проектирование ригеля рамы и подкрановых балок

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металлических конструкций и испытания сооружений

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Проектирование ригеля рамы и подкрановых балок

Методическое пособие к выполнению курсового проекта №2 для студентов специальностей

270102 – промышленное и гражданское строительство,

270114 – проектирование зданий

Санкт-Петербург

2014

Составили:

канд. тех. наук, доцент П.А. Пяткин зав. каф. МКиИС, канд. тех. наук, доцент И.В. Астахов инженер В.Ю. Луговцов

2

3

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕШЕТЧАТОГО РИГЕЛЯ РАМЫ

Схемы ферм из уголков, применяемых для ригелей рам каркасов производственных зданий, при жестком или шарнирном сопряжении ригеля с колонной представлены на рис.3[5].

Покрытие по фермам из уголков может быть беспрогонной конструкцией с железобетонными или стальными профилированными настилами (усиленные стальные настилы при шаге ферм 6,0 м) непосредственно по поясам ферм, а также прогонной конструкцией со стальными профилированными настилами или армоцементными плитами по прогонам, размещаемым в узлах ферм (с шагом 3,0 м).

В последние годы широко внедряются более экономичные конструкции ферм из гнутых замкнутых профилей с бесфасоночными узлами. Схемы ферм из гнутых элементов представлены на рис. 1.

Рис. 1 Схемы ферм из гнутых профилей Особенностью конструкций покрытий ферм из гнутых профилей является применение

только легкой кровли по стальным профилированным настилам, так как несущая способность ферм ограничена сортаментом выпускаемых профилей. Применяются беспрогонные или прогонные конструкции легкой кровли.

Более распространенной является беспрогонная конструкция кровли по фермам из гнутых элементов (усиленные настилы при шаге ферм 6,0 м). Фермы по рис. 1,а применяются только для ригелей шарнирных рам, фермы по рис. 1,б для ригелей обеих типов рам.

1.1 Определение расчетных сочетаний усилий (РСУ) в стержнях ферм при расчете поперечной рамы каркаса производственного здания в про-

граммном комплексе

Определение РСУ для элементов ферм выполняется по аналогии с п.3.5[5] и в последовательности приведенной ниже. Пример определения РСУ приведен в п.1.4, табл. 1.

4

Последовательность определения (РСУ) в стержнях ферм

1.Для того чтобы упростить определение сочетаний усилий в стержнях ферм, следует построить таблицу, которую по строкам условно разделяем на блоки с постоянной нагрузкой и с временными (в нашем случае кратковременными) взаимоисключающими схемами загружений, а по столбцам на блоки элементов ферм с различными коэффициентами сочетаний нагрузок

2.Заполнить таблицу со значениями усилий N, полученных в каждом элементе фермы с умножением значений на соответствующие коэффициенты сочетаний нагру-

зокψ ti = 1,0 ...0,7

3.Так как основным расчетным сочетанием для расчета элементов фермы является сочетание, дающее максимальную сжимающую ( Nmax − ) или растягивающую силу

( Nmax + ), то для ее определения необходимо:

∙найти максимальную силу Nmax − , Nmax + c коэффициентом сочетаний нагрузок

ψ t1 = 1,0 , ψ t 2 = 0,9 и ψ t 3 = 0,7 ;

∙сложить найденные усилия Nmax − , Nmax + с постоянной нагрузкой.

4.Выбрать наиболее опасное усилие Nmax − или Nmax + для дальнейшего расчета элементов фермы.

1.2Определение РСУ в стержнях ферм при расчете поперечной рамы каркаса производственного здания методом перемещений

Определение усилий в стержнях ферм, жестко или шарнирно сопряженных с колоннами рам, от вертикальных нагрузок производится по схеме шарнирного опирания. Распределенная вертикальная нагрузка на ферму от веса шатра qш и снеговая нагрузка qсн приводится к узло-

вым нагрузкам Fш и Fсн .

Моменты M 5 , M 6 и горизонтальные нормальные силы N5 , N6 , возникающие в узлах при-

мыкания ригеля к колонне жесткой рамы, учитываются как внешние силы, приложенные на опорах свободно опертой фермы (рис. 2).

5

ветра учтено при определении M 4 и Q4 ); ψ – осредненный коэффициент сочетания нагрузок,

равный 0,9.

Рис. 3 К учету момента от защемления

Направление пары сил H на рис. 3 соответствует значению (−)M 4 , Q – значению(−)Q4 ,

Wв2 – значение сосредоточенной нагрузки от ветра справа. Усилие в крайней панели верхнего пояса принимается равным силе H ( N1−b = (+)H по рис. 3). Усилие в крайней панели нижнего пояса сумме сил H + Q +Wв2 ( Na−2 = -H -Q +Wв2 ×ψ по рис. 3). В других стержнях ферм усилия от моментов защемления не учитываются.

1.3 Расчет и конструирование ферм

При расчете плоских ферм соединения элементов в узлах ферм допускается принимать шарнирными:

·при сечениях элементов из уголков или тавров;

·при двутавровых, Н– образных и трубчатых сечениях элементов, когда отношение высо-

ты сечения h к длине элемента l между узлами не превышает: 1 – для конструкций,

15

эксплуатируемых в районах с расчетными температурами ниже минус 45 0C ; 1 – для

10

конструкций, эксплуатируемых в остальных районах.

