Проектирование производственных зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Компоновка конструктивной схемы

2. Статический расчет однопролетной поперечной рамы

2.2.1 Постоянная нагрузка

2.2.2 Снеговая нагрузка

2.2.3 Нагрузки от мостовых кранов

2.2.5 Ветровая нагрузка

2.3 Статический расчет однопролетной поперечной рамы

2.4 Определение усилий в колонне

3.Расчет и конструирование колонны

3.1 Определение расчетных длин колонны

3.2 Подбор сечения сплошной верхней части одноступенчатой колонны

3.3 Подбор сечения сквозной нижней части одноступенчатой колонны

3.3.4 Расчёт сопряжения верхней части колонны с нижней

4. Расчет и конструирование фермы

4.1 Определение усилий в ферме

4.3 Подбор сечений

4.4 Расчет сварных узлов

Библиографический список

Введение

При проектировании производственных зданий и сооружений необходимо выполнять требования строительных норм и правил, обеспечивающие необходимы эксплуатационные качества, надежность и долговечность строительных конструкций, их отдельных элементов и узлов.

Проектирование производственных зданий начинается с выбора материала несущих конструкций. Основными факторами при этом являются условия их эксплуатации, нагрузки и сроки возведения здания.

Использование стали в промышленном строительстве регулируется техническими условиями по экономному расходованию основных строительных материалов. Указанные технические условия предусматривают применение металлических каркасов для зданий:

а) с кранами особого режима работы, поскольку в условиях больших, непрерывно повторяющихся, динамических воздействий металлические конструкции являются наиболее надежными ;

б) возводимых на вечно мерзлых и просадочных грунтах, т.к. стальные конструкции лучше, чем другие, работают при неравномерных осадках фундаментов, возможных в процессе эксплуатации;

в) строящихся в труднодоступных районах или при значительной удалении объектов строительства от производственных баз, что определяется относительно малой массой стальных конструкций.

С целью экономии стали металлические каркасы в обычных условиях применяются в зданиях с пролетами 36 м и более, , при шаге колонн 12 м и мостовых кранах грузоподъемностью 80 т.

Проектирование каркасов промзданий необходимо производить с максимальным использованием унифицированных габаритных схем и типовых конструкций, благодаря которым обеспечивается наибольшая серийность элементов при минимальном числе типоразмеров. Конструктивные формы должны быть простыми, отвечать совершенной технологии изготовления и скоростному монтажу.

Производственные здания следует рассчитывать как единую пространственную систему. При разделении eё на простые конструкции надо учитывав совместность работы отдельных элементов. Расчет необходимо производить с учетом физической нелинейности, возникающей при работе конструкций в упруго-пластической стадии, и геометрической нелинейности, вызванной перемещением элементов и узлов.

Комплектовать конструкции надо из минимального числа марок стали, профилей проката и деталей. Форма последних должна быть простой, предусматривающей наименьшие отходы и потери.

Конструкции проектируют в виде отправочных элементов транспортного габарита. При возможности необходимо предусматривать их укрупнение на строительной площадке в блоки, с целью обеспечения скоростного монтажа. Заводские соединения элементов назначаются сварными с применением автоматической и полуавтоматической сварки. Монтажные соединения применяются, как правило, болтовыми с использованием обычных и высокопрочных болтов нормальной точности.

1. Компоновка конструктивной схемы

конструирование ферма сварной производственный

Исходные данные:

Здание однопролётное L = 24 м. Длина 60 м.

Здание оборудовано двумя мостовыми электрическими кранами грузоподъёмностью Q = 125 (т) или Q = 12500 (кН) тяжелого режима работы.

Место строительства: г. Уренгой

(IV - снеговой район, IV- ветровой район )

Выбираем тип огорождающих конструкций:

Поскольку здание отапливаемое принимаем рулонную кровлю по стальному профилированному оцинкованному настилу, уложенному по стальным прогонам. Утеплитель пенополистерол плотностью = 50 кг/м3

Стены из навесных трёхслойных панелей со стальными обшивками, жёстким утеплителем из пенополиуритана плотностью = 60 кг/м3

Выбираем схему поперечной рамы:

Для обеспечения необходимой жёсткости поперечной рамы - соединение колонн с фундаментом принимаем жёстким. Сопряжение ригелей с колоннами принимаем жёстким.

Здание оборудовано мостовыми тяжёлыми кранами, поэтому целесообразно применить ступенчатую колонну, т. е. колонну переменного сечения по высоте.

Для рулонной кровли по стальному профилированному настилу уложенного по прогонам наиболее целесообразно применять ригели в виде стропильной малоуклонной фермы с параллельными поясами, особенно при шаге колонн 12 м.

