3.База колонны
Для сквозных колонн производственных зданий обычно применяются базы раздельного типа. В этом случае под каждую ветвь проектируется собственная база, которая работает как база центрально сжатой колонны.
Определение усилий.
Для расчета базы необходимо определить наибольшие сжимающие и растягивающие усилия, действующие в сечении 1-1 каждой ветви.
Они должны быть определены по таблице подбора расчетных комбинаций нагрузок.
Определение наибольших сжимающих усилий
Наибольшее сжимающее усилие в сечении 1-1 подкрановой ветви необходимо определить специально, так как расчетное усилие в этой ветви действует в сечении 2-2.
По таблице расчетных комбинаций определяем, что расчетным загружением является сочетание II с М = 776 кНм и N = - 1251 кН.
Определение наибольших растягивающих усилий:
Растягивающие усилия в подкрановой ветви возникают при действии положительного момента, если эксцентриситет приложения продольной силы е = М+ / N, будет больше расстояния от центра тяжести сечения 1 - 1.
колонны до ее наружной грани (у2 = 0 ,45h0).
Растягивающее усилие определяется:
S1 = М+ / h0 – у2 / h0.
Для подкрановой ветви эксцентриситет:
Е = 771 /730 = 1,06 > 0,55 * 122 = 0,67 м.
Растягивающие усилия не возникают. Анкерные болты ставим конструктивно.
Для наружной ветви:
е = 805/171 = 4.7 м > 0,45 * 122 = 0,55 м.
Растягивающие усилия не возникают. Анкерные болты ставим конструктивно.
Подбираем болты диаметра 30 мм, с расчетной площадью сечения болта Аbn=5,19 мм
4.Расчет и проектирование ригеля рамы Расчет фермы.
Определение усилий от вертикальной нагрузки.
1.Постоянные узловые нагрузки на верхний пояс фермы:
Рq = q × а = 8,8 * 3 = 26,4 кН;
где а = 3,0 м – панель верхнего пояса:
2.Снеговые узловые нагрузки:
Рs = s × а = 8,4 * 3= 25,2 кН / м.
Определение усилий в первой панели верхнего пояса.
Определяем растягивающее усилие в первой панели нижнего пояса:
Н = М / hƒ = 531 / 2,2 = 241,36 кН.
Подбор сечений стержней фермы
Для ферм из парных уголков сечения элементов ферм следует подбирать: для сжатых поясов и для первого сжатого (опорного) раскоса – из неравнобоких уголков, поставленных длинными полками вместе; для прочих элементов – из равнобоких уголков. Средняя стойка берется крестового сечения из двух уголков не менее 56 × 6. Уголки, применяемые для решетки, должны быть не менее 50 × 5.
Подбор сечений сжатых стержней производится путем определения требуемых площади и радиусов инерции, предварительно задавшись гибкостью λ для поясов 80 – 100 и для решетки 100 – 120 по формулам:
А = N / Rу φ γс.
По трем параметрам А, iх, iу – по таблицам сортамента подбирают сечение, определяют его фактические параметры и производят проверку устойчивости по формуле:
σ = N / φ А < Rу γс.
Коэффициент условий работы для сжатых стержней фермы принимается γс = 0,95. Для сжатых элементов решетки, имеющих небольшую площадь при значительной длине, опасность потери устойчивости возрастает, поэтому принимается γс = 0,8.
Подбор сечения верхнего пояса
Принята система связей с прогонами (распорками) в каждом узле. Следовательно, расчетные длины верхнего пояса в плоскости и из плоскости фермы равны lеƒ,х = lеƒ,у = 3,0 м.
Верхний пояс конструируем из двух профилей – группы панелей 1,2,3 и 4,5,6.
Расчетные усилия принимаем по панелям 3 и 6.
N3 = - 176 кН;
N6 = - 228 кН.
Для панелей 1, 2, 3.
Требуемая площадь при предварительном значении λ = 80 и φ = 0,76 и коэффициента ослабления сечения ф = 0,85.
Атр = 10 х N3 / λсφсфс Rу = 10 * 176 / 0,85 * 0,76 * 0,95 * 230 = 12.5 см2
на один уголок А = 12.5 см2.
Принимаем 2 уголка 100x63x8.
А = 2 * 12.6 = 25.2 см2; iх = 3.18 см; iу = 3.54 см.
λх = 302 / 3.18 = 95 < λlim = 120
λу = 302 / 3.54 = 85.3 < λlim = 120
По большей гибкости находим φ = 0,585.
Проверка устойчивости:
10 х N / фφ Аγс =10 * 176 /(0.85 * 0.585 * 25.2 * 0.95) = 148 < Rу = 230кН /см2
Для панелей 4,5,6.
N 4,5,6 = 228 кН.
