Розрахунок поперечної рами промислової будівлі

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Вихідні дані

Крок рам -- 6Ч18 м.;

Крок ферм -- 6 м.;

Покрівля -- тепла залізобетонна;

Стіни -- цегляні (1,5 цегли);

Сніговий район -- ІII ;

Вітровий район -- ІI ;

Сталь колон -- ВСт3кп2;

Сталь ферм -- 09Г2-6;

Переріз поясу ферм --кутники;

Бетон фундаменту -- В7,5;

2. Компоновка стального каркасу промислової будівлі

Компоновка каркасу виконуємо виходячи з наступних умов:

кількість кранів - 2;

вантажопідйомність кранів - 100/20 + 80/20;

проліт крану - 30 м;

відмітка головки кранової рейки - 9,4 м;

з'єднання ригеля з колоною - шарнірне;

режим роботи кранів - середній;

НК = 4000 мм; В1 = 400 мм; hР = 170 мм (КР120);

с = 300 мм;

H2= hк + с +100;

H2= 4600 + 300 +100=5000мм;

H*2=5000мм;

H1=9000мм;

H2= H1 + H*2=5000+9000=14000мм;

H*=14400мм; з кратністю 600мм

H*1=9400мм;

l2 = H*2+ hр + hб = 5000 + 1800+170= 6970 мм; hр =18000/10=180;

l1= H*- l2 + lб = 14400 - 6970+600= 8030 мм;

l= l1 + l2 = 8030 - 6970= 15000мм;

l= H* + lб = 14400 +600= 15000мм;



Рис. 1 Схема каркасу будівлі

Розрахунок стропильної ферми

Довжина стропильної ферми:

l =30 м;

Покрівля -- тепла залізобетонна;

Сталь ферм -- 09Г2-6; (R_s = 335 МПа);

Приймаємо ферму прямокутного типу - Н_ф = 3150 мм

Рис. 2 Розрахункова схема ферми

Таблиця 1 Збір навантажень на ферму

№ п/п	Наименование	Нормативная	g	Расчётная
Постоянные нагрузки
1	Гравійний дах	0,4	1,2	0,52
2	Рубероїдний килим	0,1	1,3	0,12
3	Цементна стяжка	0,4	1,3	0,52
4	Мінераловатні плити	0,3	1,1	0,36
5	Пароізоляція	0,05	1,2	0,06
6	З.Б. плита	1,2	1,1	1,32
7	Прогони і пов'язі	0,0204	1,1	0,66

gm=3,36

Розрахунок ферми проводимо від навантаження яке діє на половині прольоту ферми.

R_A = R_B = кН;

R_A = R_B = кН;

Рис. 3 Побудова діаграми Кремона

Остаточно прийнято чотири типорозмірів перерізів прокатних профілів:

Спарені кутики :125Ч9мм - пояси та при опорні розкоси;

100Ч8мм - розкоси ;

63Ч5мм - розкоси ;

70Ч5мм - стійки.

Навантаження на поперечну раму стального каркасу промислової будівлі

Постійне навантаження

Таблица 2 Навантаження від покрівлі

№ п/п	Наименование	Нормативная	g	Расчётная
Постоянные нагрузки
1	Гравійний дах Рубероїдний килим	0,4 0,1	1,3 1,2	0,52 0,12
2	Ц.-п. стяжка, 20мм	0,4	1,3	0,52
3	Минераловатная плита, 100мм	0,3	1,2	0,36
4	Пароизоляция	0,05	1,2	0,06
5	Ж.б. плита, 3х6м	1,2	1,1	1,32
6	Собств. вес м.к. 0,015х30	0,45	1,1	0,495
Итого	qн=	2,9	q=	3,36
Временные нагрузки
1	Снеговая (4),So	1	1,04	1,04

Розрахункове постійне навантаження від кроквяної ферми:

кН;

Навантаження від ферми:

Тимчасове навантаження:

Нормативне снігове навантаження на 1 м² стропильної ферми:

V^н_сн = 1,04кН/ м²;

Розрахункова площа на колону:

Навантаження від вітру:

w₀ = 0,5 кН/м²;(ІІІ вітровий район) - швидкісний напір вітру на висоті до 10 м;

-1,04 коефіцієнт надійності за навантаженням; (висота до 5м.); (висота до 10м.); (висота до 20м.); (Висота низу ферми 14,4 м);

(Висота верху ферми 17,55м). ;;;

- аеродинамічний коефіцієнт; = 0,8 - напір; с₁ = -0,51 - відсос; місцевість - тип Б;

Визначаємо нормативні вітрові навантаження на 1м² вертикальної поверхні стін:

-- на висоті до 5 м. = 0,9:

напір: 1,04·0,5·0,9·1·1·1·0,9·0,8 = 0,336 кН/м²;

відсос: 1,04·0,5·0,9·1·1·1·0,9·-0,51 = -0,214кН/м²;

-- на висоті до 10 м. =1,2:

напір: 1,04·0,5·0,9·1·1·1·1,2·0,8 = 0,449кН/м²;

відсос: 1,04·0,5·0,9·1·1·1·1,2·-0,51 = -0,286кН/м²;

-- на висоті 14,4 м. = 1,354:

напір: 1,04·0,5·0,9·1·1·1·1,354·0,8 = 0,5кН/м²;

відсос: 1,04·0,5·0,9·1·1·1·1,354·-0,51 = -0,323кН/м²;

-- на висоті 17,55 м. =1,464:

напір: 1,04·0,5·0,9·1·1·1·1,464·0,8 = 0,548кН/м²;

відсос: 1,04·0,5·0,9·1·1·1·1,464·-0,51 = -0,349кН/м²;

Рис. 5 Схема вітрового навантаження на раму

Визначення еквівалентного вітрового навантаження:

Зосереджене навантаження на рівні опорного вузла стропильної ферми:

При кроці 6 м. від вантажної площі шириною 18м. висотою h = 3,2 м. та трапецієвої епюри тиску: напір:

-- Навантаження від мостових кранів:

Визначаємо навантаження від двох мостових кранів середнього режиму роботи:

Для крану:100/20; l_кр = 28 м - проліт крану при кроці рам 18м.

Габаритні розміри крану:

Н_К = 4000 мм; В₁ = 400 мм; В₂ = 9350 мм; К = 4600мм;

Максимальний нормативний тиск на колеса мосту крану: F^к1max = 450 кН; F^к2max= 480 кН;

Вага візка m_т = 410кН;. вага мосту m_м = 1040кН;

Рис. 6 Схема розташування кранів та лінія впливу опорних реакцій підкранових балок



Мінімальний нормативний тиск на колеса мосту крану:

F^н_min=(F^н_кр1 + F^н_т + F^н_м - F^н₁·n₁ - F^н₂·n₂)·1/n₀ = (1000+ 410+ 1040 - 450·2 - 480·2)·1/4 = 147,5кН;

Нормативне навантаження на колесо від поперечного гальмування:

Т^Н_Г = (F^н_кр1 + F^н_т)/20·n₀ = (1000 + 410)/20·2 = 17,62 кН;

Розрахункові навантаження на колони від двох зближених кранів визначаємо за лінією впливу опорних реакцій суміжних підкранових балок:

F_max = n·n_c·УF^Н·y_i = 1,2·0,85·[480·(1+0,955+0,525+0,48) + 450·(0,7+0,655+0,825+0,78] = 2807,8 кН;

F_min = n·n_c·УF^Н·y_i = 1,2·0,85·[147,5·(2,96+2,96)] = 890,6 кН;

Т = n·n_c·УТ^Н_Г ·y_i = 1,2·0,85·[17,62·(2,96+2,96)] = 106,39 кН;

Рис. 7 Попередній підбір перерізу колони



Верхня частина колони із сталі ВСт3кп2 R_y = 230 МПа;

ц_l - приймаємо із досвіду проектування

N_В = F_Ф + F_СН + F_G = 53,55 + 280,8 + 907,2 = 1241,55 кН;

Необхідна площа перерізу:

A_B = N_B·10/ц_l ·R_y = 1241,55·10/0,2·230 = 269,8см²;

Приймаємо за сортаментом 60Ш6 (А = 298 см², І_Х = І_b= 190430см⁴ ; І_y =17350 см⁴);

Нижня частина колони із сталі ВСт3кп2 R_y = 230 МПа;

N_H = F_В + F_max= 1241,55 +2807,8 = 4049,35 кН;

Необхідна площа перерізу:

A_Н = N_H·10/ц_l ·R_y = 4049,35·10/0,5·230 = 352,11 см²;

Зовнішня гілка А_З = 0,45·А_Н = 0,45·352,11 =158,44 см²;

Внутрішня гілка А_В = 0,55·А_Н = 0,55·352,11 = 193,66 см²;

Приймаємо за сортаментом

Зовнішня - 50Ш2 (А =160 см², І_Х = 70470см⁴; І_Y = 8020см⁴; b = 300мм);

Внутрішня - 50Ш4 (А =198 см², І_Х = 86010см⁴; І_Y = 9830см⁴; b = 300мм);

Статичний момент відносно вісі Х₀ нижньої частини колони:



S_Xo = ·а_Н = 160·110 = 17600 см⁴;

Момент інерції нижньої частини колони:

Відносна жорсткість колони:

=І_Н/І_В = 1076974,21/190340 =5,6;

Ексцентриситети прикладення навантажень:

- покрівля та сніг:

е₁ = 250 + z - - а_В/2 = 250 + 1000 - 491,6- 600/2 = 458 мм;

- кранове:

e₂ = = 491,6 мм;

- стінове:

e₃ = 100+250+1000-491,6= 858,4 мм;

3. Розрахунок верхньої частини колони

Для верхньої частини колони підбираємо переріз за зусиллями з максимальним моментом та максимальною поперечною силою.

M_max = 414,13кН·м; M_відпов = -454,3 кН·м;

N_відпов = 960 кН; N_max = 1241 кН;

Q_відпов = -85,09 кН; Q_відпов = 103 кН;

Розрахункові довжини ділянок колони приймаємо з врахуванням коефіцієнтів м за даними табл.18 СНиП ІІ-23-81*. Для схеми рами із шарнірним закріпленням ригеля до колони м_в = 2,5 - верхня частина, та І_В/І_Н = 0,25 м_н = 1.6 -для нижньої частини.

l_В = м_в·l_В = 2,5·6,97 = 17,42м;

l_Н = м_н·l_Н = 1.6·8,03 = 12,84 м;

Для попереднього підбору перерізу верхньої частини із сталі ВСт3кп2 (R_y = 230МПа) визначаємо приблизні параметри:

- гнучкість: л_X = l_B/0,42·а_в = 17,42·100/60,4·0,42 = 68,7;

- умовна гнучкість:

1. Відносний ексцентриситет:

При A_f /A_W = 0,5 та m<5:

з = (1,75 - 0,1·m_x) - 0,02·(5 - m_х)· = (1,75 - 0,1·1,94) - 0,02·(5 - 1,94)·2,27 = 1,52;

Приведений ексцентриситет m_ef = з·m_x = 1,52·1,94 = 2,94 -- ц = 0,300;

Необхідна площа:

2. Відносний ексцентриситет:

При A_f /A_W = 0,5 та m<5:

з = (1,75 - 0,1·m_x) - 0,02·(5 - m_х)· = (1,75 - 0,1·1,64) - 0,02·(5 - 1,64)·2,27 = 1,43;

Приведений ексцентриситет m_ef = з·m_x = 1,43 ·1,64 = 2,34 -- ц_l = 0,338;

Необхідна площа:

Приймаємо переріз І60Ш3(А =216 см², І_Х =133440, W = 4540см³,і_х=24,9см, і_у = 7,43 см)

Гнучкість:

л_X = l_B/і_х = 1742/24,9 = 69,95;

Умовна гнучкість:



Параметр A_f /A_W = 2,1·32 / 1,7·54,6 = 0,9 ;