Поперечный разрез здания: (см. рис.1). Размеры по вертикали привязываем к отметке уровня пола, принимаем отм. 0,000. Размеры по горизонтали привязываем к продольным осям зданий. Генеральные (габаритные) размеры:

H = h1 + h2 (высота здания)

h2 = (hк + 100) + а = (4000 + 100) + 300 = 4400 мм. (4,4 м.)

Н = 15000+4400=19400 мм. (19,4 м.)

Н - в соответствии с положениями об унификации принимается кратной 1,8 при высоте здания > 10,8 м.

Окончательно принимаем Н = 19800 мм. (19,8м.)

Устанавливаем размеры элементов конструкции рамы по высоте.

Высота верхней части колонны:

hв = (hб + hр) + h2 = 1600 + 4400 = 6000 мм (6м.)

Высота нижней части колонны:

hн = Н - hв + (600 до 1000) = 19800 -6000 + 800 = 14600 мм. (14,6 м.)

где размер (600 до 1000) - заглубление опорной базы колонны ниже уровня пола.

Общая высота колонны:

h = (hв + hн) = 14600 +6000 = 20600 мм. (20,6м.)

Основные размеры поперечной рамы по горизонтали:

л = В1 + (Вв - В0) + (60 до 75) = 500+ (500 - 250) + 75 = 800 мм, где

л - расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны.

В1 = 500 мм - часть кранового моста, выступающая за ось кранового рельса, принимается по справочным документам, в зависимости от грузоподъёмности крана.

Размер (60 до 75) - зазор между краном и колонной принимается из условий безопасности.

Пролёт мостовых электрических кранов л к - имеет модуль 500, а для кранов Q > 50 т, а при отсутствии проходов окончательно принимаем л = 1000 мм.

Ширина нижней части колонны Вн - в случае совмещения оси подкрановой ветви с осью подкрановой балки будет равна:

Вн = л + В0 = 1000 + 250 = 1250 мм. (1,25 м.)

В0 - привязка наружной грани колонны

Вн > 1/20 h = 1/20 · 20600 = 1030 мм, т. к. по конструктивным соображениям ширина колонны получилась равной 1250 мм, что больше требуемой, которая равна 1030 мм, то жёсткость полностью обеспечивается, окончательно ширину колонны принимаем Вн = 1250 мм. (1,25 м.)

Шаг колонн принимаем равный 12 м.

При расчёте конструктивную схему рамы приводят к расчётной схеме, в которой конструктивные элементы изображены осевыми линиями с идеальными сопряжениями в узлах. За геометрические оси колонн в расчётной схеме рамы принимаем линии центра тяжести сечения колонн, т. к. сечение заранее неизвестно, допускается принять расположение осей, по середине высоты сечения. Эксцентриситет, т. е. расстояние между верхней и нижней частью колонны принимаем равным:

е = 0,5Вн - 0,5Вв = 0,5 х 1250 - 0,5 х 500 = 375 мм. (0,375 м.)

За геометрическую ось ригеля принимают ось нижнего пояса сквозного ригеля (фермы). Ширину расчётного блока для однопролётной рамы принимаем 12 м.

2. Определение нагрузок, действующих на поперечную раму

На поперечную раму действуют постоянные нагрузки от массы огорождающих и несущих конструкций здания, временные технологические нагрузки (от мостовых кранов) и атмосферных нагрузок.

2.1 Постоянная нагрузка

Постоянные нагрузки - нагрузки от массы огорождающих и несущих конструкций, принимают одновременно распределённой по длине ригеля. Расчётную постоянную нагрузку определяют в табличной форме (табл. 1)

Таблица 1

№	Состав нагрузки	Нормативная нагрузка, кг/м2	Коэффициент перегрузки	Расчётная нагрузка, кг/м2 (кН/м2)
1	Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием) д = 15 мм, с=2100 кг/м3	32	1,3	41,6
2	Гидроизоляционный ковёр (4 слоя рубероида на битумной мастике)	20	1,3	26
3	Утеплитель (пенополистерол) д = 100мм, с=50 кг/м3	6	1,3	7,8
4	Пароизоляция (1 слой пергамина)	4	1,3	5,2
5	Стальной профилированный настил	15	1,05	15,75
6	Стальной прогон	20	1,05	21
7	Собственная масса Me конструкции (фермы, связи)	40	1,05	42
	ИТОГО:	137	---	159 (1,59)

Расчёт на постоянную нагрузку на 1 м длины ригеля производится по формуле:

qпост = q0 · B = 1,59 · 12 = 19,8 (кН/ м)

Грузовые площади определяются по следующим формулам:

;

.

Опорное давление ригеля от постоянной нагрузки:

RA=An=qn*L/2=19,08*23,8/2=227,05 кН

Величина момента равна:

Mn=Аn*e=227,05*0,5=113,53 кН*м.

