Проектирование одноэтажного металлического промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

здание каркас конструирование компоновочный

1. Исходные данные для проектирования

1.1 Исходные данные по варианту ____ - пПГС -____

1.2 Дополнительные исходные данные

1.3 Характеристика стального проката

2. Конструктивно - компоновочное решение

3. Система связей каркаса здания

4. Компоновка поперечной рамы каркаса здания

4.1 Исходные данные для определения нагрузок

4.2 Расчет нагрузок на раму промышленного здания

4.2.1 Постоянная нагрузка

4.2.2 Временные нагрузки

5. Статический расчет рамы

6. Расчет и конструирование стропильной фермы

6.1 Общие положения конструирования

6.2 Исходные данные

Список используемой литературы



1. Исходные данные для проектирования

1.1 Исходные данные по варианту ____-пПГС-____

Задание: разработать конструктивно-компоновочное решение каркаса здания, статистический расчёт рамы каркаса, расчет и конструирование основных элементов каркаса.

1. Расчётный пролёт рамы, L = 36,0 м;

2. Шаг колонн вдоль здания, В = 6,0 м;

3. Длина здания в осях 102,0 м

4. Высота до головки рельса H_гр= 16,0 м;

5. Район строительства по весу снегового покрова - III;

6. Район строительства по ветровой нагрузке - II ;

7. Количество пролётов здания - 1;

8. Основной несущий элемент - металлическая рама.

1.2 Дополнительные исходные данные

1. Количество кранов --2;

2. Краны электрические, работают совместно;

3. Грузоподъемность кранов - 800 кН;

4. Группа режимов работы кранов - 6К;

5. Здание отапливаемое, с тёплой кровлей;

6. Конструкция кровли:

> защитный слой гравия на битумной мастике д= 10 мм;

> четыре слоя рубероида;

> утеплитель - плиты из минеральной ваты на битумном связующем по ГОСТ 10140 - 2003 толщиной д = 150 мм с г = 2 кН/м³;

> пароизоляция - один слой рубероида;

> стальной профилированный оцинкованный настил Н-60-782-0,8

ТУ-34-5831-71;

8. Уклон кровли i = 1:8;

9. Ограждающие конструкции стен выполнены с применением панелей из керамзитобетона с г = 12 кН/м³ панели самонесущие по ГОСТ 13578 - 68, по рандбалкам;

10. Марка стали элементов конструкций каркаса ВСm3кn2 по ГОСТ 308-94;

11. Конструкции каркаса сварные, сварка полуавтоматическая;

12 Монтажные соединения на болтах нормальной точности кл. 4.6 по

ГОСТ 7798-78, сварка ручная по ГОСТ 5264-80 выполнена электродами Э-42 ГОСТ 9467-75*;

13. Фундаменты отдельно стоящие, выполнены из бетона класса B 12,5;

14. Расчётное сопротивление грунта R = 0.2 МПа;

15. Тип местности для определения ветровых нагрузок - В;

16. Отметка чистого пола первого этажа - 0,000;

17. Несущие конструкции покрытия - фермы;

18. Степень ответственности здания - II;

1.3 Характеристики стального проката

1. Объёмный вес стали, применяемой в конструировании несущих конструкций здания г = 78.5 кН/м³(г = 7850 кг/м³);

2. Расчётное сопротивление листового, широкополочного и фасонного проката толщиной 2...20 мм:

> на изгиб R_u = 3600 кгс/см2;

> на растяжение и сжатие R_y = 2350 кгс/см²;

> на срез R_s =1350 кгс/см²;

3. Модуль упругости стали E = 206000 МПа (E = 2100000 кгс/см²);

4. Расчётное сопротивление металла швов сварных соединений R_wy =180 МПа (R_wy =1850 кгс/см²);

5. Расчётное сопротивление среза и растяжения болтов:

> на срез R_bs = 150 МПа (R_bs =1500 кгс/см²);

> на растяжение R_bt = 170 МПа (R_bt =1700 кгс/см²);

6. Расчетное сопротивление растяжению фундаментных болтов R_bt =140

МПа (R_bt = J400 кгс/см²).



