Расчетный изгибающий момент в вертикальной плоскости

М_max^в = кН м,

где коэффициент, учитывающий вес подкрановой и тормозной балок;

n₁ - коэффициент перегрузки, для кранов грузоподъёмностью 5 т и более n₁ = 1,2,

k_d - коэффициент динамичности, для мостовых кранов k_d = 1,1 ;

Сила поперечного торможения кранов:

кН.

Горизонтальное давление одного колеса

кН.

Расчетный изгибающий момент в горизонтальной плоскости

кН м.

Расчетное значение максимальной поперечной силы (с учетом собственного веса балки), действующей в опорном сечении

,

где реакция опоры для найневыгоднейшего положения расположения грузов на подкрановой балке. При расчетенайневыгоднейшее положение грузы занимают при максимальной их концентрации над опорным сечением балки, что соответствует расчетной схеме балки на рис. 8,а.

В этом случае

Откуда

кН

Таким образом

_max = 1,05 = 2350 кН.

3. Расчет геометрических размеров элементов подкрановых балок.

При компоновке поперечного сечения поясов (рис. 9) используем соотношение, обеспечивающее устойчивость сжатого пояса

_n < 30. (2.1)

Выбирая толщину поясов как меньшую величину из интервала 20 – 28мм (см. п.1), принимаем мм. Тогда b_n < мм, принимаем величину b_n = 500 мм.

Требуемый момент сопротивления балки

Рис. 9. (2.2)

где коэффициент, учитывающий дополнительные напряжения в верхнем поясе балки от сил поперечного торможения:

,

m – коэффициент условий работы кранов, для среднего режима работы m = 1,0 (для тяжелого и непрерывного режимов m = 0,9);

R - расчетное сопротивление стали. Так как подкрановые балки для мостовых кранов Q > 75 т выполняются только из легированных марок стали, то по табл. П.22 R = 290 МПа.

С другой стороны, для двутаврового сечения

, (2.3)

где J_x - момент инерции поперечного сечения балки относительно оси x,

. (2.4)

Приравнивая правые части уравнений (2.2) и (2.3) с учетом формулы (2.4) и решая полученное равенство относительно неизвестной , определим минимальную толщину стенки балки:

мм.

Так как полученное значение много меньше нормативного интервала 14 – 20 мм (табл. П.20.), то для увеличения толщины стенки корректируем (уменьшаем) ширину пояса до b_n = 400 мм и повторяем расчет.

В результате получаем мм. Принимаем

мм,

что вписывается в заданный интервал значений мм.

Стенку подкрановой балки укрепляем поперечными ребрами, установленными через 1500 мм по её длине. Толщину ребер выбираем по эмпирической формуле Принимаеммм.

4. Проверка устойчивости элементов подкрановой балки.

Так как соотношение (2.1) в проектируемой балке выдержано, то устойчивость сжатого пояса обеспечена и проверять его на устойчивость не следует.

Проверку устойчивости стенки балки рекомендовано выполнять при условии:

>

Таким образом, стенка балки нуждается в проверке на устойчивость.

Так как на подкрановую балку передаются сосредоточенные силы в местах, не укреплён- ных поперечными ребрами жесткости, то про- верка на устойчивость стенки симметричной балки проверяем в сечении I - I, проходящем через середину 1-го отсека при найневыгодней- шем расположении грузов для поперечной силы (рис. 10).

(2.5)

где нормальное сжимающее напряжение для краевых волокон стенки, расположенных на уровне поясных швов;

Рис. 10 МПа,

М_х – изгибающий момент в сечении I – I:

=кН м,

y – расстояние от нейтральной оси балки до краевых волокон стенки:

мм ;

J_x – осевой момент поперечного сечения I – I:

мм⁴;

Мпа - местное напряжение смятия в стенке под со- средоточенной силой Р (контактным давлением колеса);

k₁ - коэффициент, принимаемый равным 1,0;

мм, - условная длина распределения давления со- средоточенного груза Р;

МПа - осредненное касательное напряжение;

Q - поперечная сила в сечении I – I, где выполняется проверка устойчивости стенки:

Q = _max – Р = кН;

- нормальные и касательные критические напряжения, определяемые по эмпи- рическим формулам:

Мпа,

Мпа;

- отношение большей стороны отсека к меньшей:

m - коэффициент условий работы, для подкрановых балок: m = 0,9.

Подставив полученные значения в формулу (2.5), получим

.

Следовательно, устойчивость стенки обеспечена.

5. Расчет опорной части подкрановой балки (рис.11).

Опорная реакция передаётся с балки на колонну опорными ребрами. Требуемая площадь сечения опорного ребра.

