Главная » Книжные издания

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 51

Стенки ветвей при Х„ > 2,3 следует укреплять поперечными ребрами жестко-

сти, которые допускается устанавливать только в узлах крепления соединительных решеток. Размеры таких ребер назначают по общим правилам проектирования центрально сжатых элементов сплошного сечения.

Для повышения сопротивления колонны скручиванию устанавливают диафрагмы (рис.4.7), которые располагают у торцов отправочных элементов. Предпочтение следует отдавать диафрагмам в плоскости раскосов, однако допускается выполнять диафрагму из отрезка швеллера 7, размещенного горизонтально, и ребер 2 В колоннах с одноплоскостной решеткой диафрагмы следует располагать не реже чем через 4 м.

Решетка сквозного стержня работает на поперечную силу, а при некоторых схемах воспринимает часть нормальной силы и изгибающего момента. Последнее обстоятельство не имеет практического значения как фактор, разгружающий ветви, так как с мощных ветвей снимается ничтожная часть усилий. Вместе с тем относительно слабая решетка оказывается существенно догружена и это необходимо учитывать при проектировании.

Усилие в раскосах решетки от поперечной силы вычисляют по формуле

(4.11)

где п - количество плоскостей решетки; а - угол между раскосом и ветвью.

Расчетная поперечная сила Q выбирается как большая из фактической силы, определенной при статистическом расчете рамы, либо условной Qfl, то есть потенциально возможной в момент потери общей устойчивости колонны, которая вычисляется по формуле СПиП [6].

Усилия в раскосах от продольных деформаций ветвей колонны, загруженной нормальной силой N и изгибающим моментом М, зависят от схемы соединительной решетки. По этому признаку схемы решеток можно разделить на три типа [7]: не воспринимающие Nk М, воспринимающие только Ж и воспринимающие Nk М.

К первому типу относится треугольная и полураскосная решетки (рис.4.9 а). Стойки полураскосной решетки испытывают незначительный изгиб при обжатии ветвей, который можно не учитывать. Еще меньший изгиб имеет место в раскосах треугольной решетки.

Рис.4.9. Схемы соединительной решетки а - не чувствительной к обжатию ветвей; б - участвуюш;ей в работе на нормальную силу; в - участвуюш;ей в работе на нормальную силу и изгибаюш;ий момент

Треугольная с распорками и крестовая решетки (рис.4.9 б) воспринимают часть продольной силы, но не реагируют на изгибающий момент. При расчете они могут быть заменены фиктивным элементом, размещенном в центре тяжести поперечного сечения. Раскосы таких схем работают на сжатие, распорки - на растяжение. При треугольной с распорками схеме решетки ветви испытывают изгиб, что весьма

отрицательно сказывается на их работе. Бытующее нредставление о повышении несущей способности стержня за счет сокращения расчетной длины ветви при установке распорок может оказаться ложным. При некоторых соотношениях геометрических факторов положительный эффект сокращения длины пояса не компенсирует отрицательное влияние его изгиба. Изгиб ветвей можно учесть путем замены коэффициента продольного изгиба ветви ф^, в формуле (4.7) коэффициентом фг, е, характеризующим сжатие с изгибом.

Ромбическая и ромбическая с распорками схемы решеток (рис.4.9 в) чувствительны и к нормальной силе и к изгибающему моменту. Их влияние на работу сечения можно учесть введением фиктивных элементов, расположенных по осям ветвей. Раскосы таких схем получают сжатие, распорки растяжение. Ветви колонны при ромбической решетке испытывают изгиб.

При определении дополнительных усилий в раскосах и изгибающих моментов в ветвях удобно использовать инженерную методику [7], основанную на введении в состав поперечного сечения фиктивных элементов (рис.4.9). После расчета стержня с таким сечением по общим правилам производится обратный переход от фиктивных элементов к реальным. Формулы и рекомендации для подобных переходов приведены в работе [7]. Здесь они не повторяются, поскольку схемы решеток, чувствительных к нормальной силе и изгибающему моменту, применяют редко.

4.3. Расчет и конструирование элементов и узлов колонн

4.3.1. Оголовки колонн. Опирание стропильных ферм на колонны может быть спроектировано сверху или сбоку. Опирание сверху применяют при шарнирном присоединении ригеля к колонне, опирание сбоку - как при шарнирном так и при жестком.

