Проектирование стальной конструкции

Конструирование и расчёт узлов и ячеек балочной клетки и настила. Обоснование назначения размеров поперечной рамы. Оценка устойчивости полок и стен. Анализ соотношений инерции верхней и нижней частей в конструкции колонны. Проектирование ригеля рамы.

Рубрика Строительство и архитектура
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 15.10.2013
Размер файла 2,9 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Исходные данные.

Задание принимается в соответствии с шифром 9374. Здание отапливаемое. Шаг конструкций вдоль здания - 6 м. Длина здания 132 м. Сопряжение ригеля с колонной - жесткое.

Район строительства - Дудинка.

Поверхностные нагрузки от веса снега - 4,0 (400) (кгс / м2).

Поверхностные нагрузки от ветрового напора - 0,55 (55) (кПа).

Мостовой кран:

- грузоподъемность крана - 50 / 12,5;

- режим работы - 6К.

Подвес груза принимать гибкий.

Размеры здания:

- пролет здания L = 30 м.;

- отметка низа кранового рельса H = 8,4 м.;

- длина здания или сооружения Z = 132 м.

Элемент для выполнения стадии КМД - колонна.

1. Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки

1.1 Выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки

1.1.1 Компоновка и расчет элементов ячейки балочной клетки нормального типа (I вариант)

1.1.1.1 Компоновка ячейки

Балки настила размещаем с шагом а = 1,50м, кратным пролету главных. Для того, чтобы ни одна из балок настила не попала на монтажный стык главных балок, принимаем вариант компоновки со смещением крайних балок настила в ячейке с поперечных разбивочных осей на полшага.

1.1.1.2 Расчет настила

Конструктивная и расчетная схемы настила:

qvn = 26,1 кН/м2 < 50 кН/м2 .

Прочность настила (1 гр. пред. сост.) при данной нагрузке обеспечена, расчёт производим только по жёсткости (2 гр. пред. сост.).

Рассчитываем по графику Лейтеса.

n = a / t = 1000 / t

t = a / n = 1000 / 99,6 = 10,04(мм)

Принимаем:

t = 10 мм по ГОСТ 19903-73 с изм.

g nн = 78,5 * t = 78,5 * 0,010 = 0,785 (кН/м2)

Нормативная нагрузка, действующая на балку настила:

гv - коэффициент надежности по переменной нагрузке (гv = 1,2);

гg - коэффициент надежности по постоянной нагрузке (гg = 1,1);

гc = 1,0 (СниП II - 23 - 81*).

с1 = 1,1.

Нормативная нагрузка на балку настила:

qбнn = (qvn + gнn)·а = (26,1 + 0,785)·1,0 = 26,9 (кН/м)

Расчётная нагрузка на балку настила:

qбн = (гv·* qvn + гg·* gнn)·а = (1,2·26,1 + 1,1·0,785) * 1,0 = 32,18 (кН/м)

Расчётный изгибающий момент (длина балки 6,5 м):

М max = qбн·* ?12 = 32,18 * 72 = 197,1 (кН/м)

Подбор сечения балки производится с учётом возможности развития в них пластических деформаций:

М max = 197,1·100 = 716,8 (см3).

с1·* Ry·* гc 1 * 25 * 1,1

Где:

Ry - расчетное сопротивление стального проката на сжатие, растяжение и изгиб Ry = 25кН/см2;

с1 - коэффициент учитывающий пластическую работу стали;

гc - коэффициент условия работы.

По ГОСТ 8239-72 с изм. принимаем двутавр 36.

Wxф = 743см3.

Jxф = 13380 см4.

gбнn = 48,6 кг/м.

Проверка:

Прочность принятой балки обеспечена, т. к., Wxф > Wxтр. Общая устойчивость балки настила обеспечена, т. к., нагрузка на нее передается через стальной жесткий лист настила, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки настила и надежно к нему приваренный.

Проверим жёсткость балки:

f = 5 * qбнn *·?13 = 5 * 26,9·* 73 ·104 = 0,004 < 1

? * 384 E·* Jxф * 384 * 2,1·104· * 13380 * 250

Т. е., жёсткость балки обеспечена. Таким образом, балка отвечает требованиям по 1-й и 2-й группам предельных состояний.

Определение ТЭП 1 варианта:

1. Расход стали на 1 м2 настила:

7850 * 0,01 = 78,5 (кг/м2).

2. Расход стали на балки настила:

gбнn / а = 48,6 / 1,0 = 48,6 (кг/м2)

3. Расход стали на 1 м2 ячейки нормального типа:

g1n = 78,5 + 48,6 = 127,1 (кг/м2).

4. Количество отправочных марок балок в ячейке: 17 шт., т. е., 17 шт. БН.

5. Количество типоразмеров балок в ячейке: 1 шт., т. е., 1 шт. БН двух тавр 36 конструктивной длиной 6980 мм.

1.1.2 Компоновка и расчёт элементов ячейки балочной клетки усложнённого типа (2 вариант)

1.1.2.1 Компоновка ячейки

Вспомогательные балки размещаем с шагом ?2 = 3,4 м, кратным пролету главных.

Принимаем вариант компоновки без смещения крайних вспомогательных балок в ячейке.

Балки настила располагаем вдоль балок с шагом a 1 = 1,4 м, кратным пролету вспомогательных.

qvn = 26,1 кН/м2 < 50 кН/м2.

Прочность настила (1 гр. пред. сост.) при данной нагрузке обеспечена, расчёт производим только по жёсткости (2 гр. пред. сост.).

Рассчитываем по графику Лейтеса:

n = a / t = 1400 / t

t = a / n = 1400 / 99,6 = 14,05

Принимаем t = 15 мм по ГОСТ 19903-73 с изм.

g nн = 78,5 * t = 78,5 * 0,015 = 1,18 (кН/м2)

1.1.2.3 Расчёт балок настила

Нормативная нагрузка на балку настила:

qбнn = (qvn + gнn)·а = (26,1 + 1,18)·1,4 = 38,2 (кН/м)

Расчётная нагрузка на балку настила:

qбн = (гv·qvn + гg·gнn)·а = (1,2·26,1 + 1,1 *·1,18)·1,4 = 45,67 (кН/м)

Расчётный изгибающий момент (длина балки 7 м):

М max = qбн·* ?12 = 45,67·* 3,42 = 65,99 (кН/м)

Подбор сечения балки производится с учётом возможности развития в них пластических деформаций:

М max = 65,99 * 100 = 239,9 (см3).

