Металлические конструкции промышленного здания (место строительства – г. Бийск, длина здания – 144 м, пролёт здания – 36 м)

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РФ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО – СТРОИТЕЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ (СИБСТРИН)

                                                            Кафедра металлических и

              деревянных конструкций

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

                                                                                            Выполнил: студент 422 гр.

                                                                                                

                                                                                    Проверил:

НОВОСИБИРСК – 2005

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ

ЗАПИСКА.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ……………………………………………………………………………………………………………………1

2. КОМПАНОВКА КАРКАСА………………………………………………………………………………………………………….1

3. СБОР НАГРУЗОК НА ПОКРЫТИЕ…………………………………………………………………………………………..4

4. СБОР ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ…………………………………………………………………………………………………..5

5. КРАНОВАЯ НАГРУЗКА………………………………………………………………………………………………………………8

6. РАСПЕЧАТКА…………………………………………………………………………………………………………………………………9

7. РАСЧЁТ КОЛОННЫ………………………………………………………………………………………………………………………15

·  Определение расчётных длин колонны……………………………………………………………………15

·  Подбор сечения в верхней части колонны……………………………………………………………16

·  Подбор сечения в нижней части колонны……………………………………………………………..20

8. РАСЧЁТ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ…………………………………………………………………………………………….25

·  Подбор сечений сжатых стержней…………………………………………………………………………….25

·  Подбор сечений растянутых стержней…………………………………………………………………..28

9. РАСЧЁТ БАЗЫ КОЛОННЫ………………………………………………………………………………………………………….30

10. РАСЧЁТ СВЯЗЕЙ…………………………………………………………………………………………………………………………35

11. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………………………….38

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. «Металлические конструкции» Общий курс: учебник для ВУЗов/ Е. И. Беленя   и др.-М.: Стройиздат, 1986.

2. «Металлические конструкции» т.1 / В. В. Горев.-М.: Высш. шк., 2004.

3. «Металлические конструкции» справочник проектировщика / В. В. Кузнецов.-    М.: изд-во АСВ, 1998.

4. «Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов 

   специальности ПГС» / Репин, Васюта.-Н-ск.: НГАСУ, 1998.

5. «Методические указания по выполнению графической части курсового проекта

   для студентов специальности ПГС» / Репин, Васюта.-Н-ск.: НГАСУ, 1998.

6. СНиП 2.01.07-85^* «Нагрузки и воздействия», Москва, 2004.

7. СНиП II-23-81^* «Стальные конструкции», Москва, 2004.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица № 1. Исходные данные

№ п/п	Даные	Значения данных
1	№ варианта	01
2	Место строительства	г.Бийск
3	Грузоподъёмность крана (Qкр), т	50/12,5
4	Длина здания (D), м	144
5	Пролёт здания (L), м	36
6	Шаг рам (B), м	6
7	Отметка головки рельса (Hг.р.)	+12,800
8	Решение конструкций кровли	прогонное
9	Сечение поясов фермы	спаренные уголки

КОМПАНОВКА КАРКАСА

Схему фрагмента см. на следующей странице (Рис. 1)

Характеристики крана:

Lcr – пролет крана, равный 34,5 м;

Hcr – высота крана, равная 3400 мм;

B = 6860 мм;

Acr = 5600 мм;

B1 = 300 мм.

F1 = 468 кН;

Mt – масса тележки, равная 13,5 т;

Mk – масса крана, равная 73,1 т;

Рис.1 Фрагмент каркаса

Рис.2 Расчетная схема грузовой тележки.

Вертикальные размеры колонны:

hн = Hг.р. – hр – hп.б. + 800, где:

Hг.р. – отметка головки рельса, равная 12800 мм;

hр – высота кранового рельса, равная 150 мм;

hп.б. – высота подкрановой балки, равная 700 мм (т.к. шаг рам 6 м);

1000 мм – заглубление базы колонны.

hн = 12800 – 150 – 700 + 1000 = 12900 мм.

hв = hр + hп.б. +  hкр + 200, где:

hкр – высота крана, равная 3400 мм;

200 мм – зазор безопасности между фермой и краном.

hв = 150 + 700 + 3400 + 200 = 4900 мм,

Н = hн + hв, 

Н = 12900 + 4900 = 17800 мм = 17,8 м. 