При шарнирном сопряжении ригеля с колонной действует только вертикальная сила F, равная опорной реакции стропильной фермы. При опирании фермы на колонну сверху (рис.4.10) эта сила через строганный фланец надопорной стойки фермы передается на опорную плиту 2 толщиной 20 - 30 мм и далее с помощью опорных ребер 4 переходит на стенку и равномерно распределяется по сечению стержня колонны 1. Длину опорных ребер 1р назначают из условия размещения сварных швов, обеспечивающих передачу силы F с ребер на стенку колонны но не более 85Ру - где Kf - высота катета шва. Толщину ребра ?p = (14-20) мм, но не

менее Q,5,eJr ето ширины, определяют расчетом на смятие. Па эту же силу F

при тонких стенках необходимо проверить защиту стенки от среза ее по граням крепления ребра F/2lpty,Rs icl. Если это условие не выполняется, возможно местное усиление стенки оголовка колонны путем устройства вставки. Опорную плиту обычно устанавливают на фрезерованный торец стержня колонны, что обеспечивает плотное прилегание к плите с передачей опорного давления F непосредственным контактом поверхностей, поэтому сварные швы сопряжения этих элементов назначают конструктивно с минимальным размером катета для данной толщины стыкуемых элементов. Если обработка торцов не предусмотрена, то сварные швы должны быть рассчитаны на силу F.

Опорное ребро (фланец) стропильной фермы должно опираться всей поверхностью на плиту оголовка. Возможный при изготовлении или монтаже перекос фланца из плоскости фермы может вызвать неравномерное давление на опорные ребра 4, в результате чего они в свою очередь будут оказывать местное давление на стенку колонны из ее плоскости. Для передачи этого давления на полки колонны низ опорных ребер обрамляется поперечными ребрами 5, размеры которых и сварных швов крепления принимают конструктивно.

Вертикальное давление от подстропильной фермы передается через опорную плиту непосредственно на стенку колонны, которая при необходимости может быть усилена накладками 6.

Высота сечения колонны может изменяться в широких пределах, кроме того, при наличии прохода по крановым путям верхние части колонн средних рядов могут быть смещены относительно вертикальных осей в сторону одного из смежных пролетов. Все это обусловливает необходимость применения различных вариантов размещения опорных ребер, в том числе оформление их по типу детали 3, приваренной к стенке и полке колонны (рис.4.10, сеч.а-а). Швы крепления детали рекомендуется рассчитывать на силу 1,2/ для того, чтобы учесть возможную непараллельность торца опорного ребра фермы и опорной плиты колонны (перекос фланца). Схемы основных технологических решений по конструктивному оформлению оголовка приведены на рисунке 4.10. При выносе опорных ребер на консоль, последняя рассчитывается по типу крановой консоли (см.п.4.3.3).

\ - - /

1а

2-2 в углах ребра .не срезать

ГЕ-t-I-f- dt dt

О

Рис.4.10. Узел шарнирного опирания стропильной фермы на колонну и варианты его технических решений

При жестком сопряжении ригеля с колонной стропильная ферма примыкает к колонне сбоку (рис.4.11 а). Опорное давление /передается на опорный столик из листа толщиной 30 - 40 мм или при F < 250 кП из отрезка уголка со срезанной полкой. По отмеченным выше соображениям угловые швы крепления столика рассчитывают на усилие 1,2F , а диаметры отверстий для прикрепления опорного фланца фермы к колонне назначают на 3-4 мм больше диаметра болтов. Болты рассчитывают на горизонтальное усилие Н= М/h, где М - изгибающий момент в верхнем сечении колонны для расчетной комбинапий нагрузок, вызывающих отрыв фланца от колонны. При конструировании узла сопряжения следует стремиться к совмещению середины опорного фланца с осью нижнего пояса фермы. Если габарит мостового крана или другие причины не позволяют этого добиться, необходимо проверять прочность болтов с учетом внепентренного приложения усилия относительно центра болтового поля.

Опорный столик

Рис.4.11. Жесткое сопряжение ригеля с колонной

Горизонтальная сила Н передается на стенку колонны в основном через поясные швы. Ребра жесткости в этих условиях лишь обеспечивают местную устойчивость стенки колонны и служат деталями крепления связей по нижним поясам стропильных ферм. При определении этой силы H=M/h следует рассматривать комбинацию нагрузок с наибольшим по абсолютной величине изгибающим моментом в верхнем сечении стойки поперечной рамы. Если центр узла смещен по вертикали относительно центра фасонки на эксцентриситет е , то прочность поясных швов колонны проверяется по формуле!

