Конструирование и расчет уступа ступенчатой колонны промышленного здания.

Конструктивное решение уступа колоны промышленного здания приведено на рисунке.

Поперечное сечение уступа приведено на рисунке ниже. Высота траверсы l_тр назначается в пределах (0,5÷0,8)∙b_н. Нагрузка. Сопряжение надкрановой и подкрановой частей колонны принято рассчитывать на продольную силу N и изгибающий момент М, взятые по таблице «расчетные усилия» для сечений «выше уступа». При этом составляющая момента должна догружать внутреннюю полку с прорезью, заводимую на стенку траверсы. Усилие во внутренней полке:

где ширина надкрановой части колонны.

Необходимо задаться катетом углового шва k_f и определить протяженность сварного шва, крепящего внутреннюю полку к стенке траверсы:

,

где параметры знаменателя определяются в соответствии с указаниями [1].

30. Последовательность подбора сечений прокатных прогонов.

На прокатную балку передается с настила полезная (временная) нагрузка, определяемая как нормативная равномерно распределенная по площади р^н. Так как собственные массы прокатной балки и настила еще неизвестны, то эта нагрузка определяется как нормативная равномерно распределенная по площади g^н. «Грузовая» площадь для прокатной балки настила а*l₂. Погонная норматив. нагрузка на балку длиной l₂ собирается с «грузовой» площади шириной а:

Расчетное значение погонной нагрузки:

где γ_fg=1,05; γ_fр=1,2–коэффициенты надежности по нагрузке. Расчетный максимальный изгибающий момент в пролете:

Расчетная попереч. сила на опоре:

Подбор сечения. При изгибе балки настила в одной плоскости и упругой работе стали номер прокатного профиля определяют по требуемому моменту сопротивления:

где R_у–расчетное сопротивление стали, взятое по пределу текучести; γ_с–коэффициент условий работы.

В соответствии с принятым типом сечения балки настила (прокатный двутавр) по сортаменту выбирается ближайший номер профиля, у которого W_х≥W_тр. Проверка прочности прокатной балки:

а) по нормальным напряжениям

Недонапряжение в %:

Проверка деформативности (жесткости). Прогибы балки от действующих нагрузок не должны превышать предельных значений, установленных нормами проектирования. Относительный прогиб определяется по формуле:

где - модуль упругости стали, - момент инерции двутавра относительно нейтральной оси х-х,

Прогоны воспринимают нагрузку от кровли и передают ее на стропильные фермы. Прогоны могут быть сплошного сечения и решетчатые.

Прогоны сплошного сечения тяжелее решетчатых, но значительно проще в изготовлении и монтаже. Их применяют, как правило, при шаге стропильных конструкций 6 м. Для сплошных прогонов обычно используют прокатные швеллеры, а также гнутые профили швеллерного, С-образного и -образного сечений (рис. 2.38). При больших нагрузках сечение прогонов может быть принято из прокатного двутавра.

Экономичными по расходу стали являются прогоны, выполненные в виде перфорированных балок (§5.9 [1]), балок с гофрированной или гибкой стенками (§§ 5.7 и 5.8 [1]). Такие прогоны можно применить и при шаге стропильных конструкций до 12 м.

Прогоны сплошного сечения выполняют по разрезной и неразрезной схемам. При использовании неразрезных прогонов расход стали меньше, однако для упрощения монтажа чаще применяют разрезные прогоны.

Расчет прогонов выполняют на нагрузки от веса кровли, собственного веса прогонов, снега и ветра. В необходимых случаях учитывают нагрузку от пыли. При кровле с уклоном меньше 20° нагрузка от ветра (отсос) действует снизу вверх и разгружает прогоны. В этом случае нужно проверить прогон на возможность отрыва от несущих конструкций.

Вертикальную нагрузку на прогон определяют по формуле

(2.45) где g_k - расчетная нагрузка от веса 1 м² кровли; α - угол наклона кровли к горизонту (при уклоне кровли i ≤ 1/8 можно принять cosα = 1);s - расчетная нагрузка от снега; b - расстояние между прогонами; q_p - расчетная нагрузка от веса прогона.

Рис. 2.38. Типы сечения сплошных прогонов

Если покрытие имеет фонарные или другие надстройки или здание имеет перепады высот, то в этих местах образуются "снеговые мешки". Снеговые нагрузки в местах повышенного снегоотложения учитывают коэффициентом μ > 1 [6].

