

0,73

0,85

 

Рис. 15. К определению вертикальной нагрузки на раму от мостовых кранов грузоподъёмностью а) до 50 т.; б) свыше 50 т.

  Перечень городов, предусмотренных в задании на курсовой проект, с указанием ветровых районов приведен в таблице 21.

  Коэффициент  определяется по таблице 23 зависимости от типа местности. В задании на курсовой проект тип местности не оговаривается и выбирается студентами самостоятельно. До высоты 5м от поверхности земли коэффициент  не меняется (ветровое давление принимается постоянным).

Таблица 23.

Высота Z, м

Коэффициенты  для типов местности

А

В

С

5

10

20

40

0,75

1,00

1,25

1,50

0,50

0,65

0,85

1,10

0,40

0,40

0,55

0,80

  К местности типа А относятся открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра; к местности типа В – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; к местности типа С – городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

  Значение аэродинамического коэффициента при учете ветрового давления на вертикальные поверхности с наветренной стороны всегда положительно . При учете ветрового давления с заветренной стороны значение коэффициента  всегда отрицательно и определяется по таблице 24 зависимости от отношений , где  ширина здания; длина здания; высота здания.

   Промежуточные значения коэффициента  определяются линейной интерполяцией.

Таблица 24.

Значение  при

0,5

1

2

1

2

-0,4

-0,5

-0,5

-0,6

-0,6

-0,6

  Расчетные значения погонной ветровой нагрузки с наветренной  и заветренной сторон определяются с учетом коэффициента надежности по ветровой нагрузке

  Схема изменения ветровой нагрузки по высоте здания приведена на рис. 16.

  Для упрощения расчетов фактическую нагрузку заменяют эквива-лентной, равномерно распределенной по длине колонны (см. рис. 11).

   Величину этой эквивалентной нагрузки находят из условия равенства изгибающих моментов в защемленной стойке от фактической и равномерно распределенной нагрузки

Рис. 16. Схема загружения рамы ветровой нагрузкой.

где момент от действительной ветровой нагрузки.

Значение может быть определено по формуле ,

где значение погонной ветровой нагрузки на отметке 10м;

     коэффициент, равный 1 ри м; 1,04 при м; 1,1 при м; 1,17 при м; 1,23 при м. Для других промежуточных значений l коэффициент можно подсчитать с помощью линейной интерполяции.

  Ветровая нагрузка на участке от низа ригеля до верхней точки здания заменяется сосредоточенными силами

.

  Статический расчет поперечной рамы (определение изгибающих моментов и поперечных сил) выполняется на ЭВМ. Исходные данные для статического расчета оформляются в табличной форме (см. пример заполнения таблицы 25).

  Обязательным требованием является запись данных в той последовательности, в которой они представлены в таблице 25. Шифр задания определяется студентом и должен представлять собой целое трехзначное число, которое соответствует последним трём цифрам номера зачётной книжки. Остальные данные необходимо представить с точностью до 0,01.

Таблица 25.

Характеристика

Обозначение

Величина

Единица измерения

1

2

3

4

5

1.

Шифр задания

-

203

-

2.

Высота нижней части колонны

12,50

м

3.

Высота верхней части колонны

4,90

м

4.

Опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки

100,80

кН

5.

Опорная реакция ригеля от постоянной нагрузки

210,00

кН

6.

Погонная ветровая нагрузка с наветренной стороны

3,10

кН/м

7.

Погонная ветровая нагрузка с заветренной стороны

2,30

кН/м

8.

Суммарная горизонтальная нагрузка от ветра, приложенная в уровне нижнего пояса ригеля

25,60

кН

9.

Относительное значение момента инерции нижней части колонны

8,35

-

10.

Максимальное значение вертикального усилия передаваемого колесами кранов на колонну

900,00

кН

11.

Минимальное

значение вертикального усилия

передаваемого колесами кранов на колонну

228,00

кН

12.

Высота подкрановой балки

1,08

м

13.

Усилие от поперечного торможения кранов

33,00

кН

14.

Расстояние между осями верхней и нижней частей колонны

0,30

м

15.

Расстояние от оси подкрановой балки до оси нижней части колонны

0,50

м

16.

Эксцентриситет

0,23

м

  Усилия определяются в восьми сечениях колонн (см. рис. 11) от каждой из расчетных нагрузок: постоянной 0(от собственного веса несущих и ограждающих конструкций) и кратковременных (снеговой, крановой и ветровой). Положительные знаки усилий M, N, Q приняты в случаях, когда изгибающие моменты вызывают растяжение внутренних волокон элементов рамы, продольные силы вызывают растяжение элементов рамы, поперечные силы вызывают «вращение» участков левой колонны по часовой стрелке либо «вращение» участков правой колонны против часовой стрелки.

  Ниже приводятся формулы для определения расчетных значений продольных сил в сечениях колонн.

  А) Постоянная нагрузка

;

или ,

если вес подкрановых конструкций  не учтен при определении  и ;

.

  Б) Снеговая нагрузка

.

  В) Вертикальное давление кранов (тележка слева)

           

                   

  Г) Вертикальное давление кранов (тележка справа)

           

                   

  В остальных случаях (загружение горизонтальной крановой нагрузкой и ветровой нагрузкой)

3. Определение расчетных усилий в сечениях колонн.

Результаты статистического расчета поперечной рамы на отдельные нагрузки оформляются в табличной форме. Затем составляются таблицы двух основных расчетных сочетаний усилий в характерных сечениях одной из колонн. В первом сочетании учитываются усилия от всех постоянных нагрузок и одной наиболее неблагоприятной кратковременной нагрузки с коэффициентом сочетания Ψ=I, во втором – от всех постоянных нагрузок с Ψ=I и не менее чем от двух кратковременных нагрузок с Ψ=0,9 (каждое из расчетных значений усилий от рассматриваемых кратковременных нагрузок умножается на коэффициент 0,9).

Для каждого сочетания составляются следующие комбинации усилий:

а) наибольший положительный изгибающий момент и соответствующее ему значение нормальной силы;

б) наибольший отрицательный изгибающий момент и соответствующее ему значение нормальной силы;

в) наибольшее сжимающие усилие и соответствующее ему положительное значение изгибающего момента;

г) наибольшее сжимающее усилие и соответствующее ему отрицательное значение изгибающего момента;

д) наибольшее значение поперечной силы для верхнего и нижнего участков колонны;

е) наименьшая продольная сила и наибольший изгибающий момент в нижнем сечении колонны (I-I или 8-8).

При составлении комбинаций усилий следует учитывать, что вертикальная крановая нагрузка и поперечное торможение считается одной кратковременной нагрузкой (учитывать их по отдельности нельзя).

Место приложения поперечной тормозной силы не связывается с положением тележки крана; не учитывать постоянную нагрузку не допускается. Последняя комбинация усилий (п..«е») составляется для расчета анкерных болтов. Поскольку усилия от постоянных нагрузок разгружают анкерные болты, их необходимо учитывать с коэффициентом надежности γf = 0,9. с этой целью значение расчетных усилий от постоянных нагрузок умножается на коэффициент

0,82=0,9/1,1.

4. Расчет и конструирование стропильных ферм.

Определение усилий в стержнях фермы от сосредоточенных нагрузок производится методами строительной механики.

В качестве примера приведены аналитические выражения для определения усилий  ферме с параллельными  поясами пролетом 30м при наличии фонаря. Рассмотрен случай симметричного загружения и шарнирного сопряжения фермы с колоннами.

Рис 17.  К определению усилий в стержнях фермы.

Опорная реакция V=2F1+F2+F3, где F1,F2,F3 – суммарные усилия от постоянной и снеговой нагрузок.

Усилия F1/2, приложенные в узлах 1,1’, передаются непосредственно на колонну и в расчете фермы не учитываются. Усилия в поясах рационально определять на основе метода моментных точек. Положительными моментами считаются те, направление которых совпадает с ходом часовой стрелки, положительными усилиями – усилия растяжения, направленные от узлов.

,

где  – высота между осями поясов; для ферм с поясами из уголков и тавров можно принять мм; для ферм с поясами из труб, широкополочных двутавров мм;

– размер панелей.

;

Усилия в стойках и раскосах определяются с использованием метода вырезания узлов, причем уклоном фермы при  можно пренебречь.

 

.

При несимметричном (одностороннем) загружении снеговой нагрузкой в средних раскосах фермы могут возникать усилия противоположного знака. Этот  случай загружения в курсовом проекте можно не рассматривать, при условии, что сечения растянутых стержней в средней зоне фермы будут подобраны учетом предельной гибкости на сжатие.

Определение усилий в стержнях ферм, изготовленных из широкополочных двутавров или труб, допускается выполнять в предположении шарнирного сопряжения элементов в узлах при отношении высоты сечения к длине элемента не более 1/10 – для конструкций, эксплуатируемых при температуре не ниже минус 40°С, и не более 1/15 – при температуре ниже минус 40°С. При превышении указанных соотношений по шарнирной схеме определяются только осевые усилия. Изгибающие моменты вычисляются в ходе расчета на ЭВМ (используется программа для расчета статистически неопределимых ферм) или определяются по приближенным зависимостям. Например, при равномерном распределении нагрузки на ферме (в случаях, когда проектируется беспрогонное покрытие) узловые моменты можно подсчитать по формуле

где  – погонные постоянная и снеговая нагрузки, соответственно;

Пролетные моменты

.