В ступенчатых колоннах из-за смещения центра тяжести в сечении верхней и нижней части возникает изгибающие моменты. Величина момента равна произведению продольной силы на плече, но из-за малой величины он не учитывается.

2.2 Снеговая нагрузка

Снеговая нагрузка принимается равномерно-распределенной по длине ригеля. Расчётную нагрузку определяем по СНиП «Нагрузки и воздействия» по формуле:

qc = n · Po · C · B,

где Ро - нормативный вес снегового покрова в кг/м2 горизонтальной поверхности земли, принимается по СНиП «Нагрузки и воздействия» в зависимости от климатического района. Ро = 2.4 кН/м2.

n = 1.4 - коэффициент перегрузки для снеговой нагрузки принимаемый по СНиП «Воздействия и нагрузки».

С - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, при расчёте рам, С = 1.

В - шаг колонн, В = 12 м.

qc = n · P0 · c · B , где

Р0 - нормативный вес снегового покрова кгс/м2 горизонтальной поверхности земли принимаемого по СНиП в зависимости от климатической зоны;

n = 1,4 - коэффициент перегрузки для снеговой нагрузки принимаемого по СНиП величина постоянная;

С - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли, снеговой нагрузки на покрытие при расчете рам. С = 1.

qc = 1,4 · 2.4 · 1 · 12 = 40.32(кН/м)

Опорное давление ригеля от снеговой нагрузки определяется по формулам:

Nc= qc*L/2=40,32*12=483,84кН.

Изгибающий момент:

Mn=Аn*e=483,84*0,5=241,92кН*м.

2.3 Ветровая нагрузка

Сбор ветровой нагрузки проводится в соответствии с требованиями СНиП “Нагрузки и воздействия”. Сначала устанавливается ветровой район по карте 3 по давлению ветра. Для города Владивостока определен ветровой район I, для которого нормативное значение ветрового давления W0=0.48 кПа.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на 1 м2 площади стены

Wm=W0kc.

k1=0,75 при z1 ? 5 м; k2=1,0 при z2 = 10 м; k4=1,25 при z4=20 м; k4=1,5 при z4=40 м.

Аэродинамические коэффициенты определяем по схеме 2 прил. 4 СНиП:

cе = +0,8; cе3= -0,6

Активное давление ветра с наветренной стороны:

на высоте z1 = 5 м, Wm1= W0k1cе=0,480,750,8=0,29 (кН/м2);

на высоте z2 = 10 м, Wm2= W0k2cе=0,4810,8=0,38 (кН/м2);

на высоте z3= 16,2 м, Wm3= W0k3cе=0,481,1550,8=0,44 (кН/м2);

на высоте z4 = 20 м, Wm4= W0k4cе=0,481,250,8=0,48 (кН/м2).

Для использования в статических расчетах переменная по высоте ветровая нагрузка с наветренной стороны заменяется равномерно распределенной эквивалентной нагрузкой по моменту в заделке консольной балки длиной H=14,6 м.

Равнодействующие усилия как площади трапеций:

F1=Wm1z1=0,295=1,45 (кН/м);

F2=(Wm1+Wm2)(z2-z1)/2=(0,29+0,38)(10-5)/2=1,68 (кН/м);

F3=(Wm2+Wm3)(z3-z2)/2=(0,38+0,44)(14,6-10)/2=1,89 (кН/м).

Расстояния до центров тяжести трапеций:

h1=z1/2=5/2=2,5 (м);

h2=(Wm1+2Wm2)(z2-z1)/3(Wm1+Wm2)=(0,29+20,38)(10-5)/3(0,29+0,38)=2,619 (м);

h3=(Wm2+2Wm3)(z3-z2)/3(Wm2+Wm3)=(0,38+20,44)(14,6-10)/3(0,38+0,44)=2,36 (м).

Нормативное значение интенсивности эквивалентной равномерно распределенной средней составляющей ветровой нагрузки:

Wm=2Mact/H2=2(F1h1+F2(z1+h2)+F3(z2+h3))/H2=2(1,452,5+1,68(5+2,619)+1,89(10+2,36))/14,62=0,37 (кПа).

Соответственно с заветренной стороны:

Wm'= Wmce3/ce = 0,37(-0,6)/0,8= -0,28(кПа).

Расчетное значение интенсивности эквивалентной равномерно распределенной ветровой нагрузки на 1 п. м длины стойки рамы (высота стены):

с наветренной стороны

Wакт=Wmaгnгf = 0,37121,40,95=5,9 (кН/м);

с заветренной стороны

Wпас=рвce3/ce=5,9(-0,6)/0,8= -4,43 (кН/м).