В общем случае прогоны, расположенные на скате кровли (рис. 2.39), работают на изгиб в двух плоскостях (косой изгиб). Составляющие нагрузки q_x и q_y равны:

q_x= q cosα; q_y= q sinα.(2.46)

Кроме того, поскольку кровля опирается на верхний пояс прогона от составляющей q_y, приложенной с плечом h/2 (рис. 2.39), возникает еще и крутящий момент M_t. Для того чтобы уравновесить этот момент, прогоны с сечением из швеллера следует устанавливать стенкой по направлению ската. В этом случае крутящий момент от составляющей q_y уравновешивается крутящим моментом от составляющей q_x и воздействием М_t можно пренебречь.

Необходимо также проверить общую устойчивость прогона (см. п.5.2.4 [1]). Если общая устойчивость прогона обеспечена связями или настилом, то можно учесть упруго-пластическую работу материала

Рис. 2.39. Схема действия нагрузки на прогон

Угол наклона кровли относительно невелик и скатная составляющая нагрузки q_y в 3 - 5 раз меньше q_x, однако жесткость прогона в плоскости ската мала (соотношение W_x / W_y для прокатных швеллеров составляет 1/7 ÷ 1/8) и напряжения от скатной составляющей получаются большими.

Чтобы уменьшить изгибающий момент от скатной составляющей, прогоны раскрепляют тяжами из круглой стали диаметром 18...22 мм (рис. 2.40, a), уменьшающими расчетный пролет прогона в плоскости ската. Тяжи ставят между всеми прогонами, за исключением конькового. В панелях у конька тяжи крепятся к стропильной ферме или к коньковому прогону вблизи опор.

Значения изгибающих моментов в плоскости меньшей жесткости прогона зависят от числа тяжей (рис. 2.40, б). При шаге ферм 6 м обычно ставят один тяж, при шаге 12 м и крутом скате лучше поставить два.

При постановке одного тяжа расчетный момент М_у в плоскости ската находится как опорный момент в двухпролетной неразрезной балке (в том же сечении, где М_х максимален). Значения изгибающих моментов при постановке двух тяжей даны на рис. 2.40, в.

Если кровельный настил крепится к прогонам жестко и образует сплошное полотнище (например, плоский стальной лист, приваренный к прогонам, или профилированный настил, прикрепленный к прогонам самонарезающими болтами и соединенный между собой заклепками и т.п.), то скатная составляющая будет восприниматься самим полотнищем кровли. В этом случае необходимость в тяжах отпадает и прогоны можно рассчитывать только на нагрузку q_x. Общая устойчивость прогонов обеспечивается элементами крепления кровельных плит или настила к прогонам и силами трения между ними. Однако, как показывают результаты обследования, силы трения при свободном опирании кровельных элементов недостаточны и в этом случае возможна потеря устойчивости прогона.

Рис. 2.40. Связи по прогонам:
а - схема размещения прогонов; б, в - к определению усилий в прогоне; 1 - фермы; 2 - прогоны; 3 - тяжи

Прогиб прогонов проверяют только в плоскости, нормальной к скату, он не должен превышать предельного, регламентируемого нормами [6].

Например, для прогонов, открытых для обзора, при пролете 6 м предельно допустимый прогиб составляет 1/200 пролета, при пролете 12 м - 1/250. Прогиб определяют от постоянных и временных длительных нагрузок.

Прогоны крепят к поясам ферм с помощью коротышей из уголков, планок, гнутых элементов из листовой стали.

Решетчатые прогоны обычно применяют при шаге стропильных ферм 12 м. Они могут иметь различные конструктивные решения (см. рис. 1.18).

Недостаток решетчатых прогонов - большое число элементов и узловых деталей и связанная с этим высокая трудоемкость изготовления. Поэтому наиболее целесообразен трехпанельный прогон, принятый в качестве типового. Верхний пояс этого прогона состоит из двух швеллеров. Элементы решетки из одного гнутого швеллера. Раскосы прикрепляются к верхнему поясу на дуговой или контактной сварке. Такое решение существенно упрощает изготовление и обеспечивает достаточную боковую жесткость.

В легких зданиях применяют также прутковые прогоны, в которых элементы решетки и нижний пояс могут быть выполнены из круглых стержней или одиночных уголков.

Решетчатые прогоны рассчитывают как фермы с неразрезным верхним поясом. Верхний пояс при этом работает на сжатие с изгибом (в одной плоскости, если отсутствует скатная составляющая нагрузки, или в двух плоскостях), остальные элементы испытывают продольные усилия.