Проектирование металлических конструкций одноэтажного промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ / МАМИ /

Институт «Индустриально-технологический»

Кафедра «Промышленное и гражданское строительство»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Металлические конструкции»

Тема:

«Проектирование металлических конструкций одноэтажного промышленного здания»

Выполнил:

Студент 4 курса Овчинников Д.В.

г. Москва 2015



Исходные данные.

1. Пролет главной балки рабочей площадки l= 18 м.15

2. Высота рабочей площадки h = 8,5 м.

3. Шаг главных балок рабочей площадки a = 5,5 м.

4. Временная нормативная нагрузка на рабочую площадку Pn = 26 кН/м2= 0,0026 кН/см2 .

5. Шаг балок настила b = 1,2м 0,9 м.

6. Толщина настила tn= 1 см = 0,01 м.

7. Колонна - сплошная.

8. Коэффициент надежности по нагрузке гр = 1,2 ,гg = 1,05.

9. Коэффициент условий работы сооружения гс = 1.

10. Материал балки сталь С 245, где Ryn = 24,5 кН/см2(нормальное сопротивление стали растяжению, изгибу, сжатию). Расчетное сопротивление Ry = 24 кН/см2.

11. Коэффициент учитывающий пластические деформации Сх=1,1.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.1. Схема балочной клетки нормального типа.



Рис.2. Расчетная схема балки настила.



Глава1.Расчет балки настила

1.1 Нормативная распределенная нагрузка на балку настила qn

Масса настила gn = 78,5 кг/м2 = 0,785 кН/м2(масса 1 м2 настила при толщине настила tn = 0,01м )

qn = ( pn+ gn ) * b = ( 26 + 0,785) * 1,2 = 32,142кН/м =0,32142 кН/см.

1.2 Расчетная нагрузка на балку настила

q = ( гр* pn + гg* gn ) * b = ( 1,2*26 + 1,05*0,785 )*1,2 = 38,4кН/м=0,384 кН/см.

1.3 Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки

Mmax= = =145,31 кНм = 14 531 кНсм.

1.4 Требуемый момент сопротивления поперечного сечения балки относительно оси х

Wx, треб = = = = 550,42см3

По ГОСТ 26020-83 принимаем двутавр № 35Б1:

Wx = 581,7см3, Ix= 10 060см4, m = 38,9кг/м,b = 15,5см.

Данный расчет выполнен по первому предельному состоянию на прочность.

Следует обязательно произвести расчет по второму предельному состоянию.

Проверить максимальный прогиб от нормативной нагрузки.

Проверяем прогиб балки по формуле:

f = * = (, где qn= 0,321 кН/см ,a = 5,5 м, Е =2* 104 кН/см2,Ix= 10060см4)

= * = = 1,9см .

Наибольший допустимый прогиб [f] = = = 2,2 см

Т.к. f<[f]- Условие соблюдено.

Окончательно принимаем двутавр № 35В1

Wx = 581,7см3, Ix= 10060 см4, m = 38,9 кг/м,b = 155 мм= 15,5см.



Глава 2.Конструирование и расчет главной балки

Балки проектируют сварными из трех листов.

Исходные данные.

1. Пролет балки l = 18 м.

2. Вертикальный предельный прогиб fn=

3. Шаг колонн a = 5,5 м.

4. Временная нормативная нагрузка Pn = 26 кН/м2 .

5. Масса настила gn = 0,785 кН/м2.

6. Масса балок настила gбн = 0,389 кН/м2.

7. Коэффициент условий работы сооружения гс = 1

8. Собственную массу главной балки принимаем ориентировочно 2% от нагрузки на нее (учитываем коэффициентом 1,02).

9. Расчетное сопротивление стали С 245 при толщинах элементов до 20мм Ry = 24 кН/см2

10. Коэффициенты надежности по нагрузке гр = 1,2 ,гg = 1,05.

Расчетные схемы

Нормативная распределенная нагрузка на балку.



= 1,02* ( pn + gn+ )* a = 1,02 * ( 26 + 0,785+ ) * 5,5 =

=1,53 кН/cм = 153 кН/м

Расчетная распределенная нагрузка на балку.

qгл = 1,02 * ( грpn + гggn+ гg ) * a = 1,02 * ( 1,2*26 + 1,05* 0,785+

+ 1,05* ) * 5,5 = 182,2 кН/м = 1,82 кН/cм

Максимальный изгибающий момент главной балки.

