Металлические конструкций

СОДЕРЖАНИЕ:

 

 

1. Исходные данные
2. Определение основных размеров

поперечной  рамы цеха

3. Расчет подкрановой балки
4. Расчет поперечной рамы
5. Расчет и конструирование колонны
6. Расчет базы колонны
7. Расчет фермы
8. Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

 

1. Длина здания – 72 м
2. Высота от пола до головки подкранового рельса: Н = 14,8 м
3. Район строительства: г. Якутск
4. Грузоподъемность мостового крана: Q = 80 т
5. Пролет: L = 21,4 м
6. Шаг колонн – 12 м

 

 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ

ПОПЕРЕЧНОЙ  РАМЫ ЦЕХА.

 

Q,т		Про- лет здан, м	Размеры, мм				Максимальное давление колеса		Вес теле-жки Gт, кН	Вес кран. с теле-жкой Gк, кН	Тип кран. Рельса	Выс-ота рель-са, hр, мм
Глав крюк	Всп. крюк		Hк	В1	В2	К	Fк1 max	Fк2 max
80	20	24	3700	300	9100	4350	350	370	380	1100	КР-100	150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Определение основных размеров поперечной рамы.

 

Пролет мостового крана L_к = L – 2,0 м = 21,4 м – 2,0 м = 19,4 м (при Q = 80 т

Высота колонны от обреза фундамента до оси нижнего пояса ригеля:

H = h₁ + h₂ + h₃ = 14,8 + 3,95 + 0,8 = 19,55 м;

h₁ = 14,8 м; - расстояние от нулевой отметки до головки кранового рельса;

h₂ = H_к + 150 + 100 = 3700 + 150 + 100 = 3950 мм – расстояние от головки подкранового рельса до оси нижнего пояса ригеля;

150 мм – минимальная величина, учитывающая высоту выступающих  вниз элементов 

     связей по нижним  поясам ферм и прогиб конструкций  покрытия;

100 мм – минимальный зазор  между конструкцией крана и  низом покрытия;

h₃ = 0,8 м; - заглубление башмаков колонн рамы ниже уровня пола цеха;

Величина сечения подкрановой  части колонны е:

е = 750 мм при грузоподъемности крана Q = 80 т.

Высота сечения подкрановой  части колонны из условия свободного подхода крана:

m = е + В₁ + Д = 750 + 400 + 100 = 1250 мм.

где    В₁ – свес мостового крана (за осью подкранового рельса);

Д  - минимальный зазор  между внутренней гранью колонны  и конструкцией

       мостового  крана, принимается равной 100 мм;

При этом высота сечения нижней части  колонны из условия жесткости  должна быть не менее:   m = 1/22 * H = 1/22 * 19550 = 888,6 мм;

По сортаменту принимаем  m = 900 мм  (прил. 14 табл. 5 [1])

Расчетный пролет рамы равен расстоянию между осями надкрановых частей колонн: 

L_р = L – e + 500 = 21400 – 750 + 500 = 21150 мм;

Расчетная высота колонны:  H_p = H = 19550 мм;

Расчетный пролет ригеля рамы (фермы):  L_ф = L_p – e = 21400 – 750 = 20650 мм;

Высота ригеля рамы (фермы):

в середине пролета h_ф = 2,7 м [5]

на опоре  h_о = 1,8 м

Осредненное давление колес:

   F_к1^н_max  + F_к2^н_max     350 + 370

F_к^н_max = ----------------------- = --------------- = 260 кН;

2. 2

   (9,8Q + G_к)         (9,8 * 80 + 1100)

F_к^н_min = -----------------  - F_к^н_max = -----------------------  - 360 = 111 кН;

           4           4

Нормативная сила горизонтального  давления колеса крана на рельс от поперечного торможения тележки крана с гибким подвесом груза:

Т_к^н  = 0,05 (9,8Q + G_т ) / n_o = 0,05 (9,8 * 80 + 380) / 2 = 29,1 кН;

где Q = 80 т – вес тележки;   

G_т = 380 кН – вес тележки;

n_о = 4 – число колес с одной стороны крана.

 

 

2. РАСЧЕТ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ.

 

2.1. Определение расчетных усилий.

