Расчет ригеля рамы для неотапливаемого здания

Страницы работы

Фрагмент текста работы

5. Расчет ригеля рамы

5.1. Определение усилий в стержнях ригеля

Усилия в стержнях ригеля определяем от постоянной и снеговой нагрузок, а также от опорных моментов, возникающих в раме в результате жёсткого соединения ригеля с колоннами. Усилия в ригеле определяем графическим способом по диаграмме Максвелла – Кремона. Усилия в любом стержне фермы от опорных моментов вычисляются по формуле:

а в нижнем поясе с учётом нормальной силы по формуле:

Расчётные усилия определяем в табличной форме.

кН,  кН.

Рисунок 5.1. – Диаграмма Максвелла-Кремона для определения усилий от единичной силы.

Рисунок 5.2. – Диаграмма Максвелла-Кремона для определения усилий от единичного момента.


Элементы ригеля

№ стержня

Усилие от единичной силы

Усилия в балочной ферме от нагрузок и опорных моментов

Постоянной

Снеговой

Мс = 1

- Мсmax; Ncc =-0,4

+ Мсmax; Ncc =-3,4

Расчетные усилия

к = 1

к = 0,8

к = 1

к = 0,9

Sп

Mc =-301,3

Mc' =5,2

Сумма     9

Mc =19,9

Mc' =-83,1

Сумма   10

Растяжение

Сжатие

1

1'

2

2'

Верхний пояс

3-а

0

0

0

0

0

-0,32

0

96,4

0,0

96,4

-6,4

0,0

-6,4

96,4

-6,4 

4-в            5-г

-5,49

-5.49

-113,9

-113.9

-91,2

-91,2

-138,3

-138,3

-124,5

-124,5

-0,24

-0,24

-0,08

-0,08

72,3

72,3

0,4

0,4

72,7

72,7

-4,8

-4,8

6,6

6,6

1,8

1,8

-252,2

-252,2

6-е                           

-7,4

-153,6

-122,9

-186,5

-167,9

-0,16

-0,16

48,2

0,8

50

-3,2

13,3

10,1

-340,1

Нижний пояс

1-б

3,11

65,2

51,6

78,4

70,6

0,28

0,04

-84,4

-0,2

-84,6

5,6

-3,3

2,3

143,6

1-д

6,92

143,6

114,9

174,4

136,9

0,2

0,12

-60,3

-0,6

-60,9

4

-10

-6

318

Раскосы

а-б

-4,68

-97,1

-77,7

-117,9

-106,2

0,056

-0,056

-16,9

0,3

-16,6

1,1

4,7

5,8

-231,6

б-в

3,45

71,6

57,3

86,9

78,3

-0,059

0,059

17,8

-0,3

7,5

-1,2

-4,9

-6,1

157,6

г-д

-2,07

-42,9

-34,4

-52,2

-46,9

0,059

-0,059

-17,8

0,3

-17,5

1,2

4,9

6,1

-95,1

д-е

0,69

14,3

11,5

17,4

15,6

-0,059

0,059

17,8

-0,3

17,5

-1,2

-4,9

-6,1

31,7

Стойки

2-а     

-0,5

-10,4

-8,3

-12,6

-11,4

0

0

0

0

0

0

0

0

-23,0

в-г            

-1

-20,75

-16,6

-25,2

-22,68

0

0

0

0

0

0

0

0

-45,9

е-e'

-1

-20,75

-16,6

-25,2

-22,68

0

0

0

0

0

0

0

0

-45,9

Fg =

20,754

кН

 

Fs =

25,2

кН

 

Таблица 5. -  Усилия в балочной ферме от нагрузок и опорных моментов.


5.2. Подбор сечений стержней

Сжатые стержни: используем условие устойчивости

;

откуда  где - коэффициент условия работы.

Задаемся . По сортаменту подбираем подходящий профиль – парные уголки.

Вычисляем гибкость , т.к. она будет наибольшей. Находим  по таблице. Проверяем устойчивость стержней.

Растянутые стержни: проектируем из тех же профилей, что и сжатые.

Площадь сечения нетто подбираем по расчетному усилию N:

где .

Верхний и нижний пояса выполняем без стыка.

Подбор сечений стержней фермы сводим в таблицу.


Таблица 6. -  Подбор сечений стержней фермы.

Элементы ригеля

№ стержня

Расчетное усилие

Требуемая площадь,  см2

Состав сечения  уголка равнополочного

Площадь для двух элементов  см2

Расчетная длина, см

Радиусы инерции, см

Гибкость

jmin

gс

s, МПа

lx

ly

lx

Верхний пояс

3-а

96,4

5,2

70 x 6

16,3

265

265

2,15

123,3

0,427

1

138,5

4-в            5-г

-252,2

-252,2

14,4

14,4

100 x 8

100 x 8

31,2

31,2

300

300

300

300

3,07

3,07

98

98

0,570

0,570

0,95

0,95

54,2

54,2

6-е    

-340,1

19,5

140 х 10

54,6

300

300

3,87

76

0,732

0,95

85,1

Нижний пояс

1-б

143,6

7,8

100 x 8

31,2

565

565

3,07

184

0,205

1

224,5

1-д

318

17,3

125 х 10

48,6

600

600

4,86

123

0,415

1

157,7

Стойки

в-г          

-45,9

3,1

70 х 6

16,3

252

315

2,15

117

0,454

0,8

62

2-а

-23

1,6

70 x 6

16,3

252

315

2,15

117

0,454

0,8

31

Раскосы

а-б

-231,6

13,2

100 х 8

31,2

422

422

3,07

137

0,342

0,95

217

б-в

157,6

14,8

100 x 8

31,2

435

435

3,07

142

0,315

1

160

г-д

-95,1

6,5

100 х 8

31,2

435

435

3,07

142

0,315

0,8

96,7

д-е

31,7

1,7

75 x 6

17,6

435

435

2,3

189

0,186

1

95,3


5.3. Расчет узлов ригеля

Рисунок 20. – Геометрическая схема фермы.

