Розраховуємо ригель рами — ферму з паралель­ними поясами (рис. 6.65). Матеріал ригеля — сталь марки 09Г2С-12, що постачається за ГОСТ 19282-73. Коефіцієнт надійності щодо призначен­ня уп = 0,95.

Визначення розрахункових навантажень. На ригель рами діють навантаження, прикладені до ригеля (від маси покриття і несучих конст­рукцій, снігового навантаження) і до колон рами (вертикальний тиск коліс крана, горизонтальне гальмування візочка крана, вітрове навантаження).

Постійне навантаження проілюстроване на рис. 6.66, а.

Розрахункове розподілене лінійне наванта­ження від маси покрівлі і несучих конструкцій

Приймають з розрахунку рами:

0,2-1,05 = 1,74 кН • м. = 1,74-12-3 = 62,62 кН;

Q = 1,95 кН/м2; те ж саме без урахування маси ліхтаря: Я' = Я ~ <Ї2 * п = 1,95 - п і. і пс _ , „TJ. ~2 Вузлові сили: Fl = F2 = F3 = q'-B-d

Д'-В-d q-B-d З- 1,95-12 2 + 2 2 +

3-1,74-12

66,4 кН;

F5 = F6 = q-B-d= 1,95 -12-3 = 70,2 кН.

Сили F0 і FJ прикладені до колон і в розрахунках ферми їх не беруть до уваги. Снігове навантаження становить (рис. 6.71, б, е): для варіанта 1

С, = 0,8; с2 = 1 + 0,1о/Ь = 1 + 0,1 -12/12 = 1,1;

/V,

Ві

А?---------

Для варіанта 2

С з = 1+0,6-jr - = 1+0,6 - 12/3,5 = 3,06; .Ьф

С4 = 1+0,4-^- = 1+0,4 • 12/3,5 = 2,37 < 2,5. ■Ьф

Приймаємо с4 = 2,37. Тут S^ = ііф = 3,5 м.

Запишемо розподілене лінійне навантаження від

Розрахункового снігового навантаження на різних

Ділянках:

Для варіанта 1

S = 8,4 кН/м;

Sj = s-cі = 8,4-0,8 = 6,72 кН/м; s2 = 8,4-1,1 = 9,24 кН/м; s3 = 8,4-3,06 = 25,7 кН/м; s4 = 8,4-2,37 = 19,91 кН/м.

Снігове навантаження для варіанта 2 врахо­вується тільки під час розрахунку стояків, до яких прикладене навантаження, в інших випад­ках використовують варіант 1. Вузлові сили: варіант 1

Fu = F2s = F3s = s2- d = 9,24 • 3 = 27,72 кН;

F4s = s2 • 1,5 + Sj-1,5 = 6,72-1,5 +

+ 9,24 • 1,5 = 23,94 кН;

F5s = F6s = F7s = sr 3 = 6,72-3 = 20,16 кН;

Варіант 2

Fu =F2s = s ■ 3 = 8,4 • 3 = 25,2 кН;

F'3s = s • 1 + s3 • 2 = 8,4 + 25,3 ■ 2 = 59 кН;

F'is = s3 ■ 1,5 = 25,3 • 1,5 = 37,95 кН;

F^s = F'es = F'ls = 0;

F'Bs = s4.1,5 = 19,91 • 1,5 = 29,8 кН;

Fgs = s4 • 2,0 + s • 1 = 19,91 • 2 + 8,4 = 48,22 кН;

Fm = F{ls = 25,2 КН.

Опорні моменти (від кожного з навантажень) і нормальні сили приймають з розрахунку рами: Від маси покриття і несучих конструкцій:

Мтв = Мпр = -915,7 кН-м; N = -60,2 кН.

Від снігового навантаження:

Млів = Мпр = -329,3 кН-м; TV = -22,3 кН.

Від вертикального тиску коліс крана:

Млів = 22,1 кН-м; Мпр = -139,0 кН-м;

І=1,5% Рис. 6.65. Схема ферми.

Bill 0.5м

С2=1.1

Cj-40,1 9/to

С2 =0,.

Перший варіант

*ір

ГВр'

ІЇТГ

Ар

Рис. 6.66. До прикладу розрахунку ферми: а — схема постійного навантаження; б, в — схеми снігового навантаження.

