Результаты расчетов по подбору профилей для стержней фермы

Элемент	Обозн. Стерж.	Усил. КН	Прин. сечен.	Площ. Сечен. См2	Радиусы инерции,см	Гибкость	λu	φm	γc	σ кН/см2	R γc/ γn кН/см2
ix	iy	λx	λy
Верхний пояс		-521	110х110х8	59,36	2,98	2,98			124,2	0,5	0,85	8,8
	-641	110х110х8	59,36	2,98	2,98			124,2	0,5	0,85	10,8
	-703	110х110х8	59,36	2,98	2,98			124,2	0,5	0,85	11,8
	-676	110х110х8	59,36	2,98	2,98			124,2	0,5	0,85	11,4
	-676	110х110х8	59,36	2,98	2,98			124,2	0,5	0,85	11,4
	-703	110х110х8	59,36	2,98	2,98			124,2	0,5	0,85	11,8
	-641	110х110х8	59,36	2,98	2,98			124,2	0,5	0,85	10,8
	-521	110х110х8	59,36	2,98	2,98			124,2	0,5	0,85	8,8
Раскосы			70х70х5	21,34	2,5	1,74				-	0,85	23,1
		70х70х5	21,34	2,5	1,74				-	0,85	11,1
		70х70х5	21,34	2,5	1,74				-	0,85
	-53	70х70х5	66,74	3,8	3,8	86,3	86,3		0,5	0,8	0,8
	-53	70х70х5	66,74	3,8	3,8	86,3	86,3		0,5	0,8	0,8
		70х70х5	21,34	2,5	1,74				-	0,85
		70х70х5	21,34	2,5	1,74				-	0,85	11,1
		70х70х5	21,34	2,5	1,74				-	0,85	23,1

 

 

 

 

Раскосы

Стойки		-337	75х75х6	66,74	3,8	3,8	86,3	86,3		0,5	0,8	5,1
	-229	75х75х6	66,74	3,8	3,8	86,3	86,3		0,5	0,8	3,4
	-131	75х75х6	66,74	3,8	3,8	86,3	86,3		0,5	0,8
	-45	75х75х6	66,74	3,8	3,8	86,3	86,3		0,5		0,7
		75х75х6	21,34	2,5	1,74				-	0,85
	-45	75х75х6	66,74	3,8	3,8	86,3	86,3		0,5	0.8	0,7
	-131	75х75х6	66,74	3,8	3,8	86,3	86,3		0,5	0,8
	-229	75х75х6	66,74	3,8	3,8	86,3	86,3		0,5	0,8	3,4
1	-337	75х75х6	66,74	3,8	3,8	86,3	86,3		0,5	0,8	5,1
Нижний пояс			70х70х6	27,86	3,51	1,98	85,5	151,5		-	0,85
		70х70х6	27,86	3,51	1,98	85,5	151,5		-	0,85	16,1
		70х70х6	27,86	3,51	1,98	85,5	151,5		-	0,85	23,1
		70х70х6	27,86	3,51	1,98	85,5	151,5		-	0,85	24,9
		70х70х6	27,86	3,51	1,98	85,5	151,5		-	0,85	24,9
		70х70х6	27,86	3,51	1,98	85,5	151,5		-	0,85	23,1
		70х70х6	27,86	3,51	1,98	85,5	151,5		-	0,85	16,1
		70х70х6	27,86	3,51	1,98	85,5	151,5		-	0,85

Таблица - Количество типов уголков

 

Расчет узлов фермы

Стержни фермы в узлах связываются листовыми фасонками, к которым они прикрепляются с помощью электросварки.

Конструктивная длина шва по обушку определяется по формуле

 

 

длина шва по перу определяется по формуле

 

где α- коэффициент, учитывающий долю усилия, приходящегося на обушок

N- усилие в стержне, кН

β_f-коэффициент провара (при ручной сварке β_f=0,7)

K_f1, K_f2- толщины швов соответственно по обушку и по перу, см

R_wf- расчетное сопротивление угловых швов среза по металлу шва,

равное при использовании электродов типа Э50: R_wf= 21 кН/см²

γ_wf- коэффициент условий работы шва; γ_wf=1

Коэффициент α принимаем равным: для равнополочных уголков α=0,7.

Толщина шва по перу уголка принимается на 2 мм меньше толщины полки уголка, но не менее 4 мм. Максимальная толщина шва по обушку уголка не должна превышать 1,2t _min, где t_min-толщина более тонкого элемента (фасонки или полки уголка).

Минимальная длина шва должна составлять 4 К_f или 40 мм. Максимальная расчетная длина шва не должна превышать 85β_f К_f.

 

Узел «Е»

Определим длины швов поясов «6» и «7» (δ=6мм):

Конструктивная длина шва по обушку

Принимаем l_w1 = 22 см.

Длина шва по перу

lw₂ = 13 см.

К_f1 = 8мм = 0,8см. K_f2 = 6 мм = 0,6 см.

Определим длины швов пояса «30» и «26» (δ=6мм):

Конструктивная длина шва по обушку

Принимаем lw₁ =4 см.

Длина шва по перу

lw₂ = 4 см.