При узловом приложении нагрузок и отношении h £ 1 ... 1 в стержнях ферм учитыва- l 15 10

ются только осевые усилия растяжения или сжатия.

При превышении указанных отношений h следует учитывать дополнительные изгибаю- l

щие моменты в элементах от жесткости узлов и выполнять расчет в соответствии с указаниями

п.9 [1].

Расчет на прочность (при растяжении) или на устойчивость (при сжатии) стержней ферм производится по указаниям п.7.1 [1]. Коэффициенты продольного изгиба ϕ принимаются по

прил. Д [1], в зависимости от типа сечения (a, b, c) и условной гибкости

7

Расчетные длины lx , ly и предельные гибкости стальных конструкций определяются по указаниям п.10 [1].

Коэффициенты условий работы γ c принимаются по табл. 1[1].

При внеузловом приложении нагрузок (беспрогонная конструкция кровли по стальным профилированным настилам) в верхнем поясе фермы помимо усилия сжатия возникают изгибающие моменты M . Расчет сжато-изогнутых стержней ферм производится по указаниям п.9 [1].

1.3.1 Фермы из уголков

Определение расчетной длины элементов ферм и выбор типа уголков

В соответствии с п. 10.1.1 [1] расчетные длины сжатых элементов плоских ферм в их

В фермах, стержни которых образованы из парных уголков, составленных в тавр, выбор типа уголков (равнополочных или неравнополочных) определяется условием обеспечения рав-

ноустойчивости стержня ( λx ≈ λy ) или конструктивными соображениями.

Для верхнего пояса и опорных раскосов при lx = ly (длина верхнего пояса ly для беспро-

гонной конструкции кровли равна ширине плит покрытия, прикрепляемых к поясам, для прогонной – шагу прогонов, устанавливаемых в узлах ферм и закрепленных связями, т.е. равна длине панели lx ), при обеспечении условия λx ≈ λy (или при lx = ly , ix ≈ iy ) должны быть выбра-

ны неравнополочные уголки, соединенные широкими поясами ( , ix ≈ iy ). Однако для по-

вышения жесткости фермы из своей плоскости принимается сечение верхнего пояса из равно-

полочных уголков ( , ix ≈ 0.8iy ).

8

Для нижнего пояса, раскрепленного из плоскости фермы обычно более редко, чем в ее плоскости ( ly > lx ), наиболее рационально сечение из неравнополочных уголков, соединенных

узкими полками ( , iy > ix ). Для стержней решетки при lx = 0.8ly принимается сечение из

равнополочных уголков.

В фермах пролетом L = 24 мсечения верхнего и нижнего поясов назначаются постоянны-

ми по длине, при пролетах L = 30 мсечения поясов изменяют один раз (в нижнем поясе – в пер-

вом от опоры узле, в верхнем поясе – в третьем).

Определение толщины фасонки

Зазор между парными уголками, определяющий толщину фасонок по всему пролету фермы, назначается в зависимости от усилия N в опорном раскосе:

·при N < 200 кН t = 8 мм ;

·N = 200 - 450 кН t =10 мм;

·N = 450 - 750 кН t =12 мм;

·N > 750 кН t =14 мм.

Для обеспечения совместной работы стержней из двух уголков ставятся прокладки (рис. 4), располагаемые по длине сжатых стержней на расстояниях a ≤ 40i1 , растянутых – a ≤ 80i1 .

При этом в пределах длины сжатого элемента следует предусматривать не менее двух промежуточных прокладок.

Рис. 4 Расположение прокладок

Подбор сечения уголков

Подбор сечения сжатых уголков производят методом последовательных приближений в следующей последовательности:

2.По прил. Д [1] находят коэффициент продольного изгиба ϕ , в зависимости от типа сечения (a,b,c) и условной гибкости

9

4. По двум параметрам подбирают № уголка, выписывают его характеристики, опре-

№ уголка, если несколько уголков имеют примерно одинаковую площадь, отдают предпочтение более тонким уголкам. В случае если при проверке установлено недонапряжение (более 5-10%) или перенапряжение, корректируют № уголка и повторяют проверку.

Конструирование узлов

По указаниям п.15.2.1[1] центрирование стержней в сварных фермах следует производить по центрам тяжести сечений (с округлением до 5 мм). Смещение осей поясов ферм при изменении сечений допускается не учитывать, если оно не превышает 5% высоты пояса меньшего сечения.

В соответствии с п.15.2.3[1] должны быть выполнены следующие требования:

∙расстояния между краями элементов решетки и пояса в узлах сварных ферм с фа-

сонками следует принимать 6t − 20 ≤ a < 80 , где t – толщина фасонки, мм.

∙между торцами стыкуемых элементов поясов ферм, перекрываемых накладками, следует оставлять зазор не менее 50 мм.

∙фланговые сварные швы, прикрепляющие элементы решетки ферм к фасонкам, следует выводить на торец элемента на длину не менее 20 мм.

Расчет и конструирование узлов приведен в п. 1.4.

Проектирование фланцевых соединений необходимо выполнять с учетом рекомендаций п.

15.9 [1].

1.3.2 Фермы из замкнутых профилей

Фермы из замкнутых гнутосварных профилей (ГСП) проектируются с узлами без фасонок и опиранием легкого покрытия непосредственно на верхний пояс или на прогоны.

Углы примыкания раскосов к поясу должны быть не менее 30° , в этом случае обеспечивается плотность примыкания раскоса к поясу.

10