Металлический каркас одноэтажного производственного здания

Компоновка однопролетной поперечной рамы. Расчет поперечной рамы производственного здания. Расчет на постоянные нагрузки. Определение усилий в стержнях фермы. Определение расчетных длин колонны. Конструирование базы колонны. Расчет вертикальных связей.

Рубрика Строительство и архитектура
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 17.03.2019
Размер файла 1,9 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/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ТЮМЕНСКИ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Строительные конструкции»

Пояснительная записка по дисциплине металлические конструкции к курсовому проекту: «Металлический каркас одноэтажного производственного здания»

Выполнила:

Студент 4 курса гр. ПГС(б)п 15-1

Правдюк Е.

Проверил:

Ефимов А.А.

Тюмень, 2018

1. Компоновка конструктивной схемы каркаса

1.1 Исходные данные

1) Район строительства - г.Сургут;

(Температура воздуха наиболее холодных суток, обеспеченностью 0,98 - -48°С);

2) Пролет здания l= 30 м;

3) Длина здания L= 72 м;

4) Шаг колонн B= 6 м;

5) Тип здания - отапливаемое;

6) Грузоподъемность крана - 8 т, 2 шт.;

7) Режим работы кранов - 4К;

8) Высота от уровня пола до головки кранового рельса - У.г.р.= 7,9 м;

9) Фундаменты из бетона класса прочности - B15.

1.2 Компоновка однопролетной поперечной рамы

Рис.1 - Схема поперечной рамы

Н0 = Н1 + Н2,

где Н0 - полезная высота цеха, принимается кратно 600 мм;

Н1 -расстояние от уровня пола до головки кранового рельса (Н1 = 7900 мм по заданию) ;

Н2 - расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия, определяемое:

Н2 = (НК + min100) + f,

К +100) - расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана плюс установленный по требованиям техники безопасности зазор между этой точкой и строительными конструкциями, равный 100мм;

f - размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия (ферм, связей) принимаемый равным 200 - 400мм, в зависимости от величины пролета.

Принимаем f =200 мм, НК = 1900 мм (при грузоподъемности главного крана 8т и пролете 30 метров, принято по приложению 1 [1]);

Н2 = (1900 + 200) + 200 = 2300 мм.

Принимаем Н0 = 10200 мм. Тогда H1 будет равна:

Н0 - Н2 = 10200 - 2300 = 7900 мм.

НВ = (hБ + hР) + Н2,

где hБ - высота подкрановой балки, принимается равной в соотношении 1/8 - 1/10 от шага колонн, примем равной 650 мм;

hР - высота подкранового рельса, принимается равной 130 мм;

НВ - высота верхней части колонны;

HB = 650 + 130 +2300 = 3080 мм.

НН = Н0 - НВ + Нс = 10200 - 3080 + 200 = 7320 мм.

где Нс - величина заглубления базы колонны ниже пола, равная 200 мм;

НН - высота нижней части колонны;

Полная высота колонны Н:

Н = НВ + НН = 3080 + 7320 = 10400 мм.

Полная высота здания:

Нзд = Н + Нф = 10400 + 3150 + 450 = 14000 мм.

При фермах с элементами из парных уголков в соответствии с ГОСТ 23119-78 «Фермы стропильные стальные сварные с элементами из парных уголков для производственных зданий» высота Нф при пролете 30 м принимается равной 3000 мм.

Рис.2 - Размеры поперечной рамы

Привязка колонн а = 0 мм.

При назначении высоты колонны нужно учесть, что для того чтобы кран при движении вдоль цеха не задевал колонну расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менее:

l1 ? B1 + (hB - a) + 75,

где B1 - размер части кранового моста выступающей за ось рельса, принимаемой по приложению 1[1], В1=230мм;

75мм - зазор между краном и колонной, по требованиям безопасности;

Но, так как размер колонны не известен, примем для начала l1=1000 мм, кратно 250.

Пролет мостового крана 1К :

1К = l - 2 • l1, = 30000 - 2 • 1000 = 28000 мм.

Колонну назначаем сплошной двутаврового сечения.

Выбор материалов.

Основными несущими элементами здания являются:

1) Подкрановые балки относятся к группе 1. Применяем сталь С345 Ry= 3264 кг/см2;

2) Колонны относятся к группе 3. Применяем сталь С345 Ry=3264 кг/см2;

3) Стропильные фермы относят к группе 2. Применяем сталь С345 : Ry=3264 кг/см2;

При толщинах элементов более 20 мм и до 40 мм расчетное сопротивление - 3060 кг/см2.

Группу конструкций и марку стали определяем согласно табл. В.1 [2].

1.2 Расчет поперечной рамы производственного здания

В соответствии с конструктивной схемой выбираем ее расчетную схему и основную систему.

Соотношение моментов инерции:

, ,

если IB =1, то IН =1, IМК = 4.

Сопряжение ригеля с колонной назначаем шарнирным. Тогда расчетная схема будет выглядеть следующим образом:

Рис.3 - Расчетная схема рамы

2. Статический расчет поперечной рамы

2.1 Расчет на постоянные нагрузки

№пп

Вид нагрузки

Нормативная величина, кПа

гf

Расчетная величина, кПа

На 1м2 перекрытия

1

Плиты покрытия ребристые(m=2,4т)

2,67

1,1

2,93

2

Пароизоляция (жидкая резина; r=1020кг/м3; t=4 мм)

0,04

1,3

0,053

3

Утеплитель(плиты техноруф 45; r=140кг/м3; t=150 мм)

0,21

1,2

0,252

4

Гидроизоляция(Техно-николь; m=10кг/м2; t=8 мм)

0,1

1,3

0,13

Итого:

3,02

-

3,37

Расчет производится по нормативным нагрузкам, так как фундамент проектируется по условиям для 2-ой группы предельных состояний.