Горизонтальные размеры колонны:

Принимаем hк ^верх = 500 мм (высота сварного составного двутавра).

Принимаем Во = 250 мм (привязка оси колонны).

λ – расстояние от привязки оси колонны до оси кранового рельса:

λ = (L – Lcr)/2 = (36.0 м – 34.5 м)/2 = 0,75м = 750 мм.

hк ^нижн = Во + λ = 250 + 750 = 1000 мм.

СБОР НАГРУЗОК НА ПОКРЫТИЕ

Рис.3 Конструктив покрытия.

Таблица № 2. Сбор нагрузок на покрытие.

№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная кН/м2	γf	Расчетная кН/м2
Постоянная
1	Гидроизоляция 2 слоя Технониколя	0,1	1.3	0,13
4	Утеплитель мин.вата плиты:  γ = 110 кг/м3, t = 200 мм.	0,22	1.2	0,264
5	Пароизоляция	0,05	1.3	0,065
6	Профнастил	0,15	1,05	0,1575
	Прогон [18 6м.	0,06	1,05	0,063
	Стропильная ферма	0,25	1,05	0,315
7	Связи	0,05	1,05	0,0525
Итого:		g н = 0,88		g = 0,9945
Временная
8	Снеговая нагрузка	1.26	0.7	1.8
Итого:		р н = 1.26		р = 1.80

   г. Бийск по снеговой нагрузке относится к III зоне, поэтому расчётное значение веса снегового покрова на 1 м² 1.8 кН по т.4 [6].

Нагрузки от веса стенового ограждения, кН/м²

Состав	Нормативная нагрузка	gf	Расчётная нагрузка
Трёхслойные стеновые панели: два профилированных листа НС44-1000-0,7	0,166	1,05	0,174
Минераловатные плиты t=100мм, γ = 1,25 кН/м3	0,125	1,2	0,15
Ригели	0,065	1,05	0,068
Итого	0,356		qс=0,392

СБОР ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ

   г. Бийск по по давлению ветра относится ко III зоне, значит Wo – нормативное значение ветрового давления, равно 0,38 кН/м² по т.5 [6].

   Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки:

W = Woxkxc х γf, где:

γf – коэффициент надёжности по ветровой нагрузке, равный 1.4.

k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

с – аэродинамический коэффициент:

    - на наветренной стороне здания с_х = 0.8;

    - на подветренной стороне здания с_у = 0.6.

Тип местности принимаем тип А.

Рис.4 Сбор ветровой нагрузки.

По т.6 [6] определяем:

k на отметке +10.000 будет равен 1;

k на отметке +16.400 будет равен: k = 1,16.

k на отметке +21.000 будет равен: k = 1.275  

Тогда Wр на наветренной стороне здания:

На отметке +10.000: Wр = 0,38 х 1 х 0.8 х 1.4 = 0.4256 кН/м².

На отметке +16.400: Wр = 0,38 х 1,16 х 0.8 х 1.4 =  0.494 кН/м².

На отметке +21.000 Wр = 0.38 х 1.275 х 0.8 х 1.4 = 0.5426 кН/м².

Wр на подветренной стороне здания:

На отметке +10.000: Wр = 0,38 х 1 х 0.6 х 1.4 = 0.32 кН/м².

На отметке +16.400: Wр = 0,38 х 1,16 х 0.6 х 1.4 = 0.37 кН/м².

На отметке +21.000: Wр = 0.38 х 1.275 х 0.6 х 1.4 = 0.41 кН/м².

   Приведём расчётное значение средней составляющей ветровой нагрузки к эквивалентной расчётной погонной нагрузке:

Wр ^п = Wр х В, где:

В – шаг рам равный 6 м.

Тогда Wр ^п на наветренной стороне здания:

На отметке +10.000: Wр ^п = 0,4256 х 6 = 2,55 кН/м.

На отметке +16.400: Wр ^п = 0,494 х 6 = 2,96 кН/м.

На отметке +21.000: Wр ^п = 0,5426 х 6 = 3,26 кН/м.

