3. Проектування зв’язків і торцевого фахверка

Зв’язки між колонами по верхніх і нижніх поясах ферм, вертикальні між фермами та рамами ліхтаря зображені на рис.1.2.

Вертикальні зв’язки між колонами необхідні для того, щоб каркас не змістився в поздовжньому напрямку, а також для забезпечення стійкості колон. Вони сприймають поздовжні навантаження: вітрові і поздовжнє гальмування крану.

Оскільки довжина будинку (для опалюваної будівлі), то заданий будинок не потребує температурних розривів (поміщається в один температурний блок).

По середині температурного блоку встановлюємо портальні вертикальні зв’язки, які розташовуються по поздовжніх рядах колон в нижньому ярусі цеху. У верхньому ярусі встановлюємо хрестові зв’язки. В межах висоти регеля встановлені під стропильні ферми.

Зв’язки по покритті встановлюють для забезпечення просторової жорсткості каркасу і стійкості покриття. Вони розташовуються: в площині верхніх поясів ферм; в торцях цеху і при великій довжині температурного блоку через , в даному курсовому проекті розміщуємо в площині зв’язкового блоку; в площині нижніх поясів ферм – по периметру споруди; між фермами ( вертикальні ) – через 12…15м.

Торцевий фахверк запроектований з кроком в вигляді двотаврів. Схема торцевого фахверка показана на рис.1.3.

Розрахунок підкранової балки

Розраховуємо підкранову балку прольотом l=9 м. під два крани важкого (7К) режиму роботи, вантажністю Q=125/20 т Q=200/32 т.

Приймаємо підкранову балку з листової сталі С245 з

,

,

,при;

за ГОСТ 27772-88. Зварні з’єднання виконують електродами Е42А з

Кран вантажністю Q=125/20 т:

Маса крана з кареткою – 1550 кН., маса каретки - 430 кН.

Тиск коліс Кранова рейка КР-120.

Розрахункові навантаження на балку (від двох зближених кранів).Максимальне значення

гранично розрахункового тиску коліс крана.

де коефіцієнт надійності за крановим навантаження, за ДБН В.1.2-2:2006, п.7.9, таб. 7.1. (середній період повторюваності Т=50 років), приймаємо 1.1; коефіцієнт сполучення кранових навантажень, за ДБН В.1.2-2:2006, п.7.22., для групи режиму крана 7К рівний 0.95;

коефіцієнт динамічності, дорівнює 1,1 за ДБН В.1.2-2:2006, п.7.15, для групи режиму крана 7К; нормативна сила вертикального тиску коліс крана на рейку.

Визначаємо бічний тиск коліс крана

Місцевий крутильний момент при :

де значення розрахункового зосередженого навантаження (без врахування коефіцієнтів динамічності та поєднання); умовний ексцентриситет зміщення кранової рейки з осі балки; поперечне розрахункове горизонтальне навантаження; висота кранової рейки.

Кран вантажністю Q=200/32 т:

Маса крана з кареткою – 2150 кН., маса каретки - 700 кН.

Тиск коліс Кранова рейка КР-120.

Розрахункові навантаження на балку (від двох зближених кранів).Максимальне значення

гранично розрахункового тиску коліс крана.

де коефіцієнт надійності за крановим навантаження, за ДБН В.1.2-2:2006, п.7.9, таб. 7.1. (середній період повторюваності Т=50 років), приймаємо 1.1; коефіцієнт сполучення кранових навантажень, за ДБН В.1.2-2:2006, п.7.22., для групи режиму крана 7К рівний 0.95;

коефіцієнт динамічності, дорівнює 1,1 за ДБН В.1.2-2:2006, п.7.15, для групи режиму крана 7К; нормативна сила вертикального тиску коліс крана на рейку.

Визначаємо бічний тиск коліс крана

Місцевий крутильний момент при :

де значення розрахункового зосередженого навантаження (без врахування коефіцієнтів динамічності та поєднання); умовний ексцентриситет зміщення кранової рейки з осі балки; поперечне розрахункове горизонтальне навантаження; висота кранової рейки.

Визначення зусиль у підкранові балці від двох зближених кранів. Розміщуємо на балці сім коліс кранів і знаходимо відстань від рівнодійної до крайнього лівого колеса, розміщеного на балці:

Відстань від критичного вантажу до рівнодійної

Відстань від лівої опори до критичного вантажу

Перевіряємо правильність встановлення вантажів:

при ;

при ;

де рівнодійна вантажів розміщених зліва від критичної сили; критична сила.

Отже, прийняте розміщення крану є розрахунковим.

Знаходимо максимальний згинальний момент, відповідну поперечну силу за лініями впливу.

