Проектирование стального каркаса производственного здания (высота здания – 19,8 м, длинна здания - 156 м, шаг колонн - 6 м)

таблице 55 [1]для стали с230 принята сварочная проволока С_В – 08 А, поэтому по таблице 56 [1]  По справочнику [5] имеем: нормативное давление колёс крана , вес тележки , рельс – КР 80 (), схема сближенных кранов – рисунок.

     3.1 Расчётные нагрузки и усилия.

Расчётные нагрузки. Вертикальная расчётная нагрузка на одно колесо крана:

Горизонтальная расчётная нагрузка на одно колесо крана:

Расчётная горизонтальная нагрузка, вызываемая продольным торможением моста крана:

Погонная нагрузка от пояса подкрановой балки:

Расчётная постоянная нагрузка от веса балки с рельсом:

Рисунок 6 – Расчётные усилия.

Момент в середине от вертикальной и горизонтальной нагрузок определяем по линии влияния (рис. 3.1.). Предварительно проверяем установку по критериям:

При

по первому критерию:

по второму:

Оба условия выполняются.

Определив ординаты линии влияния, вычисляем изгибающие моменты в подкрановой балке:

Поперечные силы на опоре и в середине балки от вертикальной и горизонтальной нагрузок вычисляем с помощью линии влияния (рис. 3.1.) по формулам:

3.2 Компоновка сечения.

Требуемый момент сопротивления:

Приближённая высота балки:

Минимальная высота балки по условию жёсткости:

По большей высоте определяем толщину стенки из условий:

- прочности на срез от поперечной силы Q:

- постановки только поперечных рёбер:

Оптимальная высота стенки балки:

Сечение стенки по ГОСТ 82 – 70 принято 700 х 10 мм.

Суммарная площадь сечения поясов:

Сечение верхнего пояса:

Сечение нижнего пояса:

Ширина верхнего пояса принята 320 мм.

Требуемая толщина пояса:

По ГОСТ 82 – 70 принято t = 14 мм.

Устойчивость пояса обеспечена (табл. 30 [1]), т.к.

Ширина нижнего пояса:

Размеры поясов (ГОСТ 82 – 70) приняты:

Верхнего – 320 х 14 мм, нижнего – 250 х 14 мм.

3.1. Геометрические характеристики.

Рисунок 7

Площадь сечений:

Балки -  поясов -

Координаты центра тяжести сечения балки:

Моменты инерции относительно нейтральной оси, брутто и нетто:

Моменты сопротивления для верхней и нижней точек сечения:

Статические моменты верхнего и нижнего поясов и полусечения:

3.2   Проверка напряжений.

Максимальные напряжения общего изгиба – нормальные в середине балки по формулам:

Касательные на опоре балки:

Запас прочности по нормальным напряжениям общего изгиба допустим, т.к. составляет:

Для проверки прочности по местным напряжениям по формуле  предварительно определяем:

Для среднего сечения балки проверим прочность по приведённым касательным напряжениям:

Толщину верхних поясных швов определяем по формулам:

Согласно табл. 38 [1] принято

Толщину нижних поясных швов определяем по формулам:

Согласно табл. 38 [1] принято

Жесткость балки от нормативной вертикальной нагрузки (кНм  )

3.3. Расчёт опорного ребра.

Опорное ребро балки выполняется с фрезерованным торцом. Приняв толщину ребра равной толщине пояса , ширину ребра определяем из условия прочности на торцевое смятие от опорного давления:

Рисунок 3.5. – Опорное ребро.

Принято b = 200 мм. Проверим устойчивость ребра, определив предварительно:

В расчётную площадь включено ребро и устойчивая часть стенки

( устойчивость обеспечена).

4. Конструктивный расчёт колонны.

4.1. Определение расчётных длин элементов колонны.

Даны длины верхней и нижней частей колонны: Отношение моментов инерции  Наибольшая нормальная сила в нижней части колонны,   (), которая вызывает наибольшее сжатие волокна. Нормальная сила в верхней части колонны – 146,8 kH.