Моментами от узловых эксцентриситетов, которые возникают при неполной центровке стержней в узлах, как правило, пренебрегают. При наличии внеузловой нагрузки величина изгибающего момента определяется по приближенной формуле

,

где F – величина внеузловой нагрузки;

0,9 – коэффициент, учитывающий неразрезность пояса.

Усилия в стержнях фермы от подвесного подъемно – транспортного оборудования определяются по линиям влияния. С целью упрощения расчетов влияние подвесных кранов можно учесть, используя данные таблиц 2.1, 2.19, 2.30, 2.35, 2.53, [10]  об эквивалентной нагрузке на 1м2 покрытия от подвесных кранов.

Подбор сечений стержней фермы удобно выполнять в табличной форме. В таблице указываются расчетные усилия в стержнях, тип и размеры сечения, площадь сечения, расчетные длины, радиусы инерции сечений, гибкости и предельные гибкости, значения коэффициентов продольного изгиба (для сжатых стержней), коэффициенты условий работы, данные проверок прочности растянутых стержней или проверок устойчивости сжатых стержней.

Тип сечения стержней выбирается студентами самостоятельно. Для поясов и решетки фермы допускается использовать стали разной прочности, однако следует учитывать, что при больших гибкостях стержней применение сталей высокой прочности для сжатых элементов экономически нецелесообразно. Количество различных калибров профиля в легких фермах не должно превышать 6 – 8 штук. С целью снижения трудоемкости изготовления в фермах пролетом до30 м сечения поясов по длине, как правило, не изменяются.

Расчетные длины элементов в плоскости фермы можно подсчитать по формуле

,

где – коэффициент расчетной длины;

– геометрическая длина элемента, равная расстоянию между центрами узлов.

Для поясов, опорных раскосов, опорных стоек . Коэффициент для промежуточных элементов решетки ферм с прикреплением элементов решетки к поясам впритык (например, бесфасоночные соединения элементов трубчатых ферм). Коэффициент  для промежуточных элементов решетки ферм из парных уголков, ферм с поясами из широкополочных тавров и т.п.

Расчетные длины элементов из плоскости фермы равны расстояниям между центрами узлов, закрепленных от смещения из плоскости фермы (кроме промежуточных элементов решетки, прикрепляемых к поясам впритык, для которых ).

Гибкости сжатых элементов поясов, опорных раскосов и стоек, передающие опорные реакции, не должны превышать предельных значений

,

где – коэффициент, принимаемый не менее 0,5;

N – усилия в рассматриваемом стержне;

– коэффициент продольного изгиба, определяемый по таблице 72 [7]; при внецентренном загружении стержней вместо коэффициента определяется коэффициент е (таблица 74 [7]);

А – площадь сечения стержня;

Ry – расчетное сопротивление материала стержней;

– коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 6 [7].

Для остальных сжатых элементов решетки ферм

.

Для растянутых стержней ферм при статистических нагрузках =400. Предельная гибкость верхнего пояса из плоскости фермы в процессе монтажа =220.

При подборе сечений сжатых стержней первоначально можно принять , а затем, в случае превышения фактических гибкостей значения (или ), уточнить величины предельных гибкостей с учетом коэффициента . Задавшись гибкостью для элементов верхнего пояса, опорных раскосов и стоек или для промежуточных стержней решетки, можно подсчитать требуемую площадь сечения Атр и ориентировочные радиусы инерции сечения  ;

;  ;  ,

где – начальное значение коэффициента продольного изгиба, определяемое в зависимости от гибкости λ0.

По таблицам сортамента с учетом требуемой площади и радиусов инерции подбирается подходящий калибр профиля, подсчитываются фактические гибкости и выполняется проверка стержня на устойчивость

,

где φmin – коэффициент предельного изгиба, определяемый в зависимости от наибольшей гибкости ( или ).

При большом несоответствии требуемых значений площади и радиусов инерции с данными сортамента, в случае неточного выбора начального значения гибкости, выполняют расчет во втором приближении с использованием промежуточных значений площади сечения.

Слабонагруженные сжатые и растянутые стержни решетки подбираются по предельной гибкости. Для этого вычисляется минимальный радиус инерции и по нему принимается сечение с наименьшей площадью без проверки напряжений.

Требуемая площадь сечения растянутых стержней определяется по формуле

.

После подбора по сортаменту калибра профиля с ближайшим большим значением площади выполняется проверка принятого сечения на прочность с учетом ослаблений отверстиями.

При подборе сечений внецентренно сжатых стержней задаются гибкостью λx, определяют радиус инерции  и ориентировочную высоту сечения , где δх – коэффициент, определяемый в зависимости от типа сечения по таблице 26. Затем подсчитываются приведенный относительный эксцентриситет  и условная гибкость

 ;    ,

где η – коэффициент влияния формы сечения, определяемый по таблице 73[7];

m – относительный эксцентриситет;

– эксцентриситет;

– радиус ядра сечения ( – для симметричных относительно оси х сечений или =  – для тавровых сечений и сечений из парных уголков).

В зависимости от  и  определяется коэффициент  (таблица 74[7]) и подсчитывается требуемая площадь сечения

.

Подбор сечения по сортаменту (или компоновка составного сечения) производится исходя из значений Атр и . Если в первом приближении подобрать (скомпоновать) сечение не удается, изменяется значение гибкости и повторяется цикл расчета. Подобранное сечение при проверяется на устойчивость в плоскости действия момента

,

где     А – площадь сечения стержня;

φе – коэффициент, определенный с учетом геометрических характеристик подобранного сечения.

Таблица 26

Тип сечения

Прибли-женные значения коэффи-циента

0,3

0,32

0,28

0,43

=0,41;

=0,35;

Проверка устойчивости стержня из плоскости действия момента производится при Jx>Jy по формуле

,

где φy – коэффициент, определяемый по таблице 72[7] в зависимости от ;

c – коэффициент, вычисляемый согласно рекомендациям п. 5.31[7].

При выполняется проверка прочности с учетом ослабления сечений

,

где   ,– площадь и момент инерции сечения нетто;

у – расстояние от нейтральной оси сечения до краевых волокон.

Особенности конструирования и расчета ферм

из парных уголков.

Типы сечений стержней ферм показаны на рис. 18 .

Рис. 18. Типы сечений стержней ферм из парных уголков.

Наиболее распространенным является сечение из двух равнополочных уголков (рис.18,а). Подобный тип сечения обеспечивает равноустойчивость сжатых стержней решетки, т.к. имеет большую жесткость из плоскости фермы. Сечение из неравнополочных уголков (рис. 18 ,б) употребляется в случаях, когда расчетные длины стержней из плоскости в два раза больше, чем в плоскости фермы. Сечение, показанное на схеме «в», применяется для элементов верхнего пояса при наличии сосредоточенной нагрузки, приложенной вне узлов. Кроме того, подобные сечения обеспечивают равноустойчивость стержней при  (т.к.). Крестовое сечение из двух равнополочных уголков (рис.18, г) можно применять для средних стоек ферм.

Для обеспечения совместной работы уголков в зазорах между ними на равных расстояниях устанавливают прокладки. Расстояние между прокладками не должно превышать 40 для сжатых стержней и 80– для растянутых, где – радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной прокладке. В каждом сжатом стержне должно быть не менее 2 прокладок.

При выборе профиля по сортаменту необходимо отдавать предпочтение тонкостенным уголкам, т.к. они более устойчивы и имеют минимальную площадь ослабления отверстиями под монтажные болты. Для обеспечения необходимой жесткости стержней при транспортировке и монтаже сечение необходимо компоновать из уголков с размером полки не менее 56мм. Стержни ферм в узлах центрируются по осям, проходящим через центры тяжести сечений. Расстояние от обушка до центра тяжести сечения стержня округляется в большую сторону кратно 5мм. Соединение элементов фермы выполняется при помощи фасонок, размещаемых в зазоре между уголками. Толщина фасонок  принимается исходя из наибольшего усилия в стержнях (см. табл. 27). Допускается разница толщины фасонок в смежных узлах до 2мм. В одном отправочном элементе можно использовать не более двух разных толщин фасонок. Обрезка уголков решетки производится, как правило, перпендикулярно их оси. Для больших стержней допускается косая резка. Уголки решетки не доводятся до поясов на расстояние , но не более чем на 80мм.

Очертание фасонок определяется схемой узла и длиной сварных швов, прикрепляющих стержни к фасонке. Обычно фасонки проектируются в виде прямоугольных пластин. Для обеспечения плавной передачи усилий от элементов решетки к поясам фасонки могут изготавливаться в виде трапеций. За обушки поясных уголков фасонки выпускают на 10 - 15мм. В зонах опирания прогонов или плит покрытия их, наоборот, не доводят до обушков поясных уголков на 10 – 15мм и это место не заваривают.

Таблица 27

Наибольшее усилие в стержнях решетки.

150

160- 250

260- 400

410- 600

610- 1000

1010- 1400

1410- 1800

Рекомендуемая толщина фасонок (мм).

6

8

10

12

14

16

18

Если толщина поясных уголков менее 10мм при шаге ферм 6м или менее 14мм при шаге ферм 12м, то необходимо усиление верхнего пояса ферм в местах опирания железобетонных плит покрытия. Усиление выполняется с помощью накладок толщиной 12мм, привариваемых продольными сварными швами (расположение сварных швов – вдоль стержня).