Тогда Wр ^п на подветренной стороне здания:

На отметке +10.000: Wр ^п = 0,32 х 6 =  1,92 кН/м.

На отметке +16.400: Wр ^п = 0,37 х 6 = 2,22 кН/м.

На отметке +21.000: Wр ^п = 0,41 х 6 = 2,46 кН/м.

   Участок распределённой нагрузки с отметки +16.400 до отметки +21.000необходимо привести к эквивалентной сосредоточенной силе, для этого достаточно найти площадь фигуры этой распределённой нагрузки:

Для наветренной стороны здания: Fw ^а = (2,96 + 3,26)/2 х 4.6 = 14,26 кН.

Для подветренной стороны здания: Fw ^р = (2,22 + 2,46)/2 х 4,6 = 10,764 кН.

Рис. 5 Расчётная схема рамы.

КРАНОВАЯ НАГРУЗКА

Рис. 6 Нагрузка от крана.

Максимальное нормативное давление колеса крана: Fmax = 468 кН.

Максимальное давление на поперечную раму от крановой нагрузки:

Dmax = γf х ψ х (∑FmaxxYi), где:

γf – коэффициент надёжности по крановой нагрузке равный 1.1;

ψ – коэффициент сочетания нагрузок, равный 0.85;

Yi – соответствующая координата линии влияния.

Минимальное давление на поперечную раму от крановой нагрузки:

Dmin = γf х ψ х (∑FminxYi).

Dmax = 1.1 х 0.85 х 468 х (0.0666 + 1 + 0.79) = 1820.87 кН.

Dmin = 1.1 х 0.85 х 367 х (0.242 + 0.317 + 0.679 + 0.754 + 1 + 0.925 + 0.563 + 0.488) = 1704.74 кН.

РАСПЕЧАТКА

ПРОЕКТНЫЕ ДАННЫЕ

1. Пролет здания : 36 м

2. Длина здания : 144 м

3. Шаг поперечных рам : 6 м

4. Отметка головки рельса : 12.8 м

5. Грузоподъемность крана : 50/12.5 т

6. Покрытие шатра : прогонное

7. Сечение поясов ферм : спаренный уголок

8. Район предполагаемого строительства : г.Бийск              

РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПОНОВКИ РАМЫ.

1.Полная длинна колонны                 H =17.800 м

2.Полезная высота здания                H₀=16.800 м

3.Расстояние от уровня чистого пола до верха головки кранового рельса   H₁=12.800 м

4.Расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций   H₂= 4.000 м

5.Заглубление базы колонны              H₃= 1.000 м

6.Длина нижней части колонны            H_н=12.900 м

7.Длина верхней части колонны           H_в= 4.900 м

8.Высота фермы                          H_ф= 3.150 м

9.Высота сечения верхней части колонны  h_в= 0.500 м

10.Высота сечения нижней части колонны   h_н= 1.000 м

11.Привязка колонн                       b_o= 250 мм

12.Отношение моментов инерции       N=I_н/I_в= 4.7059

13.Высота подкрановой балки             h_пб= 0.70 м

РЕЗУЛЬТАТЫ СБОРА НАГРУЗОК.

ПОСТОЯHHАЯ HАГРУЗКА.

СОСТАВ ПОКРЫТИЯ :

1.Гидpоизоляция- 2 слоя технониколя;

2.Утеплитель:жесткие минеpаловатные плиты;

3.Паpоизоляция:один слой pубеpоида;

4.Стальной профилированный настил;

5.Вес прогонов;

6.Собственный вес констpукций феpм и связей.

Hоpмативное значение               q_o=0.8800 кН/м2

Расчетное значение                  q=0.9945 кН/м2

Нагрузка на верх колонны           F₁= 107.4060 кН

Момент на верхнюю часть колонны    M₁=   5.3703 кНм

СНЕГОВАЯ НАГРУЗКА.

Hоpмативное значение        p_o=1.0000 кН/м2

Расчетное значение           p=1.4000 кН/м2

Нагрузка на верх колонны    P_s= 151.2000кН

Момент от снеговой нагрузки M_s=   7.5600кНм

КРАНОВАЯ НАГРУЗКА.