= = = 737 100кН*см.

Максимальная поперечная сила главной балки.

= = =1638 кН.

Определяем требуемый момент сопротивления сечения балки.

Wx, треб = = = 27920,45см3

Т.к. момент сопротивления получается большей величины, чем выпускаемых прокатных двутавров, принимаем поперечное сечение главной балки в виде сварного составного двутавра, состоящего из двух поясов и стенки.



2.1Компоновка поперечного разреза балки

Для определения высоты главной балки найдем оптимальную высоту по эмпирической формуле:

hопт =k*

, где k =1,15 - конструктивный коэффициент,

tw - приближенно определяем толщину стенки по эмпирической формуле:

tw = 7 + = 7 + = 1,24см = 12,4 мм

, где = = 1800 мм - предварительно принимаемая высота балки, взятая из опыта проектирования, - заданный пролет главной балки.

Тогда,

hопт =k* = 1,15 * = 172,56 см.

Минимальная высота:

hmin= * * = * * = 166,45см

где n - величина обратная предельно допустимому прогибу сварной балки.

Принимаем высоту главной балки так, что hmin<hб ? hопт ,

Следует округлить принятую высоту кратно 100 мм в большую сторону, окончательно принимаем высоту балки hб = 170см.

2.2 Определение ширины полок

При высоте главной балки hб >150см Толщина полок tf = 24…30мм.Задаём толщину полок tf = 24мм = 2,4 см.

Размеры горизонтальных поясных листов находим исходя из необходимой несущей способности балки при tw= 12,4мм.

Вычисляем требуемый момент инерции, приходящийся на полки:

= - Iw, x ,

где = = = 2 373 238,25 см4,

Находим момент инерции стенки балки:

Iw, x =,

где - высота стенки = 170 - 2 * 2,4 = 165,2 см.

Iw, x == = 465 876,25 см4.

Тогда момент инерции, приходящийся на поясные листы, равен:

= 2 373 238,25- 465 876,25 = 1 907 362,00 см4.



Момент инерции поясных листов балки относительно ее нейтральной оси, пренебрегая моментом инерции поясов относительно их собственной оси ввиду его малости, будет равен:

If = 2 *Af ()2 , где hef - расстояние между параллельными осями поясов балки, hef= hгл- tf= 170 - 2,4 = 167,6см.

Требуемая площадь сечения поясов балки:

Afтр== = 135,8 см2

Требуемое значение ширины пояса балки:

= = = 67,9 см.

Окончательно принимаем, округлив до 10 мм в большую сторону

bf= 68см = 680 мм.

Принимаем пояса из универсальной стали 680х24 мм.

Проверяем местную устойчивость пояса балки (отношение ширины свеса сжатого пояса к его толщине):

? 0,11 , ? 0,5

bef= = =333,8 мм = 33,38 см

= = 13,9? 0,11= 0,11 =14,9

= 16,69 ? 0,5= 0,5= 14,43

Принятое соотношение размеров пояса удовлетворяет условию местной устойчивости.

Уточняем принятый ранее коэффициент учета пластической работы С, исходя из:

Af = bf* tf = 68* 2,4 = 163,2 см2.

Aw = hw*tw =167,6* 1,24 = 207,82см2.= = 0,78 .

Принимаем С = 1,08, которое практически соответствует заданному С = 1,1.

2.3 Проверка максимального нормального напряжения в середине балки

Проверяем несущую способность балки, исходя из устойчивости стенки в области пластических деформаций балки в месте действия максимального момента, где Q=0 и ф=0:

= = = 4,62.

Mmax = 737 100 <R * г * * * (+б ) = 24* 1 *1682* 1,24* ( 0,78 + 0,202) = 824 827,21 кН*см

где б = 0,202.

Подобранное сечение балки проверяем на прочность.

Определим момент инерции балки:

I = If + Iw = 2 *tf*bf*()2 = 2*2,4*68*()2 + 465 876,25= 2 768 954.65см4

Определим момент сопротивления балки:

W = = = 32575,94 см3

Проверяем максимальное нормальное напряжение, действующее в середине балки:

у = ? Ry*гc

у = = 20,57кН/cм2 ? 24* 1 ,

следовательно, подобранное сечение удовлетворяет условию прочности.



