Металлические конструкции

Определяем требуемую площадь сечения надкрановой части колонны по формуле:гдеe = 0,11 – коэффициент устойчивости при внецентренном сжатии сплошностенчатых стержней в плоскости действия момента, совпадающей с плоскостью симметрии, определяемый по [2, табл. Д.3] в зависимости от расчетного эксцентриситета и условной гибкости:где ρx= 0,35h=0,35∙0,45=0,158мПредварительно назначаем η = (1,3…1,4) – коэффициент влияния формы сечения.где ix ≈ 0,43h= 0,43∙45 = 19,35 см – радиус инерции сечения.Определяем толщину стенки надкрановой части колонны Принимаем толщину стенки tw = 10 мм.Требуемая площадь сечения пояса надкрановой части колонны при неустойчивой стенке:Высотаустойчивойчастистенки:Ширина пояса:Толщина пояса:Принимаем сечение пояса из листа 200×10 мм.Проверяем выполнение требования местной устойчивости пояса.гдеОпределяем геометрические характеристики принятого сечения надкрановой части колонны:Рисунок 8 – Схема надкрановой части колонныПлощадь поперечного сечения колонны при неустойчивой стенке:Проверка устойчивости надкрановой части колонны в плоскости действия момента.Коэффициент устойчивости φе = 0,11093, определяемый по [2, табл. Д.3] в зависимости от условной гибкости:– приведенного относительного эксцентриситета:Коэффициент влияния формы сечения определяемый по [2, табл. Д.2]:ПрииПроверка условия:Устойчивость обеспечена.Проверка устойчивости надкрановой части колонны из плоскости действия момента.Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента.Коэффициент устойчивости φy = 0,774, определяемый по [2, табл. Д.1] в зависимости от типа сечения (cv) и от условной гибкости:M1= -394,1кН∙мДля сечения cn-cnпри сочетании: 1+2+5*+(3*+4)M2 = -15,69-5,63-110,7-244-42,55= -418,57 кНТ.к. 5 1;, следовательно, β=1;где, ;где, Устойчивость обеспечена.3.3 Расчет подкрановой части колонны Сечение нижней части колонны сквозное, состоящее из двух ветвей, соединенных решеткой. Высота сечения hn=1,25 м. Подкрановая ветвь – двутавр, наружная – швеллер, составного сварного сечения из трех листов.M1 =-762,1кН·м; N1 = -1801,1кН.M2 = 1227,9кН·м; N2 = -2044,2кН.Расчетные длины:Ориентировочно определяем положение центра тяжести. Принимаем предварительно z0 =5 см, h0=h −z0 = 125−5 = 120 см.Усилия в ветвях:Требуемая площадь ветвей при φ = 0,7:По сортаменту принимаем двутавр40Б1cIy1 = 714,9 см4, Wy1 =86,7 см3;iy1 = 3,42 см, iх1 = 16,03 смAв1= 61,25 см2>Aв1,тр =60,1 см2Размеры наружной ветви:hw,2=h1+ 2∙(15…20 мм) = 400 + 2 ∙ 20 = 440 см; tw,2= tfv =10 мм;Требуемая площадь полок:Принимаем bf2 = 15 см иtf 2 =2 см с Af=30 см2.Геометрические характеристики ветви:Уточняем положение центра тяжести наружной ветви:Радиусы инерции:Уточняем положение центра тяжести колонны:Пересчитываем усилия в ветвях:Проверка устойчивости ветвей из плоскости рамы:где коэффициент устойчивости φy1 = 0,703, определяемый по [2, табл. Д.1] в зависимости от типа сечения и условной гибкости:где коэффициент устойчивости φy2 = 0,551, определяемый по [2, табл. Д.1] в зависимости от типа сечения и условной гибкости:3.4 Расчет соединительной решеткиИз принципа равной устойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы:Раскосы решетки принимаются под углом 40-50°Принимаем и угол наклона элементов решетки равным 42°. Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы.Рисунок 11 – К расчету соединительной решетки Для подкрановой ветви: коэффициент устойчивости φх1 = 0,642, определяемый по [2, табл. Д.1] в зависимости в зависимости от типа сечения (c) и от условной гибкости:Устойчивость обеспечена.Для наружной ветви: коэффициент устойчивости φх2 = 0,672, определяемый по [2, табл. Д.1] в зависимости от типа сечения (c) и от условной гибкости:Устойчивость обеспечена.Поперечная сила в сечении колонны: Q = Q𝑚𝑎𝑥 = -125,03кН.Усилие сжатия в раскосе:гдеα = 42° – угол наклона раскоса.Задаемся λ=100; => φ= 0,468Принимаем равнополочный уголок 50×5 с Аd = 4,8 см2, imin = 0,98 см3.5 Расчет единого стержня колонны относительно оси xГеометрические характеристики всего сечения:При действии M1 = -762,1кН·м; N1 = -1801,1кН.Коэффициент устойчивости е=0,492, определяемый по [2, табл.Д.4].При действии M2 =1227,9кН·м; N2 = -2044,2кН.Коэффициент устойчивости е=0,579, определяемый по [2, табл.Д.4].Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента обеспечена устойчивостью отдельных ветвей.3.6 Расчет подкрановой траверсы (узел сопряжения надкрановой части колонны с подкрановой)Прикрепление верхней части внецентренно сжатой колонны к нижней проектируем с помощью одностенчатой траверсы. Траверса работает на изгиб как балка на двух опорах. Для повышения общей жесткости узла, соединения частей колонны дополнительно ставим ребра жесткости и горизонтальные диафрагмы.Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом (сечение cv-cv):N1 = -350,1 кН; М1 = -120,43кН∙мN2 = -299,7кН; М2 = 303,5кН∙мДавление кранов Dmax = кНПрочность стыкового шва (ш1) проверяем в крайних точках сечения надкрановой части колонны. Площадь шва равна площади сечения колонны.