NMiB = -116 кН; Nnp = -59,4 кН. Від поперечного гальмування:

-136,4 кН-м; М,

-90,9 кН-м; -11 кН.

Від вітрового навантаження:

Від снігового навантаження (1 варіант):

Кл, = Fu + F2s + F3s + F4s + F5s + 0,5F6s =

= 27,72 + 27,72 + 27,72 + 23,94 + 20,16 + + 0,5-20,16 = 137,34 кН.

Від снігового навантаження на половині прольоту

Fls ■ 2,5+F, s ■ 5,5+F:)s ■ 8,5+F4s • ll,5+F5s • 14,5+0,5 • 17,5 • F6s

Й/ъ,-

35

Максимальна гнучкість прийнятого стержня така:

I f

Ху = = 300/6,34 = 47,32 < [120]. гу

За табл. 1 додатка 8 приймаємо (pmjn = 0,834. Перевіряємо стійкість стержня: Yn' N 0,95-1420-10

= 330 МПа <

Фтіп • А 0,834-53,4

27,72 • 2,5 + 27,72 • 5,5 + 27,72 • 8,5 + 23,9 • 11,5 35

20,16- 14,4 + 0,5 -20,16- 17,5

35

R„, =

27,72(32,5 - і- 29,5 + 26,5) + 23,9 • 23,5 + 20,16(20,5 + 0,5 • 17,5) 35

= 102,99 КН.

Від одиничного опорного моменту (М = 1) на опорі

А...

М _ J_ L ~ 35

-Ra = Rb = — = — = -0,02857 кН.

Від одиничного моменту (+М = 1) на правому

Стояку:

Ra = -RB = -J- = —^r = -0,02857 кН.

Визначаємо зусилля в стержнях ферми окремо від кожного виду навантаження за допомогою діаграми Максвелла-—Кремони (рис. 6.67, г, 6.68) і заносимо їх значення в табл. 6.15.

Визначення розрахункових довжин. У фермах з гнутозварних замкнених профілів з без - фасоновими вузлами як в площині, так і з пло­щини ферми приймають, що коефіцієнт зведення довжини для поясів і опорних розкосів дорівнює 1,0; для інших елементів — 0,9. Геометричні до­вжини стержнів у площині ферми для верхнього поясу становлять 3, для нижнього — 6 м, для стержнів решітки — відстані між вузлами ферми (табл. 6.16).

Підбір перерізів стержнів ферми. У фермі є центрово-стиснені і центрово-розтяг - нені стержні. Підбір перерізів починаємо зі стержня 9-В (див. рис. 6.65). Розрахункове зусил­ля становить 1420 кН, розрахункові довжини — h-[,x = hi. у = И ' 'г< ом = 1 ' 300 = 300 см. Приймаємо переріз із гнутозамкнених зварних прямокутних профілів. Приблизно визначаємо потрібну площу перерізу (приймаємо Ry = 330 МПа).

Yn • N _ 0,95 • 1420 - 10 _

(0,6-0,9) VYc О'75-330'1

= 54,5 см2.

За даними табл. 1 додатка 9 приймаємо гнутий замкнений зварний профіль 200x160x8 з геомет­ричними характеристиками:

= 34,31 кН;

А = 53,4 см2; іх = 7,54 см; іу = 6,34 см.

< Yc Ry = 1-330 = 330 МПа.

Добираємо переріз розтягненого стержня 8—Н (див. рис. 6.65). Розрахункове зусилля N — = 1375,0 кН. Тоді

Аіаі —

Yn ' N = 0,95 • 1375 • 10 _ 1-330-0,95

41,67 CM",

A-Ry - Yc

Де а — коефіцієнт ослаблення стержня отворами під болти приймають для зварних конструкцій рівним 1.

За таблицями 2 додатка 9 приймаємо переріз 160x7:

А = 41,6 см2; іх — іу — 6,2 см.

Перевіряємо гнучкість стержня у вертикаль­ній площині:

Хх = 600/6,2 = 96,8 < [250].

Визначаємо напруження

Yn' N 1375-10-0,95

314,0 МПа =

41,6

= Yc 'Ry = 314 МПа.