Вес от покрытия:

,

где qпост - равномерно-распределенная нагрузка от собственного веса покрытия здания, кН/м;

gн - нормативная величина нагрузки от собственного веса покрытия здания, кПа;

B - шаг колонн, м;

qпостн = 3,02 • 6 = 18,12 кН/м.

qпостр = 3,37 • 6 = 20,22 кН/м.

qпостр • гн = 20,22 • 0,95 = 19,21 кН/м.

Собственный вес стеновых панелей:

,

где r- плотность стеновых панелей, кН/м3;

tст - толщина стеновых панелей, м;

hст - высота, на которой расположены стеновые панели, м;

Fстн = 1,2 • 0,1 • 10,4 • 6 = 7,5 кН.

Fстр = Fстн • гf = 7,5 •1,2 = 9 кН.

Fстр ? гн = 9 • 0,95 = 8,55 кН.

Также необходимо учесть нагрузку от собственного веса фермы. Примем приблизительно вес фермы равный 2т, тогда на каждую колонну будет действовать продольная сила равная 1 т.

Расчет выполнен в программном комплексе STARK ES. Результаты расчета:

Max N=0 кН (элемент 8), Min N=-300.051 кН (элемент 1)

Max Q=281.523 кН (элемент 9), Min Q=-281.541 кН (элемент 38)

Max M=2062.86 кНм (элемент 23), Min M=-0.008853 кНм (элемент 38)

2.2 Расчет на нагрузки снега

Снеговая нагрузка на кровле здания распределяется неравномерно.

Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле:

,

где Sg -- расчетное значение веса снегового покрова на1 м2 горизонтальной поверхности земли, определяемый по табл.10.1 [3] в зависимости от района строительства, для данного варианта -5 снеговой район, следовательно Sg=2,5 кПа;

- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, определяемый по прил.Б [3];

ct - термический коэффициент, принимаемый равным 1;

ce - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий силами ветра или иных факторов, определяемый по формуле:

,

где k -- коэффициент, определяемый по табл.11.2 [3] в зависимости от типа местности, кПа;

lc - характерный размер покрытия, принимаемый не более 100м, определяется как:

,

где b -- наименьший размер покрытия в плане, м;

l - наибольший размер покрытия в плане, м;

.

.

S0 = 2,5 .

S= S0 ? гf = .

qсн = S • B = 2,66 • 6 = 16 кН/м.

qсн • гн = 16 • 0,95 = 15,2 кН/м.

Расчет выполнен в программном комплексе STARK ES. Результаты расчета:

Max N=0 кН (элемент 8), Min N=-222.756 кН (элемент 49)

Max Q=222.756 кН (элемент 9), Min Q=-222.771 кН (элемент 38)

Max M=1632.25 кНм (элемент 23), Min M=-0.00700502 кНм (элемент 38)

2.3 Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов

Нормативное значение крановой вертикальной нагрузки при наихудшей ситуации рассчитывается по формулам:

,

,

где - максимальное значение вертикальной нагрузки, кН;

- минимальное значение вертикальной нагрузки, кН;

- коэффициент сочетания;

- вес подкрановой балки, кН, принимается из расчета веса 4,5 кН/м;

- ординаты линий влияния для каждой из сил, кН;

Рис.4 - Линии влияния

- сила давления на колесо крана, кН;

,

где n - количество кранов;

Q - грузоподъемность крана, кН;

Qk - полный вес крана, кН;

От действия вертикальной нагрузки возникает момент, равный:

,

,

где eкр - эксцентриситет от действия вертикальной крановой нагрузки;

;

;

;

;

Расчет выполнен в программном комплексе STARK ES. Результаты расчета для случая нагружения левой колонны:

Max N=0 кН (элемент 47), Min N=-260.4 кН (элемент 6)

Max Q=260.4 кН (элемент 8), Min Q=-64.1963 кН (элемент 46)

Max M=102.54 кНм (элемент 45), Min M=-170.562 кНм (элемент 8)

2.4 Расчет на горизонтальные воздействия от мостовых кранов

Нормативная величина горизонтальной крановой нагрузки при торможении тележки определяется по формуле:

,

где Gт - вес тележки, кН;

n0 - количество колес тележки на одной стороне;

Расчет выполнен в программном комплексе STARK ES. Результаты расчета для нагруженной левой колонны:

Max N=0 кН (элемент 1), Min N=-2.41645 кН (элемент 35)

Max Q=4.95386 кН (элемент 47), Min Q=-2.41663 кН (элемент 48)

Max M=25.1311 кНм (элемент 45), Min M=-33.6078 кНм (элемент 1)

2.5 Расчет на ветровую нагрузку

Значение распределенной нагрузки от ветра определяется как:

,

Нормативное значение ветровой нагрузки w следует определять по формуле:

,

где wm - средняя составляющая основной ветровой нагрузки, определяется по формуле:

,

где w0 - нормативное значение ветрового давления, определяемое по табл.11.1 [3], кПа;

k(ze) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze, определяется по табл.11.2 в зависимости от типа местности;

с - аэродинамический коэффициент, определяемый по прил.В [3];

wp - пульсационная составляющая основной ветровой нагрузки, определяется по формуле:

,

где x(ze) - коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по табл.11.4 [3] для эквивалентной высоты ze в зависимости от типа местности;

н- коэффициент пространственной корреляции пульсации давления ветра, определяемый по табл.11.6 [3];

,

где - значение распределенной нагрузки от снега на i-той высоте с наветренной/подветренной стороны, кН/м.

Ветровая нагрузка на высоте 5 метров будет равна:

;

;

Ветровая нагрузка на высоте 10 метров будет равна:

;

;

Ветровая нагрузка на высоте 10,4 метров будет равна:

;

;

Ветровая нагрузка на высоте 13,65 метров будет равна:

;

;

После выполнения статических расчетов при каждом нагружении, данные внутренних усилий в опорных узлах записываются в Таблицу 3.1.

