Проектирование здания электросталеплавильного цеха (пролет здания - 24 м, длинна задания - 108 м, место строительства - г. Москва)

каркаса фонаря на единицу площади горизонтальной проекции фонаря  кН/м².

Вес бортовой стенки и остекления на единицу длины стенки  кН/м.

Узловые силы:

кН;

кН;

кН.

Опорные реакции:

 кН.

4.1.2 Снеговая нагрузка

Т.к.

 кН/м².

Коэффициенты m для двух вариантов загружения снеговой нагрузкой:

Узловые силы:

1-ый вариант:

кН;

кН;

кН.

 кН.

2-ой вариант:

кН;

кН;

кН.

 кН.

4.1.3 Нагрузка от рамных моментов

1-ая комбинация:

кНм, кНм.

2-ая комбинация ( без учета снеговой нагрузки):

кНм, кНм.

4.1.4 Нагрузка от распора рамы

1-ая комбинация:

кНм, кНм.

2-ая комбинация ( без учета снеговой нагрузки):

кНм,

кНм.

Заменяем единичный момент на пару сил с плечом, равным расчетной высоте фермы на опоре:

кН.

4.2 Таблица расчетных усилий в стержнях фермы

Элемент	№ стержней	Усилия от пост.нагрузки	Усилия от снега		Усилия от опорных моментов				Усилия от распора	Расчетные усилия
			y = 1	y = 0,9	S1 от M1=1	S2 от M2=1	S1 M1	S2M2		№ нагрузок	Растя- жение	№ нагрузок	Сжатие
		1	2а	2в			3	4	5
Верхний пояс	В1 – 1	0	0	0	-0,465	0	324,9	––	––	3	324,9	––	––
	В2 – 3	-492,9	-348,1	-313,3	-0,354	-0,111	247,3	12,4	––	––	––	1,2а	-841
	В3 – 4
	В4 – 6	-689,2	-464,1	-417,7	-0,232	-0,232	162,1	25,9	––	––	––	1,2а	-1153,3
Нижний пояс	Н –2	259,7	189,7	170,7	0,414	0,051	-249,1	-0,8	-89,4	1,2а	449,4	1,3,4,5	-79,6
	Н –5	647,6	436,9	393,2	0,293	0,172	-176,3	-2,6	-101,6	1,2а	1084,5	––	––
Раскосы	1 – 2	-348,7	-254,8	-229,3	0,068	-0,068	-47,5	7,6	––	––	––	1,2в,3	-625,5
	2 – 3	290,9	197,6	177,8	-0,076	0,076	53,1	-8,5	––	1,2в,3	521,8	––	––
	4 – 5	-193,1	-110,9	-99,8	0,076	-0,076	-53,1	8,5	––	––	––	1,2в,3	-346
	5 – 6	51,9	33,8	30,4	-0,076	0,076	53,1	-8,5	––	1,2в,3	135,4	––	––
	3 – 4	-58,6	-63*	-56,7	0	0	––	––	––	––	––	1,2а	-121,6
	6 – 7	-62,2	-40,4	-36,4	0	0	––	––	––			1,2а	-102,6

Эле мент

№№ стержней

Расчетное усилие

Сечение

Площадь, см2

lx/ly, см

ix/iy, см

λx/λy

[λ]

φmin

γc

Проверка сечения

Растяже ние

Сжатие

Прочность

Устойчивость

Верхний пояс

В1 – 1

324,9

––

––

––

250/ 250

––

––

––

––

––

––

––

В2 – 3

––

-841

27,5БТ1

55

300/ 300

8,34/ 4,55

35,9/ 65,9

150

0,775

0,95

––

841/(0,775∙55) =19,7£22,8

В3 – 4

В4 – 6

––

-1153,3

30БТ1

65,5

300/ 300

9,06/ 4,88

33,1/ 61,5

150

0,797

0,95

––

1153,3/(0,797∙65,5) =22,1£22,8

Нижний пояс

Н –2

449,4

-79,6

22,5БТ1

37,3

550/ 550

6,8/ 3,79

80,9/ 145,1

150

0,296

0,95

449,4/37,3 =12,1£22,8

79,6/(0,296∙37,3) =7,2£22,8

Н –5

1084,5

––

27,5БТ1

55

600/ 1200

8,34/ 4,55

71,9/ 263,7

400

––

0,95

1084,5/55 =19,7£22,8

––

Раскосы

1 – 2

––

-625,5

2L125x9

44

336/ 336

3,86/ 5,48

87,1/ 61,3

150

0,622

0,95

––

625,5/(0,622∙44) =22,8£22,8

2 – 3

521,8

––

2L90x7

24,6

299/ 374

2,77/ 4,06

107,9/ 92,1

400

––

0,95

521,8/24,6 =21,2£22,8

––

4 – 5

––

-346

2L100x10

38,4

299/ 374

3,05/ 4,52

98,1/ 82,7

150

0,555

0,8

––

346/(0,555∙38,4) =16,2£19,2

5 – 6

135,4

––

2L50x5

9,6

299/ 374

1,53/ 2,45

195,4/ 152,6

400

––

0,95

135,4/9,6 =14,1£22,8

––

Стой ки

3 – 4

––

-121,6 -102,6

2L63x5

12,26

179/ 224

1,94/ 2,96

92,3/ 75,7

150

0,596

0,8

––

121,6/(0,596∙12,26) =16,6£19,2

6 – 7

4.3 Расчет сварных швов, прикрепления раскосов и стоек к поясам.

Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С d = 1,4-2 мм;  мм; ; ;

; . Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления  МПа = 17,5 кН/см². Длина шва определяется по формуле:

см

№№ стержней	Сечение	Усилие, кН	Шов по обушку			Шов по перу
			Nоб, кН	kf, см	lw,см	Nп, кН	kf, см	lw,см
1 – 2	2L125x9	626	438	0,8	17	188	0,6	11
2 – 3	2L90x7	522	365	0,8	14	157	0,6	9
4 – 5	2L100x10	346	242	0,8	10	104	0,6	6
5 – 6	2L50x5	136	95	0,6	6	41	0,4	4
3– 4	2L63x5	122	86	0,6	5	36	0,4	4
6– 7	2L63x5	103	72	0,6	5	31	0,4	4

4.4 Расчет и конструирование узлов фермы

4.1 Расчет и конструирование верхнего опорного узла

Определим количество болтов, прикрепляющих фланец к поясу колонны. Примем болты нормальной точности М30 класса 8,8 по ГОСТ 1759-70*. Для них по табл. 62 СНиП II-23-81* находим, что площадь нетто А_bn = 5,6 см².

Требуемая площадь сечения болтов:

 см².

Примем 4 болта , тогда

 см² > 20,2 см².

В узле крепления верхнего пояса сила N стремится оторвать фланец от колонны и вызывает его изгиб. Момент при изгибе фланца определим как в защемленной балке пролетом b, равным расстоянию между болтами:

 кНсм.

Требуемая толщина фланца

 см, следовательно, принимаем толщину фланца t_фл = 24 мм.

Напряжения во фланце:

.

Для сварки узлов прикрепления фланца к фасонке применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08  мм; ; ;

; . Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления  МПа = 17,5 кН/см². Катет шва определяется по формуле:

 см, принимаем k_f = 8 мм.

4.2 Расчет и конструирование нижнего опорного узла

В торец фланца действует реактивная сила F = 458,4 кН.

Зададим ширину фланца b_ф = 160 мм. Тогда толщина фланца

 см, принимаем t_ф = 10 мм.

Болты ставятся конструктивно (без расчета).

Высота фланца, определенная графически, равна h_фл = 600 мм.

Эксцентриситет приложения силы Н:

 см.

Момент, вызванный эксцентриситетом силы Н:

 кНсм.

Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С d = 1,4-2 мм;  мм; ; ;; . Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления  МПа = 17,5 кН/см².

Проверим прочность соединения по металлу шва в точке действия наибольших результирующих напряжений (нижняя точка сварного соединения фланца) по формуле

, где

,

.

Зададим катет шва k_f = 8 мм, тогда

 см²;

 см²;

 кН/см²;

 кН/см²;

Тогда

Высота опорной стенки определяется длиной сварного шва прикрепления ее к полке колонны (зададим k_f = 10 мм):

см < < см, принимаем высоту опорной стенки h_ст = 27 см.

4.3 Расчет и конструирование укрупнительных стыков

4.3.1 Расчет и конструирование верхнего укрупнительного стыка

Усилие в верхнем поясе  кН. Верхний укрупнительный стык проектируем в виде трех накладок: 200х18мм и двух 150х14.

Найдем положение центра тяжести сечения:

см.

Момент, вызванный эксцентриситетом приложения силы:

 кНсм;

Проверим прочность сечения:

 см²;

 см⁴;

 см³.

 кН/см²< 24·0,9 = 21,6 кН/см². 

Усилия передаются пропорционально площадям, следовательно усилия в стенке и полке соответственно равны:

 кН;

 кН.

Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С d = 1,4-2 мм;  мм; ; ;; . Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления  МПа = 17,5 кН/см².

Длина накладок равна:

см, , принимаем l_w = 12 см.

см, , принимаем l_f = 28 см.

4.3.2 Расчет и конструирование нижнего укрупнительного узла

Нижний укрупнительный стык выполняем аналогично верхнему.

Усилие в нижнем поясе равно:

 кН.

Найдем положение центра тяжести сечения:

см.

Момент, вызванный эксцентриситетом приложения силы:

 кНсм;

Проверим прочность сечения:

 см²;

 см⁴;

 см³.

 кН/см².

Усилия в стенке и полке соответственно равны:

 кН;

 кН.

Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С

d = 1,4-2 мм;  мм; ; ;; . Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления  МПа = 17,5 кН/см².

Длина накладок равна:

см, , принимаем l_w = 12 см.

см, , принимаем l_f = 22 см.

Определим длину шва прикрепления фасонки к поясу. Принимая величину катета шва

 мм, получим:

см,

принимаем l = 7 см.

5. Расчет и конструирование колонны

5.1 Определение расчетной длины надкрановой и подкрановой частей колонны

Для верхней части колонны в сечении 1 – 1: ;

в сечении 2 – 2 при том же сочетании нагрузок (1,2,3*,4*,5*): кНм.

Для нижней части колонны кН.

Т.к. согл. п.6.11.

СНиП II-23-81 принимаем значения m по табл.18 расчетные длины надкрановой и подкрановой частей колонны в плоскости рам равны:

см ;

см.

Расчетные длины надкрановой и подкрановой частей колонны из плоскости рам равны расстояниям между закрепленными от смещения из плоскости рамы точками, 

 см ; см.

5.2 Подбор сечения стержней

5.2.1 Подбор сечения надкрановой части колонны

Сечение принимаем в виде сварного двутавра высотой h_в=1000мм.

Определим приближенные значения характеристик:

 см;

 см;

;

.

Примем  в первом приближении , тогда .

Тогда при  и

 см².

Компоновка сечения:

Примем предварительно см, тогда высота стенки см.

Т.к. то

см

Сечение с такой толстой стенкой неэкономично, следовательно