с1·* Ry·* гc 1 * 25·* 1,1

По ГОСТ 8239-72 с изм. принимаем двух тавр 24.

Wxф = 289 см3;

Jxф = 3460 см4;

gбнn = 27,32 кг/м.

Проверка: прочность принятой балки обеспечена, т. к., Wxф > Wxтр. Проверим жёсткость балки:

f = 5 * qбнn * ?13 = 5 38,2· * 3,43·* 104 = 0,0027 < 1

? * 384 * E·* Jxф * 384 * 2,1 * 104·* 3460 * 250

Т. е., жёсткость балки обеспечена.

Таким образом, балка удовлетворяет предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям.

1.1.2.4 Расчёт вспомогательных балок

Нагрузку на вспомогательную балку от балок настила считаем равномерно распределённой, т. к., число балок настила 5 шт./ук.

Нормативная нагрузка на вспомогательную балку:

qвбn = (qvn + gнn + gбнn / а·* 100)·* ?2 = (26,1 + 1,18 + 38,2 / 1,4·100)·* 3,4 = 93,7

Расчётная нагрузка на вспомогательную балку:

qвб = (гv * qvn + гg * (gнn + gбнn / а·100)) * ?2 = (1,2·26,1 + 1,1·(1,18 + 38,2 / 1,4·100)) * 3,4 = 111,9 (кН/м)

Расчётный изгибающий момент (длина балки 7 м):

М max = qвб·* ?12 = 111,9 * 3,42 = 549,9 (кН/м)

Требуемый момент сопротивления балки:

М max = 549,9·* 100 = 1999,5 (см3).

с1·* Ry·* гc * 1 * 25·* 1,1

По ГОСТ 8239-72 с изм. принимаем двух тавр 55.

Wxф = 2035 см3;

Jxф = 55962 см4;

gбнn = 92,6 кг/м.

Проверка: прочность принятой балки обеспечена, т. к., Wxф > Wxтр. Проверим жёсткость балки:

f = 5 qбнn *·?13 = 5 93,7 * 73 ·104 = 0,0035 < 1

? * 384 * E·* Jxф * 384 * 2,1·* 104·* 55962 250

Т. е., жёсткость балки обеспечена. Таким образом, принятая балка отвечает предъявляемым к ней требованиям прочности, жёсткости.

Определение ТЭП 2 варианта:
1. Расход стали на 1 м2 настила:
7850 * 0,015 = 117,75 (кг/м2).
2. Расход стали на балки настила:
27,32 / 1,4 = 28,72 (кг/м2).
3. Расход стали на вспомогательные балки:
92,6 / 3,4 = 27,2 (кг/м2).
4. Расход стали на 1 м2 ячейки усложнённого типа:
117,75 + 28,72 + 27,2 = 173,67 (кг/м2).
5. Количество отправочных марок балок в ячейке: 28 шт., т.е. 2 шт. ГБ, 6шт. ВБ и 20БН.
6. Количество типоразмеров балок в ячейке: 3 шт.
1.1.3 Технико-экономическое сравнение вариантов ячеек балочной клетки
По всем показателям первый вариант является более выгодным по сравнению со вторым, т. е., компоновка ячейки нормального типа является более экономичной и менее трудоёмкой.

1.2 Конструирование и расчёт главной балки

1.2.1 Подбор основного сечения главной балки

gгбn = (1-2%)·* qvn = 1,5% · 26,1 = 0,39 (кН/м2)

qгбn = (qvn + Уg1n + gгбn) * ?1 = (26,1 + 127,1 / 100 + 0,39) * 7 = 194,3 (кН/м)

qгб = (гv * qvn + гg ?(Уg1n + gгбn)) * ?1 = (1,2 * 26,1 + 1,1 * (1,27 + 0,39)) * 7 = 232,0 (кН/м)

М max = qгб * L2 = 232 * 172 = 8382 (кНм)

С учётом работы в упругой стадии определяем:

М max = 8382·100 = 33527 (см3)

Ry·* гc * 25

Т. к., по ГОСТу не удаётся найти двутавр с Wxф > Wxтр, то балка имеет составное сечение.

Подбираем высоту главной балки: 1. по экономности сечения hopt, по жёсткости hmin.

3. По конструкции hстр:

hopt = k * Wxтр

Для сварных балок k = 1,1.

tw = 7 + 3 * hгб * 1000

h гб = 1 / 10 * Lгб = 1 / 10 * 17 = 1700

tw = 7 + 3 * 1700 = 12,1 (мм).

По ГОСТ 19903-74 с изм.

Принимаем tw = 13 мм.

hopt = k * Wxтр = 1,1 * 33527 = 176,7

hmin = 5 * Ry * L * L * qгбn

24 * E * f * qгб

hmin = 5 * 25 * 1700 * 400 * 194,3 = 141 (см).

24 * 2,1 * 104 * 232.

hстр = Н1 - Н2 - tn - hбн = 9,2 - 7,3 - 0,01 - 0,36 = 153

hopt = 176,7 см;

hmin = 141 см;

hгб = 150 см;

hстр = 153 см;

Определение размеров сечения полки.

Jxтр = Wxтр * hгб = 33527 * 150 / 2 = 1618470

Jxw = tw * hw3 = 1,2 * 132,23 = 231043,82

tf = 3 * tw = 3 * 13 = 39

hw = hгб - 2 * tf = 140 - 2 * 3,9 = 132,2

У * Jf = Jxтр - Jxw = 1618470 - 231043,82 = 1387426,18

Af = 2 * Jf = 2 * 1387426,18 = 149,80

hf = hгб - tf = 140 - 3,9 = 136,1

По ГОСТ 82-70 с изм. принимаем bfф = 380 мм.

, то принимаем колонны рам ступенчатыми, защемленными в фундаментах. Сопряжение ригелей с колоннами принимаем жесткое, ригель решетчатого типа.