Требуемая площадь при предварительном значении λ = 80, φ = 0,76 и ф = 0,85.
Атр = 10х N 4,5,6 / ф φγcRy = 10 * 228 / (0.85 * 0.76 * 0.95 * 230) = 16.2 см2.
На один уголок А = 16.2 см2.
Принимаем 2 уголка 125 × 80 × 10.
А = 2 * 16.2 = 32.4; iх = 3.98 см; iу = 4.52 см.
λх = 302 / 3.98 = 75.8 < λlim = 120;
λу = 302 / 4.52 = 66.8 < λlim = 120.
По большей гибкости находим φ =0,721.
Проверка устойчивости
10 х N /ф φ Аγс = 10*228 /( 0.85*0.721*32.4 *0.95) = 121 < Rу = 230кН / см2.
Подбор сечения нижнего пояса
Для панелей 1,2,3 нижнего пояса.
N расч.нижн.пояса= 222 кН.
Требуемая площадь при предварительном значении λ = 80, φ = 0,76 и ф = 0,85.
Атр = 10 . N расч.нижн.пояса / ф φγcRy = 10 * 222 / (0.85 * 0.76 * 0.95 * 230) = 15,7см2.
На один уголок А = 15,7 см2.
Принимаем 2 уголка 125 × 80 × 10.
А = 2 * 16.2 = 32.4; iх = 3.98 см; iу = 4.52 см.
λх = 600 / 3.98 = 150,75 > λlim = 120;
λу = 600 / 4.52 = 132,74 > λlim = 120.
Показатели гибкости не удовлетворяют условию λ> λlim = 120, следовательно подбираем уголки с большей площадью сечения и большим радиусом инерции:
Принимаем 2 уголка 100x160x9
А = 2 * 22.9= 45.8; iх = 5.15 см; iу = 5.7 см.
λх = 600 / 5.15 = 116.5 < λlim = 120;
λу = 600 / 5.7 = 105.26 < λlim = 120.
По большей гибкости находим φ =0,456.
Проверка устойчивости
10 х N /ф φ Аγс = 10*228 /( 0.85*0.456*45.8 *0.95) = 135.2 >Rу = 230кН / см2.
Расчет раскосов.
Опорный раскос.
Расчетное усилие опорного раскоса Nоп.раск. = - 146.
Требуемая площадь при предварительном значении λ = 70 и φ = 0,76.
Атр = 10*Nоп.раск. / φ γс Rу = 10 * 146 / (0,76 * 0,95 * 230) = 8,8 см2.
На один уголок А = 8,8 см2.
С запасом принимаем 2 уголка 90x56x8
А = 2 * 8.8 = 17.6 см2; iх = 2.85 см; iу = 3.02 см.
Длина раскоса
l = √2,22 + 32 = 3,72 м.
λх = 372 / 2.85 = 103.5 < λlim = 120;
λу = 372 / 3.02 = 123.2 < λlim = 120.
По большей гибкости находим φ = 0,554.
Проверка устойчивости:
10хN /ф φ Аγс = 10*146 / (0.95 *0.554*17.6 * 0.85) = 185.4 < Rу = 230 кН / см2.
Сжатые раскосы (стержни 17 и 20).
Сечение сжатого стержня принимаем уголок 90x6
Проверяем его устойчивость.
Расчетное усилие N = -52 кН.
Требуемая площадь сечения:
А = N / Rу γс = 10 * 47,6 / 230 * 0,95 = 4,16 см2.
Длина раскоса:
l = √(2,2 + 5 * 0,375)2 + 32 = 5,06 м.
λх = 0,8 * 506 / 3,08 = 131,4 < λlim = 150;
λу = 506 / 4,6 = 110 < λlim = 150.
По большей гибкости находим φ = 0,384.
Проверка устойчивости:
10 хN / φ А γс = 10 . 47,6 / 0,384 . 18,76 . 0,95 = 69,55 < Rу = 230кН/см2.
Раскос нагружен слабо, однако его гибкость близка к предельной, назначать отдельное сечение для него нецелесообразно.
Стойки.
Расчетное усилие раскоса N = - 35 кН.
Требуемая площадь при предварительном значении λ = 80 и φ = 0,76.
Атр = 10 N /φ γс Rс = 10 * 35 / (0,76 * 0,95 * 230) = 2.2 см2.
На один уголок А = 2.2 см2.
Длина раскоса:
l = 2.2 + 2 * 0.375= 2.95 м.
Раскос имеет большую длину и слабо нагружен, поэтому подбираем сечение с запасом.
Подбираем уголок: 100 × 7.
А = 2 * 13,8 = 27,6 см2; iх= iy = 3,08 см;
λх = 0,8 * 295 / 3,08 = 76.6< λlim =150;
По гибкости находим φ = 0.749.
