Металеві конструкції

РОЗРАХУНОК КРОКВЯНОЇ ФЕРМИ

Розраховуємо ригель рами — ферму з паралель­ними поясами (рис. 6.65). Матеріал ригеля — сталь марки 09Г2С-12, що постачається за ГОСТ 19282-73. Коефіцієнт надійності щодо призначен­ня уп = 0,95.

Визначення розрахункових навантажень. На ригель рами діють навантаження, прикладені до ригеля (від маси покриття і несучих конст­рукцій, снігового навантаження) і до колон рами (вертикальний тиск коліс крана, горизонтальне гальмування візочка крана, вітрове навантаження).

Постійне навантаження проілюстроване на рис. 6.66, а.

Розрахункове розподілене лінійне наванта­ження від маси покрівлі і несучих конструкцій

Приймають з розрахунку рами:

Q = 1,95 кН/м2; те ж саме без урахування маси ліхтаря: Я' = Я ~ <Ї2 * п = 1,95 - п і. і пс _ , „TJ. ~2 Вузлові сили: Fl = F2 = F3 = q'-B-d

Д'-В-d q-B-d З- 1,95-12 2 + 2 2 +

3-1,74-12

66,4 кН;

F5 = F6 = q-B-d= 1,95 -12-3 = 70,2 кН.

Сили F0 і FJ прикладені до колон і в розрахунках ферми їх не беруть до уваги. Снігове навантаження становить (рис. 6.71, б, е): для варіанта 1

С, = 0,8; с2 = 1 + 0,1о/Ь = 1 + 0,1 -12/12 = 1,1;

Для варіанта 2

С з = 1+0,6-jr - = 1+0,6 - 12/3,5 = 3,06; .Ьф

С4 = 1+0,4-^- = 1+0,4 • 12/3,5 = 2,37 < 2,5. ■Ьф

Приймаємо с4 = 2,37. Тут S^ = ііф = 3,5 м.

Запишемо розподілене лінійне навантаження від

Розрахункового снігового навантаження на різних

Ділянках:

Для варіанта 1

S = 8,4 кН/м;

Sj = s-cі = 8,4-0,8 = 6,72 кН/м; s2 = 8,4-1,1 = 9,24 кН/м; s3 = 8,4-3,06 = 25,7 кН/м; s4 = 8,4-2,37 = 19,91 кН/м.

Снігове навантаження для варіанта 2 врахо­вується тільки під час розрахунку стояків, до яких прикладене навантаження, в інших випад­ках використовують варіант 1. Вузлові сили: варіант 1

Fu = F2s = F3s = s2- d = 9,24 • 3 = 27,72 кН;

F4s = s2 • 1,5 + Sj-1,5 = 6,72-1,5 +

+ 9,24 • 1,5 = 23,94 кН;

F5s = F6s = F7s = sr 3 = 6,72-3 = 20,16 кН;

Варіант 2

Fu =F2s = s ■ 3 = 8,4 • 3 = 25,2 кН;

F'3s = s • 1 + s3 • 2 = 8,4 + 25,3 ■ 2 = 59 кН;

F'is = s3 ■ 1,5 = 25,3 • 1,5 = 37,95 кН;

F^s = F'es = F'ls = 0;

F'Bs = s4.1,5 = 19,91 • 1,5 = 29,8 кН;

Fgs = s4 • 2,0 + s • 1 = 19,91 • 2 + 8,4 = 48,22 кН;

Fm = F{ls = 25,2 КН.

Опорні моменти (від кожного з навантажень) і нормальні сили приймають з розрахунку рами: Від маси покриття і несучих конструкцій:

Мтв = Мпр = -915,7 кН-м; N = -60,2 кН.

Від снігового навантаження:

Млів = Мпр = -329,3 кН-м; TV = -22,3 кН.

Від вертикального тиску коліс крана:

Млів = 22,1 кН-м; Мпр = -139,0 кН-м;

Перший варіант

ІЇТГ

Ар

Рис. 6.66. До прикладу розрахунку ферми: а — схема постійного навантаження; б, в — схеми снігового навантаження.

NMiB = -116 кН; Nnp = -59,4 кН. Від поперечного гальмування:

-136,4 кН-м; М,

-90,9 кН-м; -11 кН.

Від вітрового навантаження:

Від снігового навантаження (1 варіант):

Кл, = Fu + F2s + F3s + F4s + F5s + 0,5F6s =

= 27,72 + 27,72 + 27,72 + 23,94 + 20,16 + + 0,5-20,16 = 137,34 кН.