1.3 Разбивка cетки колонн

В соответствии с основными положениями по унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий пролеты и шаги колонн принимаем равными 6,0 м.

Рисунок 1. - Разбивка сетки колонн

1.4 Назначение основных размеров поперечной рамы

При установлении основных размеров поперечной рамы производственных зданий должны выполняться следующие условия:

- обеспечение габаритов для передвижения мостовых кранов;

- обеспечение жесткости верхней и нижней частей колонн;

- обеспечение требований унификации объемно-планировочных и конструктивных решений.

Таблица 1. - Основные параметры и размеры мостового электрического крана:

Lкр, м

, м

А, м

В, м

Вкр, м

Нкр, м

Масса

Тип рельса

ГОСТ

Gт, кН

Gкр, кН

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

50 / 12,5

28,0

1,0

4,6

9,4

0,4

4,0

479

508

390

1180

КР-80

6711 - 81

Сечение элементов типовых разрезных подкрановых балок из сварных двух тавра.

Шаг колонн - 6,0 м.

Таблица 2. - Режим работы кранов - легкий и средний:

Lкр, м

Тормозные устройства

Размеры сечений элементов балки, мм

Верхний пояс

Нижний пояс

Стенки

1

2

3

4

5

6

50 / 12,5

28,0

С тормозной фермой (балкой)

360х14

360х14

990х10

Таблица 3. - Характеристика крановых рельсов:

Крановый рельс

hр, мм

B, мм

в, мм

Iр, см 4

1

2

3

4

5

КР-80

130

130

80

1943

Пролет мостового крана Lкр увязан с пролетом здания:

Минимальный зазор между мостовым краном и конструкциями каркаса:

- вертикальный:

Горизонтальный при отсутствии прохода между колонной и горизонтальным выступом:

- Требуемая отметка низа ригеля:

Где:

dг - отметка головки подкранового рельса.

При использовании панельных ограждающих конструкций, отметка низа ригеля должна быть кратной 0,6 м., и Принимаем

Длины нижней части и верхней части ступенчатой колонны устанавливаются:

Где:

d0 - отметка чистого пола;

hp - высота подкранового рельса;

hпб - высота подкрановой балки назначается по размерам, приведенным в таблице 2;

Где:

30 мм - высота опорного ребра ПБ.

- отметка обреза фундамента;

Ширина нижней части колонны:

Принимаем привязку:

Ширина нижней части по условию увязки пролетов цеха и крана:

Требуемая минимальная ширина нижней части колонны по условию жесткости:

Принимаем

Ширина верхней части колонны:

- по условию обеспечения габаритов крана:

- по условию жесткости:

Окончательно принимаем (с учетом требований унификации): .

Соединительная решетка колонны:

Соединительная решетка проектируется треугольного типа (без распорок). Шаг решетки принимаем 1,8 м.

Нижняя панель решетки назначается 0,6 м, верхняя панель 0,8 м.

Разбивка решетки нижней части колонны представлена на рис. 2.

Рисунок 2. - Рама с жестким сопряжением ригеля с колонной:

Решетчатый ригель для рамы с жестким сопряжением ригеля с колонной трапецеидального очертания с уклоном верхнего пояса . Высота ригеля на опоре , высота ригеля по середине пролета:

Решетка ригелей разбита в соответствии с размерами сборных железобетонных настилов.

1.5 Разбивка схемы связей жесткости

В однопролетных производственных зданиях (без фонарей), оборудованных мостовыми кранами, предусматривают связи по покрытию и вертикальные связи между колоннами.

1.6 Компоновка фахверка

Фахверк продольных стен отсутствует.

Стеновые ограждения приняты из легкобетонных панелей толщиной t = 200 мм (в соответствии с районом строительства).

Рисунок 3:

Рисунок 4. - Расчет поперечной рамы каркаса производственного здания:

1.7 Расчетная схема рамы

В процессе разработки компоновочной части проекта была установлена конструктивная схема поперечной рамы. При сборе нагрузок и статическом расчете рамы конструктивная схема преобразуется в расчетную схему с учетом ряда упрощений.

Пролет рамы L в расчетной схеме принимается равным пролету в конструктивной схеме. Несовпадение центров тяжести верхней и нижней части колонны учитывается при подсчете вертикальных нагрузок на раму.

Заделка колонны в фундамент считается на уровне обреза фундамента dф. Решетчатый ригель заменяется эквивалентным, ось которого совмещается с осью нижнего пояса ригеля.

На рис. 5, представлена конструктивная и расчетная схема однопролетной рамы с жестким сопряжением ригеля с колонной.

Рисунок 5. - Рама с жестким сопряжением ригеля и колонны:

1.8 Интенсивность нормативных и расчетных распределенных и сосредоточенных нагрузок

Таблица 4. - Подсчет интенсивности нагрузок:

Ед. изм.

Виды нагрузок

Нормативная нагрузка

Коэффициент

Расчетная нагрузка

Обозначение

Величина

Обозначение

Величина

1

2

3

4

5

6

7

ПОСТОЯННЫЕ НАГРУЗКИ

кН/м 2

1. Ограждающие конструкции покрытия

- Железобетонная плита

- Утеплитель (t = 0,08м, = 5 кН/м 3)

- Стяжка (t = 0,02м, = 16,0…18,0 кН/м 2)

- Рубероидный ковер и изоляция

- Стальные конструкции покрытия (собств. вес фермы - 24·0,007·1,2 = 0,2)

2,0

0,4

0,33

0,1

0,2

1,1

1,3

1,3

1,3

1,05

2,2

0,52

0,43

0,13

0,21

ИТОГО:

3,03

3,49

кН/м 2

2. Ограждающие конструкции стен

Легкобетонные конструкции стен (t = 0,3м, = 8 кН/м 3)

2,4

1,2

2,88

Переплеты остекления

0,5

1,1

0,55

кН/м 2

3. Колонны

Верхняя часть колонны

1,05

1,05

1,1

Нижняя часть колонны

2,1

1,05

2,2

4. Подкрановая балка с рельсом (с коэффициентом = 1,3: 3·1,3 = 3,9)

3,9

1,05

4,1

Таблица 5. - Сбор нагрузок на раму:

Наименование нагрузок.

Обознач.

Ед. измер.