Расчет выполнен в программном комплексе STARK ES. Результаты расчета:

Max N=0 кН (элемент 1), Min N=-1.1296 кН (элемент 37)

Max Q=13.9584 кН (элемент 1), Min Q=-1.12956 кН (элемент 45)

Max M=62.7319 кНм (элемент 43), Min M=-69.9204 кНм (элемент 1)

3. Сочетания нагрузок

Определив в раме изгибающие моменты и нормальные силы от каждой из расчетных нагрузок, необходимо найти их наиболее невыгодные сочетания.

3.1 Комбинации нагрузок

№ нагр

Нагрузки и комбнации усилий

n с

Сечения стойки

1-1

М

N

Q

1

Постоянная

1

-

-300

-

2

Снеговая

1

-

-222,8

-

0.9

-

-200,5

-

3

Крановая вертикальная

на лев. ст.

1

-26

-260,4

-13,9

0.9

-23,4

-234,4

-12,5

3*

на прав. ст.

1

102,5

-64,2

13,9

0.9

92,3

-57,8

12,5

4

Крановая горизонталь-ная

на лев. ст.

1

±33,61

-

±5

0.9

±30,25

-

±4,5

4*

на прав. ст.

1

±25,13

-

±2,42

0.9

±22,62

-

±2,18

5

Ветер

на лев. ст.

1

-69,9

-

14

0.9

-62,9

-

12,6

5*

на прав. ст.

1

62,7

-

10,6

0.9

56,4

-

9,54

М - мах N соотв

n с = 0,9

№ нагрузок

1, 3*, 4, 5*

усилия

178,95

-357,8

26,54

N - max M соотв

n с = 0,9

№ нагрузок

1, 2, 3

усилия

-23,4

-734,9

-12,5

Наихудшими являются сочетания:

1) 1, 3*, 4, 5*; M = 178,95 кН•м; N = -357,8 кН; Q = 26,54 кН.

2) 1, 2, 3; M = -23,4 кН•м; N = -734,9 кН; Q = -12,5 кН.

3.2 Расчет стропильной фермы

При расчете стропильной фермы рассматривается 1 комбинация - постоянная + снеговая нагрузки.

Расчётная нагрузка от снега и покрытия:

gснег+пост= 15,2 + 19,21 = 34,41 кН/м;

Тогда нагрузка, прикладываемая в узлы фермы с учетом уклона верхнего пояса фермы 1/12, будет равна:

Также необходимо учесть нагрузку от стеновых панелей и ветровой нагрузки.

3.3 Определение усилий в стержнях фермы

Схема фермы:

Расчет выполнен в программе STARK ES. После выполнения статического расчета получены следующие внутренние усилия:

Max N=1054.45 кН (элемент 36), Min N=-1062.69 кН (элемент 26)

Max Q=626.334 кН (элемент 2), Min Q=-626.334 кН (элемент 55)

Max M=471.379 кНм (элемент 55), Min M=-471.379 кНм (элемент 55)

3.4 Подбор и проверка сечений стержней фермы

Элемент

№ стержня

Усилия от пост. Нагр.

Растяжение

Сжатие

Верхний пояс

2/55

0

*

1/56

-507,19

*

8/49

-507,19

*

7/50

-826,54

*

14/43

-826,54

*

13/44

-1001,38

*

20/37

-1001,38

*

19/38

-1062,69

*

26/31

-1062,69

*

25/32

-1033,17

*

Нижний пояс

6/60

279,46

*

12/54

684,91

*

18/48

926,64

*

24/42

1041,04

*

30/36

1054,45

*

Стойки

3/61

-25,74

*

9/57

-51,48

*

15/51

-51,48

*

21/45

-51,48

*

27/39

-51,48

*

33

120,12

*

Раскосы

4/59

-563,28

*

5/58

455,47

*

10/53

-387,98

*

11/52

300,01

*

16/47

-237,93

*

17/46

164,72

*

22/41

-106,17

*

23/40

44,26

*

28/35

11,94

*

29/34

-65

*

Так как в элементах нижнего пояса возникают различные усилия, то при подборе сечений будут подобраны различные профиля, что даст возможность появления эксцентриситетов за счет не совпадения собственных осей профилей между собой. Поэтому отдельно для нижнего пояса фермы будет подобрано сечение по максимальному усилию. То же самое касается верхнего пояса, раскосов, стоек, шпренгелей.

- Расчетная длина элемента определяется по табл. 24 [2].

В плоскости фермы lef :

-для поясов lef =l;

-для опорных раскосов и стоек lef =l;

-для прочих элементов решетки lef = 0,8*l;

В направлении, перпендикулярном к плоскости фермы

(из плоскости фермы) lef,1:

-для поясов lef =l1;

-для опорных раскосов и стоек lef =l1;

-для прочих элементов решетки lef = 0,9*l1;

где l - геометрическая длина элемента (расстояние между центрами ближайших узлов) в плоскости фермы;

l1 - расстояние между узлами, закреплёнными от смещения из плоскости фермы (поясами ферм), специальными связями, жёсткими плитами покрытий, прикреплёнными к поясу сварными швами или болтами, и т.п.).

3.5 Подбор сечений элементов фермы

Расчет растянутых элементов на прочность производится по формуле:

Из этого условия определяется требуемая площадь и подбирается профиль. Производится проверка условия прочности и проверка гибкости. Для растянутых элементов фермы предельная гибкость равна 400.