Проверка устойчивости:
10 хN / φ γс А = 10 *35 / (0.95 *0.749*27.6) = 17.8 кН . см2 < Rу = 230кН/см2 – сечение неэкономично.
Подбираем меньший уголок: 70x6
А = 2 * 6.86 = 13.72 см; iх = iy = 2,16 см2.
λх = 0,8 * 295 / 2,16 = 109.25 < λlim = 150;
По большей гибкости находим φ = 0,484.
Проверка устойчивости:
10 * N / φАγс = 10 * 35 / (0.484 * 13.72 * 0.95) = 55.4 < Rу = 230 кН /см2. Конструирование и расчет узлов фермы.
Оси элементов фермы в узле должны быть строго центрированы.
Расчету и конструированию подлежат все элементы поясов и решетки, нижний опорный, монтажные узлы и два промежуточных узла. Производится также расчет прикрепления опорных узлов к колонне.
Толщину фасонок принимают по таблице в зависимости от усилий в стержнях решетки.
Расчет крепления стержней решетки к фасонкам.
Прикреплять элементы решетки из уголков к фасонке рекомендуется двумя фланговыми швами. Усилия в швах при этом распределяются по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстоянию до оси стержня х0, у0. Эти расстояния указываются в сортаментах.
На обушке уголка:
S1 = N * (b – z0) / b;
На пере уголка:
S2 = z0 / b.
В первом приближении в зависимости от типа уголка долю силы, приходящуюся на фланговые швы обушка и пера, можно принимать:
1. равнобокие уголки – на обушке 0,7N, на пере – 0,3N;
2. неравнобокие, прикрепляемые длинной стороной, - на обушке 0,75N, на пере – 0,25N
3. то же, прикрепляемые длинной стороной, - на обушке 0,68N, на пере – 0,32N.
Расчет шва ведется по одному из двух сечений: по металлу шва и по основному металлу на границе его сплавления с металлом сварного шва.
При расчете предварительно следует определить, какая из двух проверок – по металлу шва или по металлу границы сплавления – будет иметь решающее значение. С этой целью надо сравнивать произведения:
β* Rwƒ и R * β , где Rwƒ – расчетное сопротивление углового шва по металлу шва; для рекомендуемых марок стали Rwƒ = 180 МПа;
R – расчетное сопротивление основного металла на границе шва; R = 162 МПа;
βw – коэффициент глубины проплавления угловых швов, принимается по (1, прил. 1-4);
βс – коэффициент при срезе по металлу, принимается по (1,прил. 1-4)
Нетрудно заметить, что для принятых марок стали расчетным всегда является прочность шва с β * Rwƒ.
Расчет прикрепления стержня решетки сводится к назначению катетов швов и определению длин швов.
Расчетная длина швов:
на обушке:
lwƒ = S1 / 2βƒ kƒ1 Rƒw γwƒ γс;
на пере:
lwƒ = S1 / 2βƒ kƒ2 Rwƒ γwƒ γс.
Фактическая (принимаемая) длина шва принимается равной расчетной плюс 10 мм для компенсации непровара и кратера на концах шва.
Катеты угловых швов не должны превышать значения kƒ,max = 1,2 tmin:
где tmin – наименьшая толщина соединяемых элементов. Наименьший катет определяется по приложению 1-5(1).
При изготовлении фермы применяется полуавтоматическая и ручная дуговая сварка порошковой проволокой, пригодной для обоих видов сварки.
Прикрепление к фасонке опорного раскоса.
Сечение опорного раскоса 2 уголка 90 × 56 × 8, расстояние до центра тяжести у0 = 2,92 см.
Расчетные усилия:
S1 = N . (b – y0) / b = 146 * (9-2.92) / 9 = 98.6 кН
S2 = N . y0 / b = 146 * 2.92 / 9 = 47.4 кН.
Назначаем катеты швов.
По приложению 1-5(1) при толщине более толстого элемента (фасонки)
t = 8 мм минимальный катет kƒ,min = 5 мм.
У обушка :
kƒ,1 = kmin = 1,2 tmin = 1,2 * 5 = 6 мм.
Назначаем kƒ,2 = 10 мм.
У пера толщине пера 8 мм kƒ,2 = 8 - 2=6 мм.
Принятые катеты больше минимальных.
По приложению 1-4 устанавливаем, что при полуавтоматической сварке порошковой проволокой при любом катете βƒ
Находим длины швов:
lw1 = S1 / 2βƒ kƒ1 Rwƒ γwƒ γс = 100 *98.6 / (2 * 0.7 * 6 * 180 * 1 *1) = 6.56 см.
lw2 = S2 / 2βƒ Rwƒ kƒ γwƒ γс = 100 *47.6 / (2 * 0.7 * 6 * 180 * 1 *1) = 3.2 см.