Глава 3. Проверка прочности и общей устойчивости главной балки

3.1 Проверка прочности балки

Проверим максимальное касательное напряжение в стенке на нейтральной оси сечения около опоры балки:

? Rs *гc

где S - статический момент полусечениябалки:

= 13708.8 + 4 230.11 = 17 938.91см3

= 8,55кН/cм2

Расчетное сопротивление стали сдвигу R sпринимаем по СНиП:

кН/cм2

фmax= 8,55кН/cм2 ? Rs *гc = 13,58 * 1 = 13,58 кН/cм2

Проверим местные напряжения в стенке под балками настила:

lloc - длина зоны влияния настила на стенку балки,

lloc= b + 2*tf =15,5 + 2 *2,4=20,3 см

b - ширина полки настила из сортамента 155 мм;

F- Расчетные значения опорных реакций балок настила:

F =q *a = 38,4 * 5,5 = 211,2кН/м

Условие выполняется.

3.2 Проверка общей устойчивости балки

Проверим общую устойчивость в месте действия максимальных нормальных

Напряжений, принимая за расчетный пролет lef= 120 см - расстояние между балками настила. Условие устойчивости записывается в виде:

lef- расчетная длина балки между связями, препятствующими поперечным смещениям сжатого пояса балки;

bf- ширина полки;

tf- толщина полки;

hef- расстояние (высота) между осями поясных листов;

?? = 1 - при упругой работе стали;



Проверка показала, что общая устойчивость балки обеспечена.

3.3 Проверка местной устойчивости стенки балки

нагрузка балка настил ребро

Определим необходимость укрепления стенки поперечными ребрами жесткости по СНиП. Стенки балок следует укреплять поперечными ребрами жесткости, если значение условной гибкости балки превышает 2,2

= == 4,62> 2,2 > поперечные ребра жесткости необходимы. Кроме того, в зоне учета пластических деформаций необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой настила, так как местные напряжения в стенке в этой зоне недопустимы.

Определение расстояний между вертикальными ребрами жесткости.

Согласноп8.5.9. СП16.13330.2011:

Расстояние между поперечными ребрами не должно превышать

2hef при 3,2 и 2,5hef при < 3,2.

Расстояние вертикальных ребер жесткости принимаем равным

,

что соответствует условию СНиПа. Также соблюдается конструктивное требование: каждая вторая или третья балка настила должна опираться на ребро.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.5. Фрагмент опорной части главной балки

Рис.5.2 Главная балка(фрагмент)

Проверка местной устойчивости стенки выполняется по эмпирической формуле(79)СНиП II-23-81*п. 7.6, в:

фi ,уi- касательное и нормальное напряжение в рассматриваемом сечении.

Они определяются по изгибающему моменту в этом сечении и поперечной силе, которые находятся из уравнений равновесия:

Проверим местную устойчивость стенки в сеченияхА1-А1 и А2-А2

Для сечения А1-А1:

Определяем значения M1 и Q1 на расстоянии х1= 120 см от опоры (под балкой настила).

В этом сечении возникают следующие усилия:

кНм

кН

И соответствующие этим усилиям напряжения будут равны:

кН/см2

кН/см2

Проверим местные напряжения в стенке под балками настила:

,



Определяем критические напряжения:

,

Где -

размеры отсека,

кН/см2.

Критические нормальные напряжения:

кН/см2;

Определяем ,:

кН/см2,

где

С учетом этого, по формуле (79) СНиПа II-23-81* получим:

. - условие выполняется.



3.4 Расчет поясных швов главной балки

Т.к. балка работает с учетом пластических деформаций, то швы выполняем двусторонние, автоматической сваркой в лодочку, сварной проволокой Св-08А.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.6. К расчету локальных напряжений от балки настила.

Катет шва определим под первой от опоры балкой настила, где сдвигающая сила максимальна, т.е. в сечении х = 40 см.