Расчет сжатых элементов на устойчивость производится по формуле:

Изначально задаемся гибкостью л=100, определяем условную гибкость и коэффициент продольного изгиба ? по прил. Д [2]. Подставляем полученное значение в формулу и определяем из него требуемую площадь. Подбирается профиль, определяется гибкость, условная гибкость, коэффициент продольного изгиба и проверяется выполнение условия. Также необходимо, чтобы гибкость не превышала предельного значения. Предельная гибкость для поясов и опорных раскосов равна:

где б - коэффициент, определяемый по формуле:

Предельная гибкость для остальных элементов решетки определяется:

Полученные данные сводятся в таблицу.

3.6 Расчет сварных швов

Для сварки узлов фермы применена полуавтоматическая сварка проволокой Св-08Г2С d = 1,4-2 мм, kf, min = 6 мм, , , ,

210 • 10,2 · 0,9 = 1927,8 < 0,45 • 490 • 10,2 · 1,05 = 2361,6.

Проверка прочности соединения выполняется по металлу шва.

Длина сварного шва, исходя из конструктивных требований:

Rwz = 0,45 • Run ; Run = 4998 кг/см2- для стали С345 толщиной 2-10 мм,

Rwz = 0,45 • Run ; Run = 4794 кг/см2- для стали С345 толщиной 10-20 мм, табл. В5 [2].

Полученные данные заносятся в таблицу:

Таблица «Подбор профилей для элементов фермы»

Элемент

№ стержня

N,кг

Асеч, см2

Атруг

гс

Ry

№ профиля

лу

ix

лх

lef,x

lef,y

лu

Усл

б

?

?

Сжатые элементы

Верхний пояс

19

106269

48,4

24,2

0,95

3468

125х125х10

79

3,84

40

1,51

3,02

121

0,98

0,98

1,34

0,851

Стойка

27

5148

15,06

7,53

65х65х6

180

1,5

142

2,8

3,15

184

0,428

0,428

4,85

0,359

Раскос

4

56328

38,4

19,2

100х100х10

99

3,04

99

3,02

3,02

126

0,903

0,903

3,39

0,493

Раскос

22

10617

22,8

11,4

75х75х8

141

2,27

130

2,952

3,21

172

0,636

0,636

4,44

0,278

Растянутые элементы

Нижний пояс

30

105445

38,4

19,2

0,95

3468

100х100х10

99

3,04

99

3

3

400

0,83

-

Стойка

33

12012

11,38

5,69

50х50х6

225

1,5

200

3

3,375

0,32

Раскос

5

45547

15,06

7,53

65х65х6

138

1,97

123

2,416

2,718

0,92

Раскос

17

16472

11,38

5,69

50х50х6

208

1,5

185

2,776

3,123

0,44

Количество типоразмеров элементов фермы сокращено до 5 для того, чтобы избежать возникновения эксцентриситетов, а вследствие дополнительных усилий. Таким образом приняты следующие сечения для элементов фермы:

- верхний пояс: 125х125х10;

- нижний пояс: 100х100х10;

- стойки: 65х65х6, 50х50х6;

- раскосы: 100х100х10, 75х75х8, 65х65х6, 50х50х6.

Таблица «Размер сварных швов между элементами фермы и фасонки»

Элемент

№ стержня

N,кг

№ профиля

tуг

Rwf

Kf,min

Kfобушка

Kfпера

вf

Lw

Lwобушка

Lобушка

Lwпера

Lпера

Верхний пояс

1

50719

125х125х10

10

1927,8

5

10

9

0,8

380

270

140

120

70

7

82654

560

390

210

170

60

13

100138

680

480

250

210

110

19

106269

730

510

230

220

120

25

103317

710

490

230

210

120

Нижний пояс

6

27946

100х100х10

190

130

80

60

40

12

68491

470

330

170

140

80

18

92664

630

440

230

190

100

24

104104

710

500

260

210

120

30

105445

720

500

260

220

120

Стойки

33

12012

65х65х6

6

6

5

0,9

122

85

53

40

30

3

2574

50х50х6

26

40

30

40

30

27

5148

52

40

30

40

30

Раскосы

5

45547

65х65х6

460

320

170

140

80

11

30001

300

210

120

90

60

17

16472

50х50х6

170

120

70

50

40

23

4426

40

40

30

40

30

28

1194

10

40

30

40

30

4

56328

100х100х10

10

10

9

0,8

380

270

140

120

70

10

38798

260

190

100

80

50

16

23793

160

110

70

50

40

22

10617

75х75х8

8

8

7

0,9

80

60

40

40

30

29

6500

50

40

30

40

30

Размещено на http://www.allbest.ru/

В случае если Lwобушка, Lwпера меньше значения, требуемого по конструктивным соображениям, то они принимаются равными 60 мм. Значения катетов шва, длин сварных швов, представленных в таблице, приведены в мм.

3.7 Расчет стыка отправочных марок

Фасонку узла разрезают по оси и перекрывают вертикальными накладками с ребрами для крепления связей. К одной половине фасонки накладки приваривают на заводе, к другой - на монтаже. Поясные уголки перекрывают горизонтальными накладками. Среднюю стойку проектируют крестового сечения их двух уголков, которые соединяют болтами при укрупнительной сборке через уголковые накладки.

В связи с тем, что в нижнем поясе возникает растяжение, то болты необходимо рассчитать. А в верхнем поясе не рассчитываются, так как возникает усилие сжатия.

Верхний монтажный узел.

· Усилие в стыке определяется по формуле:

где - усилие в поясе фермы, -1033,17 кН;

· Ширина накладки определяется по формуле:

где - размер сечения элемента верхнего пояса фермы, мм;

- толщина фасонки, принимается равной 10 мм;

- величина, принимаемая равной 10-20 мм;

· Толщина накладки определяется исходя из соотношения:

где

Толщину накладки принимаем не менее толщины фасонки равной 10 мм.

Проверяем прочность узла верхнего пояса фермы.

где - площадь накладки, см2;

Прочность обеспечена.