Расчет. значение

2

3

4

5

ПОСТОЯННЫЕ НАГРУЗКИ

Шатер

Распределенная нагрузка на ригель

кН/м

20,94

- угол наклона верхнего пояса ригеля, принято cos1

Сосредоточенная нагрузка на колонну

кН

314,1

Момент в месте изменения сечения

кН·м

117,8

Стены

Сосредоточенные нагрузки на колонну

кН

90,86

кН

62,21

Колонны

Вес верхней части колонны

Вес нижней части колонны

кН

8,12

кН

17,2

Подкрановые балки

Сосредоточенная нагрузка от веса балок

кН

24,6

2. Статический расчет поперечной рамы на ЭВМ

Для выполнения расчета статически неопределимых рам необходимо предварительно задаться соотношением моментов инерции (жесткостью):

Момент инерции ригеля предварительно определяется по формуле:

Изгибающий момент ригеля, условно определяемый, как при шарнир примыкании ригеля.

- высота фермы (по осям поясных уголков);

- расчетное сопротивление стали марки C245;

, - коэффициент использования несущей способности материала;

- коэффициент, учитывающий уклон пояса ферм «i» и податливости решетки.

Момент инерции нижней части колонны:

Где:

- коэффициент для сквозной конструкции, учитывающий податливость решетки;

- коэффициент;

- коэффициент, зависящий от шага колонн (k1 = 2,0-3,0 при l = 6,0 м).

Соотношение моментов инерции ригеля и нижней частей колонны:

Соотношение моментов инерции верхней и нижней частей колонны предварительно принимаем:

Где:

- коэффициент учитывающий грузоподъемность крана.

В таблицу 6 выписаны исходные данные для статического расчета.

Таблица 6. - Исходные данные для статического расчета:

Наименование характеристик

Ед. измер.

Обозначение

Величина

1

2

3

4

5

1

Высота подкрановой балки с рельсом

м

hпб+hр

1,178

2

Длина нижней части колонны

м

lн

7,822

3

Длина верхней части колонны

м

lв

4,78

4

Пролет рамы

м

L

30,0

5

Вес нижней части колонны

кН

Fн

17,2

6

Вес верхней части колонны

кН

Fв

8,12

7

Вес подкрановой балки с рельсом

кН

Fпб

24,6

8

Вес стенового ограждения среднего яруса

кН

F1

90,86

9

Вес стенового ограждения верхнего яруса

кН

F2

62,21

10

Постоянная нагрузка по ригелю

кН/м

qш

20,94

11

Снеговая нагрузка по ригелю

кН/м

qсн

24

12

Максимальное вертикальное давление кранов

кН

Dmax

977,4

13

То же, минимальное

кН

Dmin

43,3

14

Поперечная тормозная сила

кН

T

6,4

15

Ветровая нагрузка на колонну с наветренной стороны

кН/м

qa

2,11

16

То же, с подветренной стороны

кН

qп

2,1

17

Суммарная ветровая нагрузка, действующая на ригель рамы

кН/м

Wa+Wп

25,3

18

Момент в уступе колонны от постоянной нагрузки

кН

Мш

-117,8

19

То же, от снеговой нагрузки

кН/м

Мсн

-135

20

Момент в уступе колонны от максимального вертикального давления кранов

кН/м

Мmax

610,9

21

То же, от минимального давления кранов

кН/м

Мmin

27,1

22

Относительное значение моментов инерции элементов рам

-

-

Iв / Iн

Iр / Iн

0,08

5

23

Коэффициент пространственной работы рамы

-

1

Рисунок 6:

Таблица 7. - Результаты статического расчета:

3. Расчет сжатых колонн рамы

3.1 Выбор не выгоднейших комбинаций усилий в колонне рам

Для сжатых колонн сплошного сечения (верхней части колонны) за не выгоднейшую комбинацию усилий принимается такая комбинация, при которой возникает максимальное сжатие в крайних волокнах одной из полок двух тавра от совместного действия Ммах и Nсоотв или -Nмах или Мсоотв.

Для внецентренно сжатых колонн сплошного несимметричного относительно оси X сечения (нижняя часть колонны) за не выгоднейшие комбинации усилий принимаем не менее двух комбинаций, которые создают максимальное сжатие в крайних относительно оси X волокон сплошного сечения. Для сжатых колонн сквозного сечения (нижняя часть колонны) приближенным критерием для выбора не выгоднейших комбинаций является максимальная сила ветви колонн. Для подкрановой ветви:

Для наружной ветви:

Где:

h0 - расстояние между центрами колонн. В сквозной колонне:

h0 = h - z

Где:

h - высота сечения колонны.

Наиболее невыгодные комбинации усилий для жесткой рамы:

- верхняя часть колонны:

М = -530,6 кН/м;

N = -609,17 кН.

- нижняя часть колонны:

М = -209,6 кН/м;

N = -1542,07 кН.

- комбинация для наружной ветви колонны:

М = 1166 кН/м;

N = -774,6 кН (сечение 1).

3.2 Определение расчетных длин колонн в плоскости рамы (lefx)

Для жесткой однопролетной рамы ступенчатая колонна рассматривается как отдельный стержень, защемленный внизу и закрепленный наверху от поворота но свободный от смещения, при действии сил Nв и Nн, имеющий максимальное значение в концевых сечениях верхнего и нижнего участков колонн.

Отношение для жесткой рамы:

Nн = -1838,56 кН (сечение 1, 2);

Nв = -695,26 кН (сечение 3, 4).

Значения коэффициентов принимаем:

в = 3,0;

н = 2,0.

Расчетные длины участков ступенчатой колонны в плоскости рамы:

3.3 Определение расчетных длин колонн из плоскости рамы (lefу)

Закрепление колонны из плоскости рамы осуществляется при помощи вертикальных связей между колоннами и продольных элементов - подкрановых балок и распорок.

Закрепление колонн на уровне базы, при современной их конструкции, считается жестким для сквозных колонн и шарнирным для сплошных колонн.

Рисунок 7. - Закрепление колонны из плоскости рамы:

В местах крепления продольных элементов закрепление считается шарнирным.