К_f1 = 8 мм = 0,8 см. K_f2 = 6 мм = 0,6 см.

Определим длины швов пояса «22» (δ=6мм):

Конструктивная длина шва по обушку

Принимаем lw₁ =4 см.

длина шва по перу

lw₂ = 4 см.

К_f1 = 8 мм = 0,8 см. K_f2 = 8 мм = 0,8 см.

Рассчитанные длины швов наносятся на схему узла, после чего выявляются размеры фасонки и ее очертание. Принимаемое очертание фасонки должно быть простым, желательно прямоугольным.

Узел Е должен иметь опорное ребро 16…25мм. Минимальная ширина ребра 180 мм.

 

Таблица сварных швов в узлах фермы

Узел	Обозначение стрежней	Расчетное усилие, кН	Катет шва, см	Длина шва, мм	Конструктивная длина шва, мм
По обушку Kf1	По перу Kf2	По обушку	По перу	По обушку L1	По перу L2
Е			0,8	0,8
		0,8	0,6
		0,8	0,6
		0,8	0,6
		0,8	0,6

 

Общая расчетная длина сварных швов (см), прикрепляющих горизонтальную накладку к полкам уголков по одну сторону стыка:

 

 

где N- усилие в стержне нижнего пояса, помыкающем к монтажному узлу,кН.

Более подробно с конструкциями узлов стропильных ферм и особенностями их расчета следует ознакомиться по рекомендуемой литературе (1);(5);(7).

Итогом проектирования стропильной фермы является составление спецификации металла на отправочный элемент, форму которой следует принять по учебнику (1).

5.Расчет поперечной рамы каркаса

Определение нагрузок на раму.

На раму действуют нагрузки

а) постоянная – от собственного веса конструкций

б)кратковременные: снеговая; крановая – вертикальная от давления колес мостового крана и горизонтальная от торможения тележки; ветровая.

 

Рис. Рама

 

А) Постоянная нагрузка на раму. На стойку рамы будет действовать опорная реакция ригеля (кН) V_g=g₁L/2, где L- пролет ригеля (фермы); g₁ – погонная расчетная нагрузка, кН/м²

V_g=23,88·24/2=286,56 кН

б) Снеговая нагрузка на раму. На стойку рамы будет действовать соответствующая опорная реакция ригеля (кН) V_р=S₁L/2, где S₁ – погонная расчетная снеговая нагрузка, кН/м²

V_р=4,2·24/2=50,4 кН

Вертикальные крановые нагрузки. Крановая нагрузка на поперечную раму определяется от двух сближенных кранов, расположенных таким образом, чтобы нагрузка была наибольшей.

Расчетная вертикальная сила (кН), действующая на стойку (колонну), к которой приближены тележки кранов

 

D_max=γ_f·n_c·F_{n max}·Σy_i+G,

 

где F_{n max}- наибольшее давление колеса

γ_f- коэффициент надежности по нагрузке, γ_f=1,1

Σy_i- сумма ординат влияния для опорного давления на колонну

n_c – коэффициент сочетания: n_c=0,85

G- вес подкрановой балки, кН

Ординаты линий влияния y₁=0,267, y₂=1; y₃=0,8; y₃=0,066.

D_max=1,1·0,85·315·(0,267+1+0,8+0,066)+10,5 =717,36 кН

Расчетная вертикальная сила, действующая на другую стойку рамы

 

D_min=γ_f·n_c·F_{n min}·Σy_i+G,

 

где F_{n min}- наименьшее давление колеса на кран (кН)

F_{n min}=(P+G_c)/n₀- F_{n max}

P- грузоподъемность крана

G_c- общий вес крана с тележкой

n₀- число колес на одной стороне крана n₀=2

F_{n min}=(300+520)/2- 315=95 кН

D_min=1,1·0,85·95·2,4+10,5=223,68 кН

Горизонтальные крановые нагрузки.

Расчетная горизонтальная сила (кН)

 

T_c= γ_f·n_c·T_n·Σy_i,

 

где T_n- нормативная горизонтальная сила при торможении тележки,

приходящаяся на одно колесо крана.

Горизонтальная сила T_c может действовать на левую или правую стойку рамы, причем как в одну, так и в другую сторону.

T_c= 1,1·0,85·10,5 ·2,4=23,6 кН

Ветровая нагрузка.

Расчетное значение погонной ветровой нагрузки в стойке рамы (кН/м):

С наветренной стороны (положительное давление):

g_w= γ_f·c·K·W_оB

g_w= 1,4·0,8·1·0,48·6=3,2кН/м

С заветренной стороны

g_w^´= γ_f·c^´·K·W_оB

g_w^´= 1,4·0,6·1·0,48·6=2,4 кН/м

где γ_f=1,4 – коэффициент надежности по нагрузке; с, c^´ - аэродинамические коэффициенты,

Схема к определению

ветровой нагрузки (для местности типа А) равные в данных условиях

соответственно 0,8 и 0,6

К – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по

высоте, К=1

W_c- нормативное значение ветрового давления,

В- шаг поперечных рам,

Ветровая нагрузка (кН), действующая на шатер, заменяется сосредоточенными силами, приложенными на уровне ригеля:

С наветренной стороны F_w= γ_f·c·K·W_о·B·h

С заветренной стороны F_w^´= γ_f·c^´·K·W_о·B·h

где К- коэффициент, равный 1

h- высота шатра, м

F_w= 1,4·0,8·1·0,48·6·3,1=10 кН

F_w^´= 1,4·0,6·1·0,48·6·3,1=7,5 кН

Суммарная сила Fw_о= F_w+ F_w^´ cчитается приложенной к левой стойке рамы на уровне низа ригеля.