Вычисляем отношения:

По табл. 68 СНиП

 

Рисунок 4.1. К расчёту колонн: а, б – расчётные длины элементов колонны, в – приведённые нормальные усилия в волокнах колонны.

Вычислим расчётные длины элементов колонны и полученные результаты сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. – Расчётные длины элементов колонны.

Элементы колонны	В плоскости рамы х - х	Из плоскости рамы  y - y
Нижняя часть Верхняя часть

4.2. Расчёт верхней части колонны.

Исходные данные:

Сталь С275. Расчётные сопротивления для этой стали (табл. 1, 2, 51 [1]): ).Расчётные усилия которые дают наибольшее сжатие внутреннего волокна в сечении С. В нижнем сечении ВС усилия будут Расчётная поперечная сила в верхней части колонны Ширина верхней части колонны = 500 мм.

Рисунок 4.2.1. – К расчёту верхней части колонны.

Для определения требуемой площади сечения предварительно вычисляем радиус инерции, гибкость и коэффициент продольного изгиба:

Наибольший по абсолютной величине момент на опоре ригеля (см. табл. расч . усилий  ) . При высоте ригеля в осях получим перерезывающую силу:

При высоте стенки толщина стенки из условия прочности на срез:

Площадь сечения пояса:

Принято сечение пояса 200 х 20 мм (ГОСТ 82 – 70).

Требование местной устойчивости:

требование выполняется.

Геометрические характеристики сечения:

Проверка прочности сечения.

Т.к. условие выполняется, то проверка ведётся по формуле:

прочность обеспечена.

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия изгибающего момента.

Относительный эксцентриситет по максимальному в верхней  части колонны

При и по табл. 73 [1]:

Тогда приведённый эксцентриситет:

По табл. 74 [1] принято

Устойчивость обеспечена, т.к.

Проверка устойчивости колонны из плоскости действия момента. Относительный эксцентриситет  вычислим по большему изгибающему моменту в средней трети колонны, но не менее половины максимального.

, что больше

По  имеем,  Поскольку и  то коэффициент С вычисляется по формуле:

Устойчивость обеспечена:

МПа

Проверка местной устойчивости стенки. Поскольку  то расчётной является устойчивость из плоскости действия момента.

Рисунок 4.2.2. – Напряжения в верней части колонны.

местная устойчивость стенки обеспечена.

4.3. Расчёт нижней (сплошной) части колонны.

Расчётное усилие во внутреннем волокне:

Площадь сечения внутреннего пояса:

Высота двутавра

Принимаем широкополочный двутавр 23Б1   см²   А=30,1 см²;

Расчётные усилия в наружном поясе:

Площадь сечения наружного пояса находим при :

Размеры сечения приняты: 220 х 14 мм. ;

  

Условие местной устойчивости:

Площадь сечения стенки:

, принято

Рисунок 4.3.1. – Сечение нижней части колонны.

Геометрические характеристики сечения:

 

Проверка прочности сечения:

- для наружного волокна:

Поскольку условие выполняется, то проверка ведётся по формуле:

прочность обеспечена.

- для внутреннего волокна:

Поскольку условие выполняется, то проверка ведётся по формуле:

прочность обеспечена.

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия изгибающего момента:

- для наружного волокна:

Относительный эксцентриситет по максимальному моменту:

При по табл. 73 [1]:

Тогда приведённый эксцентриситет

По табл. 74 [1] принято

Устойчивость обеспечена, т.к.:

- для внутреннего волокна:

Относительный эксцентриситет по максимальному моменту:

При по табл. 73 [1]:

Тогда приведённый эксцентриситет

По табл. 74 [1] принято

Устойчивость обеспечена, т.к.:

Проверка устойчивости колонны из плоскости действия изгибающего момента.

Рисунок 4.3.2. – Усилия в нижней части колонны.

Относительный эксцентриситет  вычислим по большему изгибающему