Расчетные длины колонн из плоскости рам:

- верхняя часть колонны:

- нижняя часть колонны сквозного сечения:

Здесь = 0.8, так как верхний конец закреплен шарнирно, а нижний - жестко.

4. Расчет верхней части ступенчатой сплошной колонны

Сплошное сечение верхней части ступенчатой колонны представлено на рис. 8. Высота сечения колонны hв = 0,5 м., установлена при компоновке поперечной рамы.

Рисунок 8. - Сплошное сечение:

Не выгоднейшие комбинации усилий для расчета верхней части колонны жесткой рамы:

M = -530,06 кН/м;

N = -609,17 кН (сечение 4).

4.1 Побор сечения колонны

Определяем предварительно расчетные характеристики для принятого типа сечения колонны:

- радиус инерции:

- радиус сечения ребра:

- гибкость:

- условная гибкость:

- эксцентриситет приложения силы N:

- относительный эксцентриситет m:

- приведенный относительный коэффициент:

При предварительно принятом отношении площади полки Аf и площади стенки:

Аw -

Требуемая площадь сечения колонны при расчете на устойчивость в плоскости действия момента:

Где:

е = 0,132;

c = 1,0.

Принимается сварной двух тавр индивидуального изготовления, со следующими характеристиками:

- площадь сечения:

- моменты инерции:

- радиусы инерции:

- радиус ядра сечения:

- соотношение площадей:

4.2 Проверка колонны на устойчивость в плоскости действия момента

В соответствии с принятым сечением уточняем расчетные характеристики колонны:

- гибкость:

- условная гибкость:

- относительный эксцентриситет m:

При:

Проверка колонны на устойчивость:

4.3 Проверка местной устойчивости полок и стенок при расчете устойчивости колонны в плоскости действия момента

Полка устойчива, если:

Где:

bef - свес полки.

Где:

tf - толщина полки;

.

Для подобранного сечения колонны:

Полка устойчива:

Где:

Для подобранного сечения колонны:

Стенка устойчива.

4.4 Проверка колонны на устойчивость из плоскости действия момента

Гибкость колонны из плоскости рамы:

Коэффициент продольного изгиба .

Подсчитываем максимальное значение расчетного момента М, в соответствии с требованиями.

Для колонны жесткой рамы в сечении 530,6 кН от комбинации нагрузок 1 + (2 + 4 + 7 + 10) * 0.9. В сечении 3 значение М3 определяется по той же комбинации нагрузок.

В сечении на уровне верхнего пояса подкрановой балки:

Расчетный момент:

Рисунок 8. - Значения моментов:

Эксцентриситет:

Относительный эксцентриситет:

Где коэффициент = 1.

Коэффициент определяется в зависимости от значения m:

Колонна устойчива.

Проверка местной устойчивости стенки при расчете устойчивости колонны из плоскости действия момента. Определяется характер распределения напряжений по границам стенки от воздействия М и N (в сечении 3). Максимальные напряжения сжатию:

Напряжение у противоположной границы стенки:

Рисунок 9:

Рисунок 10. - Максимальные напряжения сжатия:

Коэффициент распределения напряжений:

При определении коэффициента значения и ' подставляются со своими знаками:

В жесткой раме:

Стенка устойчива.

Все проверки верхней части колонны удовлетворяются. Принятое предварительно сечение колонны сохраняется.

5. Расчет нижней части ступенчатой сквозной колонны

Расчет сквозных сжатых колонн производиться в два этапа.

В первом этапе колонны рассматриваются аналогично фермам с параллельными поясами. Продольная сила N и момент М, действующий на колонну, передаются на ветви, а поперечная сила Q - на решётку, соединяющую ветви. По найденным усилиям центрального сжатия в ветвях и решётке подбираем их сечения.

На втором этапе производим проверку устойчивости сжатой колонны в плоскости действия момента в предположении, что сквозная колонна работает как единый стержень.

5.1 Расчет сквозной колонны как фермы с параллельными поясами

Высота сечения нижней части колонны hн = 1,25 м.

Расчетная длина ветвей колонны в плоскости рамы lefx определяются разбивкой решетки сквозной колонны lefx = 180 см.

Расчетная длина ветвей колонны из плоскости рамы равны расчетной длине колонны lefу = 3,95 м.

Выбор типа сечения колонны (зависит от величины усилия в наружной ветви N2).

Сечение наружной ветви из холодногнутого швеллера ограничивается максимальной площадью сечения:

.

С высотой сечения:

.

Приближенно максимальная несущая способность ветви:

Усилия в ветвях колонны определяются предварительно с учетом того, что центр тяжести колонны находиться посередине высоты сечения hн.

Наружная ветвь:

Подкрановая ветвь:

Где:

Требуемая площадь сечения ветвей:

Рисунок 11. - Сечение колонны:

Принимаем следующие сечения (рис. 11):

- наружная ветвь - двух тавр колонный (К) №25К1 по СТО АСЧМ 20-93: ;

- подкрановая ветвь - двух тавр колонный (К) №25К1 по СТО АСЧМ 20-93;

Площадь сечения колонны:

Уточняем значение:

Определяем положения оси X:

Момент инерции сечения колонны:

Радиус инерции сечения колонны:

Уточняем усилия в ветвях колонны с учетом истинного положения центра тяжести колонны:

Проверяем устойчивость ветвей колонны:

Наружная ветвь:

- гибкость ветви:

- коэффициент продольного изгиба:

.

Проверка:

Подкрановая ветвь:

- гибкость ветви:

- коэффициент продольного изгиба:

.

Проверка:

Данные по обеим колонная совпадают, значит устойчивость ветвей колонн обеспечена.

5.2 Расчет стержней соединительной решётки колонны

Для расчета стержней соединительной решётки колонны определяем максимальное значение поперечной силы Qmax, выбираемое из двух приводимых ниже значений Q:

- определяется значение условной поперечной силы:

- выбираем максимальное значение поперечной силы Q = 127,3 кН.

Максимальное значение поперечной силы Qmax = 114,76 кН.

Расчетное усилие в раскосе (рис. 12).

Рисунок 12. - Соединительная решетка колонны:

Длина раскоса:

Выбираем сечение стержней решётки из одиночного уголка L70x7 со следующими характеристиками:

- площадь сечения: ;

- наименьший радиус инерции: .