Від снігового навантаження на половині прольоту

Fls ■ 2,5+F, s ■ 5,5+F:)s ■ 8,5+F4s • ll,5+F5s • 14,5+0,5 • 17,5 • F6s

Й/ъ,-

35

Максимальна гнучкість прийнятого стержня така:

I f

Ху = = 300/6,34 = 47,32 < [120]. гу

За табл. 1 додатка 8 приймаємо (pmjn = 0,834. Перевіряємо стійкість стержня: Yn' N 0,95-1420-10

= 330 МПа <

Фтіп • А 0,834-53,4

27,72 • 2,5 + 27,72 • 5,5 + 27,72 • 8,5 + 23,9 • 11,5 35

20,16- 14,4 + 0,5 -20,16- 17,5

35

R„, =

27,72(32,5 - і- 29,5 + 26,5) + 23,9 • 23,5 + 20,16(20,5 + 0,5 • 17,5) 35

= 102,99 КН.

Від одиничного опорного моменту (М = 1) на опорі

М _ J_ L ~ 35

-Ra = Rb = — = — = -0,02857 кН.

Від одиничного моменту (+М = 1) на правому

Стояку:

Ra = -RB = -J- = —^r = -0,02857 кН.

Визначаємо зусилля в стержнях ферми окремо від кожного виду навантаження за допомогою діаграми Максвелла-—Кремони (рис. 6.67, г, 6.68) і заносимо їх значення в табл. 6.15.

Визначення розрахункових довжин. У фермах з гнутозварних замкнених профілів з без - фасоновими вузлами як в площині, так і з пло­щини ферми приймають, що коефіцієнт зведення довжини для поясів і опорних розкосів дорівнює 1,0; для інших елементів — 0,9. Геометричні до­вжини стержнів у площині ферми для верхнього поясу становлять 3, для нижнього — 6 м, для стержнів решітки — відстані між вузлами ферми (табл. 6.16).

Підбір перерізів стержнів ферми. У фермі є центрово-стиснені і центрово-розтяг - нені стержні. Підбір перерізів починаємо зі стержня 9-В (див. рис. 6.65). Розрахункове зусил­ля становить 1420 кН, розрахункові довжини — h-[,x = hi. у = И ' 'г< ом = 1 ' 300 = 300 см. Приймаємо переріз із гнутозамкнених зварних прямокутних профілів. Приблизно визначаємо потрібну площу перерізу (приймаємо Ry = 330 МПа).

Yn • N _ 0,95 • 1420 - 10 _

(0,6-0,9) VYc О'75-330'1

= 54,5 см2.

За даними табл. 1 додатка 9 приймаємо гнутий замкнений зварний профіль 200x160x8 з геомет­ричними характеристиками:

А = 53,4 см2; іх = 7,54 см; іу = 6,34 см.

< Yc Ry = 1-330 = 330 МПа.

Добираємо переріз розтягненого стержня 8—Н (див. рис. 6.65). Розрахункове зусилля N — = 1375,0 кН. Тоді

Yn ' N = 0,95 • 1375 • 10 _ 1-330-0,95

41,67 CM",

A-Ry - Yc

Де а — коефіцієнт ослаблення стержня отворами під болти приймають для зварних конструкцій рівним 1.

За таблицями 2 додатка 9 приймаємо переріз 160x7:

А = 41,6 см2; іх — іу — 6,2 см.

Перевіряємо гнучкість стержня у вертикаль­ній площині:

Хх = 600/6,2 = 96,8 < [250].

Визначаємо напруження

Yn' N 1375-10-0,95

314,0 МПа =

41,6

= Yc 'Ry = 314 МПа.

Аналогічно підбираємо перерізи інших стержнів. При доборі слід максимально повно використо­вувати метал. При недонапруженні сталі пере­різу першої проби переріз необхідно зменшити і знову перевірити напруження. Перерізи стерж­нів з малим навантаженням можуть лімітуватися граничною гнучкістю, а не напруженням. При кінцевому виборі перерізів стержнів треба мати на увазі, що з умови виготовлення ферм залежно від прольоту допускається 5-6 типорозмірів про­філів. Кінцеві результати вибору перерізів стержнів, перевірки гнучкості та напружень у них наведені в табл. 6.16.

Розрахунок вузлових з'єднань у фер­мах із гнутозварних замкнених профілів. Опорний вузол 1. Прикріплення стержня 1=2,

_ 2 = -654,9 кН.

Довжина швів

Lw = 2Ь + 2h/cos а = 2 • 16,0 + 2 '1 ^jf8'2 =

= 81,7 см.

Несуча здатність кутових швів (kf = 4 мм) Р/ • kf ■ lw ■ Ywf ■ Rwf = 0,9 - 0,4 ■ 81,7 ■ 0,85 x x 280-10^ = 700 кН > 654,9 кН.

