4.3. Подбор сечения нижней части колонны.

Сечение нижней части колонны – сквозное, состоящее из 2-х ветвей, соединенных решеткой. Высота сечения h_Н = 1250мм. Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополочного двутавра, наружную – составного сварного сечения из 3-х листов. Определяем ориентировочное положение центра тяжести. Принимаем Z_o = 5см;

h₀ = h – Z₀ = 125 – 5 = 120см.

Определяем усилия в ветвях:

- в подкрановой ветви:

- в наружной ветви:

расстояния от центра тяжести сечения колонны до центра тяжести соответствующих ветвей.

Определяем требуемую площадь для подкрановой ветви и назначаем сечение нижней части колонны.

по сортаменту принимаем двутавр №40Б1; A_B1 = 60.1см²; i_у =16.8см; i_х = 3.5см.

Для наружной ветви:

R=215МПа = 21.5кН/см² (сталь Вст3кн2, листовой прокат), тогда

Для удобства прикрепления элементов решетки, просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же, как в подкрановой ветви (376 мм).

Толщину стенки швеллера () принимаем равной 20 мм; высота стенки из условия размещения сварных швов – 425мм.

Требуемая площадь полок:

из условий местной устойчивости полки швеллера:

Принимаем: t_n = 20мм; b_n = 180мм;

Геометрические характеристики ветви

Уточняем положение центра тяжести сечения колонны:

h₀ = h_H – Z₀ = 125 – 8.29 = 116.71см

Отличие от первоначально принятых размеров мало, поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.

Проверяем устойчивость ветвей:

- из плоскости рамы (относительно оси у – у) L_y = 1095см.

Подкрановая ветвь:

Наружная ветвь:

Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:

Принимаем l_B1 = 210см, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей.

Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей х₁ – х₁ и х₂ – х₂)

Для подкрановой ветви:

Для наружной ветви:

4.4. Расчет решетки подкрановой части колонны.

Поперечная сила в сечении колонны Q_max = 124.3 кН;

Условная поперечная сила:

Q_усл  0.2A = 0.2(57.48 + 157) = 42.896 < Q_max = 124.3кН;

Расчет решетки проводим на Q_max.

Усилие сжатия в раскосе:

Задаемся

Требуемая площадь раскоса:

R = 225МПа = 22,5кН/см² (фасонный прокат из стали Вст3кп2);  = 0,75 (сжатый уголок, прикрепляемый одной полкой).

Принимаем уголок 80x6;

А_р =9.38 см²;

i_min = 1.58см;

_amx = l_p / i_min = 163.4/1.58 = 103.4  = 0.541

(см. рис. 4.1.в)

Напряжение в раскосе:

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня

Геометрические характеристики всего сечения:

A = A_B1 + A_B2 = 54.48 + 157= 211.48см²

I_x = A_B1y₁² + A_B2y₂² = 54.48·85.43² + 157·31.28² = 551225см⁴

Приведенная гибкость:

- площадь сечения раскосов по 2-м граням сечения колонны.

Для комбинации усилий, догружающих наружную ветвь (сечение 4-4):

N₂ =1732.3кН; M₂ = 790.9кНм;

Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь:

N₁ = 1481.9; M₁ = 497.8кНм;

Устойчивость сквозной колонны как единого стержня их плоскости действия момента проверять не нужно, т.к. она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.

4.5. Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны.

Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом:

М = 301,62кНм; N = 624кН;

M = -373,56кНм; N = 925,64кН;

Давление кранов D_max =1024.97кН;

Прочность стыкового шва проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны.

1-ая комбинация М и N:

- наружная полка:

- внутренняя полка:

2-ая комбинация М и N:

- наружная полка:

- внутренняя полка:

Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия по формуле:

- ширина опорных ребер балок.

- толщина стенки траверсы и плиты.

- длина сминаемой поверхности.

Усилие во внутренней полке верхней части колонны (2-ая комбинация):

Длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы:

Принимаем полуавтоматическую сварку проволокой марки Св-08А, d = 1.4…2мм, _ш = 0,9; _С = 1,05.

Назначаем k_ш = 6мм; _уш^св = _ус^св = 1,05·16,5 = 17,3 кН/см²

< 85

В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы.

М = -236.03кНм; N =559.4кН;

Принимаем катет шва 7мм

Требуемая длина шва:

< 85

Принимаем h_тр = 70см

Проверим прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями N, M, D_max. Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 420х12мм; верхние горизонтальные ребра из 2-х листов 180х12мм. (см. рис. 4.2.в.)

Найдем геометрические характеристики траверсы:

Найдем положение центра тяжести траверсы:

Максимальный изгибающий момент возникает в траверсе при 2-ой комбинации усилий:

Коэффициент k=1,2 учитывает неравномерную передачу усилия D_max.