мм² ;

где R_{A max} – максимальная опорная реакция балки (см. п.2). R_{A max} = Q ^P_max = 2350 мм;

= 430 МПа - расчетное сопротивление торцевой поверхности смятию (табл. П.22).

Рис.11.

Так как ширина подкрановой балки b_n = 400 мм, то минимальная толщина опорного ребра =мм. Принимаем мм

Размер выступающей части опорного ребра

а = Н_п.б. – h_c - 1850 – 1790 - = 20 мм.

Проверяем размер а по условию устойчивости:

мм.

Условие устойчивости выполняется.

6. Расчет поясных швов подкрановой балки.

Толщина поясных швов, соединяющих стенку балки с верхним поясом,

где Q - наибольшая поперечная сила в опасном сечении I – I, Q = 1855 кН;

S_n - статический момент верхнего пояса относительно нейтральной оси:

мм³ ;

- коэффициент, принимаемый равным: при ручной сварке – 0,7; при полуавтома-тической – 0,8; при автоматической сварке и ультракороткой дуге – 1,0. В нашем случае ;

J_x - момент инерции балки (см. п.4). J_x = 20,8мм⁴;

Р - контактное давление колеса крана Р = 495 кН;

k₁ - коэффициент, принимаемый равным 1,0;

расчетное сопротивление для угловых швов (табл. П.22): 200 МПа;

z - условная длина распределения сосредоточенного груза (см. п.4). Тогда z = 190 мм

Тогда

мм.

Принимаем толщину шва h_ш = 10 мм.

6. Определение веса подкрановой балки.

Вес подкрановой балки

кН,

где - строительный коэффициент, принимаемый для сварных балок с поперечными ребрами жесткости равным 1,2;

F - площадь поперечного сечения подкрановой балки:

мм²;

l - длина балки, равная 12 м;

кН/м³ - объёмный вес стали.

ГЛАВА 3

СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ

РАЗДЕЛ 3.1.

Исходные данные и условие расчета:

Для заданного производственного здания (табл. П.1 и П.2) составить расчетную схему поперечной рамы и собрать действующие на неё нагрузки. В расчетах использо- вать результаты решения заданий 1 и 2.

Методические указания к решению задачи.

Так как цельнометаллический каркас цеха представляет собой пространственную конструкцию, то для упрощения расчетов его условно разделяют на отдельные плоские элементы – поперечные рамы – являющиеся основой каркаса.

При составлении расчетной схемы поперечной рамы следует принимать следующие допущения:

- рассматривать стойки жестко защемленными в фундаментах;

- для однопролетных рам с крановой нагрузкой в целях повышения их поперечной - жесткости принимают только жесткое соединение ригеля со стойками.

Поперечная рама воспринимает следующие нагрузки:

1. собственный вес конструкций – вес каркаса, кровли и стенового ограждения;

2. снеговую нагрузку;

3. крановые нагрузки – вертикальное давление колес кранов и силы поперечного тормо- жения;

4. ветровую нагрузку.

Для определения собственного веса конструкций можно воспользоваться данными ранее выполненных аналогичных проектов или получить его по приближенным форму- лам. Рекомендуется вначале определить нагрузку на 1 м² горизонтальной проекции кров- ли, а затем погонную.

Величина снеговой нагрузки зависит от района строительства. Распределение сне- говой нагрузки на кровле зависит от её профиля. При наличии фонарей или сопряжений пролетов с разными высотами снеговая нагрузка распределяется неравномерно, что учи- тывается в расчетах введением поправочного коэффициента кровли.

Вертикальной нагрузкой на стойки рамы являются сумма опорных реакций подкра- новых балок, которые устанавливаются на уступ нижней части ступенчатой колонны и обычно по оси внутренней её ветви.

Сила горизонтального давления колес в соответствии с указаниями СНиП опреде- ляется от действия только двух любых кранов независимо от общего числа кранов и чис- ла пролетов цеха.

Для расчета рамы на ветровую нагрузку необходимо определить ветровую нагрузку как с наветренной стороны (активное давление), так и с заветренной (отсос) стороны. На- правление действия активного давления и отсоса совпадает с направлением ветра.

Вес стеновых панелей стенового ограждения передается на стойки рамы в виде со-средоточенных, эксцентрично приложенных сил. В расчетно-проектировочных заданиях в целях уменьшения объёма вычислений разрешается считать конструкцию стенового ограждения самонесущей, т.е. опирающейся непосредственно на фундаменты.

Результаты расчетов по определению нагрузок на поперечную раму желательно представить в табличном виде, что упростит использование их при расчете конструкций