2. Компоновка каркаса производственного здания

3.3 Определение расчетных усилий

Устанавливаем два сближенных крана на подкрановой балке в невыгоднейшее положение. Наибольший изгибающий момент M_max в разрезной балке от системы сил будет тогда, когда равнодействующая всех сил, находящихся на балке, и ближайшая к ней сила равноудалены от середины балки. Наибольший изгибающий момент будет под силой (называемой критической), ближайшей к середине балки. Т.к. сечение с наибольшим моментом расположено близко к середине пролета балки, значение M_max можно определить, пользуясь линией влияния момента в середине пролета. Погрешность составляет ≈ 2 %.

Наибольшая поперечная сила Q_max будет при таком положении нагрузки, когда одна из сил находится непосредственно у опоры, а остальные расположены как можно ближе к этой же опоре (рисунок 3.2).
(3.3)
Расстояние до критической силы
с = x₀ – x₃ =7050-7000=50мм (3.4)
Расстояние от левой опоры
l₁=L₁/2 -c/2 =12000/2-50/2=5975 мм; l₂ = 5000мм (3.5)
где L₁ – шаг колонн.
Расчетный момент от вертикальной нагрузки определяем по формуле /2/


(3.6)
где  - коэффициент, учитывающий влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке /2/; для балок пролетом 12 м –  = 1,05;
y_i - ординаты линии влияния;

Расчетный момент от горизонтальной нагрузки /2/
(3.7)

Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил определяем по формулам /2/
(3.8)

Рисунок 3.2 – Расположение кранов и соответствующие им линии влияния

3.4 Подбор сечения подкрановой балки

Подбор сечения подкрановой балки выполняем в том же порядке, что и для обычных балок. Из условия общей прочности определяется требуемый момент сопротивления по формуле/2/:

(3.9)
где  - коэффициент, учитывающий влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжение в верхнем поясе подкрановых балок; определяем по формуле /2/
(3.10)
где h - высота балки; предварительно определяем по формуле /2/
h = 1/10хL₁ (3.11)
h = 1/10х12 = 1,2 м;
h_t - ширина сечения тормозной конструкции; предварительно принимаем ( - ширина нижней части колонны); в нашем случае h_н = h_t =1,5 м;

см³
Оптимальную высоту балки определим по формуле К.К Муханова /2/
(3.12)
где k - коэффициент, зависящий от конструктивного оформления балки – конструктивных коэффициентов поясов и стенки; рекомендуется принимать для сварных балок k =1.2 – 1.15; для клепанных – k =1.25 – 1.2; принимаем k = 1.15;
t_w - толщина стенки балки; для балок высотой 1 - 2 м рациональное значение толщины стенки можно определить по эмпирической формуле /2/
(3.13)
мм; принимаем t_w = 12 мм

Проверяем принятую толщину стенки из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре по формуле /2/
(3.14)
где R_s - расчетное сопротивление материала стенки балки на сдвиг; можно определить по формуле /2/
(3.15)
где R_yn = 260 МПа - нормативное сопротивление материала стенки балки (табл.3 прил.);
_m - коэффициент надежности по материалу /1/; для сталей по ГОСТ 27772-88 _m =1,025;
МПа;
см; принимаем t_w = 16 мм
Минимальную высоту балки определяем из условия полного использования материала балки при загружении расчетной нагрузкой /2/
(3.16)
где _c - коэффициент условий работы; для подкрановых конструкций _c = 1,0;
Е - модуль упругости второго рода ; для стали Е = 2,0610⁵ МПа;
- предельный прогиб подкрановой балки ; принимается в зависимости от группы режимов работы кранов /1/; принимаем =400;
M_n - момент от загружения балки одним краном (определяется по линии влияния);
(3.17)

принимаем h = 120 см
Для определения размеров поясных листов по формулам /2/ вычисляем требуемый момент инерции сечения балки:
(3.18)
см⁴
и момент инерции сечения стенки балки
(3.19)
где h_w - высота стенки балки; определяем по формуле
(3.20)
где t_f - толщина поясного листа; рекомендуется принимать толщину горизонтального листа сварной балки не более 30 мм; так как толстые листы имеют пониженные расчетные сопротивления /2/; принимаем t_f = 30 мм;
см⁴
Требуемая площадь сечения поясов балки
(3.21)
где I_f - момент инерции, приходящийся на поясные листы;


см²
, см

Принимаем сечение пояса .

Устанавливаем размеры поясов балки и проверяется ширину (свес) поясов балки, исходя из местной устойчивости (для сечений, работающих упруго) по формуле /1/
(3.22)
где b_ef - ширина (свес) пояса;
(3.23)
см
, условие выполняется, значит, устойчивость пояса обеспечена. По полученным размерам принимаем сечение подкрановой балки и проектируем сечение тормозной.
В состав тормозной балки входят: швеллер, горизонтальный лист из рифленой стали (обычно толщиной 6 - 8 мм /1/) и верхний пояс подкрановой балки. Поддерживающий швеллер опирается либо на стойку фахверка, либо на подкосы, прикрепленные к ребрам балки.
Принятые обозначения на рисунке 3.3:
z₀ - расстояние до центра тяжести сечения швеллера; принимаем швеллер №40 /4/; в нашем случае z₀ = 2,75 см;
t_t1 - толщина тормозного листа; принимаем t_tl = 8 мм;
b - ширина полки тормозного швеллера; b = 115 мм;
d₁ - величина напуска тормозного листа на верхний пояс балки и полку тормозного швеллера /2/; принимаем d₁ = 50 мм;
d₂ - расстояние от края колонны до швеллера; принимаем d₂ = 50 мм;
l_tl - длина тормозного листа;

Рисунок 3.3 – Конструкция тормозной балки

(3.24)
x₁ - расстояние до центра тяжести тормозного листа;
(3.25)
x₂ - расстояние до центра тяжести сечения швеллера;
x₂=h_H– ₂–z₀ (3.26)
x₂=150–5–2,75=142,25 см;
x₀ - расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения;
(3.27)
см;
где А_шв и А_f - соответственно, площади сечения тормозного швеллера и подкрановой балки.