Максимальное давление крана   Dmax= 812.4402 кН

Минимальное давление крана    Dmin= 373.2364 кН

Горизонтальное давление крана T   =  27.5587 кН

Сумма ординат линии влияния   y   =   1.8567

ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА.

Нормативное значение ветровой нагрузки

p_o= 0.3800 кН/м2

Сосредоточенная активная сила на ригель                     Wa= 9.7280 кН

Распределенная активная нагрузка на колонну                    wa= 2.5709 кН/м

Сосредоточенная пассивная сила на ригель                     Wp= 7.2960 кН

Распределенная пассивная нагрузка на колонну                    wp= 2.0332 кН/м

РАСЧЕТ РАМЫ.

Усилия от нагрузок даны только для левой колонны рамы.

Правило знаков для изгибающих моментов:

знак "+" : растянуты наружние волокна рамы;

знак "-" : растянуты внутренние волокна рамы.

Расчет на постоянную нагрузку:

Сечение 1-1   M=    6.2382 кН*м   N= -190.1160 кН   Q=   2.0945 кН

Сечение 2-2   M=  -20.7804 кН*м   N= -190.1160 кН   Q=   2.0945 кН

Сечение 3-3   M=   15.6332 кН*м   N= -126.8960 кН   Q=   2.0945 кН

Сечение 4-4   M=   14.1671 кН*м   N= -126.8960 кН   Q=   2.0945 кН

Расчет на снеговую нагрузку:

Сечение 1-1   M=    9.2577 кН*м   N= -151.2000 кН   Q=   3.0684 кН

Сечение 2-2   M=  -30.3248 кН*м   N= -151.2000 кН   Q=   3.0684 кН

Сечение 3-3   M=   22.5952 кН*м   N= -151.2000 кН   Q=   3.0684 кН

Сечение 4-4   M=   20.4473 кН*м   N= -151.2000 кН   Q=   3.0684 кН

Расчет на вертикальное воздействие крана:

максимум слева

Сечение 1-1   M=   19.8190 кН*м   N= -812.4402 кН   Q= -17.1437 кН

Сечение 2-2   M=  240.9722 кН*м   N= -812.4402 кН   Q= -17.1437 кН

Сечение 3-3   M=  -84.0039 кН*м   N=    0.0000 кН   Q= -17.1437 кН

Сечение 4-4   M=  -72.0034 кН*м   N=    0.0000 кН   Q= -17.1437 кН

максимум справа

Сечение 1-1   M= -155.8626 кН*м   N= -373.2364 кН   Q=  17.1437 кН

Сечение 2-2   M=   65.2906 кН*м   N= -373.2364 кН   Q=  17.1437 кН

Сечение 3-3   M=  -84.0039 кН*м   N=    0.0000 кН   Q=  17.1437 кН

Сечение 4-4   M=  -72.0034 кН*м   N=    0.0000 кН   Q=  17.1437 кН

Расчет на горизонтальное воздействие крана:

сила слева

Сечение 1-1   M=  225.6987 кН*м   Q=  19.1823 кН

Сечение 2-2   M=  -21.7533 кН*м   Q=  19.1823 кН

Сечение 3-3   M=  -21.7533 кН*м   Q=  19.1823 кН

Сечение 4-4   M=  -35.1809 кН*м   Q=  -8.3764 кН

сила справа

Сечение 1-1   M= -149.1001 кН*м   Q=  -8.3764 кН

Сечение 2-2   M=  -41.0444 кН*м   Q=  -8.3764 кН

Сечение 3-3   M=  -41.0444 кН*м   Q=  -8.3764 кН

Сечение 4-4   M=  -35.1809 кН*м   Q=  -8.3764 кН

Расчет на ветровую нагрузку:

ветер слева

Сечение 1-1   M=  542.8068 кН*м   Q=  54.6218 кН

Сечение 2-2   M=   63.7463 кН*м   Q=  19.6512 кН

Сечение 3-3   M=   63.7463 кН*м   Q=  19.6512 кН

Сечение 4-4   M=   50.6547 кН*м   Q=  17.7535 кН

ветер справа

Сечение 1-1   M= -511.7778 кН*м   Q= -46.8468 кН

Сечение 2-2   M=  -76.6241 кН*м   Q= -20.6189 кН

Сечение 3-3   M=  -76.6241 кН*м   Q= -20.6189 кН

Сечение 4-4   M=  -62.6890 кН*м   Q= -19.1956 кН

РАСЧЕТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ УСИЛИЙ

Сечение 1-1

psi=1.0    Mmax+=  549.0450 кН*м    Nсоот = -190.1160 кН

psi=1.0    Mmax-= -505.5396 кН*м    Nсоот = -190.1160 кН

psi=0.9    Mmax+=  724.0622 кН*м    Nсоот =-1057.3922 кН

psi=0.9    Mmax-= -797.7670 кН*м    Nсоот = -526.0288 кН

psi=1.0    Nmax =-1002.5562 кН      Mсоот+=  251.7559 кН*м

psi=1.0    Nmax =-1002.5562 кН      Mсоот-= -199.6416 кН*м

psi=0.9    Nmax =-1057.3922 кН      Mсоот+=  724.0622 кН*м

psi=0.9    Nmax =-1057.3922 кН      Mсоот-= -631.3217 кН*м

Сечение 2-2

psi=1.0    Mmax+=  261.2361 кН*м    Nсоот =-1002.5562 кН

psi=1.0    Mmax-=  -97.4045 кН*м    Nсоот = -190.1160 кН

psi=0.9    Mmax+=  290.4062 кН*м    Nсоот = -921.3122 кН

psi=0.9    Mmax-= -117.0344 кН*м    Nсоот = -326.1960 кН

psi=1.0    Nmax =-1002.5562 кН      Mсоот+=  261.2361 кН*м

Расчетное сочетание Nmax Mсоот- при psi=1.0 не реализуется

psi=0.9    Nmax =-1057.3922 кН      Mсоот+=  263.1138 кН*м

Расчетное сочетание Nmax Mсоот- при psi=0.9 не реализуется

Сечение 3-3

psi=1.0    Mmax+=   79.3795 кН*м    Nсоот = -126.8960 кН

psi=1.0    Mmax-= -109.4151 кН*м    Nсоот = -126.8960 кН

psi=0.9    Mmax+=   93.3405 кН*м    Nсоот = -262.9760 кН

psi=0.9    Mmax-= -165.8720 кН*м    Nсоот = -126.8960 кН

psi=1.0    Nmax = -278.0960 кН      Mсоот+=   38.2284 кН*м

Расчетное сочетание Nmax Mсоот- при psi=1.0 не реализуется

psi=0.9    Nmax = -262.9760 кН      Mсоот+=   54.6770 кН*м

psi=0.9    Nmax = -262.9760 кН      Mсоот-= -145.5363 кН*м

Сечение 4-4

psi=1.0    Mmax+=   64.8217 кН*м    Nсоот = -126.8960 кН

psi=1.0    Mmax-=  -93.0172 кН*м    Nсоот = -126.8960 кН

psi=0.9    Mmax+=   78.1588 кН*м    Nсоот = -262.9760 кН

psi=0.9    Mmax-= -138.7189 кН*м    Nсоот = -126.8960 кН

psi=1.0    Nmax = -278.0960 кН      Mсоот+=   34.6144 кН*м

Расчетное сочетание Nmax Mсоот- при psi=1.0 не реализуется

psi=0.9    Nmax = -262.9760 кН      Mсоот+=   45.0186 кН*м

psi=0.9    Nmax = -262.9760 кН      Mсоот-= -120.3164 кН*м

Расчет верхней части колонны выполнять от сочетания :

N= -262.9760 кН      M= -145.5363 кН*м

Расчет нижней части колонны при догружении подкрановой ветви выполнять от сочетания :

N=-1057.3922 кН      M=  724.0622 кН*м

Расчет нижней части колонны при догружении шатровой ветви выполнять от сочетания :

N=-1057.3922 кН      M= -631.3217 кН*м

Расчетная поперечная сила в базе колонны:

Qmax=   86.7090 кН

Расчет анкерных болтов выполнять от следующего сочетания усилий:

Nmin= -190.1160 кН      Mсоот=  549.0450 кН*м

РАСЧЁТ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ

   В качестве материала принимаем сталь С245.