Расчетная ветровая нагрузка, действующая выше отметки низа стропильной конструкции (H=14,6 м), прикладывается к верху колонны как сосредоточенная сила W. Высота парапета принимается равной 3,15 м, а его отметка от уровня пола z5=14,6+3,15=17,75 м. Коэффициент, учитывающий тип местности на отметки 17,75 м:

K5= k3+(z5-z3)(k4-k3)/(z4-z3)= 1,25+(19,35-16,2)(1,5-1,25)/(20-14,6)=1,25;

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на этом уровне

Wm5= W0k4cе=0,481,240,8=0,476 (кН/м2).

Сосредоточенная сила, учитывающая активное давление ветра:

Wакт'=(Wm3+Wm5)(z5-z3) aгnгf/2=(0,44+0,476)(17,75-14,6)(0,8+0,5)121,40,95/2=27,15 (кН).

Сосредоточенная сила, учитывающая пассивное давление ветра:

W пас'= Wакт'· (-0,6/0,8)=27,15·(-0,6/0,8)= -20,36 (кН).

2.4 Нагрузки от мостовых кранов

При расчёте однопролётных поперечных рам крановая нагрузка учитывается от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности.

Вертикальное давление на раму определяется при невыгодном для колонны положении. Наибольшее давление колоса крана Dmax получается в том случае когда тележка крана приближается к колонне. Принимается по ГОСТ или по каталогам по таб. Беленя.

Наибольшее давление колеса крана принимаем по учебнику Беленя: Q = 125, следовательно Pmax = P1 = 370 (кН)

где Gкр - полный вес крана с тележкой, Gкр = 1300 (кН)

no - число колёс крана с одной стороны, no = 4.

Расчёт вертикального давления крана на колонну производим по формуле:

Dmax = nc · n · Pmax ?Y + Gпк = 0,85 · 1,2 · 370 · 4,967 + 120 = 1994,55 (кН)

Dmin = nc · n · Pmin ?Y + Gпк = 0,85 · 1,2 · 155 · 4,967 + 120 = 905,28 (кН)

где nc = 0,85 - коэффициент сочетаний при двух кранах среднего режима работы, n = 1,2 - коэффициент перегрузки для крановой нагрузки, ?Y - сумма ординат линий влияния для опорного давления на колонну, Gпк - вес подкрановой конструкции. Gпк = qпк В = 10 · 12 = 120 (кНм2). При q > 50 т, qпк = 600 до 1200 кг м. В - длина подкрановых балок, В = 12 м.

Рис. 2.1 Линия влияния от мостовых кранов

?Y = Y1 + Y2 +Y3 + Y4 = 0,242+0,308+0,671+0,738+1+0,933+0,571+0,504 = 4,967

Подкрановые балки устанавливаются с эксцентриситетом по оси колонны, поэтому в раме возникают изгибающие моменты:

Mmax = Dmax · ek = 1994,55 · 0,625 = 1246,59 (кНм)

Mmin = Dmin · ek = 905,28 · 0,625 = 565,8 (кНм)

где ek = 0,625 м

Рис. 2.2 Изгибающие моменты от крановой нагрузки

Горизонтальное давление крана на раму возникает в результате торможения тележки крана. Нормативную поперечную горизонтальную силу от торможения тележки определяем по формуле:

Toн = f (Q + Gт) no/n' = 0,1( 1250 + 380 )0,5 = 59 (кН),

где f = 0,1 - коэффициент трения,

Q - грузоподъёмность, Q = 1250 (кН)

Gт - вес тележки, Gт = 380 (кН)

no = 2 - число тормозных колёс,

n' = 4 - число всех колёс тележки.

Нормативную горизонтальную силу на колесе крана определяем по формуле:

где no - число колёс крана на одной стороне.

Расчётное горизонтальное давление крана Тmax на одну колонну определяем по формуле:

Тmax = nс · n · Тn · ?Y = 0,85 · 1,2 · 29,5 · 4,967 = 149,46 (кН)

где nс = 0,85, n = 1,2

Сила Тmax приложена к крану в уровне верхнего пояса подкрановой балки и может действовать только на одну колонну. Общая расчетная схема поперечника представлена на рис. 4.

