Конструирование шарнирного узла сопряжения стропильной фермы с колонной. Конструкция опорных узлов ферм зависит от способа сопряжения фермы с колонной.

Конструкция опорных узлов ферм зависит от способа сопряжения фермы с колонной.

При шарнирном сопряжении наиболее простым является узел опирания фермы на колонну сверху с использованием дополнительной стойки (надколонника). При таком решении возможно опирание ферм как на металлическую, так и на железобетонную колонну. Аналогично решается и узел опирания стропильной фермы на подстропильную. Опорное давление фермы Fф передается с опорного фланца фермы через строганые или фрезерованные поверхности на опорную плиту колонны или опорный столик подстропильной фермы. Опорный фланец Для четкости опирания выступает на 10-20 мм ниже фасовки опорного узла. Площадь торца фланца определяется из условия смятия (при наличии пригонки).Верхний пояс фермы конструктивно на болтах грубой или нормальной точности прикрепляют к фасонке надколонника. Для того чтобы узел не мог воспринять усилия от опорного момента и обеспечивал шарнирность сопряжения, отверстия в фасовках делают на 5-6 мм больше диаметра болта.

Горизонтальные усилия от опорного момента H1>=M1/hОП воспринимаются узлами крепления верхнего и нижнего поясов. Последний дополнительно воспринимает усилие от распора рамы HР. В большинстве случаев опорный момент фермы имеет знак минус, и сила H1 как и HР, прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Напряжения по поверхности контакта невелики и их можно не проверять. Если сила H=H1+HP отрывает фланец от колонны (при положительном знаке момента), то болты крепления фланца к колонне работают на растяжение и их прочность следует проверить с учетом внецентренного относительно центра болтового поля приложения усилия.

Швы крепления фланца к фасонке воспринимают опорную реакцию фермы Fф и внецентренно приложенную силу H (центр шва не совпадает с осью нижнего пояса). Под действием этих усилий угловые швы работают на срез в двух направлениях.

Если линия действия силы H1, не проходит через центр фланца, то швы и болты рассчитывают с учетом эксцентриситета.

В случае действия больших опорных моментов и при необходимости повышения жесткости узла сопряжения ригеля с колонной целесообразно выполнить соединение верхнего пояса с колонной на сварке.

Опирание стропильных ферм на подстропильные выполнятся в большинстве случаев по шарнирной схеме. При неразрезных стропильных фермах для обеспечения жесткости узла необходимо перекрыть верхние пояса стропильных ферм накладкой, рассчитанной на восприятие усилия от опорного момента. В узле нижнего пояса это усилие прижимает фланец фермы к стойке, и дополнительные элементы для его восприятия не требуются

Конструирование и расчет баз внецентренно-сжатых колонн сквозного сечения.Базу колонны нужно запроектировать раздельной, с траверсами.

Необходимо определить размеры плит под ветвями, толщину плит, высоту траверс из условия прикрепления к ветвям сварными швами, а также проверить швы крепления траверсы к плите. Проектирование баз под ветвями аналогично проектированию баз центрально-сжатых колонн. Расчетными усилиями являются наибольшие усилия в ветвях в нижнем сечении нижней части колонны. Кроме того, нужно проверить, существует ли сочетание нагрузок, при котором появляются растягивающие усилия в какой либо ветви колонны. При определении расчетной комбинации усилий в этом случае усилия от постоянной нагрузки следует принимать с коэффициентом 0,9. Если при каком-либо сочетании нагрузок получается растягивающее усилие в ветви, то оно должно быть воспринято анкерными болтами. Условие прочности крепления колонны в этом случае N в ≤ nф • Rbа • Аb n • х ф / х в , (11.1) где nф – количество фундаментных болтов ветви, работающей на растяжение ; Rbа – их расчетное сопротивление /1/; Аb n – расчетная площадь сечения болта /1/; хв – расстояние от центра тяжести ветви до центра тяжести сечения колонны; хф – расстояние от линии действия равнодействующей усилий в фундаментных болтах ветви до центра тяжести сечения колонны. Величина хв принимается конструктивно. Расчет и конструирование базы

Нагрузка

Продольная сила и изгибающий момент составляющие невыгодную комбинацию, принимаются по табл. 5 для сечений “в заделке”.

где -расчетное сопротивление сжатию материала фундамента( для бетона класса)

Рис.8 База колонны

Участок 1 ─ консольный

где ─ нагрузка приходящаяся на плиту шириной 1 м;

─ вылет консоли.

Участок 2 ─ опирание на 4 стороны

где ─ коэффициент, определяется по прил. 4[3] табл.1 в зависимости от соотношения короткой закрепленной стороны к свободному краю

Участок 3 ─ опирание на 3 стороны

где ─ коэффициент, определяется по прил. 4[3] табл.1 в зависимости от соотношения короткой закрепленной стороны к свободному краю Толщина опорной плиты

поэтому принимаем

Определение нормативных и расчетных изгибающих моментов и поперечных сил для подкрановых балок .

Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Для определения наибольших изгибающих моментов и поперечных сил устанавливаем краны в невыгоднейшее положение (рис. 6.2.1).

Наибольший изгибающий момент от вертикальных давлений колес двух мостовых кранов:

где –𝛾_n=0.95-коэффицент надежности по назначению [2];

- 𝛾_f=1.1- коэффициент надежности по нагрузке[2];

-k_д=1.1 – коэффициент динамики, для режима работы мостового крана 7К.

Расчетный момент с учетом собственного веса подкрановых конструкций равен:

где a =1,05– коэффициент, учитывающий влияние собственной массы подкрановых конструкций на значение максимального изгибающего момента.

Расчетный изгибающий момент от горизонтальных усилий равен:

Рис.6.2.1. Определение усилий M_max и Q_max при загружении подкрановой балки

двумя четырехколесными кранами.

Согласно указаниям норм [2], подкрановая балка загружается нагрузкой от двух максимально сближенных мостовых кранов, при этом грузы на крюках номинальные, а тележки вплотную приближены к данному ряду подкрановых балок (рис.5).

Для определения максимальных изгибающих моментов в подкрановой балке, действующих в вертикальной и горизонтальной плоскостях, используется правило Винклера.

Конструирование узла сопряжения подкрановых балок с колонной пром зданий

В узлах опирания подкрановых балок на колонны происходит пере­дача больших вертикальных и горизонтальных усилий. Вертикальное давление разрезных подкрановых балок передается на колонну обыч­но через выступающий фрезерованный торец опорного ребра (рис. 15.17, а). Рассчитывают и конструируют опорное ребро так же, как и у обычных балок (см. гл. 7, § 5).

В неразрезных балках вертикальное давление передается через опорные ребра, пристроганные к нижнему поясу, а между поясом и опорной плитой колонны ставят прокладку (рис. 15.17,6).

В неразрезных подкрановых балках на опоре смежного, незагру­женного пролета возникает отрицательная (направленная вниз) реак­ция. Анкерные болты, прикрепляющие балку к колонне, должны быть рассчитаны на это усилие.

Для восприятия горизонтальных поперечных воздействий кранов устанавливают дополнительные элементы крепления балок к колоннам (рис. 15.18, а). Эти элементы рассчитывают на горизонтальное уси­лие Hi

При наличии нескольких элементов крепления (например, стержней и накладок крепления тормозных конструкций к колонне) горизон­тальное давление F_T распределяется между ними пропорционально жесткостям. В запас несущей способности можно каждый элемент крепления рассчитывать на полное давление F?.

При проектировании узлов крепления подкрановых конструкций к колоннам сле­дует учитывать особенности их действительной работы. При проходе крана балка про­гибается и ее опорное сечение поворачивается на угол φ (рис. 15.18,6). Под влиянием температурных воздействий (особенно в горячих цехах) подкрановые конструкции удли­няются (укорачиваются), что приводит к горизонтальным смещениям опорных сечений относительно колонн. В результате элементы крепления получают горизонтальные пе­ремещения А_н.

За счет обжатия опорного сечения балок и обмятия прокладок под опорными реб­рами элементы крепления получают также вертикальное смещение Av (см. рис. 15.18,6). Если конструкции креплений обладают достаточной жесткостью и препятствуют об­жатию и повороту опорных сечений, то в элементах крепления возникают большие уси­лия, вызванные перемещениями Ан и Av, что при многократных повторных нагружениях приводит к усталостному разрушению элементов крепления. Это подтверждается результатами натурных обследований.

Поэтому конструкция крепления балок к колоннам в горизонтальном направлении должна обеспечивать передачу горизонтальных поперечных сил, допуская при этом свободу поворота и продольного смещения опорных сечений.

Для того чтобы обеспечить свободу продольных и вертикальных перемещений эле­ментов крепления, применяют два типа узлов. В узлах 1-го типа поперечные горизон­тальные воздействия передаются через плотно пригнанные к полкам колонны элемен­ты (упорные планки), допускающие за счет проскальзывания свободу перемещений опорных сечений (рис. 15.19, а). Поскольку со временем контактные поверхности об­минаются и в соединении образуется люфт, упорные элементы целесообразно крепить (для возможности их замены) на высокопрочных болтах. В узлах 2-го типа балки крепятся к колоннам с помощью гибких элементов. При малой жесткости этих элемен­тов дополнительные усилия, возникающие в них от перемещений Ан и Av, невелики. В качестве гибких креплений используются листовые элементы или круглые стержни. В узле, показанном на рис. 15.19,6, горизонтальные поперечные силы восприни­маются гибкими круглыми стержнями. При больших горизонтальных нагрузках каж­дая балка может крепиться двумя или тремя болтами, расположенными один над дру­гим. Достоинством такого крепления являются возможность рихтовки балок и простота его замены.