Определяем катет поясного сварного шва ( шов работает на срез от силы Qmax и от действия балок настила F )

Где:



кН;

Sf - статический момент полки относительно оси Х;

(68*2.4)*167.6/2= 13676.13 cм3

I - момент инерции всего поперечного сечения (найден в п.2.3) = 2 768 954,65 см4;

F= 211.2 кН/м

lloc - длина зоны влияния настила на стенку балки, lloc=20,3 см

n=2 - кол-во сварных швов верхнего пояса.

(Rw)min - произведение к-та глубины проплавления на расчетное сопротивление металла (минимальное значение: для металла шва или границе сплавления свариваемого металла) для расчетного сечения.

По табл. 4 СНиП II-23-81* определим значение нормативного сопротивления металла шва по временному сопротивлению Rwun = 41 кН/см2. Тогда расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва:

кН/см2,

где wm = 1,25, - коэффициент надежности по материалу шва.

По табл. 51 СНиП II-23-81* для стали С245 определим временное сопротивление стали разрыву Run = 37 кН/см2. Тогда расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления:



Rwz =0,45 * Run= кН/см2.

?? - к-т проплавления шва. Зависит от вида сварки, от типа электродов, класса стали, марки и от толщины сварных элементов. По табл. 34 СНиП II-23-81* для выбранного типа сварки примем соответствующие коэффициенты для расчета углового шва:

f = 1,1 - по металлу шва;

z = 1,15 - по металлу границы сплавления.

Определим, какое сечение в соединении является расчетным (более опасное):кН/см2, расчетным является сечение по металлу границы сплавления.

= 19,15 кН/см2

= = 0,34 см.

Согласно таблице 38 СНиПа II-23-81* для пояса толщиной 24мм принимаем катет шва, равный минимальному kf=7мм.



3.5 Расчет опорного ребра главной балки

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Qmax

Размеры опорных ребер определим из расчета на смятие торца ребра:

где F - опорная реакция балки N (будет равна значению поперечной силы на торце балки)

F==1638кН;

- расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности, по табл.2 СНиПа II-23-81* находим:

Где по табл.51 СНиПа определим временное сопротивление стали разрыву Run=37 кН/см2 , коэффициент надежности по материалу = 1,025.



кН/см2.

Рис.7. Конструктивная на устойчивость опорного участка главной балки.

Требуемая площадь опорного ребра:

Толщину ребра определим, как:

cм;

Окончательно принимаем tp=13мм(не менее tw= 12,4 мм;)

Тогда Ap = 68* 1,3 = 88,4 см2> =,

Тогда кН/см2- условие выполняется,

сечение подобранного торца балки проходит проверку на смятие.

Проверим опорный участок балки на устойчивость из плоскости балки, как условного опорного стержня, включающего в площадь своего сечения опорное ребро и часть стенки балки длиной bw:

Площадь расчетного сечения опорной части балки:

Момент инерции сечения относительно оси z-z:

Радиус инерции сечения:

Гибкость (в первом приближении принимаем высоту опорного ребра, равной высоте стенки балки hw):

Условная гибкость:

Условие устойчивости можно записать в виде:

Где ц = 0,987 - коэффициент продольного изгиба балки (находим по табл. 72 СНиПа II-23-81*):

Условие соблюдается.



Глава 4.Расчет и конструирование центрально сжатой колонны

4.1 Расчет центрально сжатой колонны сплошного сечения

2Qmax=2730кН

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Материал колонн - сталь С275. Для нее по табл. 51 СНиПа определим, что для толщины проката t до 20 мм расчетное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести Ry = 26 кН/см2

В качестве расчетной схемы выберем колонну, шарнирно закрепленную с двух сторон.

Найдем фактическую длину колонны при высоте фундамента 500 мм:



где - геометрическая длинна колонны;

= 8,5 м заданная высота рабочей площадки;

= 10 мм - толщина настила;

= 346 мм - из сортамента;

= 140 см - принятая высота главной балки;

= 500 мм -заглубление низа колонны ниже нулевой отметки;

Расчетная длина колонны:

= м * , где м - коэффициент приведения длины, по табл. 71

СНиПа , м = 1;

Опорная реакция в главной балке равна Qmax = 1365 кН, а продольная сила в колонне равна:

где 0,8 кН/м - эмпирический коэффициент, учитывающий собственный вес колонны.

Используем колонну сплошного типа сечения. Примем, что сечение будет двутавровым, сваренным из трех листов.