Монтажный стык двух отправочных элементов ферм выполняется с помощью ручной сварки электродом Э42. Расчет ведется по металлу шва. Швы, прикрепляющие листовую накладку к поясам, рассчитываем на усилие в накладке:

Тогда требуемая длина швов прикрепления накладки к полкам поясных уголков равна:

принимаются равными 0,8 и 1 см соответственно.

принимаются 2 шва по15 см и 2 шва по10 см.

Определим длину сварных швов крепления верхнего пояса к фасонке. Сварка полуавтоматическая сварочной проволокой Св-08Г2С d = 1,4-2 мм. Расчет также ведется по металлу шва.

Расчетное усилие определяется как максимальное из двух усилий:

Расчет ведем по

Длины швов определяются по формулам:

Окончательно длины сварных швов назначаем конструктивно по габаритам фасонки.

Требуемый катет угловых швов для присоединения вертикальных накладок к фасонке:

Принимаем

Нижний монтажный узел.

Расчет производим аналогично расчету узла верхнего пояса.

Усилие в стыке определяется по формуле

· Толщина накладки определяется по формуле:

· Толщина накладки определяется исходя из соотношения:

где

Толщину накладки принимаем не менее толщины фасонки равной 12 мм.

Проверяем прочность узла верхнего пояса фермы.

Прочность обеспечена.

Швы, прикрепляющие листовую накладку к поясам, рассчитываем на усилие в накладке:

Тогда требуемая длина швов прикрепления накладки к полкам поясных уголков равна:

принимаются 2 шва по15 см и 2 шва по 8 см.

Определим длину сварных швов крепления верхнего пояса к фасонке. Расчетное усилие определяется как максимальное из двух усилий:

Расчет ведем по

Длины швов определяются по формулам:

Окончательно длины сварных швов назначаем конструктивно по габаритам фасонки.

Требуемый катет угловых швов для присоединения вертикальных накладок к фасонке:

Принимаем

4

4. Расчет колонны

4.1 Исходные данные

Требуется подобрать сечения сплошной колонны однопролётного производственного здания (ригель имеет шарнирное сопряжение с колонной).

Для колонны рассматривается 2 комбинации нагружения, значения внутренних усилий каждой из которых равны:

1) 1, 3*, 4, 5*; M = 178,95 кН•м; N = -357,8 кН; Q = 26,54 кН.

2) 1, 2, 3; M = -23,4 кН•м; N = -734,9 кН; Q = -12,5 кН.

Соотношение жесткостей нижней и верхней частей колонны I1/I2 = 1; материал колонны--сталь марки С345, бетон фундамента марки B15.

4.2 Определение расчетных длин колонны

Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определим по формулам:

,

,

где -- высота нижней части колонны, м;

-- высота верхней части колонны , м;

- коэффициент расчетной длины для нижнего участка колонны;

- коэффициент расчетной длины для верхнего участка колонны;

Рис. 6 - расчетная схема колонны

Коэффициенты расчетной длины для нижнего участка колонны следует принимать в зависимости от отношения:

-- момент инерции сечения нижней части колонны (), см4;

-- момент инерции сечения верхней части колонны (), см4;

где:

- сила приложенная к колонне в уступе, равна крановой вертикальной нагрузке 260,4 кН;

- сила приложенная к колонне в верхнем узле, складывается из постоянной и снеговой нагрузок 514, 3 кН;

Коэффициент расчетной длины определяется согласно п. И.1. [3] по табл. И.2 для колонн с верхним концом, закрепленным только от поворота:

Следовательно, принимаем .

Тогда расчетные длины будут равны:

Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей равны соответственно:

4.3 Подбор сечения колонны

4.3.1 Первая комбинация с максимальным значением момента

В сечениях сжато-изогнутых элементов опасна потеря устойчивости, поэтому необходимо обуславливаться изначально условиями устойчивости в плоскости и из плоскости.

Расчёт на устойчивость внецентренносжатых (сжато-изгибаемых) элементов при действии момента в одной из главных плоскостей следует выполнять как в этой плоскости (плоская форма потери устойчивости), так и из этой плоскости (изгибно-крутильная форма потери устойчивости).

Расчёт на устойчивость внецентренносжатых (сжато-изгибаемых) элементов постоянного сечения в плоскости действия момента, совпадающей с плоскостью симметрии, следует выполнять по формуле 109 [2]:

N / (?e • A • Ry • гc) ? 1,

где ?e -коэффициент устойчивости при сжатии с изгибом, следует определять по табл. Д3 [2] в зависимости условной гибкости ??? и приведенного относительного эксцентриситета mef, определяемого по формуле:

mef = з ? m,

где з - коэффициент влияния формы сечения, определяемый по таблице Д.2 приложения Д [2], принимается равным 1,25;

m - относительный эксцентриситет, определяемый по формуле:

m = e•A / Wc,

где е - эксцентриситет, при вычислении которого значения М и N следует принимать, согласно требованиям п 9.2.3[2], для ступенчатой колонны - наибольшему моменту на длине участка постоянного сечения:

е = M/N,

Wc - момент сопротивления сечения, вычисленный для наиболее сжатого волокна).

Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра.

По формуле [2] определим требуемую площадь сечения:

Предварительно определим приближенные значения характеристик (ядровое расстояние и радиус инерции):

Для симметричного двутавра:

.

.

где - ядровое расстояние, см;

- радиус инерции поперечного сечения верхней части колонны, см;

Условная гибкость определяется по формуле:

где - гибкость колонны относительно оси х, равная:

Определим эксцентриситет:

е = 178,95 кН • м / 357,8 кН = 0,5 м,

Относительный эксцентриситет приближенно определим по формуле:

Тогда:

.