Стержни решетки прикрепляются к фасонкам фланговыми швами. Концы швов выводятся на торцы стержней на 20 мм. Суммарная расчетная длина угловых швов, прикрепляющих стержни решетки к фасонкам, может быть определена по формулам :

- при расчете по металлу шва

;

- при расчете по металлу границы сплавления

,

где N – расчетное усилие в стержне.

Катеты швов принимаются не менее указанных в табл.38*[7] величин. Катет шва по обушку уголка не должен превышать , где -толщина полки уголка. Максимальное значение катета шва по перу рекомендуется принимать на 1÷2 мм меньше толщины полки уголка. Для упрощения сварочных работ в одной отправочной марке должно быть не более трех различных значений катетов швов.

Распределение по обушку и перу длины швов , прикрепляющих каждый уголок, производится обратно пропорционально расстояниям от швов до оси стержня. С учетом этого конструктивная длина швов по обушку и перу для одного уголка может быть подсчитана по формулам

;

.

Для равнополочных уголков коэффициент ; для неравнополочных уголков, привариваемых к фасонке меньшей полкой  0,75 и для неравнополочных уголков, привариваемых большей полкой 0,65. Расчетная длина каждого участка шва должна быть не менее и не менее 40мм. Максимальная длина участка флангового шва должна быть не более .

Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитываются на разность усилий в смежных панелях пояса или на равнодействующее усилие , если к узлу приложена сила F,

.

Задавшись катетом швов, можно из приведенного соотношения определить суммарную длину сварных швов, либо при известной длине швов – подсчитать требуемый катет.

Схема узла фермы с заводским стыком верхнего пояса показана на рис. 19. Между торцами стыкуемых с помощью накладок поясных уголков необходимо оставлять зазор не менее 50мм. Стык поясов смещается в панель с меньшим усилием на расстояние 300÷500мм, а фасонка включается в работу стыка. Горизонтальные полки стыкуемых уголков перекрываются двумя накладками. Конструкции узлов с заводским стыком верхнего и нижнего поясов аналогичны.

Рис. 19. Узел с заводским стыком верхнего пояса.

Расчет узлов с заводским стыком пояса может быть выполнен по приближенной методике. Расчетное усилие в элементах пояса принимается равным и  где – усилие в стержне расположенном слева от узла; – усилие в стержне, расположенном справа от узла. Суммарная площадь парных горизонтальных накладок назначается из условия равнопрочности не менее половины площади двух поясных уголков меньшего размера . При этом расчетное сопротивление материала накладок должно быть не ниже расчетного сопротивления материала уголков. Напряжение в элементах, перекрывающих стык (в накладках и вертикальной фасонке), определяется по формуле

,

где  – расчетное значение площади фасонки;

– ширина вертикальной полки уголка;

– расчетное сопротивление материала уголков;

- расчетное сопротивление материала фасонки;

– минимальное значение расчетного сопротивления или .

Если >, то соотношение /при определении приближенно считается равным единице. Фактическая площадь фасонки по сечению g-g должна быть не менее . Суммарная расчетная длина четырех участков сварных швов, прикрепляющих горизонтальные накладки к поясным уголкам, определяется по формуле

,

где – усилие, приходящееся на парные горизонтальные накладки.

Конструктивная длина каждого участка швов

.

Суммарная расчетная длина четырех участков сварных швов, прикрепляющих левые поясные уголки к фасонке, определяется аналогично

,

где .

При определении конструктивной длины каждого участка швов приближенно можно принять, что расстояние от обушка и пера уголка до линии действия усилия = ,

.

Сварные швы, прикрепляющие правые поясные уголки к фасонке, рассчитываются на усилие , если узловая сила F отсутствует,

Швы распределяются по обушку и перу обратно пропорционально расстояниям до оси поясных уголков

;

.

Если размеры фасонки определены ранее, то длина швов  и  будет известна. В этом случае, задавшись катетом, выполняют проверку прочности швов

(3)

(4)

При большой длине участков швов  ;  в расчетные формулы (3), (4) подставляется значение .

Если к узлу прикладывается сила F, в швах возникают дополнительные напряжения

,

где , см. рис. 20;

bF – ширина пояса прогона или ширина опорных ребер плит покрытия.

Если участок швов по обушку в зоне опирания плит или прогонов отсутствует, то . При подсчете необходимо также учитывать ограниченность размеров фасонки ( рис. 20, б).

Рис. 20. К расчету сварных швов крепления поясных уголков к фасонкам.

Проверка наиболее напряженных участков швов выполняется по формуле

,

где – максимальные напряжения в шве по обушку или перу от усилия , подсчитанные по формулам (3) или (4).

Фермы пролетом до 36м разбиваются на два отправочных элемента. Укрупнительные стыки проектируются в средних узлах так, чтобы правая и левая части фермы были взаимозаменяемы. С этой целью фасонка среднего узла разрезается по оси и стыкуется на монтаже с помощью вертикальных накладок с ребрами (рис.21). Поясные уголки перекрываются горизонтальной накладкой. В фермах пролетом 30м в зоне стыка предусматриваются подвески крестового сечения. Они предотвращают возможные деформации элементов нижнего пояса во время транспортировки и укрупнительной сборки. Конструкции укрупнительных узлов верхнего и нижнего поясов аналогичны.

Площадь горизонтальной накладки назначается из условия ее равнопрочности с горизонтальными полками двух поясных уголков. Аналогично, расчетная площадь вертикальной фасонки

.

Фактическая площадь фасонки по сечению  (наиболее ослабленному сечению фасонки, по которому возможно ее разрушение) должна быть не менее . Стык рассчитывается на центральное загружение силой , если знаки усилий в поясе и раскосе совпадают, или , если знаки и противоположны.

Рис. 21. Укрупнительный узел верхнего пояса.

Напряжения в элементах, перекрывающих стык

,

где – минимальное значение расчетного сопротивления элементов (фасонки или накладки).

Суммарная расчетная длина сварных швов, прикрепляющих горизонтальную накладку к поясным уголкам с каждой стороны стыка, определяется по формуле

,

где .

Швы распределяются на четыре участка: два – вдоль накладки и два по ее скосам. При этом размеры участков вдоль накладки и по скосам накладки могут быть различными. Конструктивная длина каждого из участков принимается на 10мм больше расчетной.

Суммарная расчетная длина сварных швов, прикрепляющих поясные уголки к вертикальной фасонке, подсчитывается по формуле

,

где .

Швы по обушку и перу имеют одинаковою длину. Конструктивная длина каждого участка швов определяется по формуле

.

Площадь сечения двух вертикальных накладок, перекрывающих стык фасонок, должна быть не меньше расчетной площади вертикальной фасонки. С учетом этого высота вертикальных накладок назначается не менее , а их толщина – не менее . Катет сварных швов, прикрепляющих вертикальные накладки к фасонке, определяется из условия равнопрочности швов и фасонки

.

При шарнирном сопряжении фермы с колоннами стержни фермы, примыкающие к верхнему опорному узлу, имеют нулевые усилия. Прикрепление этих стержней осуществляется конструктивно (рис.22 )

Рис. 22.   Крепление фермы к колонне в уровне верхнего пояса.

Податливость фланца обеспечивается небольшой его толщиной и значительным расстоянием между болтами. Возможно также крепление верхнего пояса к колонне на болтах. С целью обеспечения податливости узла диаметр болтов должен быть на 5-6 мм меньше диаметра отверстий.

Опорное давление фермы передается от опорного фланца через строганные поверхности на опорный столик (рис. 23). Опорный фланец крепится к поясу колонны (или надколонника – при опирании сверху) с помощью болтов. Болты не должны воспринимать опорную реакцию фермы, поэтому их устанавливают в отверстия большего диаметра (на 3 – 4 мм). Площадь торца фланца определяется из расчета на смятие

,

где V – реакция фермы от постоянной и снеговой нагрузок;

- расчетное сопротивление стали смятию.

Толщина фланца назначается в пределах 16-25 мм, затем определяется ширина фланца , которая не должна превышать ширину пояса колонны. Проверка прочности сварных швов крепления фланца к фасонке выполняется по формуле

,

где ;

– высота фасонки, определяемая исходя из размеров швов

крепления опорного раскоса и нижнего пояса фермы.

Рис.23. Опорной узел фермы в уровне нижнего пояса.

Крепление опорного столика к поясу колонны рассчитывается на воздействие силы 1,2V. Вначале задаются катетом сварных швов и определяют долю усилия, которую воспринимает лобовой шов

,

где ;

– ширина опорного столика (опорный столик может иметь форму трапеции, тогда  в зоне расположения лобовых швов будет меньше, чем в зоне опирания фланца).

Затем подсчитывается доля усилия, воспринимаемого двумя фланговыми швами

и определяется суммарная длина фланговых швов

Высота опорного столика может быть подсчитана по формуле

.

