Проектирование одноэтажного промышленного здания

 

Геометрические характеристики ветви:

 

Элемент сечения	Угол  поворота	Зеркально
Уголок равнополочный  по ГОСТ 8509-93 L90x9
Уголок равнополочный  по ГОСТ 8509-93 L90x9		+
Лист 270 x 10

Габариты сечения 295.0 x 100.0 мм

Геометрические  характеристики сечения

	Параметр	Значение
A	Площадь поперечного сечения	58.2	см2
a	Угол наклона  главных осей инерции	-90.0	град
Iy	Момент инерции  относительно центральной оси Y1 параллельной оси Y	371.641	см4
Iz	Момент инерции  относительно центральной оси Z1 параллельной оси Z	6520.791	см4
It	Момент инерции при свободном кручении	16.247	см4
iy	Радиус инерции  относительно оси Y1	2.527	см
iz	Радиус инерции  относительно оси Z1	10.585	см
Wu+	Максимальный  момент сопротивления относительно оси U	442.088	см3
Wu-	Минимальный момент сопротивления относительно оси U	442.088	см3
Wv+	Максимальный  момент сопротивления относительно оси V	47.245	см3
Wv-	Минимальный момент сопротивления относительно оси V	174.169	см3
Wpl,u	Пластический  момент сопротивления относительно оси U	560.588	см3
Wpl,v	Пластический  момент сопротивления относительно оси V	110.46	см3
Iu	Максимальный  момент инерции	6520.791	см4
Iv	Минимальный момент инерции	371.641	см4
iu	Максимальный  радиус инерции	10.585	см
iv	Минимальный радиус инерции	2.527	см
au+	Ядровое расстояние вдоль положительного направления оси Y(U)	7.596	см
au-	Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления  оси Y(U)	7.596	см
av+	Ядровое расстояние вдоль положительного направления  оси Z(V)	0.812	см
av-	Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления  оси Z(V)	2.993	см
yM	Координата  центра тяжести по оси Y	14.75	см
zM	Координата  центра тяжести по оси Z	-1.134	см

 

 

Уточняем положение центра тяжести сечения колонны:

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

4.2.1. Проверка устойчивости ветвей.

Из плоскости рамы (относительно оси y-y): .

Подкрановая ветвь:

Наружная ветвь:

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

Принимаем , разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей (5 шт). Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей и ).

Для подкрановой ветви:

Для наружной ветви:

4.2.2. Расчет решетки подкрановой части колонны.

Поперечная сила в сечении колонны  .

Условная поперечная сила:

.

Расчет решетки проводим на .

Усилие сжатия в раскосе:

где (угол наклона раскоса, см. рис. 4.1.).

Задаемся; .

Требуемая площадь раскоса:

.

R = 240 МПа = 24 кН/см² (фасонный прокат из стали С245);

(сжатый уголок, прикрепляемый одной полкой).

 

 

Элемент сечения	Угол  поворота	Зеркально
Уголок равнополочный  по ГОСТ 8509-93 L80x10

Габариты сечения 79.9 x 79.9 мм

Геометрические  характеристики сечения

	Параметр	Значение
A	Площадь поперечного  сечения	15.14	см2
a	Угол наклона  главных осей инерции	45.0	град
Iy	Момент инерции  относительно центральной оси Y1 параллельной оси Y	88.538	см4
Iz	Момент инерции  относительно центральной оси Z1 параллельной оси Z	88.538	см4
It	Момент инерции  при свободном кручении	4.606	см4
iy	Радиус инерции  относительно оси Y1	2.418	см
iz	Радиус инерции  относительно оси Z1	2.418	см
Wu+	Максимальный момент сопротивления относительно оси U	24.727	см3
Wu-	Минимальный момент сопротивления относительно оси U	24.727	см3
Wv+	Максимальный  момент сопротивления относительно оси V	11.206	см3
Wv-	Минимальный момент сопротивления относительно оси V	13.133	см3
Wpl,u	Пластический  момент сопротивления относительно оси U	39.179	см3
Wpl,v	Пластический  момент сопротивления относительно оси V	19.952	см3
Iu	Максимальный  момент инерции	139.879	см4
Iv	Минимальный момент инерции	37.197	см4
iu	Максимальный радиус инерции	3.04	см
iv	Минимальный радиус инерции	1.567	см
au+	Ядровое расстояние вдоль положительного направления  оси Y(U)	1.633	см
au-	Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления  оси Y(U)	1.633	см
av+	Ядровое расстояние вдоль положительного направления оси Z(V)	0.74	см
av-	Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления  оси Z(V)	0.867	см
yM	Координата  центра тяжести по оси Y	17.097	см
zM	Координата  центра тяжести по оси Z	-2.347	см

.

Напряжения в раскосе:

.

4.2.3. Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.

Геометрические характеристики всего  сечения:

Приведенная гибкость:

.

Коэффициент зависит от угла наклона раскосов.

При ,  .

 – площадь сечения раскосов  по двум граням сечения колонны.

.

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

N₂ = -508,0 кН;   М₂ = 827,5 кНм

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

N₁ = -1489,2 кН; M₁ = -725,6 кНм

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

4.3. Узел сопряжения верхней и  нижней частей колонны.

 

Расчетные комбинации усилий в сечениях над уступом:

N= -373,0 кН; M = -91,8 кНм; Q = 3,6 кН;

 Давление кранов .