По табл. Д.3. [2] определяем в зависимости и :

Определяем требуемую площадь:

4.3.2 Вторая комбинация с максимальным значением продольной силы

Расчёт на устойчивость внецентренносжатых (сжато-изгибаемых) элементов постоянного сечения в плоскости действия момента, совпадающей с плоскостью симметрии, следует выполнять по формуле 109 [2]:

N / (?e • A • Ry • гc) ? 1,

По формуле [2] определим требуемую площадь сечения:

Предварительно определим приближенные значения характеристик (ядровое расстояние и радиус инерции):

Для симметричного двутавра:

.

.

Определим эксцентриситет:

е = 23,4 кН • м / 734,9 кН = 0,032 м,

Относительный эксцентриситет приближенно определим по формуле:

Тогда:

.

По табл. Д.3. [2] определяем в зависимости и :

Определяем требуемую площадь:

С учетом требуемых значений площади , примем Дв 70Ш1, , .

Проверка устойчивости в плоскости действия момента.

Для внецентренно-сжатых элементов:

- условие выполняется.

Проверка устойчивости из плоскости действия момента:

Для внецентренно-сжатых элементов в соответствии с п. 9.2.4 [2]:

где с - коэффициент, определяемый согласно требованиям 9.2.5;

?y - коэффициент устойчивости при центральном сжатии;

Условная гибкость:

Коэффициент определяем, как при центральном сжатии по табл. Д.1 в зависимости от типа сечения (b) и :

Для определения необходимо найти максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня. Согласно п. 9.2.6 при одном защемленном конце за Мх принимается момент, возникающий в заделке.

Эксцентриситет:

Коэффициент в формуле следует определять согласно п. 9.2.5 при значениях mx<5 по формуле:

с = / (1 + б ? mx) ? 1,

где б и следует определять по табл. 21 [2];

,

где - значение при ;

с = 1,23 / (1 + 0,753 • 2,067) = 0,48 ? 1,

Условие устойчивости из плоскости действия момента выполняется.

Проверка прочности.

и определяются по табл. Е.1. [2];

Тогда = 1,47. Так как Му = 0, то .

Условие прочности выполняется.

4.4 Расчет консоли колонны

Поперечная сила, действующая на полку складывается из:

А изгибающий момент в свою очередь:

где - расстояние от оси крана до колонны, 31,7 см;

Сечение консоли принимается, исходя из выполнения условий прочности по нормальным и касательным напряжениям по формулам:

Выразим из условия прочности требуемый момент сопротивления:

Примем Дв 23Б1, 260,5 см3, =2996 см4; .

Усилие в полке определяется по формуле:

где расстояние между центрами тяжести полок двутавра, 22,1 см;

Расчет сварных швов ведется по металлу шва. Выполняется ручная сварка с использованием электродов Э50А. Катет шва принимается 5 мм. Тогда должно выполняться условие:

- для стенки:

- для полки:

- для стенки:

- для полки:

Прочность сварных швов обеспечена.

4.5 Расчет и конструирование базы колонны

База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилий от колонны на фундамент; в ее состав входят опорная плита, траверса, ребра, анкерные болты, а также устройства для их крепления.

Длина опорной плиты базы колонны назначается конструктивно:

B = hк+2•a = 68,3+2•3 =74,3 см,

где hк - высота сечения колонны, см;

a - свес плиты, ориентировочно принимаемый равным 2-5 см.

где Rb,loc - сопротивление бетона на местное сжатие, кг/см2, определяемое по формуле:

где Rb - сопротивление бетона на сжатие, кг/см2, равное 86,7 кг/см2.

Нагрузка, действующая на плиту базы, равна усилию в колонне. Материал фундамента - бетон класса В15.

40 см.

Ширина опорной плиты примем равной:

L = bк+2•(tтр + 4) = 32 +2•(1+4) =42 см,

где bк ширина колонны, см;

Тогда минимальная площадь опорной плиты равна:

А = В • L = 74,3 • 42 = 3120,6 см2.

Нагрузка, действующая на плиту базы, равна усилию в колонне. Материал фундамента - бетон класса В15. Условие прочности бетонной плиты записывается в виде:

Прочность плиты обеспечена.

Расчет опорной плиты.

Толщина опорной плиты определяется по одному из трех моментов, возникающих в разных расчетных участках. Определим изгибающий момент на различных участках в плите, условно принимая в расчет полоску шириной 1 см. Причем, момент будет определяться по разным формулам в зависимости от типа опирания участка плиты:

1) Участок 1( с опиранием на 4 стороны). Посередине участка расположена пластина для уменьшения максимального изгибающего момента.

Момент для данного участка определяется по формуле из п.8.6 [3]:

где б1 - коэффициент, определяемый по табл. Е2 прил.Е [3];

q = sb;

а - ширина короткой стороны рассматриваемого участка, см, равная 14,5см;

Для определения коэффициента б1 нужно найти соотношение сторон рассматриваемого участка:

2) Участок 2 (с опиранием на 3 стороны)

где d1 - диагональ рассматриваемого участка, см, определяемая по теореме Пифагора и равная:

Тогда определим коэффициент б3 из следующего соотношения:

Следует считать как консоль, с опиранием с одной стороны.

3) Участок 3 (Считается как консоль с опиранием с одной стороны)

Исходя из значения максимального изгибающего момента, определим требуемую толщину опорной плиты:

Окончательно примем толщину опорной плиты tпл = 2 см.

Расчет анкерных болтов.

см;

,

Усилие в анкерных болтах:

Площадь сечения болтов из стали Ст3пс4 (табл. Г.4 и Г.7 [3]):

Принимаем 2 болт d=48 мм;

Расчет траверсы.

Расчет ведется по металлу шва:

Rwf - расчётное сопротивление металла шва сварного соединения с угловыми швами.

f - коэффициент глубины проплавления шва, принимаемый 0,9 и принимаются по таблице 39[3].