2. Конструктивно-компоновочное решение

Основным элементом несущего стального каркаса здания, воспринимающим почти все действующие нагрузки, являются плоские поперченные рамы, образованные колоннами и стропильными фермами. Рамы ставятся одна за другой на определенном расстоянии друг от друга.

На поперечные рамы опираются продольные элементы каркаса: подкрановые балки, ригели стенового каркаса, прогоны кровли и фонари.

Каркас здания должен обладать пространственной жесткостью, что достигается устройством связей в продольном и поперечном направлении, а также в необходимых случаях жёстким закреплением ригеля рамы в колоннах.

При проектировании стального каркаса цеха необходимо наметить так называемую сетку колонн, т.е. расположение колонн в плане - пролеты и шаг колонн. Согласно исходных данных [I] получаем сетку колонн 30х6 м.

Шаг колон назначаем постоянным, кратным укрупнённому модулю Ш.

Размеры пролетов и шаг колонн в первую очередь зависят от технологического процесса проектируемого цеха и необходимой в связи с этим маневренности кранов. Цеха следует разделять на отдельные блоки (отсеки), устраивая между ними температурные швы, во избежание деформаций его отдельных элементов в результате изменения температуры окружающей среды.

Расстояние между температурными швами в стальных сооружениях, при которых можно не учитывать температурных воздействий не должны превышать размеров, указанных в соответствующих нормах [6, 8].

Так длина здания в осях составляет 90 м, следовательно, выполняем в каркасе здания один температурный отсек (<150м).



3. Система связей каркаса здания

Для придания цеху пространственной жёсткости, а так же для обеспечения устойчивости элементов рам, устраиваются связи, располагаемые между рамами.

Различают следующие виды связей: горизонтальные - в плоскости нижних и верхних поясов ферм и вертикальные - как между фермами, так и между колоннами.

Основными назначениями связей являются:

> обеспечение неизменяемости сооружения, как при постоянной работе так и в процессе монтажа;

>обеспечение устойчивости сжатых элементов сооружения;

>восприятие и распределение всех горизонтальных нагрузок (ветровых, инерционных, например, тормозных крановых сил).

Назначение горизонтальных связей по верхним поясам ферм необходимо для обеспечения устойчивости верхнего пояса ферм в их плоскости. Они образуют дополнительную ферму, поясами которых являются пояса стропильных ферм, а решётка состоит из прогонов, играющих роль стоек и раскосов. Так раскосы связываемых ферм, как правило, имеют малые сечения и жёсткость и при сжимающих усилиях теряют устойчивость, то применяется перекрёстная система решётки, при которой работают лишь растянутые раскосы, а сжимающие усилия воспринимаются прогонами покрытия. При шаге стропильных ферм 12 м прогоны, крепящие фермы к жёсткому блоку, закрепляются в узлах связываемой фермы.

Горизонтальные связи по нижним поясам ферм располагаются как поперёк цеха (поперечные связи), так и вдоль (продольные связи). Поперечные связи, расположенные, у торца цеха, используются в качестве ветровых ферм. На них опираются стойки каркаса торцевой стены цеха, воспринимающего давление ветра.

Поперечные связи представляют собой горизонтальные связевые фермы с поясами из нижних поясов стропильных ферм. Это есть перекрёстная решётка специальными стойками (распорками) и раскосами. При большой длине температурного блока (L = 90 м) поперечные связи ставим также средней части блока, с тем, чтобы расстояние между поперечными связями не превышало 50...60м.

Это приходится делать потому, что соединение связей часто производят на «чёрных» болтах, допускающих большие сдвиги, вследствие чего влияние связей не распространяется на большие расстояния.

Продольные связи совместно с поперечными создают жесткий контур по всему периметру здания на уровне нижних поясов стропильных ферм.

Продольные связи устраивают вдоль крайних рядов колонн.

Вертикальные связи между фермами обычно устанавливают у опор ферм (между колоннами) или по середине пролета, или как в нашем случае так пролет фермы 24 м - в третях пролета, располагая их по длине в местах расположении поперечных связей по поясам ферм - создавая тем самым жёсткий блок из двух соседних ферм. Конструкция вертикальных связей принимается в виде крест, как и для вертикальных связей.

