Подбор сечения нижней части колонны
Сечение нижней части колонны сквозное, состоящее из двух ветвей, соединенных решеткой. Высота сечения hH=1500 мм. Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополочного двутавра, наружную — составного сварного сечения из трех листов.
Определим ориентировочное положение центра тяжести. Принимаем z=5см; h0=h—z0=150-5=145 см;
/>
Усилия в ветвях
В подкрановой ветви Nв1= 1788×63/145+93800/145=1424 кН.
В наружной ветви Nв2=1845×82/145+122700/145=1890 кН.
Oпределяем требуемую площадь ветвей и назначаем сечение.
Для подкрановой ветви Aв1=Nв1/φRγ; задаемся φ=0,80; R=240МПа=24кН/см2 (сталь С245), тогда Aв1=1424/0,80×24=74,2 см2.
По сортаменту подбираем двутавр 45Б1;
Aв1=74,6 см2; ix1=3,79 см; iy= 18,2 см.
Для наружной ветви Aв2 =Nв2/φRγ =1890/0,8×24=98,5см2
Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же, как в подкрановой ветви (423 мм). Толщину стенки швеллера tст для удобства ее соединения встык с полкой надкрановой части колонны принимаем равной 12 мм; высота стенки из условия размещения сварных швов hст= 460 мм.
Требуемая площадь полок
/>
Из условия местной устойчивости полки швеллера
bп/tп=15. Принимаем bп=18см; tп=1,4см; Ап=25,2см2.
Геометрические характеристики ветви:
/>×
Уточняем положение центра тяжести сечения колонны:
/>
Отличие от первоначально принятых размеров мало, поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.
Проверка устойчивости ветвей:
из плоскости рамы (относительно оси y—y) ly=1130 см.
Подкрановая ветвь:
/>
Наружная ветвь:
/>
Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки: λx1=lb1/ix1=λ=65 lb1=65ix1=65× 3,79=246 см.
Принимаем lb1=220 см, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей. Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей х1—x1 и х2—x2).
Для подкрановой ветви
/>
Для наружной ветви
/>
Расчет решетки подкрановой части колонны.
Поперечная сила в сечении колонны Qmax=197.4кН.
Qусл=0,2×А=0,2×(74,6+105,6)=36кН
Расчет решетки проводим на Qmax.Усилие сжатия в раскосе
/>
α=53° (угол наклона раскоса). Задаемся λр= 100; φ=0,56.
Требуемая площадь раскоса
/>
γ=0,75(сжатый уголок, прикрепляемый одной полкой).
Принимаем └ 90х7
АР=12,3см2; imin=1,78; λmax=lp/imin=220/1,78=105; lp=hH/sinα=150/0.8=187.5
φ=0,54
/>
Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня Геометрические характеристики всего сечения:
/>
Коэффициент α1 зависит от угла наклона раскосов; при α=45...60° можно принять α1=27, Ap1=2Ap=2×12,3=24,6 см2—площадь сечения раскосов по двум граням сечения колонны; />
Для комбинации усилий, догружающих наружную ветвь (сечение 4-4), N2=1845 кН; М2=1227 кН×м;
/>
Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь (сечение 3-3), N1=938 кН; М1= 1788 кН×м;
/>
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно, так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны.
Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом:
1) M=+375 кН×м; N=164 кН;--PAGE_BREAK--
2) M=-197,5 кН×м; N=344 кН;
Давление кранов Dmax=1564 кН.
Прочность стыкового шва проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны.
1-я комбинация М и N;
наружная полка
/>
внутренняя полка
/>
2-я комбинация М и N;
наружная полка
/>
внутренняя полка
/>
Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия по формуле:
/>
Принимаем tтр=1,4см.
Усилие во внутренней полке верхней части колонны (2-я комбинация)
/>
Длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (lш2)
/>
Применяем полуавтоматическую сварку проволокой марки Св-08А, d=l,4...2 ми, βш=0,9; βс=1,05. Назначаем kw==4 мм; γywCB=γycCB=1; RywCB=180 МПа==18 кН/см2; RycCB= 165 МПа = 16,5 кН/см2;
/>
В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы. Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (lшЗ) составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы. Такой комбинацией будет сочетание 1, 2, 5*, N=380кН, M=-219.5кН×м. Усилие во внутренней полке верхней части колонны (2-я комбинация)
/>
Коэффициент 0,9 учитывает, что усилия M и N приняты для 2-ого
основного сочетания нагрузок. Требуемая длина шва
/>
Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы определяем высоту траверсы hтр:
/>
tCT.B=7.6мм – Толщина стенки 45Б1; Rср=14 кН/см2 – Расчетное сопротивление срезу. Принимаю hтр=80см.
Проверим прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями N, M и DMAX.Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 420х12мм, верхнее горизонтальное ребро из двух листов 180х12мм. Найдем геометрические характеристики траверсы. Положение центра тяжести траверсы:
/>
/>
Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает при 2-й комбинации усилий:
/>
Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов:
/>
Коэффициент k=1,2 учитывает неравномерную передачу кранового усилия.
/>
Расчет и конструирование базы колонны.
Ширина нижней части колонны превышает 1 м, поэтому проектируем базу раздельного типа.
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4-4):
1) M=1227 кН×м; N=1845 кН (для расчета базы наружной ветви);
2) М=-560 кН×м; N =221 кН (для расчета базы подкрановой ветви).
/>
База наружной ветви. Требуемая площадь плиты
/>
По конструктивным соображениям свес плиты c2 должен быть не менее 4см._ТогдаB>bк+2с2=45,1+2×4=53,1см,_принимаемB=55см; Lтp=Aпл.тp/B=2100/55=38,2см, принимаем L==40 см;
Aпл.Факт=40×55=2200 cм2>Aпл.тp
Среднее напряжение в бетоне под плитой
/>
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно: 2(bn+tct-Zo)= =2×(18+1,4-5)=28,8см.
при толщине траверсы 12 мм c1=(40-28,8-2×1,2)/2=4,4 см.
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты
участок 1 (консольный свес с=с1=4,4см)
/>
участок 2 (консольный свес с=c2=5 см)
/>
участок 3 (плита опертая на четыре стороны b/a=42,3/18=2,35>2;α=0,125)
M3=ασфa2=0,125×0,864×182=35кН×см
участок 4 (плита опертая на четыре стороны b/a=42,3/8,2=5,16>2;α=0,125);M4=ασфa2=0,125×0,864×8,22=7,26кН×см
Принимаем для расчета Мmax=Мз=35 кН×см
Требуемая толщина плиты:
/>
Принимаем tпл=32 мм (2 мм — припуск на фрезеровку).
Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, d=l,4...2 мм; kш= 8 мм. Требуемая длина шва определяется по формуле
/>
Принимаемhtp=40 см.