Сечение поясов фермы и раскосов: спаренные уголки.

Сечение стойки фермы: уголки по диагонали.

Высота фермы по осям принимается на 50 мм меньше чем габаритная высота, то есть принимается 3150 – 150 = 3000 мм.

Расчётные длины принимаем в соответствии с т.11 [7].

Подбор сечений сжатых стержней:

N = - 391.24 кН.

Расчётные длины опорного раскоса:

lef,x = 0.9 х lгеом = 0.9 х 4.31 = 3.82 м.

lef,y = lгеом = 6 м.

Задаёмся гибкостью λ = 100, тогда по т.72 [7] определяем коэффициент продольного изгиба: ϕ = 0.542.

Из условия общей устойчивости определяем Атр:

Атр ≥ N/(ϕ xRyxγc), где:

γc – коэффициент условия работы в соответствии с т.6 [7] принимаем равным 0.95.

Атр ≥ 391.24/(0.542 x 24 x 0.95) = 31.66 см²

Ориентировочные радиусы инерции:

ix = lef,x/λ = 3820 мм/100 = 38.2 мм.

iy = lef,y/λ = 6000 мм/100 = 60 мм.

По сортаменту принимаем по ГОСТ 8509-93 два равнополочных уголка: L125х125х10, тогда:

А = 2 х 24.3 = 48.6 см².

ix = 3.85 см.

iy = 5.52 см (при зазоре равном 12 мм).

λх = lef,x/ix = 382/3.85 = 99.2.

λy = lef,y/iy = 600/5.52 = 107.5

λ = max (λх, λy) = 107.5, соответственно ϕ = 0.486.

Произведём проверку подобранного сечения:

Проверка общей устойчивости:

σ = N/ϕx A x γc ≤ Ry,

σ = 391.24/0.95x 48,6x 0,486 = 17,44 ≤ 24кН/см²,

значит условие общей устойчивости выполнено.

Проверка на гибкость: α=0,73

[λ] ≥ λ.

[λ]сж = 180-60 x α=136,41, λ = 107,5

107,5 < 136,41 значит условие гибкости выполнено.

Сжимающее усилие в восходящем раскосе:

N = - 248,97 кН.

Расчётные длины раскосов:

lef,x = 1х 4.31 = 4,31 м.

lef,y = 6 м.

Задаёмся гибкостью λ = 100, тогда ϕ = 0.542.

Атр ≥ 248,97/(0.542 x 24 x 0.8) = 23,9 см²

Атр/2 = 30.65 см².

Ориентировочные радиусы инерции:

ix = lef,x/λ = 4310 мм/100 = 43,1 мм.

iy = lef,y/λ = 6000 мм/100 = 60,0мм.

По сортаменту принимаем два равнополочных уголка: L110х110х8, тогда:

А = 2 х 17,2 = 34,4 см².

ix = 3,39 см.

iy = 4,95 см (при зазоре равном 12 мм).

λх = lef,x/ix = 382/3.39 см = 90.8.

λy = lef,y/iy = 600/4,95 = 121,2.

λ = max (λх, λy) = 121,2, соответственно ϕ = 0,412.

Проверка общей устойчивости:

σ = 248,97/0.412 x 34,4 x 0.8  = 21,96 ≤ 24 кН/см²,

значит условие общей устойчивости выполнено. α=0,91

121,2 < 180-60 x α=125,1 значит условие гибкости выполнено.

Сжимающее усилие в верхнем поясе:

N = - 905,4 кН.

Расчётные длины для верхнего пояса фермы:

lef,x = 2,7 м, lef,y =6 м.

Задаёмся гибкостью λ = 100, тогда ϕ = 0.542.

Атр ≥ 503/(0.542 x 24 x 0.95) = 73,66 см²

Ориентировочные радиусы инерции:

ix = lef,x/λ = 2700 мм/100 = 27 мм.

iy = lef,y/λ = 6000 мм/100 = 60 мм.