Элементы крестовых связей, как правило, проектируют из одиночных уголков. Учитывая, что они имеют достаточно большую длину, сечения элементов подбирают из условия соблюдения предельной гибкости:

Из этого условия определяется требуемый радиус инерции сечения сжатых элементов. Для растянутых элементов =400. В связевых фермах с перекрестной решёткой расчётная длина раскоса в плоскости этой фермы равна расстоянию между узлами крепления к стропильной ферме и точкой пересечения раскосов, а из плоскости - расстоянию между узлами крепления раскоса. Гибкость одиночных раскосов определяется при минимальном радиусе инерции уголка (относительно оси у-у), а гибкость раскосов и распорок крестового сечения (относительно оси х-х).

Сжатые стержни связей могут выполняться так же из парных уголков.

Вертикальные и горизонтальные связи крепятся к стропильным фермам чёрными болтами и правильность положения соединяемых ферм контролируется совпадением отверстий под болты в связях и фермах. Для крепления связевых элементов применяются болты нормальной точности мечением 20 мм.

Толщина фасонок 6…10 мм. Таким образом, в плоскости ферм получаем жёсткие пространственные блоки, устраиваемые по торцам здания.

Также связываем фермы поперёк в середине здания и вдоль здания по рядам колонн.

Вертикальные связи между колоннами устанавливают вдоль здания для обеспечения устойчивости цеха в продольном направлении, а так же для восприятия сил продольного торможения и давления ветра на торец здания. Связи располагаем по середине здания (в нашем случае и температурного отсека).

Так как заданием предусмотрены краны, то колонны предусматриваются ступенчатые и, следовательно, связи устраиваем в каждом ярусе (ветви) колонны. Подкрановые связи располагаем по середине здания в пределах одного шага колонн (12 м) и с учётом высоты колонны выполняем два креста связей, подкрановые связи выполним по середине здания и на краях температурного отсека (здания ) совместным расположением связей между фермами покрытия.

При шаге колонн 6 м применим наиболее простую перекрёстную схему связей с гибкими раскосами, которые выключаются из работы при появлении сжимающих усилий. Элементы связей между колоннами обычно делают из уголков.

При определении гибкости пересекающихся стержней расчётная длина их в плоскости решётки принимается от центра узла до точки их пересения; расчетная длина стержней из плоскости фермы принимается по табл. IX 2 [2]

Вертикальные связи между колоннами устанавливаются: ниже подкрановой балки - в плоскости подкрановой ветви; выше подкрановой балки - по оси сечения колонны. Элементы связей крепятся на черных болтах сечением20 мм, в зданиях с тяжелыми режимами работы связи ниже подкрановых балок должны быть прикреплены к колоннам на сварке.



4. Компоновка поперечной рамы каркаса здания

Генеральные размеры здания - пролёт, высота до отметки головки подкранового рельса, грузоподъемность кранового оборудования установлены заданием. Разбивочные оси рамы принимаются по оси верхней сплошной части колонны, которая в свою очередь, при грузоподъемности крана до 125 т (1250 кН) выполняется из сварного двутавра стандартной высоты 500 мм.

Нижняя часть колонны выполняется сквозной - из двутавра (для внутренней подкрановой ветви) и составного швеллера из двух уголков, соединенных стенкой - листом. Расстояние между осями сечений ветвей принимается в зависимости грузоподъемности кранового оборудования.

Размеры по вертикали привязываются к отметке уровня пола принимаемой за нулевую.

Определяем основные размеры рамы:

1. Высота рамы от уровня пола до центра опорного узла (см. рис 4.1,4.2):

h=H_гр+h_k+а=16,0+4,0+0,5=20,5 м,

где H_гр = 16 м - высота от уровня пола до головки рельса; h_к - габарит мостового электрокрана, зависящий от грузоподъемности Q крана и пролета рамы- для заданного крана грузоподъемностью 800 кH - h_k =4,0 м (прил.1, табл.15 [4]);

а -размер, учитывающий прогиб конструкции фермы, принимается равным

0,2...0,4 м в зависимости от пролета L (для больших пролетов больший размер).

Примем 0,4 м плюс зазор 0,1 м по технике безопасности, - 0.5 м

Высота рамы в соответствии с «Основным положением по унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий» при высоте зданий более 3.6 м принимается кратной 0.6 м из условия соизмеримости со стандартными ограждающими конструкциями.