Определяем гибкость:

Выполняем проверку принятого сечения:

4.3 Расчет колонны на устойчивость в плоскости рамы как сквозного стержня

Расчет производиться на две комбинации усилий, при которых наиболее сжаты подкрановая и наружная ветви колонны:

M = -209,6 кН/м;

N = -1542 кН (сжата подкрановая ветвь);

M = 1145 кН/м;

N = -1057 кН (сжата наружная ветвь).

Определяем приведенную гибкость сквозной колонны еf:

Где:

х = 35 - гибкость колонны в плоскости действия.

Подсчитываем приведённую гибкость:

При действии комбинаций усилий а эксцентриситет силы N:

Относительный эксцентриситет:

По найденным значениям: .

Проверка:

Устойчивость колонны обеспечена.

При действии комбинаций усилий б эксцентриситет приложения силы N:

Относительный эксцентриситет:

По найденным значениям: .

Проверка:

Устойчивость колонны обеспечена.

5.4 Проверка соотношений значений моментов инерции верхней и нижней части колонны

В результате подбора верхней и нижней частей колонны жесткой рамы получили:

Jx = 49750 см 4 для верхней части колонны;

Jx = 511106·0,9 = 459995 см 4 для нижней части колонны, где коэффициент приведения сквозной колонны, учитывающий податливость решётки, принимаем равным 0,9.

По результатам подбора сечения получено отношение:

Ошибка составляет 8%.

Перерасчет рамы не требуется.

5.5 Расчет базы сквозной колонны

Для расчета принята конструкция раздельной базы.

Расчетные усилия для подбора сечения ветвей колонны жесткой рамы были приняты в сечении I.

Поэтому корректировка значений усилий для расчета базы колонны, не требуется.

Получены усилия сжатия:

N2 = 490кН - для наружной ветви;

N1 = 581 кН - для подкрановой ветви.

Для фундамента принят бетон В12,5 (М150), Rb = 6,5 МПа. Расчетное сопротивление бетона фундамента при местном сжатии:

Рисунок 13. - Конструкция раздельной базы:

Коэффициент повышения расчетного сопротивления бетона при местном сжатии принимается предварительным 1.3-1.4.

Требуемая площадь опорной плиты базы наружной ветви:

Назначаем длину плиты В2 = 45 см. Определяем требуемую ширину плиты:

Принимается С2 = 40 см.

Требуемая площадь опорной плиты базы подкрановой ветви:

Назначаем длину плиты В1 = 45 см. Определяем требуемую ширину плиты:

Принимается С1 = 35 см.

Уточняем расчетное сопротивление бетона при размерах обреза фундамента 0,9-1,8 м.

Максимальное значение = 1,50. Следовательно:

Толщина опорной плиты и размеры траверсы определяются для наиболее загруженной базы ветви колонны, а размеры плиты и траверсы другой ветви принимаются аналогично.

Наиболее загружена наружная ветвь.

Толщина опорной плиты определяется из расчета её на изгиб, как пластины, опирающейся на ветвь колонны и на траверсы и загруженной опорным давлением фундамента:

Для расчета в плите выделяется полоса шириной 1,0 см с нагрузкой:

Изгибающий момент в опорной плите определяется для каждого участка, отличающегося размерами и условием опоры. В плите на рис. 13 имеются следующие участки: I и II участки - консольные с вылетом CI = 10,2 см и CII = 6,55 см, III участок - плита опертая по контуру.

Изгибающий момент в консольных участках определяется только для I участка, так как СI > CII:

Изгибающий момент на III участке при отношении длинной стороны плиты «в» к короткой «а»:

Расчет плиты производиться на максимальный изгибающий момент Ммах = МI = 41,1 кН·см.

Требуемая толщина tпл.тр опорной плиты из стали С255 по ГОСТ 27772-88, толщиной 21-40 мм, Ry = 230 МПа определяется из расчета её на изгиб:

При значении:

Принимаем tпл = 35 мм.

Высота траверсы определяется из условия расчета сварных швов, соединяющих её с ветвями колонны. Толщина траверсы назначается конструктивно tтр = 1,0 см.

Равномерно распределённая нагрузка на траверсу:

Сдвигающее усилие, действующее на траверсу:

Прорезывающая сила:

Изгибающий момент в траверсе не определяется, так как при высоте траверсы, соизмеримой с её пролетом, напряжение в ней от изгиба будут незначительными. Принимается ручная сварка электродами Э46. Расчетное сопротивление углового шва по металлу шва Rf = 200 МПа. Расчетное сопротивление углового шва по границе сплавления Rz = 0,45, или·Run = 0,45·* 370 = 167 МПа.

Коэффициенты, определяющие глубину провара, составляют: f = 0.7 - по металлу шва, z = 1.0 - по металлу сплавления. Проверяется правильность выбора марки электрода при ручной сварке:

При:

=

- расчет производиться по металлу шва.

Принимается катет шва kf = 0,8 см.

Требуемая длина шва:

Где:

f = 1,0;

с = 1,0.

Принимаемая длина шва должна быть:

Принимается траверса высотой hтр = 30 см из стали С245:

Ry = 240МПа;

Rs = 0,58;

Ry = 0,58 * 240 = 139,2 МПа.

Проверка траверсы на срез:

Усилия для расчета анкерных болтов подкрановой ветви:

М = +521,8 кН/м;

N = -471,8 кН;

М = +1089 кН/м;

N = -692,4 кН.

Усилия для расчета анкерных болтов наружной ветви:

М = -31,6 кН/м;

N = -464,3 кН.

Наибольшее усилие растяжения в анкерных болтах подкрановой ветви, получается, от действия второй комбинации:

Усилие растяжения в анкерных болтах наружной ветви:

Подбор сечения болтов для обеих ветвей ведется по максимальному усилию, и сечение всех болтов принимается одинаковым. Расчет ведется на Z = 655 кН. Принимаются в каждой ветви nв = 4 болта из стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73, Rва = 225 МПа. Требуемая площадь болтов нетто:

Принимаем 4 болта:

dв = 36 мм;

Ав = 10,17 cм;

Авn = 8,16 cм.