5. Расчет и конструирование ступенчатой колонны

Выбор расчетных комбинаций усилий

Сечения ступенчатых колонн подбираются для каждого участка с постоянным сечением. Невыгоднейшие комбинации усилий M и N определяются по данным таблицы расчетных усилий. Для нижней части колонны, ввиду несимметричности ее сечения, не менее двух расчетных комбинаций, дающих наибольшие сжимающие усилия в подкрановой ветви (комбинации с -M) и в наружной ветви (комбинации с +M). Расчетные комбинации для верхней  части колонны, имеющей симметричное сечение, как правило определяются однозначно. В противном случае рекомендуется рассмотреть несколько вариантов расчетных комбинаций и выбрать ту, которой отвечает большая требуемая площадь сечения.

Определение расчетных длин участков колонны.

Расчетные длины верхней  и нижней  частей колонны в плоскости рамы подсчитываются по формулам

;  ,

где ,- длины нижнего и верхнего участков колонны (рис.24);

    ,- коэффициенты расчетной длины для нижнего и верхнего участков колонны.

Рис. 24

При соблюдении условий

 и  ,

где , - устанавливаются по данным таблицы расчетных усилий, значения коэффициентов  и  допускается принимать по табл.18[7].

В иных случаях коэффициент расчетной длины  определяется по табл.67[7] (для однопролетных зданий с шарнирным сопряжением ригеля и колонн) или табл.68[7] (для однопролетных зданий с жестким сопряжением ригеля и колонн), в зависимости от величин:

  и  ,

где , - моменты инерции сечений нижней и верхней частей колонны;

Коэффициент  во всех случаях определяется по формуле

.

Расчетные длины участков колонны из плоскости рамы  и  принимаются равными наибольшему расстоянию между точками закрепления колонны от смещения вдоль здания

;  или  - при наличии горизонтальной распорки по всему ряду колонн (рис.24), где  - высота подкрановой балки.

Подбор и проверка сечения верхней части колонны.

Требуемая площадь сечения определяется из условия устойчивости верхней  части колонны в плоскости действия момента (в плоскости поперечной рамы)

,

где - коэффициент, принимаемый по табл.74[7] в зависимости от условной гибкости  и приведенного относительного эксцентриситета .

Предварительно можно принять  (при определении коэффициента влияния формы сечения  по табл.73[7]);

;  ,

где - высота сечения верхней части колонны;

      - эксцентриситет;

      - радиус ядра сечения;

      - радиус инерции сечения.

Рис.25

По значению  подбирается сечение колонны из двутавра с параллельными гранями полок или компонуется сварное сечение (рис.25). Толщина стенки сварного двутавра устанавливается из условия прочности на срез

,

где - расчетное сопротивление материала срезу;

      см - высота стенки;

      - максимальное значение поперечной силы в сечениях верхней части колонны.

Сечения с толстой стенкой получаются неэкономичными, поэтому как правило назначается в пределах, но не менее 6 мм. Требуемая площадь пояса определяется по формуле

.

Пояса принимаются шириной  (из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента) и толщиной . Окончательно толщина поясов назначается с учетом обеспечения их местной устойчивости (п.7.23*[7])

;                         (5)

,

где  - ширина свеса поясного листа.

При  или  в выражение (5) следует подставлять значения  или , соответственно.

Проверка местной устойчивости стенки

,                                     (6)

Если , значения  определяются линейной интерполяцией между вычисленными при  и .

Неустойчивую стенку при м можно укреплять продольными ребрами жесткости с моментом инерции , располагая их посередине стенки. В этом случае площадь сечения ребер включается в расчетное сечение колонны, а наиболее нагруженная часть стенки между поясом и осью ребер рассматривается как самостоятельная пластинка с расчетной высотой .

Если условие (6) не выполняется и м,  стенку допускается не укреплять продольными ребрами жесткости. В этом случае неустойчивая часть стенки считается выключившейся из работы и расчетное значение площади сечения при проверке устойчивости колонны в плоскости действия момента определяется по формуле

,

где ;

       - при;

       - при ;

      - условная гибкость стенки.

При стенку колонны необходимо укрепить поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии  друг от друга. Ширина  поперечных и продольных ребер должна быть не менее  мм, толщина ребер - не менее .

После подбора сечения колонны выполняется проверка ее устойчивости. Устойчивость колонны в плоскости действия момента:

а) выполняется условие (6)

;

б) условие (6) не выполняется и стенка колонны не укрепляется продольными ребрами жесткости:

.

При определении геометрических характеристик учитывается полное сечение: ;  .

Недонапряжение   должно быть не более 5%. В противном случае, а также при перенапряжении, требуется корректировка сечения.

Устойчивость колонны из плоскости действия момента (рассматривается возможность потери устойчивости по изгибно-крутильной форме):

,                                       (7)

где  - коэффициент, определяемый по табл.72 [7] в зависимости от гибкости , ;

     - коэффициент, вычисляемый согласно требованиям п.5.31[7]. Для симметричных двутавровых сечений:

- при ;                             (8)

- при ;                       (9)

- при ;    (10)                                                     

Значение   определяется по формуле (8) при  ;  - по формуле (9) при  ;  - по табл. 72[7] в зависимости от .

При определении относительного эксцентриситета  за расчетный момент  принимается максимальный момент в пределах средней трети расчетной длины , но не менее половины наибольшего по длине  момента.

При гибкости  коэффициент  не должен превышать значение:

,

где  , ;

      ;        

      ;

      .

Коэффициент определяется по приложению 7*[7] как для балки с двумя и более закреплениями сжатого пояса. В курсовом проекте допускается принять .

При расчетах по формуле (7) недонапряжение не ограничивается.

В случае возможности потери устойчивости колонны по изгибно-крутильной  форме необходимо выполнять проверку местной устойчивости стенки с учетом :

а) при  - по (6);

б) при

,     (11)

где ;

      - среднее касательное напряжение в рассматриваемом сечении;

      - наибольшее сжимающее напряжение в стенке, принимаемое при подсчете со знаком плюс;

      - соответствующее  напряжение у противоположного края стенки;

      - расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатого края стенки;

     - расстояние от центра тяжести сечения до противоположного (разгружаемого моментом) края стенки; для симметричных сечений ;

в) при предельное отношение приближенно может быть вычислено линейной интерполяцией между значениями, найденными при   и .

Проверка прочности колонны по п.5.25*[7] необходима при  и наличии ослабления сечения. Катет сварных швов, соединяющих пояса со стенкой в составных сечениях, назначается в соответствии с рекомендациями табл.38*[7].

Подбор и проверка сечения нижней сквозной части колонны.

Сквозная внецентренно сжатая колонна вначале рассматривается как ферма с параллельными поясами. Введем обозначения , - расчетная комбинация усилий с отрицательным изгибающим моментом, , - расчетная комбинация усилий с положительным изгибающим моментом. Усилия в подкрановой и наружной  ветвях подсчитываются по формулам

;                               (12)

.                             (13)

Предварительно можно принять ,  см или подсчитать при (разница до 10%):

;  ,

где , - расстояния от центра тяжести сечения подкрановой и наружной  ветвей, соответственно, до центра тяжести сечения колонны (рис. 26).

Рис. 26

Более точно, при необходимости, размер  определяется из решения уравнения

.

Требуемая площадь сечения ветвей колонны определяется из условия устойчивости при центральном сжатии

, .

Коэффициент продольного  изгиба предварительно принимается в пределах , коэффициент . С учетом полученных значений  и  компонуется сечение ветвей. Высота сечения ветвей принимается одинаковой, в пределах:

Для удобства примыкания стеновых панелей наружная ветвь проектируется в виде швеллера (прокатного, гнутого из листа толщиной до 16мм, составного из трех листов или листа и двух уголков). Подкрановая (внутренняя) ветвь выполняется в виде прокатного или сварного двутавра. В составных сечениях проверяется местная устойчивость стенок и полок по п.7.14* и 7.23*[7]. После подбора сечения ветвей уточняется положение центра тяжести сечения колонны

, ,

и продольные усилия в ветвях (по формулам (12) и (13)). При большом расхождении между уточненными усилиями и значениями, найденными первоначально, вновь определяются требуемые площади сечения ветвей и производится корректировка сечения.

Каждая ветвь проверяется на устойчивость

в плоскости рамы: ;

и из плоскости рамы: ; .

Коэффициенты продольного изгиба ; ; ;  определяются по табл.72[7] в зависимости от гибкостей:

;  ;  ;  ;

;  ;

;  ,

где   - расчетные длины подкрановой и наружной ветвей в плоскости рамы, равные расстояниям между узлами решетки (рис.27).

Соединительная решетка нижней части колонны рассчитывается на большую из поперечных сил: фактическую, определенную по данным статического расчета, или условную

,

где - максимальное значение продольного усилия в нижней части колонны;

     - определяется по табл.72[7] в зависимости от:

; ;  ;  .

Сжимающее усилие в раскосе подсчитывается по формуле:

.

Элементы решетки как правило выполняются из одиночных равнополочных уголков, сечение которых подбирается по характеристикам:

и ,

где - коэффициент, определяемый по табл.72[7] в зависимости от;

      ;

      - длина раскоса;

      - минимальный радиус инерции одиночного уголка (относительно оси).

Сжатые раскосы проверяются на устойчивость

,

где - определяется по табл.72[7] в зависимоси от

.

Сечение распорок и растянутых раскосов принимается обычно таким же как и у сжатых раскосов.