Полученные значения округляются до 5 мм.
Принимаем длины швов прикрепления стержней к фасонкам.
kƒ,1 = 7 см и kƒ,2 = 4 см.
Швы, прикрепляющие фасонку к непрерывному поясу, рассчитывают на разности усилий в смежных панелях пояса.
Конструкция и расчет монтажных (укрупнительных) узлов.
Стык поясов выполняется с помощью накладок – горизонтальных на полке пояса и вертикальных – на стенке. Горизонтальные накладки с тем, чтобы пропустить выступающую фасонку со швами, делаются отдельно для каждого уголка пояса. Между швами, крепящими накладки к перекрываемым поясам, должен быть зазор не менее 50 мм для избежания влияния температурных сварочных напряжений.
При укрупнительной сборке полуфермы сначала соединяются временными болтами, отверстия под которые ослабляют сечения накладок, что нужно учитывать при назначении их размеров.
Расчет стыка ведется по упрощенной схеме, поэтому для компенсации возможных ошибок расчетные усилия увеличиваются на 20 %.
S = 1,2 *N.
Это усилие распределяется между стыками стенки и полки пропорционально их площади:
S1 = N *Аƒ / А; S2 = N *Аw /А.
Где:
А – площадь сечения стыкуемого пояса;
Аƒ – площадь сечения полки стыкуемого пояса;
Аw – площадь сечения стенки стыкуемого пояса.
Расчет монтажного стыка для нижнего пояса.
Расчетное усилие N = 222 кН,
Аƒ=9 см2,
Аw=14,4 см2,
А=45,8см2.
Сечение пояса – из двух неравнополочных уголков 160*100*9
Расчетное усилие для накладок:
S1 = 222 * 9 / 45,8 = 43,6кН,
S2 = 222 * 14,4 / 45,8 = 70кН,
Требуемая площадь накладок:
Ан = 100 * S2 / Rу = 100 * 70 / 230 = 30,4 см2
Ширину накладок назначаем конструктивно.
На полке для каждого уголка накладка должна по условиям размещения сварного шва заходить за перо уголка на 10 – 20 мм, учитывая, что на обушке размещен сварной шов фасонки (приблизительно 15 мм), ширина накладок на полках.
bƒ = 160 +20 - 15 = 165 мм.
Ширина вертикальных накладок принимается приблизительно равной 1,2 высоты уголка.
bw = 1,2 * l = 1,2 * 160 = 190 мм.
Толщину накладок определяем из условия прочности по сечению нетто, с учетом ослабления отверстиями для болтов (болты нормальной точности d = 20 мм, диаметр отверстия 23 мм).
Откуда толщина накладок:
Горизонтальных (на поясах):
tƒ = Аnƒ / b - 2d = 9 / 16,5 – 2 * 2,3 = 1,22 см.
Назначаем толщину накладки tƒ = 12 мм.
Вертикальных (на стенке):
tw = Аn,w / b - 2d = 14,4 / 15 – 2*2,3 = 0,8 см.
Назначаем толщину накладки tƒ = 8 мм.
Расчет сварных швов стыка:
Монтажные сварные швы выполняются, как и заводские, полуавтоматической сваркой порошковой проволокой.
Горизонтальные полунакладки крепятся к полкам уголков пояса двумя фланговыми швами (прямым и косым),длины которых приблизительно равны.
Целесообразно катет шва принимать не более 8 – 10 мм (с соблюдением требований табл. 1- 4 (5)).
Назначаем катет шва 8 мм.
Тогда общая длина швов на полунакладке (при γwƒ γс = 1,0)
lw1 = 0,5S2 / 2kƒ kƒ1 Rwƒγ wƒ γс = 100 . 70 / (2 * 0.7 * 8 * 180 *1*1) = 4.4 см.
Длина флангового шва:
lw = 0,5 * lw1 = 0,5 * 4.4 = 2.2 см.
Конструирование составных стержней фермы.
Для обеспечения совместной работы уголков при изгибе (потере устойчивости) из плоскости фермы, между ними ставятся прокладки.
Нормами установлены максимальные расстояния α:
Для сжатых элементов α < = 40i; Для растянутых элементов α < = 80i.
На расчетной длине стержня должно быть установлено не менее двух прокладок.
Толщина прокладок принимается в зависимости от толщины фасонок,
ширина назначается равной 60 – 100 мм, длина – в зависимости от ширины полки уголков с учетом выпуска по обе стороны на 15 – 30 мм. В средней стойке крестового сечения листов листовые прокладки заменяют отрезками уголков. Это позволяет соединять болтами (или сваркой) уголки стойки при укрупнительной сборке ферм.