Прочность стыкового шва (ш1)проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны.

Наружная полка:

.

Внутренняя полка:

.

Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия по формуле: 

; принимаем 

Принимаем t_тр=1,6 см.

Усилие во внутренней полке верхней  части колонны:

.

Длина шва крепления вертикального  ребра траверсы к стенке траверсы (ш2): 

.

Применяем полуавтоматическую сварку проволокой марки Св-08А, d = 1,4...2 мм.

Назначаем:

;

.

В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы. Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (ш3) составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы.

Такой комбинацией будет сочетание  (1, 2, 7)  М = -151,8 кН·м;  N = -353,8 кН:

Коэффициент 0,9 учитывает, что усилия N и M приняты для второго основного сочетания нагрузок.

Требуемая длина шва:

Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте  крепления траверсы (линия 1-1) определяем высоту траверсы по формуле:

где – толщина стенки I 30Ш2; – расчетное сопротивление срезу фасонного проката из стали С245. Принимаем .

Проверим прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями N, M и .

Расчетная схема и сечение траверсы приведены на рис. 4.3.

Узел сопряжения верхней и нижней части колонны.

Рис. 4.3.

Нижний пояс траверсы принимаем  конструктивно из листа 270 16 мм, верхние горизонтальные ребра – из двух листов 140 16 мм.

Геометрические характеристики траверсы.

 

 

Элемент сечения	Угол  поворота	Зеркально
Лист 270 x 16
Лист 380 x 16	90.0
Лист 140 x 16
Лист 140 x 16

Габариты сечения 296.0 x 396.0 мм

Геометрические  характеристики сечения

	Параметр	Значение
A	Площадь поперечного  сечения	148.8	см2
a	Угол наклона  главных осей инерции	0.0	град
Iy	Момент инерции  относительно центральной оси Y1 параллельной оси Y	21323.038	см4
Iz	Момент инерции  относительно центральной оси Z1 параллельной оси Z	6094.736	см4
It	Момент инерции  при свободном кручении	118.859	см4
iy	Радиус инерции  относительно оси Y1	11.971	см
iz	Радиус инерции  относительно оси Z1	6.4	см
Wu+	Максимальный момент сопротивления относительно оси U	896.493	см3
Wu-	Минимальный момент сопротивления относительно оси U	1348.275	см3
Wv+	Максимальный  момент сопротивления относительно оси V	411.806	см3
Wv-	Минимальный момент сопротивления относительно оси V	411.806	см3
Wpl,u	Пластический  момент сопротивления относительно оси U	1620.609	см3
Wpl,v	Пластический  момент сопротивления относительно оси V	665.36	см3
Iu	Максимальный  момент инерции	21323.038	см4
Iv	Минимальный момент инерции	6094.736	см4
iu	Максимальный радиус инерции	11.971	см
iv	Минимальный радиус инерции	6.4	см
au+	Ядровое расстояние вдоль положительного направления  оси Y(U)	6.025	см
au-	Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления  оси Y(U)	9.061	см
av+	Ядровое расстояние вдоль положительного направления оси Z(V)	2.768	см
av-	Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления  оси Z(V)	2.768	см
yM	Координата  центра тяжести по оси Y	0.0	см
zM	Координата  центра тяжести по оси Z	-15.815	см

 

Максимальный изгибающий момент в  траверсе:

.

Максимальная поперечная сила в  траверсе с учетом усилия от кранов возникает при комбинации усилий (1, 2, 7) М = -151,8 кН·м;  N = -353,8 кН :

.

Коэффициент k = 1,2 учитывает неравномерную передачу усилия .

.

4.4. Расчет и конструирование  базы колонны.

 

Ширина нижней части колонны  превышает 1 м, поэтому проектируем  базу раздельного типа (рис. 4.4.).

База колонны.

Рис. 4.4.

 

Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4-4):

1)  N₁ = -1489,2 кН; M₁ = -725,6 кНм (для расчета базы подкрановой ветви);

2)  N₂ = -508,0 кН; М₂ = 827,5 кНм (для расчета базы наружной ветви).

Усилия в ветвях колонны определим  по формулам:

В подкрановой ветви:   .

В наружной ветви:    .

База наружной ветви. Требуемая  площадь плиты.

,

(бетон М150).

По конструктивным соображениям свес плиты  должен быть не менее 4 см.

Тогда , принимаем В = 40 см.

,

принимаем L_тр = 30 см.

.

Среднее напряжение в бетоне под  плитой

.

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести  ветви расстояние между траверсами в свету равно:

,

при толщине траверсы 12 мм .

Определяем изгибающие моменты  на отдельных участках плиты:

Участок 1 (консольный свес ):

;

Участок 2 (консольный свес ):

;

Участок 3 (плита, опертая на четыре стороны ):

;

Участок 4 (плита, опертая на четыре стороны ):

.

Принимаем для расчета  .

Требуемая толщина плиты:

,

R = 235 МПа = 23,5 кН/см² для стали С255 толщиной 18-40 мм.

Принимаем (3 мм припуск на фрезеровку).

Высоту траверсы определяем из условия  размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, d = 1,4..2 мм.

Требуемая длина шва определяется по формуле:

Принимаем

Расчетные характеристики:

прикрепления рассчитываем по металлу  шва, принимая катет угловых швов .