A_f /A_W =0,72та m_х = 1,72 :

з = (1,90 - 0,1·m_x) - 0,02·(6 - m_х)· = (1,9 - 0,1·1,72) - 0,02·(6 - 1,72)·2,31= 1,53;

Для A_f/A_W = 0,72; m_x = 1,72; з = 1,53;

m_ef = з·m_x = 1,53·1,72 = 2,63 -- ц_l = 0,321;

Умовна гнучкість:

ц_y = 1-(0,073 - 5,53·R_y/Е)··=1-(0,073 - 5,53·230/210000)·3,1·=0,634;

л_с = 3,14· = 3,14·= 94,88 > л_Y =93,8;

б = 0,65 + 0,05·m_x = 0,65 + 0,05·1,72= 0,73;

с = в/(1+ б· m_x) = 1/(1 + 0,73·1,72) = 0,44;

у = - 157,45 МПа < R_y = 230;

у₁ = 42,55 МПа < R_y = 230;

б = (у - у₁)/у = (-157,45 - 42,55)/-157,45 = 1,26;

Гнучкість:

л_Y = l/і_у = 697/7,43 = 93,8;

Перевіряємо стійкість:

Підібраний переріз задовольняє всім вимогам.

4. Розрахунок нижньої частини колони

Для верхньої частини колони підбираємо переріз за зусиллями з максимальним моментом та максимальною поперечною силою.

N _max = 3598,8кН; N = 1969,4кН·м; N = 3360,21кН·м;

Mвідп = 465,1кН·м; +M _max = 1184,92кН·м; -M _max = -1404,9кН·м;

Q_max = -99,4кН; Q _відпов = 151,24кН; Q _відпов = -99,4кН;

Для попереднього підбору перерізу нижньої частини із сталі ВСт3кп2 (R_y = 230МПа).

За І комбінацією:

Ексцентриситет: e = M/N = 46510/3598,8 = 12,92 см.

Попередній підбір перерізу з габаритом а_н = 1100 мм:

За ІІ комбінацією:

Ексцентриситет: e = M/N = 118492/1969,4 = 60,16 см.

Попередній підбір перерізу з габаритом а_н = 1100 мм:

> А^І_ТР = 207,92 см²;

За ІІІ комбінацією:

Ексцентриситет: e = M/N = 140490/3360,21 = 41,8 см.

Попередній підбір перерізу з габаритом а_н = 1100 мм:

> А^ІI_ТР = 216,74 см²;

Зовнішня гілка: А_З = 0,45·А^ІІІ_ТР = 0,45·301,54 = 135,69см²;

Внутрішня (підкранова) гілка: А_В = 0,55·А^ІІІ_ТР = 0,55·301,54 = 165,84 см²;

Зовнішня - І50Ш1 (А =143 см², І_Х = 60510см⁴; І_Y = 6760см⁴; W= 2500 см³, і_х = 20,6 см; і_у = 6,88 см);

Внутрішня - І50Ш3 (А =178 см², І_Х = 74190см⁴; І_Y = 8340см⁴; W= 3030 см³, і_х = 20,4 см; і_у = 6,84 см);

A_H =(А_З + А_В) = 143 +178 = 321 см.

Статичний момент відносно вісі Х₀ нижньої частини колони:

S_Xo = А_З·а_Н = 143·110 = 15730 см³;

y_В = S_Xo/(А_З + А_В) = 15730/(143 +178) = 49 см;

y_З = а_Н - x_В = 110 - 49 = 61 см;

Момент інерції нижньої частини колони:

І_Х = І_YЗ + І_YВ +А_З ·y²_З + А_В ·y²_В = 6760+8340+143·61² + 178·49² = 974581 см⁴;

І_У = 60510 + 74190 = 134700 см⁴;

Перевіряємо стійкість з площини рами:

Відносний ексцентриситет:

Параметри для визначення приведеної гнучкості наскрізної колони із трикутною решіткою

Розкоси із кутника L80х7 А = 10,8 см²; = 2·10,8 = 21,6 см²;