1 Здесь и далее расчет сварных соединений с угловыми швами приводится только для условного среза по металлу шва. Если P/i?w/1w/>Pz-wz1wz > то необходимо выполнить расчет на срез по металлу границы сплавления.

в противном случае второе слагаемое не учитывается. На эту же силу проверяется прочность стенки в зоне примыкания опорной фасонки: M/t l Ryj<l.

Прочность стенки колонны в пределах высоты решетчатого ригеля рамы следует проверять по формуле

л/Тз? < l,157?yY (4.13)

где a = Mh/2I+ S/A; x=H/t h ; А, I - площадь и момент инерции в плоскости рамы поперечного сечения колонны; S - суммарное давление, передаваемое на колонну подстропильными и стропильными фермами с нисходящими опорными раскосами.

Варианты крепления верхнего пояса стропильной фермы к колонне показаны на ркс.4Л1а,б,в. Применительно к расчету этого узла остаются в силе все рекомендации по расчету нижнего узла, относящиеся к восприятию и передаче горизонтальных усилий Н.

Изменением толщины фланца t и расстояния между болтами b (рис.4.11 а) можно искусственно регулировать значение предельного момента поперечной рамы в месте сопряжения ригеля с колонной [1]: M=2,6afiRyh/b. Потребность в таком регулировании может возникнуть, например, при желании ограничить сжимающее усилие нижнего пояса фермы в крайней панели. При толщине фланца порядка 8-10 мм и расстоянии между болтами й= (160...200) мм сопряжение ригеля с колонной можно рассматривать как шарнирное. Другим вариантом шарнирного прикрепления фермы к колонне сбоку является сопряжение с ней верхнего пояса фермы по схемам, приведенным на рис.4.11 б,в, на болтах нормальной точности, поставленных в рассверленные или овальные отверстия без применения монтажной сварки.

4.3.2. Проем в стенке колонны для прохода. Проем в стенке колонны (рис.4.12) устраивается в том случае, когда габариты мостового крана не позволяют организовать проход вдоль подкрановых путей вне стенки колонны. Ослабленную проемом стенку усиливают обрамлением проема листами. Если оставшиеся не ослабленные проемом участки стенки имеют ширину более 200 мм, то листы обрамле-

~Габарт(\ мосто- А вого /

При bo > 200

При Ь„ < 200

Прорезь

Расстояние между ц.т. ветвей

Рис.4.12. Проем в стенке колонны для прохода а - техническое решение; 6 - расчетная схема

ния приваривают к стенке с торпа угловыми швами. Для наведения на стенку колонны прорезей в листах последние делают из двух частей и стыкуют после установки. При йо < 200 мм листы обрамления приваривают к стенке сбоку с предварительной разделкой кромок и подваркой корня шва.

Сечение колонны в месте прохода делают равнопрочным с основным, поэтому проверяют его на комбинапию усилий М, Q, N, принятую за расчетную при проектировании надкрановой части колонны. Пормальные усилия в ветвях колонны (рис.4.126) можно определить из условий равновесия части, отсеченной по точкам нулевых моментов.

Нормальная сжимающая сила будет

.=f + f, (4.14)

а изгибающий момент определится формулой Mj,= Qh/A. Ветвь колонны должна быть проверена по этим усилиям на устойчивость в плоскости и из плоскости рамы. При вычислении коэффипиента расчетную длину в плоскости рамы принимают по схеме, приведенной на рис.4.3 в, т. е. равной высоте прохода; расчетную длину из плоскости рамы назначают так же, как при подборе основного сечения, т.е. равной расстоянию между точками закрепления надкрановой части колонны вдоль здания.

Сварные швы за пределами проема должны обеспечить передачу усилий с листов обрамления на стенку колонны. Эти усилия принимают равными несущей способности листов обрамления: btRyj, поэтому l >btRy/4PfKfR fj . Па такое же усилие должна быть проверена прочность стенки колонны в зоне ее возможного среза: btRy/2tJ Rs<l.