Проверка устойчивости нижней части колонны как сквозного внецентренно сжатого стержня в плоскости рамы  выполняется для каждой расчетной комбинации усилий

; ,

где , - коэффициенты, определяемые по табл.75[7] в зависимости от относительных эксцентриситетов , , соответственно, и условной приведенной гибкости ;

;  ;

;  ,

- суммарная площадь сечения раскосов (в рассматриваемом случае );   (см. рис. 27).

Проверка устойчивости нижней части колонны из плоскости рамы не требуется, т.к. она обеспечена устойчивостью отдельных ветвей.

Ветви нижней части колонны соединяются жесткими поперечными диафрагмами из сплошных листов, которые располагаются через 3-4 метра по высоте.

Рис. 27

Подбор сечения нижней  сплошной части  колонны.

Симметричное сечение, а также сечение с одинаковыми площадями полок сплошных колонн подбирается аналогично сечению верхней части колонны.  Если  (рис. 28) необходимо предварительно задаться характеристикой распределения материала в сечении и определить показатель асимметрии . Значения  и  определяются из условия равенства  максимальных напряжений в поясах колонны , где

; .

Приближенно принимается .

В частном случае  и  .

Рис. 28

Требуемая площадь сечения подсчитывается как и для верхней части колонны. При этом значение  определяется по табл. 74[7] в зависимости от  и :

,  ,

где ;

;

.

За расчетную принимается та комбинация усилий, при которой требуется большая площадь сечения колонны. Толщина стенки назначается с учетом местной устойчивости исходя из условия.

Требуемая площадь поясов приближенно определяется по формулам:

; .

Компоновка поясов выполняется как для симметричного сечения. Аналогично выполняются и все необходимые проверки.

Расчет узла сопряжения верхней и нижней частей колонны.

Высота траверсы  определяется при компоновке конструктивной схемы каркаса. Если нижняя часть ступенчатой колонны сквозная, то траверса работает как балка пролетом , загруженная усилием (вертикальное давление мостовых кранов), продольной силойи изгибающим моментом  от верхней части колонны (в сечении колонны над уступом 3-3).

Поясами траверсы являются опорный лист подкрановой ступени и прокладка между стенкой верхней части колонны и стенкой траверсы, а снизу - горизонтальная диафрагма.

Толщина стенки траверсы определяется из условия смятия

,

где - длина сминаемой поверхности;

     - ширина спорных ребер подкрановых балок;

      - толщина плиты, принимаемая в пределах мм (см. рис.29);

     - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности стенки траверсы;

     .

Рис. 29

Сечение нижнего пояса траверсы принимается конструктивно.

Траверса проверяется на изгиб и срез

; ,

где  - изгибающий момент в траверсе;

      - поперечная сила в траверсе;

     - минимальный момент сопротивления сечения траверсы;

      - коэффициент, учитывающий возможность неравномерной передачи усилия ;

     - коэффициент сочетания, принимаемый , если в расчетной комбинации усилий учтены две или три кратковременные нагрузки; , если учитывается одна кратковременная нагрузка (от мостовых кранов);

    .

При подсчете изгибающего момента в траверсе необходимо выявить расчетную комбинацию усилий в третьем сечении колонны, отвечающую максимальному значению . При подсчете поперечной силы  обязательным является учет нагрузок от мостовых кранов (положение тележки у той колонны, которая рассчитывается). Максимальная поперечная сила возникает при максимальном по модулю отрицательном моменте  в третьем сечении колонны. Если  возможные сочетания кратковременных нагрузок не дают отрицательных изгибающих моментов, необходимо рассмотреть случай с минимальным положительным моментом. При положительном изгибающем моменте в третьем сечении от снега рекомендуется для выявления максимального значения  рассмотреть случаи загружения со снеговой нагрузкой и без снеговой нагрузки.

Швы крепления стенки траверсы к подкрановой ветви колонны  рассчитываются на усилие, равное

,

где  - катет швов, принимаемый в зависимости от толщины свариваемых элементов с учетом условия ;

     см. - расчетная длина одного участка швов;

     ,  - характеристики, принимаемые для одного из расчетных сечений шва.

Аналогично на усилие  рассчитываются швы крепления ребра к стенке подкрановой ветви колонны. Толщина ребра  как правило принимается равной толщине стенки траверсы.

Если в стенке подкрановой ветви колонны делается прорезь, в которую заводится стенка траверсы, то расчету подлежат 4 участка угловых швов  и

,                              (14)

где - расчетное усилие.

Стенка подкрановой ветви в пределах высоты траверсы должна быть проверена на срез

,                                       (15)

где  - толщина стенки подкрановой ветви колонны. Если условие прочности (15) не выполняется, делается более толстая вставка стенки подкрановой ветви или увеличивается высота траверсы. Как правило во внутренней полке верхней части колонны также делается прорезь, в которую заводится стенка траверсы. Швы  крепления полки и стенки рассчитываются на усилие  (расчетная формула (14),  в которой  заменяется на ).

,

где - изгибающий момент в сечении 3-3, догружающий внутреннюю полку  колонны;

- соответствующая продольная сила в сечении 3-3.

Если проверки прочности сварных швов не выполняются, можно увеличить катеты швов или их расчетные длины,  изменив высоту траверсы в пределах .

Для колоны  длиной  более 18м необходимо предусматривать монтажный стык. Он располагается как правило в месте уступа (рис.30).

Прочность стыковых швов  проверяется по нормальным напряжениям.  При этом рассматриваются комбинации усилий с положительным и отрицательным изгибающим моментом в сечении 3-3 с целью выявления тех случаев, когда в стыке полок будут иметь место растягивающие напряжения:

а) в наружной полке: ;

б) во внутренней полке: ,

где - площадь и момент сопротивления сечения верхней части колонны;

     ;

     .

Рис. 30

В случаях сжатия при обеспечении полного провара элементов по толщине стыковые соединения полок будут равнопрочные основному сечению.

Если толщина пояса верхней части колонны существенно отличается от толщины стенки наружной ветви нижней части колонны, их стык  выполняется  с  использованием  накладки (рис.31).

Рис. 31

Необходимая длина сварных швов  крепления накладки и требуемая площадь ее сечения  определяются исходя из наибольшего по абсолютной величине усилия в наружной полке верхней части колонны:

;

; ,

где .

В ступенчатых колоннах со сплошной нижней частью расчет траверсы на изгиб не производится. Четыре участка швов (,) и стенка двутавра (- на рис.28) проверяются на усилие  по формулам (14) и (15) с заменой  на . Остальные расчеты выполняются также как для траверсы при сквозной нижней части колонны.

Расчет базы внецентренно-сжатой колонны.

При сквозной нижней части колонны и м проектируется, как правило, база раздельного типа (рис. 32).

Рис. 32

Базы ветвей рассчитываются как базы центрально-сжатых колонн на максимальные усилия сжатия от расчетных комбинаций усилий в нижнем сечении (1-1) колонны. Расчетные усилия в ветвях можно подсчитать по формулам (12) и (13). Расчетное сопротивление смятию бетона фундамента определяется в зависимости от коэффициента , принимаемого первоначально в пределах :

,                                             (16)

где - расчетное сопротивление бетона сжатию (см. табл. 12).

Требуемые площади опорных плит определяются по формулам

; .

Размеры плит  назначаются  из конструктивных соображений с учетом   и :

см; ;

После выбора размеров верхнего обреза фундамента ,  подсчитывается коэффициент , уточняется значение по формуле (16)  и  корректируются  при  необходимости площади опорных плит ,.  Плиты размещаются симметрично относительно центров тяжести сечения ветвей.

Толщина обеих плит , высота и толщина траверс принимаются одинаковыми. Требуемое значение  определяется по формуле

,

где - расчетное сопротивление материала плиты;

     - максимальный изгибающий момент в плите.

Для определения рассматриваются отдельные участки плит (I, II, III на рис. 32), отличающиеся условиями опирания и размерами (см. расчет базы центрально-сжатой колонны).

1) Участки, опертые на четыре стороны,

- в плите базы подкрановой ветви;

- в плите базы наружной ветви,

где - среднее напряжение в бетоне под плитой базы подкрановой ветви;

      - то же под плитой базы наружной ветви;

      , - коэффициенты, зависящие от отношения размера более длинной стороны участка к размеру более короткой и  соответственно.

2) Участки, опертые на три стороны,

- в плите базы подкрановой ветви;

- в плите базы наружной ветви,

где , - коэффициенты, зависящие от отношения размера закрепленной стороны к размеру незакрепленной  и  соответственно. При отношении  участок плиты рассчитывается как консоль: .

3) Участки, закрепленные по одной стороне,

- в плите базы подкрановой ветви;

- в плите базы наружной ветви.

Значения коэффициентов  и  приведены в таблицах 13 и 14.

Напряжения  и  не должны превышать расчетное сопротивление бетона фундамента смятию.

Толщина плиты назначается в пределах  мм. Если требуемая толщина плиты получается большой и имеет место существенное различие изгибающих моментов на участках I-III, рекомендуется изменить конструкцию базы, укрепив участки с большими изгибающими моментами при помощи ребер жесткости, диафрагм и т.п.

Толщина траверсы назначается от 10 мм до 16 мм. Высота траверсы определяется из условия размещения швов крепления ее к ветви колонны

и не менее ,

где - число сварных швов (обычно );

     - суммарная длина сварных швов,

     - усилие в рассматриваемой ветви;

     .