Величина изгибающих моментов и поперечных сил определяем по линиям влияния.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Правильность загружения линии влияния на М_max проверяется по следующим критериям:

1) F_R1 + F_кр >=0,5∑ F_к ;   2) F_R1 <=0,5∑ F_к ;

F_R1     – равнодействующая сил расположенных слева от середины пролета балки;

∑ F_к  – сумма давлений сил, расположенных на балке;

_max величина критической силы (давление колеса, ближайшего к середине пролета

            балки;

F_R1 = 690 кН; ∑ F_к = 8 * 360 = 2880кН;  F_кр = 360;

1) 690 + 360 > = 0,5 * 2880;  2) 690 <= 0,5 * 2880;

     1035 > 690 кН;       690 = 690 кН;

Величина расчетного изгибающего момента от вертикальных сил (крановой, собственного веса подкрановой  балки, веса тормозной балки и рельса) определяем по формуле:

М_max = γ_н * n * n_с * α * F^н_max * ∑ Ŷ_i * K = 0,95 * 1,1 * 0,95 * 1,03 * 360 * 2,4 * 1,1 = 931,33 кН*м

где F^н_max  = 360 кН – наибольшая сила давления колеса крана;

γ_н – коэффициент надежности по назначению [1, c.57];

n – коэффициент перегрузки для  крановой нагрузки [3, п.4.8];

n_с – коэффициент сочетаний [3, п.4.17];

α  - коэффициент, учитывающий вес  подкрановой и тормозной балок  с

       рельсом,  принимаемый по табл. 2.1;

∑ Ŷ_i - сумма ординат линий влияния, расположенных под грузами. 

Расчетный изгибающий момент от поперечных тормозных сил определяется по той  же линии влияния, что и М_max и при том же загружении:

М_max = γ_н * n * n_с *  Т^н_к * ∑ Ŷ_i =  0,95 * 1,1 * 0,95 * 10,35 * 2,4 * 1,1 = 27,13 кН*м

где Т^н_к – горизонтальная сила одного колеса крана от поперечного торможения

         тележки с грузом;

n – коэффициент перегрузки  для крановой нагрузки [3, п.4.8];

γ_н – коэффициент надежности по назначению [1, c.57];

n_с – коэффициент сочетаний [5, п.4.15].

Расчетная поперечная сила в сечении у опоры от вертикальной нагрузки определяется по линии влияния, изображенной на рис. 3б.

Q_max = γ_н * n * n_с * α * F^н_max * ∑ Ŷ_i * K = 0,95 * 1,1 * 0,95 * 1,04 * 360 * 1,8 * 1,1 =

691,71 кН;

где ∑ Ŷ_i = 1,8 - сумма ординат линий влияния, расположенных под грузами. 

 

2. Подбор сечения подкрановой балки.

 

Подбор сечения балки начинается с определения ее высоты из условия  прочности и жесткости.

Оптимальная высота из условия прочности, отвечающая наименьшей ее массе при упругой работе материала, определяется по формуле:

      W_тр

 h_опт = K  ------;

        t_ст

где К = 1,1 – коэффициент, равный для сварных балок;

W_тр  - требуемый момент сопротивления сечения балки;

М_max

W_тр = ---------;

     0,9 R_у

где R_у  = 24,5 кН/см² (сталь С 255);

t_ст = 7 + 3 h (мм) – толщина стенки;

h – высота балки подставляется в метрах;

h =  0,75 – 0,666; Принимаю h = 0,75 м;

t_ст = 7 + 3 * 0,75 = 9,25 мм; Принимаю t_ст = 10 мм;

          4223,7187

 h_опт = 1,1   --------------- = 71,4892 см;

                 1

Наименьшая допустимая высота балки  из условия жесткости:

   5           24,5 * 600 * 600

 h_min = ------ * ------------------------ = 79,54;  Принимаем  h_ст = 800 мм.

24. 2,1 * 10⁴ * 1,1

W_max (кН*м)       931,33

---------------- = ---------- = 38,0135;  β = 0,9;

  R (кН/см²)         24,5

По графикам подбираем сечение  подкрановой балки с высотой  стенки не менее принятой выше.