Промежуточные узлы

Сварка полуавтоматическая: , ; расчетное сопротивление МПа (электрод Э50), МПа. Т.к.  (150МПа<210МПа), то расчет ведем по сечению металла шва.

Узел 3.

Рисунок 21. – Узел 3.

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

Размер шва на фасонке мм.

Фасонку к поясным уголкам крепим на 4 шва, толщину которых рассчитываем на силу от снеговой и постоянной нагрузок, а также на сдвигающее усилие.

 кН;

 кН.

Тогда:

м.

мм.

Узел 4.

Рисунок 22. – Узел 4.

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

Принимаем конструктивные длины швов:

мм, мм.

Катет шва поясного уголка: при мм.

 м.

Принимаем мм =мм.


Узел 5.

Рисунок 23. – Узел 5.

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

Принимаем конструктивные длины швов:

мм, мм.

Размер шва на фасонке мм.

м.

мм.


Узел 6.

Рисунок 24. – Узел 6.

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

Принимаем конструктивные длины швов:

мм, мм.

Размер шва на фасонке мм.

м.

мм.

Монтажные узлы.

Нижний монтажный узел (узел 1).

Длины швов: 1. раскос а-б.

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

1. нижний пояс 1-б.

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

Принимаем конструктивные длины швов:

мм, мм.

Толщина углового шва, необходимого для восприятия давления , сжимающего усилия  и момента :

мм,

Принимаем конструктивную длину шва: мм,

где кН,

 - наибольший отрицательный момент в опорном сечении (-301,3 кН м);

- соответствующая  нормальная сила в ригеле (-0,4 кН),

 - расстояние между поясами на опоре (3,15 м).

Болты рассчитываем на внецентренное растяжение усилием , которое рассчитываем по формуле:

 кН.

Несущую способность болтового соединения проверяем по формуле:

,

где кН м.

Примем 8 болтов диаметром 20мм с см2. Класс болтов 4.8, МПа.

кН, кНкН.

Толщина опорной планки:

мм мм.

Принимаем мм.

Проверим на смятие торец опорной планки:

;

МПаМПа.

Расчет опорного столика на срез опорным давлением кН.

Длина столика мм.

Толщина шва:

м.

Принимаем конструктивную длину шва:

мм.

Рисунок 25. – Узел 1.

Верхний монтажный узел (узел 2).

Для усилия  принимаем катет шва мм

см =см;

см = см.

Болты рассчитываем на внецентренное растяжение усилием , которое равно усилию в стержне:  кН.

Несущую способность болтового соединения проверяем по формуле:

кН, где принимаемое число болтов.

Примем 4 болта диаметром 20мм с см2. Класс болтов 5.8, МПа.

кНкН.

Рисунок 26. – Узел 2.

Укрупнительные узлы.

Верхний укрупнительный узел ( узел 7 ).

Расчетное усилие в накладке Н1:

кН.

Размеры накладки:

мм.

мм.

Принимаем мм.

Сечение двух накладок ():

см2.

Приняты две накладки размером 120 х 8 мм.

Суммарная длина четырех швов Ш1 по одну сторону от стыка при , мм, , ,МПа:

см.

Распределяем на два фланговых шва по 10 см и два косых по 9 см.

Расчет швов Ш2 и Ш3 (крепление фасонки к поясным уголкам) на оставшуюся часть усилиякН и половину узловой нагрузки кН. Принимаем мм, определяем суммарную длину швов по формуле:

см.

Длины швов: мм, мм.

Рисунок 27. – Узел 7.

Швы Ш4 рассчитывают на усилие , но т.к. угол мал, то швы получаются незначительные, поэтому принимаем конструктивно мм.

Фасонки полуферм соединяются накладками Н2. Толщина шва  из условия равнопрочности соединения шва Ш5 и фасонки мм.

см.

Проверим прочность узла на внецентренное сжатие.

Геометрические характеристики сечения:

см.

Эксцентриситет см.

Площадь сечения см2, момент инерции

см4.

см3.

Сжимающие напряжения:

МПаМПа.

Нижний укрупнительный узел ( узел 8 ).

Расчетное усилие в накладке Н1:

кН.

Размеры накладки:

мм.

мм.

Принимаем мм.

Сечение двух накладок ():

см2.

Приняты две накладки размером 160 х 8 мм.

Суммарная длина четырех швов Ш1 по одну сторону от стыка при , мм, , ,МПа:

см.

Распределяем на два фланговых шва по 10 см и два косых по 8 см.

Расчет швов Ш2 и Ш3 (крепление фасонки к поясным уголкам) на оставшуюся часть усилиякН и половину узловой нагрузки кН. Принимаем мм, определяем суммарную длину швов по формуле:

Похожие материалы

Информация о работе