л_Х = l_н/і_х = 1284/55,1 = 23,3;

ц = 0,516;

Перевіряємо стійкість із площини рами:

Гнучкість:

л_Y = l_y/і_y =803/20,48 = 39,2;

Умовна гнучкість:

Гранична гнучкість:

л_с = 3,14· = 3,14·= 94,88 > л_y =39,2;

ц_y = 1-(0,073 - 5,53·R_y/Е)··=1-(0,073 - 5,53·230/210000)·1,29·=0,89;

с = в/(1+ б· m_x) = 1/(1 + 0,6·0,88) = 0,65;

Перевіряємо стійкість:

Перевірка міцності підібраного перерізу;

Перевірка гілок колони на центральний стиск.

Розрахункове осьове зусилля в внутрішній гілці

За ІІІ сполученням: N_в = 3360,21·61/110 + 140490/110 = 3140,48 кН;

Розрахункові характеристики внутрішньої гілки:

Внутрішня - І50Ш3 (А =178 см², І_Х = 74190см⁴; І_Y = 8340см⁴; W= 3030 см³, і_х = 20,4 см; і_у = 6,84 см);

Гнучкість:

л_Y = l₁/і_у = 110/6,84 = 16,08;

Умовна гнучкість:

ц_в = 1-(0,073 - 5,53·R_y/Е)··=1-(0,073 - 5,53·230/210000)·0,53·=0,97;

Перевіряємо стійкість внутрішньої гілки:

Розрахункове осьове зусилля в зовнішній гілці:

За ІІІ сполученням: N_з = 3360,21·49/110 + 140490/110 = 2774 кН;

Розрахункові характеристики зовнішньої гілки:

Зовнішня - І50Ш1 (А =143 см², І_Х = 60510см⁴; І_Y = 6760см⁴; W= 2500 см³, і_х = 20,6 см; і_у = 6,88 см);

Гнучкість:

л_Y = l₁/і_у = 110/6,88 = 15,98;

Умовна гнучкість:

ц_в = 1-(0,073 - 5,53·R_y/Е)··=1-(0,073 - 5,53·230/210000)·0,52·=0,97;

Перевіряємо стійкість внутрішньої гілки:

Підібрані профілі перерізу колони задовольняють вимогам.

Розрахунок розкосів нижньої частини колони.

Розрахункове зусилля в розкосі однієї площини:

D = Q₁/2·sin б = 151,24/2·0,707 = 106,95 кН;

Розкоси із кутника L80х7 А = 10,8 см²; і_х =1,88 см;

л_d =0,9·l/і_х = 0,9·155/1,88 = 74,2;

ц_min =1,47-13·R/E - (0,371 - 27,3·R/E)·+ (0,0275 - 5,53·R/E)·= 1,47 - 13·230/210000 - (0,371 - 27,3·230/210000)·2,45 + (0,0275 - 5,53·230/210000)·2,45 = 0,64

Розрахунок траверси колони.

Mmax.=-454,3 кН*м ; Nmax=1241кН;

Fmax=2807кН;

Ширина в осях полок верхньої частини колони;

Ширина в осях гілок нижньої частини колони;

Приймаємо

Округляємо висоту траверси до стандартної =900мм.

Перехідна частина колони виконується зі сталі ВСт3кп2 ;

Ry=220мПа; Ryn=225мПа; Run=360мПа;

Розрахунковий опір сталі зминанню торцевої поверхності складає;

Розрахунковий опір сталі зсуву;

Статичний розрахунок траверси колони.

Зусилля на полку яка спирається на траверсу;

Відстань від опори траверси до осі полки верхньої частини колони



Відстань від осі полки верхньої частини колони до осі внутрішньої гілки нижньої частини колони.