4.3.3. Подкрановые консоли. Для опирания подкрановых балок на колонны постоянного сечения устраивают консоли (рис.4.13) преимущественно одностенча-тые. Проверку напряжений в опорном сечении одностенчатой консоли допускается производить в предположении, что изгибающий момент воспринимается только полками: Д(;/%Лд7?уУ£.< 1, а поперечная сила - стенкой консоли P/AjRsJci- На усилие H=Pl/hit также должны быть проверены: сварные швы, прикрепляющие полки консоли к колонне; швы крепления ребер жесткости колонны к полке и к стенке на длине не более 85(3 ; полка колонны на растяжение в направлении

:i 11111111 II тФ Ф 7 П 1ТП ITt ТПфТТфТТ

ПГ 1 , пр-I I

jHa4

h==Jilk===

Рис.4.13. Подкрановые консоли а - одностенчатая сплошной колонны; б - одностенчатая сквозной колонны; в - двустенчатая сквозной колонны

толщины проката; тонкая стенка колонны на срез по граням крепления ребер. В месте примыкания консоли стенка колонны работает в условиях сложного напряженного состояния, поэтому необходимо проверить ее прочность по приведенным напряжениям, принимая в формуле (4.13) следующие значения касательных x={Q + Н)/А„ и нормальных напряжений:

G=N/A + Mh/2I, (4.15)

Верхнюю полку консоли конструктивно делают большей толщины, чем нижнюю, причем ребра в колонне принимают такой же толщины, как и полки консоли.

Крепление одностенчатой консоли к сквозной колонне рассчитывают так же, как примыкание консоли к сплошной колонне. Горизонтальная сила Н передается через сварные швы (рис.4.13б), соединяющие полки консоли со стенкой и полками ветви колонны. Сечение жесткой вставки в колонне принимают, как правило, таким же, как сечение консоли.

При передаче больших усилий устраивают двустенчатую консоль (рис.4.13 в). Сечение консоли проверяют на действие момента М=Р1 и поперечной силы Р. Усилия для расчета швов крепления консоли к ветвям наход5гг из условий равновесия: Fi=Pl/h; F2=P{h + l)/h и увеличивают на 20% для учета возможности неравномерной передачи нагрузки на ветви консоли.

4.3.4. Подкрановые траверсы. В ступенчатых колоннах подкрановые балки опираются на уступ колонны. Для передачи усилий от верхней части колонны и подкрановых балок на нижнюю часть в месте уступа устраивают траверсу, как правило, одностенчатую (рис.4.14). Применение двустенчатых траверс допускается в исключительных случаях при больших усилиях.

По схеме работы траверса 1 может рассматриваться как балка с пролетом , шарнирно опертая на ветви подкрановой части колонны. Эта балка загружена силой N, приложенной по оси верхней части колонны, и двумя противоположно направленными силами M/h, приложенными по осям полок надкрановой части. Кроме того, на опоре балки по оси подкрановой ветви приложена сила D, которая может передаваться на траверсу с коэффициентом к=1,2, учитывающим неравномерное распределение крановых усилий, вследствие возможного перекоса поверхности опорных ребер балок.

Для расчета балки-траверсы следует найти такую комбинацию усилий N ж М ъ сечении поперечной рамы выше уступа, которая дает наибольшую реакцию на конце, опертом на подкрановую ветвь:

NK . М

2h An

Поперечная сила в опорном сечении траверсы будет Qt=F+kD/2, а наибольший момент в сечении под полкой верхней части колонны равен Mt=F(h-h). Нормальные и касательные напряжения проверяют по формулам: MJWtRyji, Qt/AfRyjci- При определении момента сопротивления Wf и площади сечения траверсы А^ обычно включают только вертикальный лист, высоту которого назначают (0,5-0,8)11. Горизонтальные ребра 3-5 на рис.4.14 (пояса траверсы) в работе не учитывают, их размеры назначают конструктивно, принимая толщину 10 -14 мм.

Траверсу колонны среднего ряда рассчитывают аналогично. Формулы для вычислений опорной реакций, поперечной силы и момента записывают с учетом расположения указанных выше сосредоточенных сил N и М/h. Так, при симметричном расположении верхней части колонны относительно нижней эти формулы будут иметь вид:

F = N/2 + M/h ; Qt = F + kDj2; Mf = F(h - )/2 .

отв. 030 для крепления расчалок

Рис.4.14. Подкрановая траверса

Передача усилий Af и М с верхней части колонны на траверсу осуществляется через сварные швы. Прочность стыкового шва стенки проверяют по нормальным напряжениям в крайних точках по формуле типа (4.15). При передаче усилий с полок работу стенки обычно не учитывают. Па усилие N/2+M/h производят расчет стыкового шва полки, угловых швов накладки 9 и угловых швов ребер 7.