Рис. 2.3 Общая расчетная схема поперечника

3. Статический расчет однопролетной поперечной рамы

Усилие	Схема	Коэф. сочет	Нижняя часть колонны, сечения	Верхняя часть колоны, сечение
			М, кНм	N, кН	Q, кН	M, кНм	N, кН	M, тм	N, кН	M, кНм	N, кН
+Мmax Nсоот	№		1, 7	1, 3, 5	1, 2	1, 4, 6
		1	726,7	-253,2	-	882,2	-2820,5	78,4	-368,4	238,3	-268,8
	№		1, 2', 7'			1, 2', 4', 6', 8'
		0,9	663,16	-352,96						140,19	-172,87
-Мmax Nсоот	№		1, 4, 6	1, 2	1, 3, 5	1, 3, 5
		1	-1936,8	-2740,9		-93,2	-368,4	-804,8	-273,94	-198,8	-258,1
	№.		1, 4', 6', 8'	1, 2', 8'	1, 3', 5', 8'	1, 3', 5', 7'
		0,9	-2426,5	-2864,4		-108,2	-361,78	-691,3	-262,51	-226,29	-253,7
Nmax + Мсоот	№		1, 2		1, 2	1, 2
		1	42,5	-368,4				78,4	-368,4	17,8	-368,4
	№		1, 2', 4', 6', 8'		1, 2', 4', 6', 8'	1, 2', 4', 6', 8'
		0,9	41,59	-2603,41				76,51	-377,71	297,07	-394,7
Nmax -Мсоот	№			1, 2
		1				-93,2	-368,4
	№		1, 2', 4', 6', 8'	1, 2', 4', 6', 8'	1, 2', 4', 6', 8'
		0,9	-2316,1	-2603,41		-108,2	-2603,41	-584,99	-377,71
Nmin + Мсоот	№		1, 7	1, 7
		1	726,7	-253,2		726,7	-253,2
	№
		0,9
Qmax	№		1, 4', 6', 8'
		0,9			186,6

4. Расчет колонны

4.1 Определение усилий в колонне

Определив изгибающие моменты М и продольные силы N в сечениях колонн поперечной рамы от каждой нагрузки ( и построив эпюры усилий М и N), находят невыгодные их сочетания, которые могут быть неодинаковыми для разных сечений колонн.

Нормами проектирования (СНиП 11-6-74) в курсовом проекте предусмотрено два вида основных сочетаний:

а) составляемые из постоянной, всех временных длительных и одной наиболее неблагоприятной кратковременной нагрузки, применяемой без снижения, т.е. с коэффициентом сочетания nс = 1.

б) составляемые из постоянной, всех временных длительных и двух или более кратковременных нагрузок, умноженных на коэффициент сочетания nс = 0,9.

Длительные и временные нагрузки в курсовом проекте обычно задаются.

Нагрузки от снега и кранов и ветра относятся к кратковременным, при этом, нагрузки от вертикального и горизонтального ( поперечное торможение) одного или двух мостовых кранов рассматриваются при учете основных сочетаний как одна кратковременная нагрузка.

Для удобства определения основных сочетаний нагрузок они приводятся с коэффициентом сочетания 1 и 0,9 (кроме постоянной, которая берется с коэффициентом 1). Для нижнего участка колонны (сечение 1-1), кроме усилий M и N определяются значения поперечной силы Q, которая для расчета решетки (раскосов) сквозных колонн и фундаментов.

Однопролетная рама пролетом l=24 м с жестким сопряжением колонн с фундаментом и сквозного ригеля с колонной. Шаг колонн В=12 м.

Нижняя часть колонны:

Сечение 1-1 Nmаx = -286,4 и Mсоотв = -242,4

Мmаx = -231,61 тм и Nсоотв = -274,44 т;

Nmin = -25,32 т и Mсоотв = 72,67 тм;

Qmаx = 18,7т;

Сечение 2-2 Мmаx = 88,2 тм и Nсоотв = -282,05 т;

Верхняя часть колонны:

Сечение 3-3 Мmаx = -80,48 тм и Nсоотв = -273,94 т;

Сечение 4-4 Мmаx = 29,71 тм и Nсоотв = -39,47 т.

4.2 Компоновка конструктивной схемы одноступенчатой колонны

Верхнюю часть колонны принимаем сплошного сечения в виде составного сварного двутавра. Нижнюю часть колонны принимаем сквозной, состоящей из двух ветвей. Внутренняя ветвь состоит из составного сварного двутавра. Наружная ветвь швеллерной формы, состоящая либо из двух горячекатаных уголков, соединенной пластиной, либо из составного сварного швеллера. Ветви соединены решеткой из уголков.

Верхнюю часть колонны соединяют с нижней при помощи траверсы, высоту которой назначают равной 0,5-0,8 ширины нижней части колонны.

Назначаем высоту траверсы.

hт = 0,81,25 = 1 м.

Соединительную решетку сквозной нижней части принимаем треугольной формы с дополнительными распорками. При этом необходимо добиваться, чтобы осевые линии элементов сходились в одной точке.

Длину панели решетки назначаем d=0,75 м. Определяем угол наклона раскосов к ветвям колонны:

tgб = (bн - z)/d = (1250-40)/750 = 1,61, откуда угол б=58°.

4.3 Определение расчетных длин колонны

Расчетная длина колонн в плоскости рамы для нижней и верхней частей определяется по формулам:

,

.

Для одноступенчатых колонн при соблюдении условий и значения и следует принимать по табл. 18 СНиП II-23-81*.

.