Плитки под анкерные болты рассчитываются на поперечный изгиб от действия болтов. Анкерные болты устанавливаются на расстояние, а = 30мм от внутренней грани траверсы. Изгибающий момент в плите:

Принимается плита под анкерные болты из стали С255 по ГОСТ 27772-88 толщиной t до 40 мм, Ry = 230 МПа. Назначается сечение плиты 20030мм с отверстиями для болта dо = 42 мм. Момент сопротивления плитки:

Проверка принятого сечения:

5.6 Конструкция и расчет сопряжения верхней и нижней части колонны

Конструкция сопряжения частей колонны представлена на рис. 14.

Рисунок 14. - Сопряжения верхней и нижней части колонны:

Монтажные соединения верхней и нижней части колонны осуществляется путем соединения стенки и внутренней полки верхней части колонны со стенкой траверсы и вертикальным ребром нижней части колонны при помощи монтажной сварки стыковыми горизонтальными швами. Соединение наружной полки верхней части колонны и наружной ветви нижней части колонны выполняется при помощи накладки, которая приваривается монтажной сваркой угловыми вертикальными швами. Для определения максимального продольного усилия в накладке Nн выбираем расчетную комбинацию усилий в сечении 3, при котором действует:

М = +11,21 кН/м;

N = -405,39 кН.

Продольное усилие в накладке:

Длина полу накладки, определяется длиной угловых швов при ручной сварке электродами Э46:

Rf = 200 МПа;

f = 0,7;

kf = 0,8 см.

Расчет по металлу шва:

Принимаем длину полу накладки 15 см, общая длина полу накладки lн = 30 см.

Остальные монтажные стыковые швы принимаем равнопрочными основному металлу при сварке электродами Э46 и не рассчитываем.

Траверса, на которую передается воздействие верхней части колонны и половина давления подкрановой балки (вторая часть, передаётся на наружное ребро), рассчитывается как однопролётная балка, прикрепленная к ветвям колонны.

Расчет траверсы выполняется аналогично расчету траверсы базы. Определяется сила , действующая на траверсу в месте ее примыкания к подкрановой ветви колонны.

Поперечная сила определяется от специальной комбинации усилий в сечении 3 колонны.

В расчетную комбинацию усилий в сечении 3 входят обязательно все постоянные нагрузки и вертикальное давление крана у левой колонны (нагрузка №3), из поперечных торможений крана (нагрузки №5, 6, 7, 8) следует выбирать ту, которая имеет максимальное значение (-)М, из остальных воздействий (нагрузки №2, 9, 10) берутся такие нагрузки, которые увеличивают величину , т. е., если нагрузки со значениями усилий (-)М.

Расчетная комбинация усилий, нагрузки:

1+(2+3+6+9)·0,9:

Высота траверсы hтр = 118,2 см (определена ранее, при компоновке рамы).

Высота стенки траверсы, за вычетом толщины горизонтальных листов составляет примерно h0 = 116 см. Принимается материал траверсы сталь марки С245 по ГОСТ 27772-88, Ry = 240 МПа толщиной t = 8 мм.

Проверка прочности траверсы на срез:

Приварка траверсы к подкрановой ветви выполняется ручной сваркой электродами Э46, Rf = 200 МПа, f = 0,7, принимаем kf = 0,8 см.

Предельная (расчетная) длина шва:

В расчете по металлу шва учитывается предельная длина шва:

6. Проектирование и расчет решетчатого ригеля рамы

6.1 Определение усилий в стержнях фермы

Определение усилий в стержнях фермы, жестко сопряженными с колоннами рам, от вертикальных нагрузок производиться по схеме шарнирного опоры. Распределённая вертикальная нагрузка на ферму от веса шатра qш и снеговая нагрузка qсн приводиться к узловым нагрузкам Рш и Рсн.

Моменты М5 и М6 и горизонтальные нормальные силы N5 и N6, возникающие в узлах примыкания ригеля к колонне жесткой рамы, учитываются как внешние силы, приложенные на опорах свободно-опертой фермы.

Рисунок 15. - Нагрузки на ферму:

При определение усилий в стержнях фермы рассматриваем следующие загрузки:

- вертикальной нагрузкой от веса шатра Рш по всему пролету фермы;

- вертикальной снеговой нагрузкой Рсн по всему пролету фермы;

- вертикальной снеговой нагрузкой Рсн на половине пролета фермы;

- горизонтальными нагрузками М5, М6, N5, N6 от защемления фермы в колоннах жесткой рамы.

Нагрузки:

- от веса шатра: ;

- от веса снега: .

Узловые нагрузки:

Где:

lп - длина панели ветрового пояса фермы.

Момент защемления фермы в колонне М4 = -497,3 кН·м, поперечная сила в этом же сечении колонны Q4 = -80,6 кН от нагрузки 1 + (2 + 4 + 7 + 10) * 0,9 при значении сосредоточенной силы Wп = 5,33 кН (нагрузка №10), направленной от левого опорного узла влево.

Направление пары сил:

Где:

h0 - высота фермы на опоре в осях.

Где:

nc = 0,9 - коэффициент сочетания нагрузок.

Рисунок 16. - Усилия в крайней панели:

Расчетные усилия в стержнях фермы приведены в табл. 8.

Таблица 8. - Определение усилий в ферме:

Элемент фермы

Номер стержня

от Рш = 62,8 кН nс = 1,0

Рсн = 72 кН

от М4

Расчетное усилие

слева nc = 1,0

справа nс = 1,0

по всей ферме

nс = 1,0

nс = 0,9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Верхний пояс

1-в

0

0

0

0

0

+348

+348

3-с

-416,5

-

-

-429.6

-

0

-846.1

4-d

-416,5

-

-

-429.6

-

0

-846.1

6-е

-456,1

-

-

-470.4

-

0

-926.5

7-f

-470.4

-926.5

Нижний пояс

а-2

272,6

-

-

281.1

84,3

-420

+553.7 / +91.6

а-5

467,4

-

-

482.1

-

0

949.5

a-8

467,4

482.1

950.5

Раскосы

1-2

-350,0

-

-

-360.9

-

0

-710.9

2-3

183,4

-

-

189.3

-

0

372.7

4-5

-72,9

-


Подобные документы

  • Компоновка поперечной рамы здания. Эксцентриситет стенового ограждения верхней и нижней частей колонны. Статический расчет поперечной рамы. Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня. Конструирование базы колонны.