Вычисленная высота h = 20,5 м не кратна 0,6 м, следовательно, принимаем для последующих расчетов h = 21 м.

2. Длина верхней части колонны определяется как:

H_в=а+h_k+h_p+h_b,

где h_p - высота кранового рельса, предварительно принимаем равной 0.2 м; h_b - высота подкрановой балки, определяемая расчётом. Предварительно принимаем

здесь В_c=6 м - пролёт подкрановой балки, следовательно,

h_B=1/8 x 6=0,75 м.

Таким образом, получаем: h_B= 0,5 + 4,0 + 0,2 + 0,75 = 5,45?5.5 м.

3. Размер нижней части колонны (см. рис. 4.1):

h_H=h-h_B+h_загл

где h_загл =0.6...1.0 м - заглубление опорной плиты башмака колонн ниже нулевой отметки пола.

Принимая заглубление равным 1,0 м, получим:

4.Общая высота рамы:

5.Расстояние от низа башмака до места передачи тормозной силы:

6. Высоту торца ригеля стропильной фермы на опоре при уклоне кровли (1:8) принимаем равной 2,20 м. Тогда высота фермы по середине пролёта равна:

Ширину верхней части ступенчатой колонны в, в плоскости рамы принимаем равной 0.5 м.

Ширина нижней части ступенчатой колонны в_Н зависит от принятого расстояния между разбивочной осью колонны и осью подкрановой балки z. Эта величина унифицирована и равна 1,0 м для кранов грузоподъемностью 800 и 1000кН.

Разбивочная ось здания проходит в середине ширины верхней части стойки, т.е. привязка наружной грани колонны к оси в₀ = 0.25 м.

Ось подкрановой ветви колонны обычно совмещают с осью подкрановой балки. В этом случае ширина нижней части колонны:

в_Н =Z+в₀=1,0+0,25=1,25 м,

для крана грузоподъемностью 800 и 1000 кН.

Расстояние между верхней и нижней осями колонны:

e= (0,45…0,55) x в_H - 0,5 x в_Н.

Приняв 0,5 x в_Н, получим: e= 0,5 х 1,25 - 0,5 х 0,5 = 0,375 м.

По полученным данным вычерчиваем схему рамы. ( Рис. 4.1, 4.2)

Рис. 4.1 Геометрическая схема поперечной рамы

Рис. 4.2 Расчетная схема

4.1 Исходные данные для определения нагрузок

Постоянная нагрузка от веса кровли и настила определяется на основе объемных весов материалов, применяемых в покрытии. Собственный вес металлических конструкций стропильной фермы и связей может быть в первом приближении принят в пределах 300...450 Н/м² здания.

Величину расчетной постоянной нагрузки удобно определять в табличной форме (табл. 4.1).

> Крановые нагрузки определяются грузоподъёмностью крана, пролётом и расстоянием между колоннами;

> Ветровая нагрузка - нормативное значение скоростного напора для II района =0,3 кПа = 0,3 кН/м² (табл. 5 [7]);

> Снеговая нагрузка для III пояса нормативная - 1,8кПа = 1,8 кН/м²

Таблица 4.1

№ п/п	Состав кровли и конструкция покрытия	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Защитный слой гравия по битумной мастике д = 10 мм	0,21	1,3	0,273
2	Четыре слоя рубероида	0,16	1,3	0,208
3	Утеплитель из минераловатных плит толщиной 150 мм, г = 2 кН/м3	0,30	1,3	0,39
4	Пароизоляция ( один слой рубероида)	0,04	1,3	0,052
5	Стальной оцинкованный профилированный настил	0,11	1,05	0,1155
6	Ферма, связи	0,40	1,05	0,42
7	Итого

4.2 Расчет нагрузок на раму промышленного здания

На поперечную раму действуют распределительные нагрузки - собственный вес, снеговая и ветровая и сосредоточенные - крановая и равнодействующая ветровой нагрузки на фронтон шатра покрытия (рис. 4.3)



Рис. 4.3 Схема загружения рамы

4.2.1 Постоянная нагрузка

Нагрузку на 1 м.п. фермы (ригеля) определим путем умножения расчетных нагрузок на расстояния между фермами (шаг колонн В = 6 м):

Постоянная сосредоточенная сила от ригеля на колонну:

Момент от постоянной сосредоточенной силы:

M_q = A_n Ч e = 157,68 кН Ч 0,375 м = 59,13 кН Ч м.