Вертикальное давление от разрезных подкрановых балок, а также неразрезных с одним опорным ребром передается на фрезерованную поверхность стенки траверсы через горизонтальную распределительную плиту толщиной 20-30 мм. Прочность стенки на смятие проверяют по формуле D/tilRpul, где / - длина сминаемой поверхности, включающая ширину опорных ребер подкрановой балки и удвоенную толщину опорной плиты. Исходя из этой проверки, обычно назначают толщину стенки траверсы.

Крепление траверсы к стенке ветви колонны выполняют обычно через прорезь в стенке этой ветви и рассчитывают на усилие F + D. Требуемая длина размещения четырех угловых швов, но не более 85(3, определяет минимально возможный размер высоты траверсы hf . Па это же усилие должна бьггь проверена на срез прочность стенки подкрановой ветви колонны {F+ D)/2t htRsc<l. Если это условие не выполняется, а высоту траверсы увеличивать нежелательно, то необходимо делать вставку в стенке подкрановой ветви колонны.

4.3.5. Базы колонн. База является опорной частью колонны и служит для передачи усилий с колонны на фундамент. Конструктивное решение базы зависит от типа и высоты сечения колонны, способа ее сопряжения с фундаментом и принятого метода монтажа колонн.

В зависимости от типа и высоты сечения колонны применяют общие и раздельные базы (рис.4.15), которые, в свою очередь, могут быть без траверс, с общими или раздельными траверсами, одностенчатыми либо двустенчатыми.

Рис.4.15. Схемы без колонн а, б - без траверс; в - одностенчатая; г - двустенчатая с раздельными траверсами; д, е - двустенчатая с общими траверсами; ж - раздельная сквозной колонны

С помощью базы осуществляется жесткое или шарнирное сопряжение колонны с фундаментом. При жестком сопряжении предусматривают соответствующую заделку в бетоне фундамента анкерных болтов, установленных в плоскости (плоскостях), параллельных плоскости рамы (рис.4.15б). При шарнирном закреплении анкерные болты размещают с двух сторон колонны по ее оси перпендикулярно плоскости рамы (рис.4.15 а). Это обеспечивает некоторую податливость узла по отношению к угловым деформациям и позволяет условно относить такое сопряжение базы с фундаментом к шарнирному. Если требуется четкая шарнирная передача усилий от стойки большепролетной рамы на фундамент, то используют специальные опорные устройства [1], которые применяются редко и здесь не рассматриваются.

Существует два способа установки колонны на фундамент: с выверкой колонны в процессе монтажа и безвыверочный монтаж. Последний имеет некоторые преимущества (ускорение монтажа, повышение точности и др.), поэтому является наиболее массовым, но требует наличия на заводе-изготовителе специального оборудования. В этом случае торец колонны в сборе с траверсами и ребрами обрабатьшается на фрезерном станке. Опорная плита должна иметь строганную верхнюю поверхность (что необходимо учитывать при назначении толщины плиты на 2 - 3 мм больше расчетной).

Выверку плит и установку их в проектное положение выполняют с помощью установочных болтов (рис.4.16). В базах без траверс роль установочных болтов

могут обеспечить анкерные болты,

Узел А (вид сбоку) .,М24

Узел А

снабженные для этой пели дополнительными гайками и шайбами (рис.4.17). Наличие гаек ниже плиты позволяет осуществлять также выверку колонн с опорными плитами, приваренными к стержню на заводе. Для обеспечения точности установки фундаментных болтов при выдаче заданий на проектирование фундаментов следует предусматривать объединение болтов в жесткие блоки.

Выверка базы с траверсами, приваренными к опорной плите на заводе, производится с помощью стальных подкладок толщиной 40 - 60 мм, устанавливаемых между опорной плитой и верхом фундамента с последующей подливкой пементным раствором. Для подливки раствора в опорных плитах необходимо предусматривать отверстия диаметром 100 мм из расчета одного отверстия на 0,5 площади плиты.

Рис.4.16. Установочные болты 1 - опорная плита; 2 - подливка цементным раствором; 3 - анкерный болт

0,000

-0,130

-0,300 f

верх / фундамента

подливка

О

накернитъ риску

а-а

упоры \

а

о

Рис.4.17. Конструкция базы без траверс а - техническое решение базы; б - упоры для передачи горизонтальных усилий

Расчет опорной плиты. Размеры плиты в плане определяют из условия прочности бетона фундамента

N<vRtj A ,, (4.16)

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 51