Задаемся гибкостью колонны ??у = 70, тогда коэффициент устойчивости

ц = 0,739.

Расчет на устойчивость сплошностенчатых элементов, подверженных центральному сжатию силой N, следует выполнять по формуле:

тогда >

Так как ??, а iтр = 0,24 *b > iтр=

> bтр = = 43,12см, примемbf = 440 мм, hf = 550 мм

определим толщину стенки по эмпирической зависимости:

Принимаем tw = 9 мм.

Тогда Аw = 55 * 0,9 = 49,5 см2, необходимая площадь поясов равна

Принимаем tf= 15мм.

где ; ;

Проверяем напряжение подобранному сечению:

> ц = 0,755 >

Проверим местную устойчивость стенки колонны. Стенка колонны устойчива, если условная гибкость стенки

меньше или равна предельной условной гибкости

=

4.2 Расчет и конструирование базы колонны

Собственный вес колонны:

Расчетная нагрузка на базу колонны:

Требуемая площадь плиты базу колонны:

где ш - коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия, при равномерно распределенной нагрузке

ш = 1;

Rb, loc - расчетное сопротивление смятию:

где Rb- расчетное сопротивление тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов для предельных состояний первой группы на осевое сжатие, для бетона класса В12,5 Rb= 0,75 кН/см2;

б - коэффициент для расчета на изгиб, зависящий от характера опирания плит, для бетонов класса ниже В25 б =1.

цb - принимают не более 2,5 для бетонов класса выше В7,5, потому в нашем случае цb = 2:

При центрально-сжатой колонне и значительной жесткости плиты, напряжения в бетоне можно считать равномерно распределенными, поэтому

ш = 1, тогда:

Считая в первом приближении плиту базы квадратной, будем иметь стороны плиты равными:

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

NN

Принимаем размеры плитыL = 66 см, B = 75 см (по конструктивным соображениям), тогда:

Напряжения под плитой:



Плита работает на изгиб как пластинка, опертая на соответствующее число сторон (кантов). Нагрузкой является отпор фундамента. В плите имеется три участка.

На участке 1 плита работает по схеме «пластинка, опертая на четыре канта».

Соотношение сторон:

Т.е. плиту можно рассматривать как однопролетную балочную, свободно лежащую на двух опорах.

Изгибающий момент:

Требуемая толщина плиты подбирается по максимальному изгибающему моменту, принимая материал плиты - сталь С275, для которой расчётное сопротивление Ry= 26 кН/см2., тогда:

Принимаем толщину базы = 320 мм.

На участке 2 плита работает тоже как пластинка, опертая на три канта:



Соотношение сторон:

следовательно, плиту можно рассматривать как консоль длиной с.

Изгибающий момент:

На участке 3 плита оперта на три канта:

следовательно, плиту можно рассматривать как консоль, длиной е.

Изгибающий момент:

4.3 Расчет траверсы

Считаем в запас прочности, что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ствол колонны к траверсам и не учитываем швы, соединяющие ствол колонны непосредственно с плитой базой. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной.

Рассчитаем угловые швы на условный срез.

Задаемся катетом шва kf = 13 мм.

Сварные швы будем выполнять полуавтоматической сваркой электродами Э42, выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08А со значением Rwun =41 кН/см2. Для стали С275 значение Run = 38 кН/см2. Таким образом расчетные сопротивления сварного шва по металлу шва и по границе сплавления соответственно будут равны (по табл. 3 СНиПа):

Значение коэффициентов ??f ,??z при сварке в нижнем положении равны: ??f = 0,8 , ??z = 1,0

где , следовательно необходимо рассчитать сварной шов на условный срез по металлу на границе сплавления. Тогда длина одного углового шва будет равна:

Высота траверсы: см, окончательно принимаем46см.



Список используемой литературы

1. Металлические конструкции/ под ред. Ю. И. Кудишина.

2. СНиП II-23-81* Нормы проектирования. Актуализированная редакция. Стальные конструкции.

3. Свод правил СП 16. 13330.2011.

4.Металлические конструкции. Проектирование одноэтажных металлический балочных конструкций. /учебное пособие / Н. Н. Демидов, Д. В. Морозова.



Приложения



Размещено на Allbest.ru

...