Аналогічно підбираємо перерізи інших стержнів. При доборі слід максимально повно використо­вувати метал. При недонапруженні сталі пере­різу першої проби переріз необхідно зменшити і знову перевірити напруження. Перерізи стерж­нів з малим навантаженням можуть лімітуватися граничною гнучкістю, а не напруженням. При кінцевому виборі перерізів стержнів треба мати на увазі, що з умови виготовлення ферм залежно від прольоту допускається 5-6 типорозмірів про­філів. Кінцеві результати вибору перерізів стержнів, перевірки гнучкості та напружень у них наведені в табл. 6.16.

Розрахунок вузлових з'єднань у фер­мах із гнутозварних замкнених профілів. Опорний вузол 1. Прикріплення стержня 1=2,

_ 2 = -654,9 кН.

Довжина швів

Lw = 2Ь + 2h/cos а = 2 • 16,0 + 2 '1 ^jf8'2 =

= 81,7 см.

Несуча здатність кутових швів (kf = 4 мм) Р/ • kf ■ lw ■ Ywf ■ Rwf = 0,9 - 0,4 ■ 81,7 ■ 0,85 x x 280-10^ = 700 кН > 654,9 кН.

Рис. 6.67. Діаграми зусиль: від постійного навантаження; б — від снігового навантаження; в — від снігового навантаження на половині прольоту.

0.0285 7

0.327J> /7777

0.321

(

2 0.3034 5 0.2474 8 0.1914 ё 0,1354 5' 0.0794 2 0.023Н

В. А.1

Рис. 6.68. Розрахункова схема (а) і діаграма зусиль (б) від одиничного моменту.

Б.1

Розрахункові зусилля в стержнях наскрізного ригеля рами Таблиця 6.15 Короткочасні навантаження Навантаження одиничного моменту Від М = 1 Від рамних моментів при навантаженні Розрахункові зусилля, кН Короткочасному Номери наванта­жень, що Позна­чення Постійне наванта­ження Від Від снігу Від сніго­вих На лівій опорі (за годин­нико­вою стріл­кою) На Лівій Постійному від маси конструкцій М = = -915,7 кН-м, N = —60.2 кН & 11 При невигідному Поєднанні інших Навантажень = 0,9 Елемент ферми Снігу по Правій опорі І пра­вій Від снігу по всьш прольоту М = = -329,3 кНм N = -22.3 кН Навантаження 2, 5, 7 Навантаження 4, 5, 8 Ня Кон­струкцій Всьо­му про­льо­ті Поло­вині про­льоту Ків" (II ва­ріант для снігу) (за годин­нико­вою стрілкою) Опо­рах при одно­знач­ній дії К £ S Я £ II -- о Її 1 § II И Я (X) - СІП « S і • §11 * « Н ПІ К О. Сі S >> О К к Af Ез |> s" |Т? £ и к S Я К II ю- Ю IS S 11 К « Rt К О, rt £ О У Поєднання + Верхній пояс 1-Ві 3- Вг 4- Вз 6- В4 7- Bs 9-Ве 0 -552 -552 -991 -991 -1028 0 -217 -217 -350 -350 -392 0 -156 -156 -222 -222 -196 -0,327 —0,276 -0,276 -0,220 -0,220 -0,163; 0 -0,051 -0,051 -0,107 -0,107 -0,1635 -0,327 -0,327 -0,327 -0,327 -0,327 -0,327 299,4 299,4 299,4 299,4 299,4 299,4 107,7 107,7 107,7 107,7 107,7 107,7 -219,1 -184,9 -184,9 -147 4 -147,4 -109,6 0 30,1 30,1 63,1 63,1 96,1 -219,1 -154,8 -154,8 -84,3 -84,3 -13,5 259,7 219,2 219,2 174,7 174,7 129,9 0 -23,7 -23,7 -49,8 -49,8 -76,1 259,7 195,5 195,5 124,9 124,9 53,8 1'; 2'; 6 1; 2а; 5 1; 2'; 5 1; 2'; 5 1; 2'; 5 1; 2 655,8 -902,1 -902,1 -1390,3 -1390,3 -1420 Нижній пояс 2-Н 5-Н 8-Н 278 761 994 110 297 381 82 202 219 0,304 0,248 0,192 0,023 0,077 0,135 0,327 0,327 0,327 -359,6 -359,6 -359,6 -130,0 -130,0 -130,0 -70,4 -70,4 -70,4 203,7 166,2 128,6 -13,6 -46,6 -79,6 119,7 47,4 -17,4 -115,1 -117,0 -118,9 -241,5 -197,0 -152,5 10.7 36.8 62,8 -345,9 -277,2 -208,6 1; 2'; 5 (1; la; 2'; 2'а; 5) 1; 2'; 5; 6 1; 2 496,7 1075 7 1375,0 -445,5 Розкоси і стояки 1-2 2- 3 3- 4 4- 5 5- 6 6- 7 7- 8 8- 9 9- 9 -449 394 -62,6 -305 217 -66,4 -124 46 -70,2 -177 153 -27,7 -116 77 -23,9 -44 14 -20,2 -133 106 -27,7 -67 28 -23,9 5 -33 -10,1 -25,2 37,95 0,037 -0,04Р 0 +0,04 -0,04 0 0,04 -0,04 0 0,037 0,04 0 -0,04 0,04 0 -0,04 0,04 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 24,8 -26,8 0 26,8 -26,8 0 26,8 -26,8 0 21,8 -23,6 0 23,6 -23,6 0 23,6 -23,6 0 46,6 -50,4 0 50,4 -50,4 0 50,4 -50,4 0 -29,4 31,8 0 -31,8 31,8 0 -31,8 31,8 0 -17,2 18,6 0 -18,6 18,6 0 -18,6 18,6 0 -46,6 50,4 0 -50,4 50,4 0 -50,4 50,4 0 1; 2'; 6 1; 2'; 6 1; 2 1; 2'; 6 1; 2'; 6 1; 4 1; 2'; 6 (1; 3'; 5) 1; 2 582,1 336,7 109,0 -654,9 -89,9 -459,8 -104,1 -214,0 -34,4 -90,4 Номери наван­ 1 2(2') З(З') 4 1, а 2а (2'а) 5 6 Тажень