Коэффициент расчетной длины для нижнего участка колонн следует принимать

по табл. 68 СНиП II-23-81* в зависимости от следующих параметров:

,

где ,

N1 - максимальное усилие, на оголовок колонн от

покрытия (кровля и снег);

N2=Dmax _ опорное давление кранов.

Тогда по табл. 68 СНиП II-23-81* =1,8615.

Коэффициент расчетной длины для верхнего участка колонн:

.

Таким образом, расчетная длина колонн:

м;

м.

Расчетная длина колонн из плоскости рамы: (в направлении вдоль здания) принимается равной расстоянию между точками закрепления от смещения из плоскости точками (опорами колонн, подкрановых балок, узлами крепления связей и ригелей и т.д.). Для верхнего участка колонн такими точками являются тормозная балка и распорка по колонне в уровне нижних поясов стропильных ферм. Для нижнего участка колонн такими точками являются низ башмака (базы) и нижний пояс подкрановой балки.

;

,

где = 0,7 _ коэффициент расчетной длины при решении базы колонн, обеспечивающей их защемление из плоскости рамы; = 1,0 _ в остальных случаях; =1 - коэффициент расчетной длины для верхней части колонн; - высота подкрановой балки.

м,

м.

4.3 Подбор сечения сплошной верхней части одноступенчатой колонны

Исходные данные:

М3 = -80,48 тм и N3 = -27,39т;

М4 = 29,71 тм и N4 = -39,47 т.

Расчетные длины:

м,

м.

Материал колонны - сталь класса С38, марки Вст3 кп2 с расчетным сопротивлением 2300 кг/см2, Е=2,1*106кг/см2.

Сечение верхней части колонны принимаем двутавровым, высотой 500 мм. Несущая способность верхней части в ступенчатой колонне может быть исчерпана в результате потерь устойчивости в плоскости момента и из плоскости момента.

Требуемая площадь сечения:

см2.

Эксцентриситет принимается

см.

Примем в качестве сечения верхней части колонны прокатный двутавр широкополочный №50Ш4 СТО АСЧМ 20-93.

Его характеристики:

Площадь сечения:

см2.

b = 300 мм, h = 499 мм, s = 16,5 мм, t = 23,5 мм.

При компоновке сечения верхней части колонны учитываем, что отношение должно быть в пределах от 50 до 120, , .

, , .

Одно из условий не выполняется, прокатный профиль не подходит, проектируем сечение верхней части колонны из составного двутавра.

Определяем геометрические характеристики.

, , .

Площадь сечения:

см2.

Момент инерции сечения относительно центра тяжести сечения:

см4;

см4;

см;

см;

см3.

Определяем гибкости в плоскости и из плоскости действия момента:

;

.

Проверяем устойчивость колонны в плоскости действия момента:

;

,

где .

По табл. 74 СНиП II-23-81* .

Проверяем устойчивость верхней части колонны

.

Проверяем устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента, для этого определяем коэффициент с:

,

так как , то , а .

,

тм, но не менее тм.

По табл. 72 СНиП II-23-81* для принимаем .

Проверяем устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента:

.

Местная устойчивость полок верхней части колонны обеспечена.

4.4 Подбор сечения сквозной нижней части одноступенчатой колонны

Исходные данные:

М1 = -242,4 тм и N1 = -286,4 т;

М2= 88,2 тм и N2 = -282,05 т;

Qmаx = 18,7 т;

Расчетные длины:

м,

м.

Материал колонны - сталь класса С38, марки Вст3 кп2 с расчетным сопротивлением 2300 кг/см2. Электроды типа Э-42.

Сечение колонны принимаем сквозным, состоящем из двух ветвей, соединенных треугольной решеткой. Подкрановая ветвь принимается из составного сварного двутавра, наружная - швеллерной формы: состоит из двух горячекатаных уголков, соединенных пластиной, либо из составного сварного швеллера.

Сквозная колонна работает как ферма с параллельными поясами. От расчетных усилий M и N в ее ветвях возникают только продольные силы. Поперечную силу Q воспринимает решетка. Несущая способность колонны может быть исчерпана в результате потери устойчивости какой-либо ветви или в результате потери устойчивости колонны как единого стержня составного сечения.

Подбор сечения ветвей колонны.

Определяем ориентировочно ординаты нейтральной оси сквозной нижней части колонны.

мм,

где мм - высота сечения, - расстояние до центра тяжести сечения наружной ветви.

При М1 > M2

м.

м.

Находим продольные усилия в ветвях:

Определяем усилия в наружной ветви:

т.

Определяем усилия во внутренней ветви:

т.

Находим ориентировочно площади сечения подкрановой ветви

см2.

При компоновке сечения подкрановой ветви отношение

, , но так как гибкость заранее не известна, то отношение ширины полки к ее толщине должно быть в пределах 50-55.