В зданиях с кранами особого режима работы при расчете элементов крепления рекомендуется учитывать дополнительные усилия, возникающие от перемещений А_н

Изгибающий момент в элементе крепления, возникающий от пере­мещений, определяется как в балке с защемленными концами (см. рис. 15.18,0):

От перекоса опорного ребра балки на крепление передается также дополнительное горизонтальное усилие Н_е (см. рис. 15.18, г), возника­ющее за счет смещения равнодействующей опорного давления F_R с оси балки:

По экспериментальным исследованиям величину е можно принять равной 1/б ширины опорного ребра b.

В зданиях с большим перепадом температур (неотапливаемые зда­ния, горячие цехи) при расчете элементов крепления следует также учитывать усилия, возникающие от температурных воздействий, или проектировать крепления, обеспечивающие свободу перемещений (на­пример, с передачей усилий через упорные элементы).

Проверка местной устойчивости стенки подкрановой балки

Стенка подкрановой балки испытывает местные сжимающие напряжения в результате перемещения колес мостовых кранов по подкрановым рельсам. Стенка подкрановой балки также укрепляется парными поперечными ребрами жесткости, максимальное расстояние между которыми не должно превышать обычно a = 1; 1,5; 2 м (рис.12).опасное сечение =4*а-0,5hw

Проверяем местную устойчивость стенки балки среднего отсека см:

Нормальное напряжение в "опасном" сечении отсека

Расчетный изгибающий момент в пролетном отсеке равен

Расчетная поперечная сила в приопорном отсеке равна

Усредненные касательные напряжения в "опасном" сечении отсека

Рис. 6.5.1. К расчету устойчивости отсеков стенки подкрановой балки

Местные сжимающие напряжения:

где g_f1=1,1– коэффициент увеличения вертикальной сосредоточенной силы на отдельное колесо мостового крана;

– расчетная нагрузка на колесе крана без учета динамичности;

см – условная длина распространения местных сжимающих напряжений;

c – коэффициент, принимаемый для сварных балок равным 3,25;

I_{р, f} =I_р+I_f – сумма собственных моментов инерции подкранового рельса I_р = 1083,3 сми верхнего пояса подкрановой балки I_f.

Критическое нормальное напряжение:

При ;

и фор. 77[1]

кгс/см²,

где – коэффициент, определяемый по табл. 25 [1].

- определяем условную гибкость стенки балки

в соответствии с п. 7.10 [1], стенку балки необходимо укрепить поперечными ребрами жесткости. Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать см. Принимаем расстояние между поперечными ребрами жесткости a=1,5 м.

Максимальное расстояние между поперечными ребрами жесткости (в осях) устанавливается в зависимости от условной гибкости:

при при

Ребра жесткости представляют собой пластины (полосы) толщиной

Толщину ребра принимаем

Ширину ребра жесткости принимаем

Критическое напряжение от местного давления колес

кг/см²,

где c₁=53.68– коэффициент, принимаемый для сварных балок по табл. 23 [1];

– условная гибкость стенки (в продольном направлении отсека).

Критическое касательное напряжение: кг/см²,

где расчетное сопротивление стали срезу.

- отношение большей стороны отсека к меньшей,

– условная приведенная гибкость.

Устойчивость стенки в среднем отсеке балки обеспечена.

Последовательность подбора сечения сплошного внецентренно-сжатой колонн промышленных зданий

Определение расчетных длин

а) в плоскости поперечной рамы

где ─ коэффициент расчетной длины для верхнего участка одноступенчатой колонны;

в зависимости от n и по таблице 67 [1]

-высота подкрановой части колонны

б) из плоскости поперечной рамы

где ─ расстояние между узлами закрепления надкрановой части колонны, которыми являются связевые элементы, расположенные на уровне нижнего пояса стропильной фермы и элементы тормозной конструкции подкрановой балки (рис.1).

Расчетная комбинация изгибающего момента и продольной силы выбирается из табл. Комбинации расчетных усилий для характерных сечений, расположенных в надкрановой части колонны. Для шарнирного сопряжения ригеля с колоннами характерным сечением является сечение "выше уступа".

Компоновка поперечного сечения надкрановой части колонны

Требуемая площадь перечного сечения определяется по формуле Ф. С. Ясинского:

где ─ эксцентриситет приложения продольной силы;

─ ширина надкрановой части колонны (высота сечения).

Проверка устойчивости подобранного сечения