    курсовая работа [2,6 M], добавлен 03.11.2010

  • Компоновка поперечной рамы. Расчет внецентренно-сжатой колонны, узла сопряжения верхней и нижней частей колонны. Подбор сечения сжатых стержней фермы. Сбор нагрузок на ферму. Расчет анкерных болтов. Расчетные сочетания усилий. Статический расчёт рамы.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.11.2016

  • Подбор сечения балок: настила, главной, составной. Проверка их прочности, жесткости, общей и местной устойчивости. Расчет и конструирование узлов, соединений. Проектирование центрально-сжатой колонны и ее нижней опорной части. Выбор стали для конструкций.

    курсовая работа [221,5 K], добавлен 27.11.2015

  • Компоновка в балочной клетке. Расчёт и конструирование главной балки. Определение отношения пролёта настила к его толщине из условия обеспечения допустимого относительного прогиба. Расчёт и конструирование центрально-сжатой колонны, компоновка сечения.

    курсовая работа [681,2 K], добавлен 22.06.2009

  • Выбор типа балочной клетки, ее компоновка. Расчёт листового несущего настила, прокатных балок. Определение нагрузки на балку настила и внутренних усилий в ней. Расчёт и конструирование сварных составных балок и колонны. Подбор сечения сплошной колонны.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 05.11.2013

  • Расчет основных размеров сооружений в плане и профиле. Выбор оптимального варианта конструкции ограждения. Определение расчетной схемы поперечной рамы, размеров ее сечений и геометрических параметров оси. Вычисление нормативных и расчетных нагрузок.

    курсовая работа [3,2 M], добавлен 26.12.2012

  • Компоновка конструктивной схемы каркаса. Расчет поперечной рамы каркаса. Конструирование и расчет колонны. Определение расчетных длин участков колонн. Конструирование и расчет сквозного ригеля. Расчет нагрузок и узлов фермы, подбор сечений стержней фермы.

    курсовая работа [678,8 K], добавлен 09.10.2012

  • Расчет трехшарнирной дощатоклееной рамы с зубчатым соединением стоек и ригеля. Геометрические размеры рамы. Проверка рамы на устойчивость плоской формы деформирования. Расчет опорного узла. Основные мероприятия по защите древесины от гниения и возгорания.

    курсовая работа [954,6 K], добавлен 15.10.2010

  • Особенности расчета многопустотной плиты по предельным состояниям. Определение усилий в ригеле поперечной рамы. Расчет прочности ригеля по сечениям, нормальным к продольной оси. Конструирование арматуры ригеля. Расчет сборной железобетонной колонны.

    курсовая работа [362,0 K], добавлен 22.01.2010

  • Компоновка балочной клетки и выбор стали. Расчет железобетонного настила. Проектирование монтажного стыка главной балки. Расчет соединения пояса со стенкой. Подбор сечения сквозной колонны. Определение высоты траверсы. Конструирование базы колонны.

    курсовая работа [663,6 K], добавлен 08.12.2013

  • Определение компоновочных размеров поперечной рамы стального каркаса здания. Расчёт стропильной фермы, составление схемы фермы с нагрузками. Определение расчётных усилий в стержнях фермы. Расчёт и конструирование колонны. Подбор сечения анкерных болтов.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 15.04.2019

  • Компоновка поперечной рамы и выбор типов колонн. Обеспечение пространственной жесткости задания. Определение нагрузок на поперечную раму. Проектирование и расчет стропильной конструкции. Конструирование колонны и фундамента производственного здания.

    курсовая работа [601,6 K], добавлен 03.11.2010

  • Расчет рамы производственного здания, расчёт на вертикальную нагрузку от мостовых кранов. Определение усилий в стержнях фермы, подбор сплошного сечения внецентренно сжатого стержня. Конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны.

    курсовая работа [802,3 K], добавлен 22.05.2022

  • Проект несущих конструкций одноэтажного промышленного здания. Компоновка поперечной рамы каркаса здания, определение нагрузок от мостовых кранов. Статический расчет поперечной рамы, подкрановой балки. Расчет и конструирование колонны и стропильной фермы.

    курсовая работа [1018,6 K], добавлен 16.09.2017

  • Проектирование одноэтажного трехпролётного промышленного здания. Компоновка поперечной рамы и определение нагрузок. Проектирование стропильной конструкции и ее оптимизация. Проектирование колонны и монолитного внецентренно-нагруженного фундамента.

    курсовая работа [960,9 K], добавлен 29.08.2010

  • Выбор схемы балочной клетки, расчет настила. Проектирование и расчет главных балок, проверка прочности и общей устойчивости. Проектирование и расчет колонн. Определение продольной силы в колонне, выбор типа сечения. Расчет оголовка и базы колонны.

    курсовая работа [928,8 K], добавлен 12.02.2011

  • Расчет поперечной рамы, составление сочетаний нагрузок и выбор невыгодных сочетаний усилий. Подбор сечений центрально растянутых и центрально сжатых элементов. Расчетные длины колонны. Подбор сечения верхней и нижней части колонны. Расчет базы колонны.

    курсовая работа [591,0 K], добавлен 28.04.2012

  • Общая компоновка здания, ее обоснование и расчет главных параметров. Определение параметров поперечной рамы. Конструирование крайней колонны. Стропильные конструкции покрытия и требования к ним. Методика разработки фундамента под крайнюю колонну.

    курсовая работа [514,3 K], добавлен 24.02.2015

  • Конструирование крытого перрона для автовокзала. Характеристика покрытия, подбор материала обшивки, расчет прогонов. Статистический расчет поперечной рамы, особенности конструктивного расчета. Определение прочностных свойств ригеля, подкоса, стойки.

    курсовая работа [156,1 K], добавлен 04.10.2010

  • Силовой расчет, компоновка сечений вспомогательной и главной балок, проверка их прочности, устойчивости и деформативности. Определение поясных швов, опорных частей и узлов сопряжения конструкций. Проектирование оголовка и базы центрально-сжатой колонны.

    курсовая работа [382,3 K], добавлен 03.11.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.