первая комбинация M1 и N1 (сжата внутренняя полка): – внутренняя полка– наружная полкавторая комбинация M2 и N2 (сжата наружная полка):– внутренняя полка– наружная полкаПрочность шва обеспечена. Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия по формуле:гдеRp= 43 кН/см2 – расчетное сопротивление стали смятию;tпл= 32 мм – толщина опорной плиты.Принимаем ttr= 16 ммВысота траверсы: htr= (0,5…0,75) hn= (0,5…0,75) 125 = 62,5…93,75Принимаем 80 смДлина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы:Применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-10НМА d=2 мм Предварительно определим сечение, по которому необходимо рассчитать угловой шов:Расчет следует проводить по металлу шва. Принимаем kf =8 мм. При первой комбинации усилия во внутренней полке:Проверка прочности:Прочность обеспечена. В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы.Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (ш3) используем первую комбинацию усилий (т.к. в ней учитывается крановая нагрузка)Проверка прочности:Прочность обеспечена. Проверка прочности траверсы:Принимаем bf = 260 мм; tf = 16 ммПроверка стенки траверсы на срез:Максимальная поперечная сила, при наличии крановой нагрузки:Условие выполняется.3.7 Расчет и конструирование базы колонныШирина нижней части колонны превышает 1 м, поэтому проектируем базу раздельного типа. Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны:1) М1= -440,4кН∙м; 𝑁1= -2044,2 кН;2) М2= 1227,9кН∙м; 𝑁2= -2044,2кН.Усилия в ветвях колонны определяем по формулам:Требуемая площадь плиты:где – коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия (при равномерном распределении напряжений ); – расчетное сопротивление бетона смятию под плитой, определяемое по формуле:где – для бетона класса ниже B12,5; для класса бетона B12,5 – расчетное сопротивление бетона сжатию, соответствующее его классу; – коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона сжатию в стесненных условиях под опорной плитой.Предварительно задаемся .По конструктивным соображениям свес плиты c должен быть не менее 4 см.Тогда назначаем ширину плиты:Принимаем B= 700 мм.Принимаем L1= 320 мм.Принимаем L2= 400 мм.Среднее напряжение в бетоне под плитой:В каждом участке определяют максимальные изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 см, от расчетной равномерно распределенной нагрузки:Материал плиты – сталь С375Подкрановая ветвь: определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты: Участок 1 (опертый на 4 канта, отношение большей стороны к меньшей b/a = 56 /10 = 5,6 > 2, то α= 0,125)Участок 2 (опертый на три канта, отношение закрепленной стороны пластины к свободной b/a= 5/20 =0,25 < 0,5). Плита рассчитывается как консоль:Участок 3 (консольный свес c = 4,4 см)Требуемая толщина плиты Наружная ветвь:определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:Участок 1 (плита, опертая на 4 канта, отношение большей стороны к меньшей b/a = 56 /15 = 3,73 > 2, то α= 0,125)Участок 2 (консольный свес c = 6,4 см)Участок 3 (опертый на три канта, отношение закрепленной стороны пластины к свободной b/a= 5/15 =0,333 < 0,5). Плита рассчитывается как консоль:Участок 4 (плита, опертая на 4 канта, отношение большей стороны к меньшей b/a = 56 /10,8 = 5,2 > 2, то α= 0,125)Требуемая толщина плиты Принимаем толщины обеих плит (1 мм на фрезеровку).Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилия в ветви передаем на траверсы через четыре угловых шва. Для сварки применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-10НМА d=2 мм.Расчет следует проводить по металлу шва. Зададимся катетом сварного шва:kf = ttr= 16 ммПринимаем высоту траверсы для обеих ветвей Расчет анкерных болтов Расчетные комбинации усилий: 𝑀3 = -809,4кН∙м; 𝑁3 = −542,8 кН𝑀4 = 858,92кН∙м; 𝑁4 = −542,8 кНУсилия в анкерных болтах Подкрановая ветвьНаружная ветвьТребуемая площадь сечения болтов:Rba= 23 кН/см2 – расчетное сопротивление растяжению фундаментных болтов из стали 09Г2С-4Принимаю 4 болта d= 24 мм с Ab=3,76 см2.Aб,1 = 4∙3,76 = 15,1 cм2.Принимаю 4 болта d= 24 мм с Ab=3,76 см2.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ О. В. Евдокимцев, О. В. Умнова «Проектирование и расчет стальных балочных клеток». Учебное пособие/О.В.Евдокимцев, О.В. Умнова Тамбов Изд-во. гос. техн. ун-та 2005г./36СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81* (с Изменением N 1)Свод правил / Институт ОАО "НИЦ "Строительство", ЦНИИПСК им.Мельникова. М.:, 2011. 55 с. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/Е. И. Беленя, В.А. Балдин, Г. С. Ведеников и др. — М.: Стройиздат, 1998Металлические конструкции. Учебник для вузов/Ю. И. Кудишин. 10-е издание. М: Акадения, 2007. Металлические конструкции: Спец. курс. Учеб.пособие для вузов/Е. И. Беленя, Н. Н. Стрелецкий, Г. С. Ведеников и др.; Под общ. ред. Е, И. Беленя.— 2-е изд., перераб, и доп. — М.: Стройиздат, 1982. —472 с.СП 20.13330.2017 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*/Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. В.А.Кучеренко, 2017.