Таблиця 6.16 Підбір перерізів стержнів ферм із гнутозварних замкнених профілів Елемент ферми Позначення Розрахункові зусилля, кН Переріз, мм Площа перерізу, см2 Розрахункова довжина, см Радіус інерції, см Максимальна гнучкість Фтіп Розрахун­кове Г* Іу Іх Ч А, у 'с Напружен­ня, МПа Верхній пояс 1-Ві 3-В2, 4-Вз, 6-В4, 7-В5 9-В6 655,8 -902,1 -1390,3 -1420 140x100x5 160x6 200x160x8 200x160x8 23,1 36,0 53,4 53,4 250 300 300 300 250 300 300 300 5,17 6,21 7,54 7,54 4,90 6,21 6,34 6,34 48,31 62,5 48,31 47,3 47,3 0,828 0,834 0,834 0,95 1,0 1,0 1,0 269,7 289,0 296,6 303 Нижній 2-Н 5-Н 8-Н 496,7 (-445,5) 1175,6 1375,0 160x4 160x6 160x7 24,6 36 43 550 600 600 550 1200 1200 6,32 6,21 6,15 6,32 6,21 6,15 87 193,2 195,1 0,523 1,0 0,95 0,95 329,0 298,8 319,8 Розкоси і стояки 1-2 2- 3 3- 4 4- 5 5- 6 6- 7 7- 8 8- 9 9- 9 -654,9 582,1 -89,9 -459,8 336,7 -104,4 -214,0 109,0 (-34,1) -90,4 160x5 140x60x6 100x60x3 160x4 100x60x4 100x60x4 140x100x4 120x80x4 100x60x3 30,4 22,8 9,27 24,6 12,3 12.3 18,6 15.4 9,27 388 380 267 380 380 267 390 380 267 388 380 267 380 380 267 380 380 267 6,29 4,68 3,64 6,34 3,56 3,56 5,24 4,33 3,64 6,29 2,4 2.4 6,34 2,38 2,38 4.5 3,16 2,4 61,7 59,9 158.3 111.4 160 112.3 93,8 120 111.4 0,748 0,362 0,763 0,357 0,484 0,362 1,0 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 273,6 303 318 291 325 282 282 84 320

Прикріплення стержня 2—Н, N2-h = 496,7 кН. Довжина швів

2-16-388,2

L, = 2b + 2-h -

Sin а 297

Несуча здатність кутових швів (kf = 4 мм)

Р/ • kf ■ lw ■ ywf ■ Rwf = 0,9 • 0,4 • 73,8 - 0,85 x

X 280 • 10~' = 632,3 kH > 496,7 кН.