Максимальна поперечна сила:

Згинальні момент від бічного тиску крана

Розрахункові значення зусиль у підкранові балці з урахуванням власної маси і тимчасового навантаження:

де і коефіцієнти, які враховують власну масу підкранових конструкцій, приймаємо рівним 1,05 для балок прольотом 9,0 м.

Стінку підкранової балки перевіряють на витривалість. Циклічні розрахункові значення:

;

де - ДБН В.1.2-2:2006, п.7.11.,

- вантажна характеристика (вантажопідйомність крану, вага моста і візка крана)

Знаходимо положення рівнодійної:

Відстань від критичного вантажу до рівнодійної

Відстань від лівої опори до критичного вантажу

Перевіряємо правильність встановлення вантажів:

при ;

при ;

де рівнодійна вантажів розміщених зліва від критичної сили; критична сила.

Отже, прийняте розміщення кранів є розрахунковим.

Знаходимо максимальний згинальний момент і відповідну йому поперечну силу з урахуванням маси конструкцій і тимчасового навантаження від них:

Вибір перерізу балки. Оптимальна висота балки при коефіцієнті асиметрії перерізу

де ;

(висота балки, м.)

де проліт балки; для балок з режимом роботи 7К; розрахунковий і нормативний згинальний момент. Вважаємо, що висота стінки ;. Попередня висота балки

Перевіряємо стінку балки на зріз:

де максимальна поперечна сила з врахуванням власної ваги та тимчасового навантаження; розрахунковий опір матеріалу стінки на зріз; висота стінки. Приймаємо .

Визначаємо потрібні площу поперечного перерізу балки:

Площі верхнього та нижнього поясів та стінки:

;

Приймаємо верхній та нижній пояс з універсальної сталі за ГОСТ 82-70* перерізом ,;, Площі перерізів взяті з деяким запасом, в зв’язку з наближеними формулами і необхідністю забезпечення витривалості балки. Співвідношення для верхнього поясу

;

Переріз балки:

Знаходимо положення центра ваги перерізу відносно нижньої грані нижньої полички:

Момент інерції перерізу балки відносно осі х-х, ( яка проходить через центр ваги перерізу)

Момент інерції перерізу, послабленого двома отворами діаметром., для закріплення рейки КР-120 :

Момент опору для верхнього та нижнього поясів:

;

.

Напруження у верхньому й нижньому поясах від вертикальних навантажень:

;

.

Перевіряємо граничну стійкість розтягнутого нижнього поясу при циклів. Вона не повинна перевищувати .

Де

Стійкість нижнього поясу забезпечена при вільній довжині, яка дорівнює прольоту балки.

Перевіряємо міцність стінки балки від дії місцевого тиску колеса крана:

де коефіцієнт за ДБН В.1.2-2:2006, п.7.14, для групи режиму крана 7К; значення розрахункового зосередженого навантаження (без врахування коефіцієнтів динамічності та поєднання);

умовна довжина розподілу місцевого тиску. Тут ; для зварних балок.

де за ГОСТ 4121-76*;

Найбільші дотичні напруження на нейтральні осі стінки біля опор:

Перевіряємо жорсткість балки:

Жорсткість балки забезпечена.

Для сприйняття зусиль від поперечного гальмування встановлюють гальмівні балки.

Приймаємо перетин гальмівної балки з листа 1280х8 мм., ; швелера №22,

,,

До листа гальмівної балки приварюємо знизу ребра 1200х800 мм.

Визначаємо геометричні характеристики перетину гальмівної балки з врахування її спільної роботи з верхнім поясом. Знаходимо положення центру ваги відносно осі у-у:

Момент інерції перерізу відносно осі 1-1:

Момент інерції з врахуванням послаблення перетину:

Моменти опору для крайніх волокон перетину гальмівної балки:

;

Нормальні напруження у верхньому поясі підкранової балки від спільної дії найбільшого згинального вертикального і горизонтального моментів:

Перевіряємо міцність зовнішнього поясу гальмівної балки яка являє собою трипролітну розрізну балку, шарнірно прикріплену на опорах до стояків фахверка.

Гальмівна балка сприймає навантаження:

• вага швелера

• вага настилу

Знайдемо розрахункове навантаження на швелер як опорну реакцію на ліву опору балки:

;

;

Згинальний момент від сил бічного тиску в перерізі, віддаленому на 3 м від стояка фахверка, визначаємо за лініями впливу:

Напруження в точці б швелера ()

Прогин швелера () від нормативного навантаження:

Гальмівна балка задовольняє вимоги міцності та жорсткості.

Перевіряємо міцність стінки в стиснутій зоні при розрахунковому навантаженні від двох зближених кранів.