Катет шва примем равным kf = 8 мм. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-10Г2, d=1,4-2мм.

Подставим эти значения в расчетную формулу и определим суммарную длину всех сварных швов

Определим значение длины сварных швов:

Тогда длина одного сварного шва определится по формуле:

Из конструктивного требования:

Окончательно принимаем высоту траверсы hтр = 30 см.

Траверса работает на изгиб. Определим из условий прочности по нормальным и касательным напряжениям требуемую толщину траверсы.

Рис.7 - Эпюры внутренний усилий траверсы

Запишем условие прочности по нормальным напряжениям:

где М - максимальный момент, который может быть как в середине пролета, так и на опоре, поэтому определим оба эти значения;
где qтр - равномерно распределенная нагрузка на траверсу, кг/м, определяемая по формуле:

Момент сопротивления определяется по формуле:

Тогда проверка запишется в виде:

Условие прочности по касательным напряжениям запишется в виде:

где Qтр - максимальная поперечная сила, возникающая при нагружении, кг, определяемая по эпюре;

Статический момент и момент инерции определим по формулам:

Тогда преобразуем условие прочности и определим требуемую толщину траверсы:

Учитывая конструктивное требование, что толщина траверсы должна быть не менее 6 мм, примем толщину траверсы tтр = 10 мм.

5

5. Расчет вертикальных связей

Вертикальные связи воспринимают крановую горизонтальную нагрузку.

Расчет растянутых элементов на прочность производится по формуле:

Из этого условия определяется требуемая площадь и подбирается профиль. Производится проверка условия прочности и проверка гибкости. Для растянутых элементов фермы предельная гибкость равна 400.

Тогда расчет следует произвести по гибкости:

рама нагрузка колонна стержень

Принимаем Уг.60х60х6, ; поддерживающий элемент является растянутым, сжатый элемент не прерывается.

Расчет сжатых элементов на устойчивость производится по формуле:

Изначально задаемся гибкостью л=100, определяем условную гибкость и коэффициент продольного изгиба ? по прил. Д [2]. Подставляем полученное значение в формулу и определяем из него требуемую площадь. Подбирается профиль, определяется гибкость, условная гибкость, коэффициент продольного изгиба и проверяется выполнение условия. Также необходимо, чтобы гибкость не превышала предельного значения. Предельная гибкость для остальных элементов решетки определяется:

Примем, что предельная гибкость равна 150, тогда:

Принимаем Уг.150х150х10, ; поддерживающий элемент является растянутым, сжатый элемент не прерывается.

.

6. Расчет подкрановой балки

Пролет балки 6 м.

Два крана грузоподъемностью Q = 8 т.

Режим работы кранов - 4К.

Пролет здания 30 м.

Материал балки сталь С345, Ry = 3468 кг/см2.

Высоту подкрановой балки предварительно зададим согласно прил.1 [1]

HПБ= 650 мм.

6.1 Нагрузки на подкрановую балку

ширина моста В = 6 м;

база крана К = 5 м;

высота крана Н = 1 м;

давление колеса Рмакс = 10 т;

масс крана G = 20,5 т;

масс тележки g = 2,2 т;

Грузоподьемность Q= 8 т;

nс=0,95 коэффициент сочетаний

n=1,1 - коэффициент перегрузки

k1=1,1 коэффициент динамичности(согласно таб. 15.1 Беленя)

k2=1 коэффициент динамичности(согласно таб. 15.1 Беленя)

На подкрановые балки промышленных зданий могут оказывать воздействия и требуют учета следующие нагрузки и воздействия:

? собственный вес подкрановых конструкций;

? вертикальные F, горизонтальные Tk и Tk2 и крутящие воздействия катков кранов;

? нагрузки от массы людей и ремонтных материалов на тормозные конструкции;

? температурные воздействия (в горячих цехах);

? сейсмические нагрузки (при строительстве в сейсмоопасных районах);

? воздействия неравномерных деформаций оснований (при неразрезных подкрановых конструкциях и строительстве на слабых грунтах).

Коэффициент к вертикальной крановой нагрузке ;

Коэффициент надежности по нагрузке для МК ;

Коэффициент надежности по нагрузке для всех режимов крана ;

Коэффициент динамичности ;

Коэффициент сочетания .

Определим нагрузки на подкрановые конструкции от вертикальных и горизонтальных воздействий крана и собственного веса подкрановых конструкций:

· нормативная вертикальная нагрузка от колес крана с учетом собственного веса подкрановых конструкций

· нормативная горизонтальная нагрузка от торможения тележки крана

· расчетная вертикальная нагрузка в месте приложения давления колес крана с учетом собственного веса подкрановых конструкций и совместной работы двух сближенных кранов

·

· расчетная вертикальная нагрузка от одного колеса крана

· расчетная горизонтальная нагрузка от торможения тележки крана

· расчетная вертикальная нагрузка от колес кранов при расчете на усталость

6.2 Определение расчетных усилий

Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета.

Загружаем линию влияния момента в среднем сечении, устанавливая краны худшим образом:

Рис. 8 - Линии влияния от изгибающего момента

Расчетный момент от вертикальной нагрузки:

Расчетный момент от горизонтальной нормативной нагрузки:

Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил:

Рис.9 - Линии влияния поперечных сил

Подбор сечения балки.

Значение коэффициента определим по формуле:

Оптимальная высота подкрановой балки с учетом экономного расходования материала при гибкости стенки лw =120 будет равна:

Минимальная высота балки:

момент от загружения балки одним краном при.

Принимаем высоту стенки балки hw = 50 см

Предварительно задаем толщину поясов балки tf = 16 мм, тогда полная высота сечения балки будет равна:

Толщину стенки балки определим из 3 условий:

Принимаем стенку толщиной

Момент инерции сечения, соответствующий требуемому моменту сопротивления Wx,тр:

Требуемая ширина поясов с учетом заданных размеров стенки балки и толщины поясов равна:

Принимаем: из конструктивных ограничений.