Если торцы ветвей колонны не фрезеруются, необходимо рассчитать на усилие  швы крепления траверсы к плите.

При большом изгибающем моменте и небольшой продольной силе в нижнем сечении колонны в анкерных болтах могут возникать усилия растяжения

                                     (17)

В формуле (17) подставляется значение , если рассматривается комбинация с отрицательным изгибающим моментом или значение ,  если рассматривается комбинация с положительным изгибающим моментом. Требуемая площадь сечения одного анкерного болта:

,                                            (18)

где - количество анкерных болтов у каждой ветви (как правило  или );

     - расчетное сопротивление растяжению анкерных болтов, определяемое по табл. Г4[11]. Диаметр анкерных болтов можно подобрать по данным табл. 28. Если анкерные болты не испытывают растягивающих усилий, диаметр их назначают конструктивно, в пределах 24-36 мм.

Таблица 28.

, мм

20

24

30

36

42

48

56

64

72

80

90

100

, см2

2,25

3,24

5,19

7,59

10,34

13,8

18,74

25,12

32,3

40,97

53,68

67,32

Анкерные плитки рассчитываются как изгибаемые элементы сечением , загруженные силами :

,                                                (19)

где - максимальный изгибающий момент в плите, равный  - при к = 4 или  - при к = 2;

      - момент сопротивления сечения плитки;

     - расчетное сопротивление материала плитки;

     мм- диаметр отверстия;

     - расстояние от оси анкерного болта до траверсы.

Если условие (19) не выполняется, можно уменьшить  расстояние, увеличить толщину плиток или применить вместо плиток элементы, состоящие из двух швеллеров (см. рис. 33).

У сплошных и легких сквозных колонн проектируются общие базы.

Нормальные напряжения  в  бетоне  фундамента для расчетных комбинаций усилий , и ,  определяются по формулам:

                                (20)

                                           (21)

Рис. 33

При большом значении изгибающего момента напряжение  может оказаться растягивающим. Из конструктивных соображений см. Размер  определяется для расчетной комбинации усилий, обуславливающей наибольшее краевое сжатие бетона, по формуле, полученной из (20):

.

Толщина плиты определяется как в базе раздельного типа. При подсчете  изгибающих моментов на отдельных участках плиты напряжения в бетоне фундамента условно принимается равномерно распределенным  с  максимальным значением для рассматриваемого участка. С целью уменьшения толщины плиты в базе можно установить ребра и диафрагмы.

Высота траверсы определяется из условия размещения наиболее нагруженных швов крепления ее к поясам колонны:

см,

где ;

      - максимальное из значений  и ;

      - количество сварных швов у рассматриваемого пояса;  или  (если все участки доступны для сварки);

      - усилие, передаваемое наружным поясом колонны на траверсу;

      - усилие, передаваемое внутренним поясом колонны на траверсу.

Диафрагмы и ребра рассчитываются аналогично одноименным элементам в базах центрально сжатых колонн с учетом соответствующих грузовых площадей.

Растягивающее усилие в анкерных  болтах  определяется из уравнения равновесия сил относительно центра тяжести эпюры сжимающих напряжений (см. рис. 33):

,

где  ;

      - длина сжатой зоны бетона;

      .

Для выявления максимального значения  необходимо рассмотреть различные комбинации усилий в нижнем сечении колонны. Усилия растяжения в болтах вызывают нагрузки, для которых . Площадь сечения анкерных болтов подсчитывается по формуле (18), в которой - количество анкерных болтов у каждого из поясов колонны.

6. Расчёт и конструирование сплошных подкрановых балок.

Конструкции сплошных подкрановых балок

Подкрановые балки - основные несущие элементы подкрановых конструкций - могут иметь различную конструктивную форму. Наиболее распространены сплошные подкрановые балки. Типы сечений сплошных подкрановых балок показаны на рисунке 34.

Рис.34. Сечения подкрановых балок.

Для разрезных балок пролетом 6м при кранах грузоподъемностью до 10т применяются прокатные двутавры с усиленным верхним поясом (рис. 34 а, б). При кранах грузоподъемностью до 50т применяются сварные подкрановые балки с более развитым верхним поясом (рис. 34 в). При пролетах подкрановых балок более 6м и кранах грузоподъемностью 50т и выше устраиваются специальные тормозные конструкции: тормозные балки (рис.34 г) или тормозные фермы (рис.34 д). Поясами тормозных балок или ферм являются верхние пояса смежных подкрановых балок, расположенных на колоннах средних рядов или верхний пояс подкрановой балки и поддерживающий элемент (обычно швеллер), устанавливаемый между колоннами вдоль здания. В качестве стенок тормозных балок применяется рифленый лист толщиной 6-10мм. Решетка тормозных ферм выполняется, как правило, из одиночных уголков. Целесообразность применения тормозных ферм появляется при ширине тормозных конструкции свыше 1,25м, пролетах подкрановых балок более 6м и грузоподъемности мостовых кранов от 80т.

С целью экономия материала сварные подкрановые балки в ряде случаев проектируют из двух марок сталей: стенку - из малоуглеродистой, пояса - из низколегированной.

Подсчет нагрузок, действующих на подкрановые балки.

Вертикальные и горизонтальные нагрузки от мостовых кранов передаются на подкрановую конструкцию через колеса крана. В зависимости от грузоподъемности крана с каждой стороны моста может быть два, четыре и более колес. Подкрановые конструкции рассчитывают, как правило, на нагрузки от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности с тележками, приближенными к одному из рядов колонн.

Расчетное значение вертикальных сил определяется по формуле

,

где  – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок.

Расчетное значение горизонтальных сил, вызываемых торможением грузовой тележки, определяется по формуле

где Tn,k – нормативное значение горизонтальной силы, передаваемое одним колесом крана.

Расчетное значение горизонтальных сил, вызываемых перекосами мостовых кранов и непараллельностью крановых путей подсчитывается по формуле Т1k = 0,1Fmax,nf n.

Нагрузка Т1k учитывается в тех случаях, когда здания оборудованы кранами групп режимов работы 7К, 8К. Нагрузки Т1k и Тk одновременно учитывать не следует.

При расчете прочности и устойчивости подкрановых балок расченые значения крановых нагрузок необходимо умножать на коэффициент динамичности, равный:

1,2 - для вертикальных крановых нагрузок при шаге колонн не более 12м и группе режима работы мостовых кранов 8К;

1,1- для вертикальных крановых нагрузок при шаге колонн не более 12м и группах режима работы мостовых кранов 6К, 7К;

1,1 - для вертикальных крановых нагрузок при шаге колонн свыше 12м и группе режима работы мостовых кранов 8К;

1,1 - для горизонтальных крановых нагрузок от мостовых кранов группы режима работы 8К.

В остальных случаях коэффициент динамичности принимается равным 1,0.

Рис. 35. Схемы расположения кранов при определении Qmax:

а) - для четырехколесных кранов;

б) - для восьмиколесных кранов.

Собственный вес подкрановых конструкций принимается по справочным данным. Допускается учитывать влияние собственного веса подкрановых конструкций умножением расчетных усилий от вертикальной крановой нагрузки на коэффициент , принимаемый равным:

1,03 - для балок пролетом 6м;

1,05 - для балок пролетом 12м,

1,08 - для балок пролетом 18м.

Для определения наибольшего значения поперечной силы Qmax в разрезной балке мостовые краны располагают таким образом, чтобы одна из сил Fmax находилась непосредственно у опоры, а остальные были расположены как можно ближе к этой же опоре (рис.35).

Наибольший изгибающий момент в разрезной балке возникает при таком положении системы сил, когда равнодействующая всех сил и ближайшая к ней сила (критическая сила) равноудалены от середины пролета балки (рис.36). Максимальный изгибающий момент будет находится под критической силой.

Рис.36. Схема расположения кранов при определении Mmax

Положение равнодействующей всех грузов  относительно оси крайнего левого колеса (точка c на рис.36) может быть определено из уравнения

,

где – момент всех сил Fi относительно оси крайнего левого колеса.

Критическая сила определяется с помощью двух неравенств

;

где Ra - равнодействующая всех сил, расположенных слева от критической силы;

Rb - равнодействующая всех сил, расположенных справа от критической силы.

Если суммарная ширина двух сближенных кранов превышает пролет подкрановой балки, приходится делать несколько попыток определения критической силы. Сначала исследуется расстановка кранов, при которой на балке размещается максимально возможное количество колес. Если при такой расстановке выше указанные неравенства не будут выполнятся, краны смещаются вправо так, чтобы на балке располагалось на одно колесо меньше.

При определении Мmax возможен и приближенный подход. Поскольку сечение с наибольшим моментом расположено близко к середине пролета балки, значение Мmax можно определить, пользуясь линией влияния момента в середине пролета. Погрешность такого вычисления, как правило, не превышает 2%.

В неразрезных подкрановых балках наибольшие усилия определяются с помощью линий влияния, построенных для опорных и промежуточных сечений (балка разбивается на 8-10 равных частей). В каждом сечении определяются максимальные значения изгибающих моментов и поперечных сил путём наиболее невыгодного загружения линий влияния.

Расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы от вертикальной нагрузки определяются по формулам

;   (22)

,       (23)

где  - коэффициент сочетания, равный: 0,85 - при учете работы двух мостовых кранов групп режимов работы 1К-6К; 0,95 - при учете работы двух мостовых кранов групп режимов работы 7К, 8К; 1 - при учете работы одного мостового крана;

- ординаты линии влияния Мmax;

- ординаты линии влияния Qmax.

Расчетный изгибающий момент Му от горизонтальной поперечной нагрузки определяется при том же положении кранов

,   (24)

где   Т - расчетное значение горизонтальной силы (Tk или ).

При определении расчетных значений изгибающих моментов в разрезных и неразрезных подкрановых балках пролётом 6м необходимо рассмотреть случаи загружения одним и двумя мостовыми кранами при коэффициенте сочетания = 1 и   1, соответственно.

Расчет сплошных подкрановых балок.

При расчете подкрановых балок используется приближенный подход. Условно считается, что вертикальная нагрузка воспринимается только сечением подкрановой балки, а горизонтальная – только тормозной балкой.

В зависимости от типа сечения подкрановой балки назначается коэффициент асимметрии m =  1,4-1,5 - для подкрановых балок с развитым верхним поясом без тормозных конструкций; m =1,0-1,2 - при наличии тормозных балок; m=1,0-1,1 - при наличии тормозных ферм.

Из условия прочности определяется требуемый момент сопротивления сечения

,

где   - коэффициент, учитывающий влияние горизонтальных поперечных нагрузок;

- ширина сечения тормозной конструкции.

Минимальная высота подкрановой балки подсчитывается исходя из условия полного использования несущей способности материала балки

где  - максимальный изгибающий момент от нормативной нагрузки  определяемый по формуле (22) при загружении подкрановой балки одним мостовым краном и ;

  •  при кранах групп режимов работы 1К-6К;
  •  при кранах группы режима работы 7К;
  •  при кранах группы режима работы 8К.

Размер hПБ, принятый при компоновке поперечной рамы каркаса, должен отвечать условию

Толщина стенки подкрановой балки определяется из условия прочности на срез

где

Требуемая площадь сечения балки AТР, а также площади верхней AfB и нижней AfH полок подсчитываются по формулам

 

По полученным данным компонуется сечение балки, причем, из условия обеспечения местной устойчивости сжатого пояса при упругой работе отношение свеса сжатого пояса bef,B, к его толщине tf,B не должно превышать предельное отношение

.

Расчет подкрановых балок, имеющих сечения, аналогичные приведенным на рис.34 в,г, на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок, выполняется согласно требованиям п.5.17 [7] по формулам

  (25)

.     (26)

Коэффициент условия работы с при расчете подкрановых балок на прочность принимается равным 1.

Подкрановые балки с тормозной фермой необходимо проверить по формуле (26) и по формуле

,  (27)

где  усилие сжатия в верхнем поясе балки при работе его в составе тормозной фермы;

- местный изгибающий момент;

0,9 – коэффициент, учитывающий неразрезность пояса в узлах;

d расстояние между узлами тормозной фермы;

коэффициент продольного изгиба верхнего пояса определяемый по гибкости относительно вертикальной оси балки при расчетной длине d;

– момент сопротивления верхнего пояса относительно вертикальной оси.

Если сечение подкрановой балки с тормозной фермой ослаблено отверстиями, то решающей будет проверка прочности по характеристикам "нетто" при = 1.

Расчет на прочность стенок подкрановых балок (за исключением балок, рассчитываемых на выносливость, для кранов групп режимов работы 7К в цехах металлургических производств и 8К) выполняется по формулам

 (28)

,   (29)

где  - местные напряжения в стенке балки;

- коэффициент увеличения вертикальной сосредоточенной нагрузки, принимаемый равным:

1,6 - для группы режима работы кранов 8К с жестким подвесом груза;

1,4 - то же с гибким подвесом груза;

1,3 - для групп режима работы кранов 7К;

1,1 - в остальных случаях в том числе и при проверке местной устойчивости стенок балок независимо от группы режима работы кранов;

lef - условная длина распределения нагрузки от колеса на стенку, определяемая по формуле

;

где c - коэффициент принимаемый равным 3,25 для сварных и прокатных балок и равным 4,5 - для балок на высокопрочных болтах;

Ilf - сумма собственных моментов в инерции сечений верхнего пояса балки и кранового рельса либо общий момент инерции сечения пояса и рельса при совместной работе рельса и пояса;

1 - коэффициент, принимаемый равным 1,30 при расчете сечений на опорах неразрезных балок, либо 1,15 - в остальных случаях.

Значение напряжений в формуле (28) необходимо определять в одной и той же точке балки (на уровне поясных швов).

Расчет подкрановых балок на срез выполняется по формуле (29), а прочность стенки на действие сил Fmax от давления колес проверяется по формуле

.

Подкрановые балки без тормозной конструкции требуется проверить на общую устойчивость (см. п.5.15[7]).

Расчет подкрановых балок на выносливость производится при числе циклов загружения  по формуле

,

где  - напряжения в поясе от вертикальной крановой нагрузки;

- коэффициент, учитывающий количество циклов загружений и принимаемый равным:

0,77 - при кранах групп режимов работы 7К (в цехах металлургических производств) и 8К;

1,1 - в остальных случаях;

- расчетное сопротивление усталости, принимаемое по табл.32[7];

- коэффициент, определяемый по табл.33[7].

Местная устойчивость стенок подкрановых балок проверяется также как и у обычных балок. При условной гибкости стенок  их следует укреплять поперечными ребрами жесткости с шагом не более 2hw при  и с шагом не более 2,5hw при .

Проверка устойчивости стенок подкрановых балок требуется при . Рекомендации по проверке местной устойчивости стенок приведены в п.7.6 [7].

Расчет соединения поясов подкрановых балок со стенкой может быть выполнен по формулам (15.20) и (7.56) [1].

Вопросы для самопроверки

  1.  Процентное содержание углерода в сталях, применяемых в строительстве.
  2.  От чего зависит нормативное сопротивление стали?
  3.  Вредные примеси стали.
  4.  Дать определение: “Старение стали”.
  5.  Признаки хрупкого разрушения.
  6.  Дать определение: “наклёп”.
  7.  Дать определение: “Условный предел текучести”.
  8.  Связь напряжений и деформаций в упругой стадии работы материала. Размерность и величина модуля упругости.
  9.  Дать определение: “Порог хладноломкости”.
  10.  Что учитывают коэффициенты надёжности по нагрузке?
  11.   Проверка прочности центрально-нагруженного элемента.
  12.  Проверка прочности изгибаемого элемента по нормальным  напряжениям.
  13.   Проверка прочности изгибаемого элемента по нормальным напряжениям с учетом развития пластических деформаций.
  14.  Проверка прочности изгибаемых элементов по касательным напряжениям.
  15.  Проверка общей устойчивости изгибаемого элемента.
  16.  Как обеспечивается местная устойчивость сжатого пояса балки?
  17.  Как обеспечивается местная устойчивость стенки балки.
  18.  Проверка местных напряжений в балках.
  19.  Проверка устойчивости внецентренно – сжатого (сжато - изогнутого) стержня  в плоскости действия момента.
  20.  Проверка устойчивости внецентренно – сжатого (сжатого - изогнутого) стрежня из плоскости действия момента.
  21.  Обеспечение местной устойчивости стенки центрально – сжатой колонны двутаврового сечения.
  22.  Проверка жесткости балок.
  23.  Проверка прочности стыковых швов при действии продольной силы.
  24.  Проверка прочности сварных соединений, выполненных угловыми швами при действии продольной силы.
  25.  Наименьшая расчетная длина углового шва.
  26.  От чего зависит прочность соединений на высокопрочных болтах?
  27.  Минимальное расстояние между центрами болтов в любом направлении.
  28.  Определить расчетную длину опорного раскоса длиной 4,0 м в плоскости и из плоскости фермы при наличии подкоса.
  29.  Минимальные зазоры между мостовым краном и фермой, между мостовым краном и колонной.
  30.  Назначение связей между колоннами.
  31.  Особенности проверки жесткости подкрановых балок.
  32.  Правило, используемое при подсчете максимального изгибающего момента в разрезной подкрановой балке.
  33.  Как обеспечивается жесткое сопряжение стропильной фермы с колонной в каркасах производственных зданий.
  34.  Особенности определения усилия Qmax в траверсе (узел сопряжения верхней и нижней частей ступенчатой колонны).
  35.  От каких воздействий в подкрановых балках возникают усилия в горизонтальной плоскости?
  36.  Особенности расчета подкрановых балок на вертикальную и горизонтальную нагрузку.
  37.  Проверка приведенных напряжений в балках.
  38.  Длина здания, в покрытии которого должны быть предусмотрены дополнительные поперечные связи.
  39.  Максимальная длина светоаэрационного фонаря.
  40.  Особенности проверки жесткости прогонов.
  41.  Способы повышения эффективности конструкций больших пролетов.
  42.  Виды опорных шарниров арок.
  43.  Виды куполов.
  44.  Особенности работы усиленных под нагрузкой конструкций.
  45.  Классификация опор линий электропередач по назначению.
  46.  Способы борьбы с потерей лёгких фракций нефтепродуктов при их хранении в резервуарах.
  47.  Предельная толщина стенки резервуаров, позволяющая использовать метод рулонирования.
  48.  Как обеспечивается герметизация мокрых газгольдеров?
  49.  Условия применения сухих газгольдеров.
  50.  Защита стенок бункеров от истирания.
  51.  Конструктивные схемы каркасов многоэтажных зданий.
  52.  Наиболее эффективная схема усиления балок.
  53.  Расчёт балок на выносливость.
  54.  Проверка прочности с учётом хрупкого разрушения.
  55.  Конструктивные требования по назначению размеров сечения поясов балок.
  56.  Определение толщины стенки балки.
  57.  В каких случаях можно использовать расчётную схему ферм с шарнирным сопряжением элементов в узлах.
  58.  Какие подкрановые балки экономичнее по расходу материала: разрезные или неразрезные и область их применения?
  59.  Какая методика применяется при расчёте строительных (в т.ч. металлических) конструкций.
  60.  На какие (в основном) усилия работает наружное опорное кольцо висячих покрытий?