Знаходимо напруження на грані стінки:

;

;

;

;

сума власних моментів інерції кручення рейки і поясу (момент інерції кручення рейки КР-120);

;

;

Перевіряємо міцність за формулами:

;

;

.

коефіцієнт для розрахунку розрізних балок.

Міцність стінки в стиснутій зоні забезпечена.

Перевіряємо витривалість поясів на нормативне навантаження від одного крана, помножене на 0,8. Напруження у верхньому поясі, який належиться до першої групи за

СніП ІІ-23-81. Розрахунок слід проводити по формулі:

момент від власної ваги балки.

де

При , для груп елементів 1

коефіцієнт який враховує кількість циклів навантаження.

розрахунковий опір втомлюваності за СНіП ІІ-23-81, табл.32*.

Оскільки , то

Витривалість верхнього поясу забезпечена.

Аналогічно для нижнього поясу, віднесеного до четвертої групи при :

Оскільки , то

;

Витривалість нижнього поясу забезпечена.

Перевіряємо витривалість верхньої зони стінки:

де ;

;

Витривалість верхньої зони стінки забезпечено.

Загальну стійкість підкранової балки не перевіряємо, оскільки її верхній пояс закріплений гальмівною балкою по всій довжині

Перевірка місцевої стійкості. Місцева стійкість стисненого верхнього поясу забезпечена, оскільки - за СНіП ІІ-23-81*,табл.30.

Місцеву стійкість стінки перевіряємо, тому що :

для балок з двобічними поясними швами і наявністю місцевих напружень.

Поперечні ребра розміщуємо через а=1500 мм, (, при )

Для балок не симетричного перерізу при

і , згідно з пунктом 7.9 за СНіП ІІ-23-81*

Перша ділянка. Визначаємо згинальний момент і поперечну силу в перерізі при встановлені кранів на рисунку.

Розрахункові зусилля на першій ділянці:

;

;

Визначаємо напруження:

;

де ;

;

Визначаємо критичні напруження на ділянці.

Перший випадок.

де , при за СНіП ІІ-23-81*,табл.25

;

де ,

коефіцієнт який приймають за СНіП ІІ-23-81*,табл.23 , в залежності від і значення ,

за СНіП ІІ-23-81*,табл.22, (крановий рельс не приварений).

де ;(відношення більшої сторони пластинки до меншої)

, де менша сторона пластинки (або ) в нашому випадку .

Перевіряємо місцеву стійкість стінки:

Другий випадок:

коефіцієнт який приймають за СНіП ІІ-23-81*,табл.21 , при ,

де , тут треба підставляти .

коефіцієнт який приймають за СНіП ІІ-23-81*,табл.23 , в залежності від і значення,

за СНіП ІІ-23-81*,табл.22, (крановий рельс не приварений)

Перевіряємо місцеву стійкість стінки:

Стійкість стінки забезпечено.

Середня ділянка.

;

;

Розрахункові значення зусиль на ділянці:

;

;

Визначаємо напруження:

;

де ;

;

Критичні напруження на середній ділянці такі як ж, як і на перші ділянці.

Перший випадок:

Другий випадок:

Стійкість стінки забезпечено.

Розміри ребер жорсткості:

Приймаємо ребра перерізом які приварюються двобічними швами до стінки катетом Ребра жорсткості не приварюються до верхнього та нижнього поясу. Відстань між ребрами жорсткості і заводським вертикальним стиком стінки не повинна бути менше

Розрахунок опорного ребра.

Потрібна площа перерізу опорного ребра:

опорна реакція

розрахунковий опопір сталі зминанню торцевої поверхні.

коефіцієнт по матеріалу, за СНіП ІІ-23-81*,табл.2*.

Враховуючи, що ширина балки біля опори

, приймаємо ;

Площа

Перевіряємо стійкість опорної частини балки. Ширина частини стінки введеної у розрахунковий переріз:

Характеристика розрахункового перерізу:

Площа:

;

Момент інерції:

.

Радіус інерції:

.

Гнучкість:

.

.

Перевіряємо місцеву стійкість ребра:

;

;

Місцеву стійкість не забезпечено, підбираємо більшу товщину ребра і перераховуємо ще раз тільки умову місцевої стійкості ()

Загальна і місцева стійкість забезпечена.

Підбираємо розміри катетів швів кріплення ребра до стінки балки:

для Св-08ГА по СНіП ІІ-23-81*, табл 4*.;

для значень , за СНіП ІІ-23-81*, п 3.4.;

для всіх сталей.

;

,приймаємо

По металу границі сплавлення можна не перевіряти, тому що

.

Ребро виступає за нижній пояс на .

Верхні поясні шви виконують з повним проварюванням.

, приймаємо .

Нижні поясні шви з катетом ,виконують автоматичним зварюванням в човник.

де