Принимаем для подкрановой ветви сварной двутавр высотой h=500 мм, с толщиной стенки 10 мм и полок сечением 380х22 мм.

, .

Площадь сечения: см2.

Момент инерции сечения относительно центра тяжести сечения:

см4;

см4;

см;

см;

см3.

Определяем гибкости в плоскости и из плоскости действия момента:

; ,

где см - расчетная длина подкрановой ветви в плоскости

рамы, равна расстоянию между узлами.

По табл. 72 СНиП II-23-81* .

Проверяем устойчивость подкрановой ветви

.

Проверяем местную устойчивость

, где b - свес полки,

см.

.

Находим ориентировочно площади сечения наружной ветви

см2.

Компонуем сечение наружной ветви колонны, принимаем его швеллерной формы, высотой h=500 мм, составленного из двух уголков 160х12 мм (F=37.39 см2, z0=3.69 см, I=1051 см4), соединенными листом 400х10 мм.

Определяем геометрические характеристики принятого сечения.

Площадь сечения:

см2.

Предварительно находим расстояние от центра тяжести сечения наружной ветви до края наружной грани

см (32,3 мм).

см.

Расстояние от центра тяжести уголков до центра тяжести сечения наружной ветви по оси y-y

см.

Расстояние от центра тяжести уголков до центра тяжести наружной ветви по оси 2-2

мм.

Момент инерции сечения относительно центра тяжести сечения:

см4;

см4;

см;

см.

Определяем гибкости в плоскости и из плоскости действия момента:

; , где см -

расчетная длина подкрановой ветви в плоскости рамы, равна расстоянию между узлами.

По табл. 72 СНиП II-23-81* .

Проверяем устойчивость подкрановой ветви

.

Проверяем местную устойчивость

.

Местная устойчивость обеспечена.

Определяем продольное усилие в раскосе решетки нижней части колонны

кг.

Определяем требуемую площадь поперечного сечения раскоса

см2.

Принимаем раскос из равнополочного уголка сечением 70х8 мм (Fуг=10,67 см2, i=1,37 см).

Определяем расчетную длину раскоса

см.

Определяем гибкость раскоса

.

По табл. 72 СНиП II-23-81* .

Проверяем устойчивость раскоса

,

Устойчивость не обеспечена, увеличиваем номер проката с 70х8 мм до 90х7 мм.

Fуг=12,3 см2, i=1,78 см.

Определяем расчетную длину раскоса

см.

Определяем гибкость раскоса

.

По табл. 72 СНиП II-23-81* .

Проверяем устойчивость раскоса

.

Определяем геометрические характеристики всего сечения нижней части колонны и приведенную гибкость.

Площадь поперечного сечения нижней части колонны

см2.

Уточняем положение ц.т. нижней части колонны

см.

м.

Находим момент инерции сечения нижней части колонны относительно оси х-х

см4;

см.

Определяем гибкость колонны относительно оси х-х

.

Определяем приведенную гибкость колонны относительно оси х-х

,

Находим условную приведенную гибкость

.

Проверяем устойчивость колонны в плоскости действия момента как единого составного стержня:

М1 = -242,4 тм и N1 = -286,4 т;

М2= 88,2 тм и N2 = -282,05 т;

Для комбинации расчетных усилий, догружающих подкрановую ветвь

.

По табл. 74 СНиП II-23-81* .

Проверяем устойчивость верхней части колонны

.

Для комбинации расчетных усилий, догружающих наружную ветвь

.

По табл. 74 СНиП II-23-81* .

Проверяем устойчивость верхней части колонны

.

Устойчивость колонны из плоскости действия момента не проверяется, так как она обеспечивается проверкой устойчивости отдельных ее ветвей.

Проверяем действительное соотношение моментов инерции верхней и нижней частей колонны

.

4.5 Расчёт сопряжения верхней части колонны с нижней

Исходные данные: Dmax=248 т.

М3 = -80,48 тм и N3 = -27,4 т.

Материал колонны - сталь класса С38, марки Вст3 кп2 с расчетным сопротивлением 2300 кг/см2.

Сопряжение верхней части колонны с нижней рассчитывают на продольную силу N3 и изгибающий момент М3. В курсовом проекте будем считать, что усилие полностью передается на фундамент через вертикальные полки верхней части колонны.

Находим усилие, действующие в верхней части колонны

т.

Усилие с полки передается на вертикальные ребра траверсы, поэтому назначаем сечение вертикальных ребер траверсы 170х18 мм (из условия равнопрочности соединения их площадь должна быть больше или равна площади полки колонны).

Определяем толщину швов, соединяющих ребра с траверсой по формуле

см

(4 мм). Принимаем конструктивно hш=8 мм.