Полная площадь А = 170 см²;

А ^стенки = 80 см²;

А ^полки  = 90 см²;

По найденной по графикам полной площади поперечного сечения балки  А  и площади сечения стенки  А_с  находим площади сечений поясов:

Площадь сечения верхнего пояса:

А_в = А/(1 + β) – 0,5 А_ст  = 170/(1 + 0,9) – 0,5 * 80 = 49,4736 см²;

Площадь сечения нижнего пояса:

А_н = А/(1 + β)* β – 0,5 А_ст  = 170/(1 + 0,9)*0,9 – 0,5 * 80 = 40,5263 см²;

Ширина верхнего пояса:   в_в  = (1/3 – 1/5) h_ст  = 26,66 – 16 см;

Толщина верхнего пояса:  t_вп  =  А_в / в_в = 49,4736/25 = 1,978 см;

Принимаю  в_в  = 250 мм; t_вп  = 20 мм;

Толщина нижнего пояса:   t_нп  = t_вп  = 20 мм;

Ширина  в_н  = А_н  / t_нп  = 40,5263/20 = 20,26 см;

Принимаю   t_нп  = 20 мм, в_н  = 210 мм;

При назначении сечений поясов необходимо иметь ввиду следующие условия:

1. t_н  = 8 – 40 мм;
2. t_н  > t_ст ;
3. Должна быть обеспечена местная устойчивость поясов

 в_н                E  25       2,1 * 10⁶

---- <=   ----;    ---- <=     --------------;   12,5 < 29,276 – устойчивость обеспечена;

  t_н                R        2  2450 

где Е – модуль упругости стали по [2, табл. 63].

Тормозная балка (горизонтальный лист и швеллер).

В состав тормозной балки включается верхний пояс подкрановой балки. Принимаю швеллер № 14.

Толщина горизонтального листа t_гл = 6 мм;

Ширину листа находим по формуле: в_гл = m – 0,5 в_в – 6(см) + 3(см) = 90 – 0,5 * 2,5 – 6 + 3 = 73,5 см;

Принимаю в_гл = 800 мм [1, прил. 14, табл. 5];

где m – высота сечения нижней части колонны, см. раздел 1;

в_в – ширина верхнего пояса подкрановой балки;

6 см – необходимый зазор между  стеновыми панелями и тормозной  балкой;

3 см – минимальная величина  нахлестки горизонтального листа  на пояс.

 

Рис. 2. Сечение подкрановой балки  со сплошной тормозной балкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Швеллер № 14.

h = 140 мм; R = 8 мм;         i_x = 5,6 см;    i_y = 1,7 см;

в = 58 мм; А = 15,6 см²;         S_x = 40,8 см²;    Z_o = 1,67 см;

d = 4,9 мм; J_x = 491 см⁴;         J_y = 45,4 см⁴;    J_к = 3,19 см⁴;

t = 8,1 мм; W_x = 70,2 см³;       W_y = 11 см³;    

 

 

3. Проверка принятого сечения подкрановой балки по нормальным напряжениям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение центра тяжести сечения  подкрановой балки относительно оси (Х – Х) производится по формуле:

        ∑S        t_п (в_в – в_н )( h_ст /2 + h_п /2)      2(25 – 21)(80/2 + 2/2)

Z = ------ =  -------------------------------- = ----------------------------- = 1,906 см;

        ∑S            t_п (в_в + в_н ) + t_ст * t_ст             2 (25 + 21) + 1 * 80

Момент инерции сечения подкрановой  балки отностительно оси (Х₁ – Х₁), проходящий через центр тяжести сечения (без учета ослабления верхнего пояса отверстиями под болты крепления рельса):

 

J_x = в_в *  t_п ( h_ст /2 + t_п /2 - Z)² + в_н * t_н (h_ст /2 + t_п /2 + Z)² + t_ст /3 (h_ст  +Z) ² + t_ст /3 (h_ст /2 - Z)³ = 25 * 2 (80/2 + 2/2 – 1,909) ² + 21 * 2 (80/2 + 2/2 + 1,906) ² + 1/3 (80/2 + 1,906) ³ + 1/3 (80/2 – 1,906) ³ = 196693,17 см² ;  

 

 

7. Проверка  местой устойчивости стенки подкрановой балки.

 

Устойчивость стенки подкрановой  балки будет обеспечена, если соблюдается  неравенство:

λ_ст = h_ст / t_ст      R/E  <= 2,2

λ_ст = 80 / 1      24,5 / 2,1 * 10⁴  <= 2,73 < 2,2