Реакція траверси зі сторони внутрішньої гілки нижньої частини колони;

Розрахунок згинального моменту в траверсі ;

5. Підбір перерізу траверси

З умови зм'яття потрібна товщина траверси рівна ;

Потрібна товщина траверси з умови міцності її на зріз

Приймаємо товщину траверси з умови міцності її на зріз Нтр=30мм. Перевірка нормальних напружень в траверсі, яка має момент опору:

Нормальне напруження в траверсі рівні :

6. Розрахунок зварних швів

Максимальна розрахункова довжина кутового шва1 :

Шов 2 розраховується на зусилля зрізу від реакції траверси та повного тиску вертикального кранового навантаження.

Ці зусилля сприймаються двома швами. Приймаємо :

Перевіряємо напруження зрізу шва :



7. Конструювання та розрахунок бази колони

N _max = 3598,8кН; N = 1969,4кН·м; N = 3360,21кН·м;

Mвідп = 465,1кН·м; +M _max = 1184,92кН·м; -M _max = -1404,9кН·м;

Сталь бази колони ВСт3кп2 Ry=230 МПа (при t=2-20мм) Ry=220МПа

(при t=20-40мм) Ry=210МПа(при t=40-100мм)

Rb= 7 МПа ; марка бетону М150,

Ширина плити назначається за конструктивними міркуваннями;

Попередньо, враховуючі висоту перерізу гілки колони h= 489,8мм, призначаэмо довжину опорноъ плити Lпл=600мм. Розміри залізобетонного фундаменту під обидві гілки призначаємо 1000Ч1700мм.

Розрахунковий опір бетона зм'яттю;



8. Розрахунок бази колони

Зусилля в підкрановій гілці (ІІІ комбінація зусиль)

Напруження у бетоні фундаменту під плитою підкранової гілки :

Зусилля в зовнішній гілці (комбінація ІІ)

Комбінація зусиль І

Напруження в бетоні фундаменту під плитою зовнішньої гілки:

Остаточно приймаємо опорну плиту



9. Визначення товщини опорної плити

Перша ділянка розраховується, як консоль з вилетом:

Згинальний момент при відпорі фундаменту

Друга ділянка розраховується як плита оперта по трьох сторонах та навантажена реактивним відпіром фундаменту Згинальний момент визначається: Тут к-нт, який залежить від співвідношення сторін

, де Вf- вільна сторона плити.Вf=300мм.

< 0,5,так як співвідношення сторін менше 0,5, то другу ділянку розраховуємо, як консоль з вилітом

Третю ділянку розраховуємо, як плиту, оперту по чотирьох сторонах :

Де d3= довжина короткої сторони ділянки

В даному випадку

З трьох ділянок найбільший момент має перша ділянка.

Товщину опорної плити знаходимо за ф-лою:

Приймаємо товщину опорної плити =28мм

10. Розрахунок анкерних болтів

(І комбінація) Мсоотв.=972кНЧм; Nмін=960кН; (ІІ комбінація) Ммах.=1184,92 кНЧм; Nсоотв.=1969,4кН;

Відривне зусилля в анкерних болтах визначається за розрахунковою схемох

За комбінацією І

За комбінацією ІІ

Найбільше відривне зусилля за комбінацією І Z=316,36кН, прийнято розрахунковим.

Кріплення правої гілки до фундаменту передбачаємо двума анкерними болтами зі сталі ВСт3кп2. Зусилля на один анкерний болт рівне :

Розрахунковий опір розтягу фундаментних болтів приймаємо Rав=180МПа;

Потрібна площя перерізу болта :

Приймаємо болти d=42мм. та площею

Таким чином перша гілка до фундаменту прикріплюються двома болтами d=42мм.

11. Визначення висоти траверси колони

Висота траверси визначається довжиною швів, які передають зусилля з гілки на анкерний болт.

вf=0,7; Kf=0,6; Rwf=180МПа;

Конструктивно приймаємо траверсу перерізом 200Ч10.

12. Розрахунок планки під анкерний болт

стальний каркас конструювання анкерний

Для гілки з двотавра №50Ш1 вf=300мм. Максимальний згинальний момент в планці рівен.

Приймаємо планку шириною Приймаємо do=48мм. Тоді

Тоді товщина планки із умови її роботи на згин.

Приймаємо планку товщиною 1,4см.=14мм.

Размещено на Allbest.ru

...