Fw_о=10+7,5=17,5 кН

В курсовом проекте разрешается считать конструкцию стенового заполнения самонесущей, опирающееся на фундаменты. Поэтому вес стеновых ограждающих конструкций при расчете рамы не учитывается.

Определение усилий в стойках рамы

Фактическая высота верхней части колонны (стойки) (м):

 

l₂=h_g+h_r+H₂-0,15,

где h_g – фактическая высота подкрановой балки с учетом выступающей части опорного ребра

h_g=600 мм;

h_r – высота кранового рельса; h_r=120мм

l₂=0,6+0,12+3,4-0,15=3,97м

Фактическая высота нижней части колонны (м):

l 1= l - l 2=11,2-3,97=7,2м

Далее следует предварительно принять соотношение между жесткостями сечений верхней и нижней частей колонны:

 

 

где J1; J2 -моменты инерции сечений нижней и верхней частей колонны.

 

Расчетная схема рамы и характерные сечения стойки

 

Определение усилий в стойках рамы

Усилия в стойках рамы от постоянной нагрузки

От действия силы Vg(рис.16) на уровне ступени колонны вследствие смещения осей верхней и нижней частей стойки возникает изгибающий момент

 

где е - эксцентриситет, равный приближенно:

 

е=0.5*(1000-500)=250мм

М_g=286,56*0,25=71,64кН*м

 

Нормальная сила в ригеле рамы от постоянной нагрузки (то есть лишнее неизвестное) (кН):

 

X_g= 3*71,64*(1-0,355²)/2*11,2(1+0,355³*9)=5,98кН

где ;

 

Рекомендуется принимать n= 8…12

В стойках будут действовать изгибающие моменты (рис.17):

в сечении 1-1 =71,64-5,98*11,2=-4,7кНм

 

в сечении 2-2 =71,64-5,98*3,97=47,9кНм

 

в сечении 3-3 =-5,98*3,97=-23,74кНм

 

Нормальная сила в стойках рамы (кН) =286,56кН

 

Поперечная сила в левой стойке =5,98кН

Рис. 17. Эпюра усилий в раме от постоянной нагрузки

 

Усилия в стойках рамы от снеговой нагрузки

Значения усилий в стойках рамы от снеговой нагрузки определяются путем умножения соответствующих усилий от постоянной нагрузки на переходной коэффициент К= V_p/ V_g=50,4 /286,56 =0,18

Усилия в стойках рамы от вертикальных крановых нагрузок

От действия сил вертикального давления кранов на уровне консолей в стойках рамы возникают моменты

 

M_max= D_max·e_c

e_c=0, 5 м

M_max= 717,36 ·0,5=358,68 кН·м

M_min= D_min·e_c

M_min=223,68 ·0,5=111,84 кН·мСхема к определению е с

,

где

 

Изгибающие моменты в расчетных сечениях левой стойки

 

M_{с 1-1}= X_сl- M_max =19,6·11,2-358,68 = -139,16 кН·м

M_{с 2-2}= X_сl₂- M_max=19,6·3,97-358,68 = -280,87 кН·м

M_{с 3-3}= X_сl₂ =19,6·3,97=77,8кН·м

 

Изгибающие моменты в расчетных сечениях правой стойки

 

M_с ^´_1-1= X_сl- M_min=19,6·11,2-111,84=107,7 кН·м

M_с ^´_2-2= X_сl₂- M_min=19,6·3,97-111,84= -34кН·м

M_с ^´_3-3= X_сl₂ =19,6·3,97=77,8кН·м

 

Нормальная сила в левой и правой стойках (кН):

 

N= D_max=717,36 кН

N’= D_min=223,68 кН

 

Поперечные сили в левой и правой стойках (кН):

Q= -19,6 кН

Q’= 19,6 кН

Усилия в стойках рамы от горизонтальных крановых нагрузок

Усилие Х в ригеле (кН):

 

 

Изгибающие моменты в расчетных сечениях левой стойки:

 

M_{Т 1-1}=±[ 23,6*7,23-4,1*11,2] =±124,7 кН·м

M_{Т 2-2}= M_{Т 3-3}=±4,1·3,97=±16,3Н·м

 

Изгибающие моменты в расчетных сечениях правой стойки:

 

M_{Т 1-1}=±4,1·11,2=±45,92 кН·м

M_{Т 2-2}= M_{Т 3-3}=±4,1·3,97=±16,3 Н·м

 

Поперечная сила в нижней части левой стойки Q=±(X_с-T_c)= ±4 кН

в правой стойке Q=±X_Т=±4,1 кН