По сортаменту принимаем двутавр: 20Ш3, тогда:

А = 78,14см².

ix = 5,15 см.

iy = 7,2 см.

λх = lef,x/ix = 270/5,15 = 52,43.

λy = lef,y/iy = 600/7,2 = 83,33.

λ = max (λх, λy) = 83,33, соответственно ϕ = 0.661.

Проверка общей устойчивости:

σ = 905,4/0.661 x 78,14 x 0.95 = 18,45 ≤ 24 кН/см², условии выполнено.

83,33 < 180-60 x α=133,87 α=0,769 значит условие гибкости выполнено.

Сжимающее усилие в верхнем поясе:

N = - 804,8 кН.

Расчётные длины для верхнего пояса фермы:

lef,x = 2,7 м, lef,y =6 м.

Задаёмся гибкостью λ = 100, тогда ϕ = 0.542.

Атр ≥ 804,8/(0.542 x 24 x 0.95) = 65,3 см²

Ориентировочные радиусы инерции:

ix = lef,x/λ = 2700 мм/100 = 27 мм.

iy = lef,y/λ = 6000 мм/100 = 60 мм.

По сортаменту принимаем двутавр: 20Ш2, тогда:

А = 70,37см².

ix = 5,15 см.

iy = 7,16 см.

λх = lef,x/ix = 270/5,15 = 52,43.

λy = lef,y/iy = 600/7,6 = 83,8.

λ = max (λх, λy) = 83,8, соответственно ϕ = 0.658.

Проверка общей устойчивости:

σ = 804,8/0.658 x 70,37 x 0.95 = 18,29 ≤ 24 кН/см², условии выполнено.

83,8 < 180-60 x α=134   α=0,76 значит условие гибкости выполнено.

Подбор сечений растянутых стержней:

Растягивающее усилие в нижнем поясе:

N = 880,25 кН.

Расчётные длины для нижнего пояса:

lef,x = 6 м.

lef,y = 24м.

Из условия прочности определим Атр:

Атр ≥ N/(Ryxγc),

Атр ≥ 880,25/(24 x 0,95) = 38,6 см².

По сортаменту принимаем двутавр: 15ШТ2, тогда:

А = 47,5 см².

Проверим подобраннее сечение на прочность:

σ = N/А xγc ≤ Ry,

σ = 880,25/47,5 х 0,95 = 24 ≤ 24 кН/см², условие выполнено.

Растягивающее усилие в нижнем поясе:

N = 276,65 кН.

Расчётные длины для нижнего пояса:

lef,x = 6 м.

lef,y = 24 м.

Из условия прочности определим Атр:

Атр ≥ N/(Ryxγc),

Атр ≥ 276,65/(24 x 0,95) = 12 см².

По сортаменту принимаем двутавр: 13ШТ2, тогда:

А = 29,78 см².

Проверим подобраннее сечение на прочность:

σ = N/А xγc ≤ Ry,

σ = 276,65/29,78 х 0,95 = 10 ≤ 24 кН/см², условие выполнено.

Растягивающее усилие в низходящем раскосе:

N = 319,48 кН.

lef,x = 3.82 м.

lef,y = 6 м.

Атр ≥ 319,48/(24 x 0,8 = 14,01 см².

По сортаменту принимаем два равнополочных уголка: L63х63х6, тогда:

А = 2 х 7,28 = 14,56 см².

Проверим подобраннее сечение на прочность:

σ = 319,48/14,56 х 0,8 = 23,4 ≤ 24 кН/см², условие выполнено.

Растягивающее усилие в стойке:

N = - 50,3 кН.

Расчётные длины стоек:

lef,x = lef,y = 2,7 м.

Задаёмся гибкостью λ = 100, тогда ϕ = 0.542.

Атр ≥ 50,3/(0.542 x 24 x 0.8) = 4,83 см²

Ориентировочные радиусы инерции:

ix = lef,x/λ = 2700 мм/100 = 27 мм.

iy = lef,y/λ = 2700 мм/100 = 27 мм.

По сортаменту принимаем два равнополочных уголка: L63х63х6, тогда:

А = 2 х 7,28 = 14,56 см².

ix = 1,93 см  iy = 2,99 см.