Устойчивость пояса:

см

Условие устойчивости выполняется.

Конечное сечение и его геометрические характеристики:

А =107,6 см2

Ix= 40246,9см4

Iy=1559,4 см4

Wx= 1513см3

Wy= 173,27см3

Рис. 10 - Поперечное сечение подкрановой балки

6.3 Проверка прочности сечения

Проверка нормальных напряжений:

Условие выполняется.

6.4 Проверка стенки подкрановой балки на совместное действие нормальных, касательных и местных напряжений на уровне верхних поясных швов

Проверка прочности стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана:

где - момент инерции кранового рельса, для принятого КР70 см4; А=58,72 см2; у1 = 5,77 см;

Условие выполняется.

Проверка стенки подкрановой балки на совместное действие нормальных, касательных и местных напряжений на уровне верхних поясных швов.


Подобные документы

  • Компоновка конструктивной схемы каркаса производственного здания. Определение нагрузок, действующих на поперечную раму. Статический расчет однопролетной поперечной рамы. Определение расчетных длин, сечений и базы колонны. Расчет и конструирование фермы.

    курсовая работа [507,3 K], добавлен 17.05.2013

  • Компоновка конструктивной схемы каркаса здания. Расчет поперечной рамы. Вертикальная и горизонтальная крановые нагрузки. Статический расчет поперечной рамы. Расчет и конструирование стропильной фермы. Определение расчетных усилий в стержнях фермы.

    курсовая работа [3,5 M], добавлен 24.04.2012

  • Компоновка конструктивной схемы каркаса здания. Правила расчета схемы поперечной рамы. Определение общих усилий в стержнях фермы. Расчет ступенчатой колонны производственного здания. Расчет и конструирование подкрановой балки, подбор сечения балки.

    курсовая работа [565,7 K], добавлен 13.04.2015

  • 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

  • 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

  • Компоновка каркаса, сбор нагрузок на поперечную раму каркаса. Расчетная схема рамы, определение жесткости элементов. Анализ расчетных усилий в элементах поперечной рамы. Компоновка системы связей. Расчет стропильной фермы, определение усилий, сечений.

    курсовая работа [3,8 M], добавлен 04.10.2010

  • 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

  • Проект конструкторского расчета несущих конструкций одноэтажного промышленного здания: компоновка конструктивной схемы каркаса здания, расчет поперечной рамы каркаса, расчет сжатой колонны рамы, расчет решетчатого ригеля рамы. Параметры нагрузки усилий.

    курсовая работа [305,8 K], добавлен 01.12.2010

  • Выбор несущих конструкций каркаса промышленного здания, компоновка поперечной рамы. Статический расчет рамы, колонны, ребристой плиты покрытия. Определение расчетных величин усилий от нагрузки мостового крана. Комбинация нагрузок для надкрановой части.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 04.10.2015

  • Подбор конструкций поперечной рамы: фахверковой колонны, плит покрытия, стеновых панелей, подкрановых балок, сегментной фермы. Компоновка поперечной рамы. Определение нагрузок на раму здания. Конструирование колонн. Материалы для изготовления фермы.

    курсовая работа [571,4 K], добавлен 07.11.2012

  • 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 конструктивной схемы каркаса. Нагрузки и воздействия на каркас здания. Статический расчет поперечной рамы. Расчет на постоянную нагрузку, на вертикальную нагрузку от мостовых кранов. Расчет и конструирование стержня колонны, стропильной фермы.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 27.05.2015

  • Характеристика компоновки конструктивной схемы производственного здания. Определение вертикальных размеров стоек рамы. Расчеты стропильной фермы, подкрановой балки, поперечной рамы каркаса, колонны. Вычисление геометрических характеристик сечения.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 29.12.2010

  • Компоновка конструктивной схемы каркаса производственного здания. Разработка схемы связей по шатру здания. Проверочный расчет подкрановой балки. Статический расчет поперечной рамы. Конструирование колонны, определение ее геометрических характеристик.

    курсовая работа [525,9 K], добавлен 10.12.2013

  • Определение нагрузок, действующих на покрытие. Геометрическая схема фермы и расчет усилий в стержнях. Вычисление верхнего и нижнего поясов на прочность, трещиностойкость, раскрытие трещин. Расчет поперечной рамы одноэтажного производственного здания.

    дипломная работа [606,1 K], добавлен 28.12.2015

  • Компоновка конструктивной схемы каркаса. Статистический расчет одноэтажной однопролетной рамы. Расчеты и конструирование стальной стропильной фермы. Определение разных нагрузок, действующих на ферму. Расчет и проверка устойчивости ступенчатой колонны.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 03.11.2010

  • Компоновка поперечной рамы: расчет нагрузок. Геометрические характеристики колонны. Реакции колонны и рамы. Определение усилий в колонне от постоянных нагрузок. Определение усилий в стойке от собственного веса. Расчёт внецентренно сжатой колонны.

    курсовая работа [722,5 K], добавлен 15.06.2011

  • 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

  • Компоновка однопролетной поперечной рамы, методика сбора загрузок. Расчет и конструирование подкрановой балки, стропильной фермы. Определение усилий в элементах, подбор и проверка сечений стержнем, расчет сварных соединений. Нагрузка от мостовых кранов.

    курсовая работа [516,2 K], добавлен 19.04.2015

  • Статический расчет поперечной рамы, постоянные и временные нагрузки. Определение усилий в раме. Расчетные сочетания усилий в сечениях стоек. Расчет и проектирование колонны, надкрановой и подкрановой части, промежуточной распорки. Параметры фундаментов.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 15.09.2014

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.