Варианты заданий для курсовых проектов.

Шифр задания состоит из четырех  цифр abcd и определяется двумя цифрами порядкового номера студента по списку (ab), например 01, 23 и т.п. и двумя последними цифрами номера зачетной книжки (cd). Варианты заданий определяются по таблице 29 для первого курсового проекта и по таблице 30 для второго курсового проекта. Материал фундаментов для второго курсового проекта выбирается по таблице 29. Материал элементов конструкций балочной клетки и поперечной рамы в первом и втором курсовых проектах выбирается студентами самостоятельно. Настил балочной клетки для всех вариантов стальной.


Таблица 29

Размеры рабочей площадки в плане (АхВ), м

Отметка верха настила (dн), м

Временная (Рn) и постоянная (gn) нормативные нагрузки, кН/м2

Материал фундамента

b

A

d

B

a + d

dн

a + b

Рn

gn

a + b

Бетон класса

0

1

12

0

1

24

0

5

0

19

8

0

В 25

1

6

1

20

6

1

В 25

2

3

14

2

3

30

2

7

2

21

4

2

В 25

3

8

3

22

7

3

В 20

4

5

15

4

5

36

4

9

4

23

5

4

В 25

5

10

5

24

3

5

В 15

6

7

18

6

7

42

6

11

6

25

4

6

В 15

7

12

7

26

5

7

В 15

8

13

8

27

6

8

В 15

8

9

21

8

9

45

9

14

9

28

7

9

В 20

10

15

10

29

8

10

В 20

11

16

11

30

3

11

В 20

Таблица 30

Размеры здания в плане (AxL), м

Шаг колонн (В), м

Отметка головки кранового рельса (dr), м

Грузоподъемность мостовых кранов (Q), т

Район строительства

Наличие фонаря

Тип кровли

b

A

a

L

d

B

d

dr

a

d

Q

b

Город

с

да+

нет–

b

Наименование

0

1

84

0

24

0;

2;

4;

6;

8.

6

0

8

0;

1.

0,1

32

0

Волгоград

0

+

0;

2;

4;

6;

8.

По прогонам с применением профнастила

1

9

2,3

50

1

Ставрополь

1

-

2

3

96

2

10

4,5

80

2

Москва

2

+

1

30

3

11

6,7

100

3

Омск

3

-

4

5

108

4

12

8,9

125

4

Саратов

4

+

1;

3;

5;

7;

9.

12

5

13

2;

3.

0;1;2.

80

5

Казань

5

-

1;

3;

5;

7;

9.

Беспрогонная с применением железобетонных ребристых плит

6

7

120

6

14

3; 4;

5.

100

6

Нижний Новгород

6

+

2

3

36

7

15

7

Южно-Сахалинск

7

-

8

9

132

8

16

6; 7;

8; 9.

125

8

Пермь

8

+

9

17

9

Новокузнецк

9

-

 

Содержание

Введение……………………………………………………………..…….3

Рабочая программа ……………………………………………………….4

Курсовой проект № 1……………………………………………………13

  1.  Компоновка балочной клетки……………………………….……...13
  2.  Расчет несущего настила……………………………………………14
  3.  Расчет балок настила………………………………………………..16
  4.  Расчет и конструирование главных балок…………………………17
  5.  Расчет и конструирование центрально – сжатой колонны…….….32

Курсовой проект № 2……………………………………………….……44

  1.  Компоновка конструктивной схемы каркаса………………….…...44
  2.  Расчет поперечной рамы……………………………………………47
  3.  Определение расчетных усилий в сечениях колонн………….…...66
  4.  Расчет и конструирование стропильных ферм……………….……67
  5.  Расчет и конструирование ступенчатой колонны…………….…...85
  6.  Расчет и конструирование сплошных подкрановых балок….…..114

Вопросы для самопроверки……………………………………………124

Варианты заданий для курсовых проектов…………………………...126

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22553. Совместное действие изгиба и растяжения или сжатия 134.5 KB
  Предположим что прогибами балки по сравнению с размерами поперечного сечения можно пренебречь; тогда с достаточной для практики степенью точности можно считать что и после деформации силы Р будут вызывать лишь осевое сжатие балки. Применяя способ сложения действия сил мы можем найти нормальное напряжение в любой точке каждого поперечного сечения балки как алгебраическую сумму напряжений вызванных силами Р и нагрузкой q. Сжимающие напряжения от сил Р равномерно распределены по площади F поперечного сечения и одинаковы для всех...
22554. Ядро сечения при внецентренном сжатии 75.5 KB
  Ядро сечения при внецентренном сжатии При конструировании стержней из материалов плохо сопротивляющихся растяжению бетон весьма желательно добиться того чтобы все сечение работало лишь на сжатие. Этого можно достигнуть не давая точке приложения силы Р слишком далеко отходить от центра тяжести сечения ограничивая величину эксцентриситета. Конструктору желательно заранее знать какой эксцентриситет при выбранном типе сечения можно допустить не рискуя вызвать в сечениях стержня напряжений разных знаков. Здесь вводится понятие о так...
22555. Совместные действия изгиба и кручения призматического стержня 55 KB
  Совместные действия изгиба и кручения призматического стержня Исследуем этот вид деформации стержня на примере расчета вала кругового кольцевого поперечного сечения на совместное действие изгиба и кручения рис. Строим эпюры изгибающих моментов My и My. У кругового и кольцевого поперечного сечений все центральные оси главные поэтому косого изгиба у вала вообще не может быть следовательно нет смысла в каждом сечении иметь два изгибающих момента Mx и My а целесообразно их заменить результирующим суммарным изгибающим моментом рис....
22556. Расчет балок переменного сечения 76.5 KB
  Так как изгибающие моменты обычно меняются по длине балки то подбирая ее сечение по наибольшему изгибающему моменту мы получаем излишний запас материала во всех сечениях балки кроме того которому соответствует . Для экономии материала а также для увеличения в нужных случаях гибкости балок применяют балки равного сопротивления. Под этим названием подразумевают балки у которых во всех сечениях наибольшее нормальное напряжение одинаково и должно быть равно допускаемому. Условие определяющее форму такой балки имеет вид и Здесь Мх и...
22557. Расчет балки на упругом основании 78.5 KB
  Расчет балки на упругом основании.1 на упругое основание оказывающее в каждой точке на балку реакцию пропорциональную у прогибу балки в этой точке. Расчетная схема балки на упругом основании. Будем считать что основание оказывает реакцию при прогибах балки как вниз так и вверх.
22558. Энергетические методы расчета деформаций 75.5 KB
  Он основан на применении закона сохранения энергии. При статическом растяжении или сжатии упругого стержня происходит превращение потенциальной энергии из одного вида в другой; часть потенциальной энергии действующего на стержень груза полностью переходит в потенциальную энергию деформации стержня. Это явление имеет место при любом виде деформации всякой упругой конструкции при статической нагрузке; такую конструкцию можно рассматривать как своеобразную машину преобразующую один вид потенциальной энергии в другой. При этих условиях...
22559. Теорема Кастильяно 133 KB
  Будем решать эту задачу в несколько приемов; сначала рассмотрим более простой случай Рис. Мы представим себе что для перехода к смежному деформированному состоянию к силе сделана бесконечно малая добавка Рис. Предположим что мы сначала нагрузили нашу балку грузом ; балка очень немного прогнется Рис. Рис.
22560. Теоремы о взаимности работ и Максвелла — Мора 150 KB
  Если к балке нагруженной силой приложить затем статически силу в сечении 2 то к прогибу точки приложения силы от этой же силы прибавится Рис.1 прогиб от силы равный ; первый значок у буквы у указывает точку для которой вычисляется прогиб; второй обозначает силу вызывающую этот прогиб. Расчетная схема к теореме о взаимности работ Полная работа внешних сил составится из трех частей: работы силы на вызванном ею прогибе т. работы силы на вызванном ею прогибе ее точки приложения т.
22561. Часова організація памяті 26.5 KB
  Часова організація памяті Безпосередній відбиток забезпечує утриманнялише протягом 50500 мс достатньо повного і детального образу картини зовнішнього світу що сприймаеться органами чуття. Цей вид памяті має різні параметри у кожної людини змінюється протягом життя індивіда і залежить від функціонального стану організму. Ця память відрізняеться від попердньої тим що дозволяє відтворювати будь яку частину представленого матеріалу і тим самим деякий час утримувати в памяті визначену кількість інформації. Не вся інформація з системи...