λх = lef,x/ix = 270/1,93 = 139,2 λy =  lef,у/iу=270/2,99=91,2, соответственно ϕ = 0.319.

Проверка общей устойчивости:

σ = 50,3/0.319 x 14,56 x 0.8  = 16,1 ≤ 24 кН/см², условии выполнено.

139,2 < 400 значит условие гибкости выполнено.

Таблица № 3 Подбор сечений стержней фермы.

Наименование стержня	Обозн. стерж.	Расч. усилие, кН	Сечение	Площадь, см2	Расч. длина, см		Радиус инерции, см		Гибкость		ϕ	γс	σ, кН/ см2	Ry, МПа
					lef,x	lef,y	ix	iy	λx	λy
Верхний пояс		-905.4 -804.8	20ШТ3 20ШТ2	78,4 70.37	270	600	5,15 5,15	7,2 7,16	52,4 53	83,3 83.8	0,661 0.658	0.95	18,45 21,2	240
Нижний пояс		880,25 679,05	15ШТ2 13ШТ2	38,53 31,1	600	2400	3,84 3,23	4,75 4,33	-	-	-	0,95	24 22,8	240
Раскосы:		-391,24 -249 319,48	L125х10 L110х8 L63х6	24,3 17,2 7,28	431 382 382	600	3,85 3,39 1,93	7.05 5.67 2,99	43.7 90.8 -	61.1 76 -	0.8 0.607 -	0.95 0.8 0,8	210.3 201 14,1	240
Стойка		-50,3	L63х6	7,28	2,7	2,7	1,93	2,99	139,2	91,2	0.319	0.8	16,1	240

РАСЧЁТ КОЛОННЫ

Рис. 7

Cила действующая на верхнюю часть колонны:

F2 = 262.976 кН, где:

Сила действующая на нижнюю часть колонны:

F1 = 1057,39кН.

Определение расчётных длин колонны:

Расчётная длина:

lef = μ x lгеом., где:

lгеом – геометрическая длина отдельного участка колонны.

μ определяем по прил. 6 [7]:

μ = f(n, a1), где:

n = (I2 x l1)/(I1 x l2),

a1 = l2/l1 x (I1/(I2 x β)) ^0.5,

β = (F2  +  F1)/ F2 = (1057,39 + 262,976)/1057,39 = 5,02

Принимаем I1/I2 = 4,71.

l2 = 4900 мм, l1 = 12900 мм, тогда:

a1 = 4900/12900 х (4,71/5,02) ^0.5 = 0.37.

n = (12900/(4900 х 4,71)) = 0,56.

Тогда μ по т. 67 [7]:

μ = 2.1765 (получили интерполяцией).

μх1 = 2.1765 для нижней части колонны.

μх2 = μх1/ a1 ≤ 3 (для верхней части колонны).

μх2 = 2.1765/0.37 = 5,88 > 3 значит принимаем μх2 = 3.

Угол а на Рис. 7 должен находится в пределах от 35 до 55 градусов, если не уменьшать геометрическую длину нижней части колонны тогда:

<а = arctg(l1/B) = arctg(12900/6000) = 65 градусов > 55 градусов, поэтому мы должны уменьшить геометрическую длину колонны в 2 раза, тогда:

<а = arctg(l1/B) = arctg(6450/6000) = 47.05 градусов, что удовлетворяет заданным условиям.

Расчётные длины в плоскости колонны:

- для нижней части: lef,x1 = l1xμх1 = 12900 мм х 2.1765 = 28000 мм.

- для верхней части: lef,x2 = l2xμх2 = 4900 мм х 3 = 14700 мм.

Расчётные длины из плоскости колонны:

- для нижней части: lef,у1 = l1/2 xμу1 = 6450 мм х 1 = 6450 мм.

- для верхней части: lef,у2 = l2xμу2 = 4900 мм х 1 = 4900 мм.

Подбор сечения в верхней части колонны:

6.2 Подбор сечения надкрановой части колонны

Компоновочная часть.

Исходные данные принимаем из п. 4, 4.

Материал: сталь марки С245 по ГОСТ 27772-88*, R_y=24кН=1 (табл