0.321

(

2 0.3034 5 0.2474 8 0.1914 ё 0,1354 5' 0.0794 2 0.023Н

Б.1

Прикріплення стержня 2—Н, N2-h = 496,7 кН. Довжина швів

2-16-388,2

L, = 2b + 2-h -

Sin а 297

Несуча здатність кутових швів (kf = 4 мм)

Р/ • kf ■ lw ■ ywf ■ Rwf = 0,9 • 0,4 • 73,8 - 0,85 x

X 280 • 10~' = 632,3 kH > 496,7 кН.

Вузол 2. Прикріплення стержня 2—Н, N^-н ~ = 496,7 кН. Довжина швів, що прилягають до вертикальної діафрагми (зліва і справа):

Гю = 2(Ьл + Ю = 2(16 + 16) = 64 см;

Гю = 2(b„ + hn) = 2(16 4- 16) = 64 см.

Несуча здатність стикових швів при фізичних методах контролю за якістю швів:

0,95 • А • Ruy = 0,95 • 24,6 • 0,85 • 330 • 10"1 =

= 665,5 кН > 496,7 кН.

Тут Rwy = 0,85%

Несуча здатність кутових швів (к{ = 4 мм):

(if - kf - lw - Rnf • уwf = 0,9 • 0,4 • 64 - 0,85 • 280 x

X 10-1 = 548,4 kH > 496,7 кН.

Прикріплення стержня 2—3, N2—з = 582,1 кН. Довжина швів

Іш=2Ь + 2-^—=2-14+ 2' 6:Q3788'6 = 43,7 см. sin а 297

Несуча здатність стикових швів при фізичних методах контролю за якістю шва:

0,95 • 22,8 - 0,85 • 330 ■ 10"1 =

= 607,5 H > 582,1 кН.

Прикріплення стержня 3—4, N:, 4 = —87,8 кН. Довжина швів, що прилягають до горизонталь­ного листа,

Lw = 2(Ь + h) = 2(10 4- 6) = 32 см.

Несуча здатність кутових швів (kf = 3 мм):

Р/' kf • lw • уwf ■ Rwf = 0,9 • 0,3 • 32 • 0,85 x

Х280-10"1 = 250,6 kH > 87,8 KH.

Прикріплення стержня 4—5, N4_5 = -459,8 кН. Довжина швів

Lw=2b + 2—^— = 2 - 16 + 2 ' ЦІ" 422 = 77,5 см. sin а 2У /

Несуча здатність кутових швів (kf = 4 мм):

Рfkflw - ywf ■ RWf = 0,9 • 0,4 - 77,5 • 0,85 х

Х 280 • 10"1 = 664 кН > 459,8 кН.

Розрахунок монтажного з'єднання фер­ми (нижній пояс). Вузол 3. Знаходимо потрібну несучу здатність одного болта на розтяг: JV8_H = 1375,0 кН, кількість болтів — вісім;

М NS_H 1375 _ „

ДО*™ =—^— = г: = 171,9 кН.

* в. пр

Потрібна площа болта

171,9-10 . _„ 2

400 = 4-30 см ■

4t

Де Rbt = 400 МПа — розрахунковий опір болтів за табл. 6 додатка 6.

Приймаємо болти діаметром 27 мм з площею по­перечного перерізу (одного) АЬп = 4,59 см. Роз­раховуємо катет шва, який кріпить торець гну­того профілю до фланця:

N•10 171,9-10_______

К,=

Рf-lw - Rwf ■ УШ/ ■ 0,95 • 0,9 • 64 • 280 • 10"' = 1,12 см.

Приймаємо катет шва kf = 8 мм (зварювання на­півавтоматичне при d = 1,4...2,0 мм), компенсація шва за рахунок приварених ребер.

Графічна частина до прикладу. Крес­лення розроблені на основі розрахунку конструк­цій сталевого каркасу поперечної рами однопо­верхової однопролітної промислової споруди. Вони подаються на трьох аркушах формату А-3, тобто:

1) аркуш № 1 (рис. 6.69) — план цеху, зв'язки по верхніх поясах ферми, зв'язки по нижніх по­ясах ферми, поперечні та поздовжні перерізи, схема торцевого фахверку;

2) аркуш № 2 (форзац на початку підручника) — загальний вигляд колони, розробка вузлів та еле­ментів бази і з'єднання надкранової і підкранової частин (на форзаці);

3) аркуш № 3 (форзац наприкінці підручника) — геометрична схема ферми, відправний елемент ферми, вузли, специфікація металу на відправ­ний елемент (на форзаці).