Траверса представляет собой балку на двух опорах, нагруженную усилиями N3 и М3 и имеющую пролет равный расстоянию между ветвями колонн, поэтому балка проверяется на изгиб и срез. Назначаем размеры поясов траверсы. Толщину вертикальной стенки траверсы определяем из условия смятия давлением подкрановых балок.

Ширина опорного ребра подкрановой балки мм.

Толщину опорного листа назначаем мм.

Определяем толщину вертикальной стенки

см,

где z - рабочая длина вертикальной стенки траверсы, см.

Rсм =3200 кг/см2- расчетное сопротивление стали смятию торцовой поверхности.

Толщину вертикальной стенки траверсы принимаем мм.

Определяем геометрические характеристики сечения траверсы:

см;

см4;

см3.

Определяем расчетные усилия в траверсе как в балке, опирающейся на ветви колонны, от нагрузки с верхней части колонны:

давление траверсы на подкрановую ветвь

т;

изгибающий момент у грани верхней части колонны

тм.

Расчетная поперечная сила траверсы с учетом давления от подкрановых балок

т.

Проверяем напряжение в траверсе от изгиба и среза:

;

.

Определяем требуемую толщину швов для крепления вертикальной стенки траверсы к подкрановой ветви колонны:

см

(8 мм). Принимаем эти швы толщиной hш=8 мм.

Вертикальное ребро подкрановой ветви воспринимает сдвигающую силу, равную половине опорного давления подкрановых балок Dmax/2=248/2=124 т. Поэтому толщину швов, прикрепляющих вертикальное ребро к подкрановой ветви

см

(8 мм). Принимаем эти швы толщиной hш=8 мм.

4.6 Расчет и конструирование базы колонны

База внецентренно сжатой колонны включает в себя опорную плиту, траверсы и анкерные болты и развивается в плоскости действия изгибающего момента. Анкерные болты воспринимают растягивающие усилия от момента. Для сквозных колонн большой ширины применяют раздельные базы.

Ветви сквозных колонн работают на продольные осевые силы, поэтому базы сквозных колонн состоят по существу из двух баз центрально сжатых колонн. Поэтому расчет и конструирование базы отдельной ветви производят так же, как в центрально сжатых колоннах.

Находим продольные усилия в ветвях:

Определяем усилия в наружной ветви:

т.

Определяем усилия во внутренней ветви:

т.

База наружной ветви.

Определение размеров опорной плиты в плане:

где - расчетное сопротивление бетона смятию

Rb - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию. Для бетона класса

В-12,5 Rb = 7,5Мпа.

цb - коэффициент, зависящий от соотношения площадей фундамента и плиты, цb = 1,2.

По конструктивным соображениям назначаем размеры плиты:

,

Принимаем 300мм

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

Определение толщины опорной плиты

Опорная плита работает как пластина на упругом основании, воспринимающая давление от ветвей траверсы и ребер. Ее рассчитывают как пластину, нагруженную (снизу) равномерно распределенным давлением фундамента и опертую на элементы сечения стержня и базы колонны.

Изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 м:

- участок I (в защемлении консольного свеса плиты с1 = 50мм)

- участок II (в защемлении консольного свеса плиты с2 = 50мм)

- участки III, IV (в пластинах, опертых на 4)

для участка III:

Отношение более длинной стороны b к короткой a:

, следовательно, опертую плиту рассчитываем с учетом разрушающего влияния консольных свесов по формуле:



Участок IV:

Определим требуемую толщину плиты:

где Ry = 230МПа для листа t = 20ч40мм С-255.

Принимаем tпл = 32мм (2мм - припуск на фрезеровку).

Определение высоты траверсы.

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилия в ветви передаем на траверсу через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св -08А, d = 1,4ч2мм, kf = 9мм, вf = 0,8.

Требуемая длина шва:

Принимаем hтр = 50см.

Расчет анкерных болтов.

Усилие растяжения болтов:

где для наружной ветви: M = -2424 кН?м, N = -2864 кН

для внутренней ветви: M = -1689,23кН?м, N = -2864 кН

h0 = 146см , y1 = 83см.

- для 1го сочетания усилий:

- для 2ой комбинации усилий:

Для расчета принимаем , полученному из 2х расчетных комбинаций усилий.

Требуемая площадь сечения болтов:

где Rba - расчетное сопротивление растяжению анкерных болтов,

Rba = 145Мпа

Принимаем 4Ш36

База подкрановой ветви.

Базу подкрановой ветви расчитываем аналогично базе наружной ветви.

Размеры опорной плиты в плане:

По конструктивным соображениям назначаем размеры плиты:

,

Назначаем Lпл = 600мм

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

Изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

- участок I (в защемлении консольного свеса плиты )

- участок II (консольный свес с2 = 50мм)

- участок III (в пластинах, опертых на 4)

Определим высоту траверсы:

Требуемая длина шва:

Принимаем hтр = 50см.

Размещено на Allbest.ru

...