Вузол 2. Прикріплення стержня 2—Н, N^-н ~ = 496,7 кН. Довжина швів, що прилягають до вертикальної діафрагми (зліва і справа):

Гю = 2(Ьл + Ю = 2(16 + 16) = 64 см;

Гю = 2(b„ + hn) = 2(16 4- 16) = 64 см.

Несуча здатність стикових швів при фізичних методах контролю за якістю швів:

0,95 • А • Ruy = 0,95 • 24,6 • 0,85 • 330 • 10"1 =

= 665,5 кН > 496,7 кН.

Тут Rwy = 0,85%

Несуча здатність кутових швів (к{ = 4 мм):

(if - kf - lw - Rnf • уwf = 0,9 • 0,4 • 64 - 0,85 • 280 x

X 10-1 = 548,4 kH > 496,7 кН.

Прикріплення стержня 2—3, N2—з = 582,1 кН. Довжина швів

Іш=2Ь + 2-^—=2-14+ 2' 6:Q3788'6 = 43,7 см. sin а 297

Несуча здатність стикових швів при фізичних методах контролю за якістю шва:

0,95 • 22,8 - 0,85 • 330 ■ 10"1 =

= 607,5 H > 582,1 кН.

Прикріплення стержня 3—4, N:, 4 = —87,8 кН. Довжина швів, що прилягають до горизонталь­ного листа,

Lw = 2(Ь + h) = 2(10 4- 6) = 32 см.

Несуча здатність кутових швів (kf = 3 мм):

Р/' kf • lw • уwf ■ Rwf = 0,9 • 0,3 • 32 • 0,85 x

Х280-10"1 = 250,6 kH > 87,8 KH.

1

73,8 см.

2-16,0

Прикріплення стержня 4—5, N4_5 = -459,8 кН. Довжина швів

Lw=2b + 2—^— = 2 - 16 + 2 ' ЦІ" 422 = 77,5 см. sin а 2У /

Несуча здатність кутових швів (kf = 4 мм):

Рfkflw - ywf ■ RWf = 0,9 • 0,4 - 77,5 • 0,85 х

Х 280 • 10"1 = 664 кН > 459,8 кН.

Розрахунок монтажного з'єднання фер­ми (нижній пояс). Вузол 3. Знаходимо потрібну несучу здатність одного болта на розтяг: JV8_H = 1375,0 кН, кількість болтів — вісім;

М NS_H 1375 _ „

8

8

N ■"•ВП-ПР J^

ДО*™ =—^— = г: = 171,9 кН.

* в. пр

Потрібна площа болта

171,9-10 . _„ 2

400 = 4-30 см ■

4t

Де Rbt = 400 МПа — розрахунковий опір болтів за табл. 6 додатка 6.

Приймаємо болти діаметром 27 мм з площею по­перечного перерізу (одного) АЬп = 4,59 см. Роз­раховуємо катет шва, який кріпить торець гну­того профілю до фланця:

N•10 171,9-10_______

К,=

Рf-lw - Rwf ■ УШ/ ■ 0,95 • 0,9 • 64 • 280 • 10"' = 1,12 см.

Приймаємо катет шва kf = 8 мм (зварювання на­півавтоматичне при d = 1,4...2,0 мм), компенсація шва за рахунок приварених ребер.

Графічна частина до прикладу. Крес­лення розроблені на основі розрахунку конструк­цій сталевого каркасу поперечної рами однопо­верхової однопролітної промислової споруди. Вони подаються на трьох аркушах формату А-3, тобто:

1) аркуш № 1 (рис. 6.69) — план цеху, зв'язки по верхніх поясах ферми, зв'язки по нижніх по­ясах ферми, поперечні та поздовжні перерізи, схема торцевого фахверку;

2) аркуш № 2 (форзац на початку підручника) — загальний вигляд колони, розробка вузлів та еле­ментів бази і з'єднання надкранової і підкранової частин (на форзаці);

3) аркуш № 3 (форзац наприкінці підручника) — геометрична схема ферми, відправний елемент ферми, вузли, специфікація металу на відправ­ний елемент (на форзаці).