4.2.2 Временные нагрузки

Снеговая нагрузка

Расчетную погонную нагрузку от снега на ферму рамы определяют по формуле:

P_c = q₀ЧcЧB =1,4 кН/м²Ч1Ч6 м = 8,4 кН/м,

где q₀ - расчётная нагрузка от снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности (прил.1,табл. 13 [3]); с - коэффициент, зависящий от угла наклона кровли ; для кровли с углом а < 25⁰, с = 1.

Расчетная снеговая нагрузка на колонну от ригеля:

Момент от снеговой сосредоточенной силы:

М_c = A_c * е = 151,2,0 кН * 0,375 м = 56,7 кНЧм.

Ветровая нагрузка.

Пульсация не учитывается, так как высота здания Н <36 м. Находим средневзвешенное значение коэффициента К.

Для местности типа В от поверхности земли до высоты 5м К = 0,5; на высоте 10 м: К = 0,65; на высоте 20 м К = 0,85; на высоте 40 м К = 1,1. На промежуточных высотах К принимается интерполяцией.

При высоте 21 м:



Расчетная погонная ветровая нагрузка, действующая от уровня земли до нижнего пояса фермы (h = 21 м):

- активное давление -

-относ -

здесь - нормативный скоростной напор ветра; берется по СНиП 2.01.07-85 в рассматриваемом примере =300 Н/м². = 1,4м-коэффициент надежности по нагрузке; с - аэродинамический коэффициент обтекания-; с наветренной стороны с= 0,8 и с заветренной - с' = 0,6; К - поправочный коэффициент на возрастание напора ветра по высоте.

С целью получения эквивалентной равномерно распределенной по высоте рамы нагрузки находят средневзвешенное значение коэффициента К. При высоте 21,8 м:

Ветровую нагрузку, действующую от конька кровли до оси нижнего пояса фермы, учтем в виде сосредоточенной силы от активного и пассивного давления ветра, приложенной на уровне нижнего пояса фермы.

Эта сила W₀ равна сумме сил от активного давления W₁ и отсоса W₂:

где Н_f =4,45 м - высота от оси нижнего пояса фермы до конька кровли, для заданного пролета L = 36 м и уклона кровли 1/8; К' - среднее значение поправочного коэффициента на возрастание напора ветра по высоте на высотах от Н до Н+Н_f.

Путем интерполяции получили К=0,8625 на высоте Н=21,0 м и К'=0,93

На высоте H+H_f = 21,0 + 4,45 =25,45 м.

Тогда:

Нагрузка от мостовых кранов.

Расчетное максимальное вертикальное давление на колонну при работе двух спаренных мостовых кранов:

где: - коэффициент сочетания нагрузки; для двух кранов среднего режима боты 6 К, =0.85; 1.1 - коэффициент надежности по нагрузке;наибольшее нормативное давление колеса, зависящее от грузоподъемности и пролета крана, определяется но ГОСТ для мостовых кранов; Q = 800 кН и L = 36 м

Тогда =(430 +440)/2 = 435,0 кН; -сумма ординат линии влияния опорной реакции на колонну; на рис. 37, а [4] показана схема наиневыгоднейшего эагружения линий влияния при заданном шаге колонн B = 6 м и грузоподъемности крана Q = 800 кН, = 2,65; - вес подкрановой балки, ориентировочно, в зависимости от пролета подкрановой балки и грузоподъемности крана, погонный вес подкрановой конструкции может быть принят в пределах 4...8 кН/м;

=6 x 6 = 36 кН.

Расчетное минимальное вертикальное давление на колонну:

Здесь грузоподъемность крана; полный вес крана с тележкой ; число колес на одной стороне крана.

Подкрановые балки установлены с эксцентриситетом по отношению к оси нижней части колонны, поэтому в раме от вертикальной нагрузки и собственного веса балки возникают сосредоточенные моменты:

M_max=D_max x e₁=1113,82 x 0,625 = 696,1383?696,14 кН^.м;

M_min=D_min x e₁=618,27 x 0,625 = 386,4195?386,42 кН^.м,

где е₁ =(0,45 … 0.55)^.в_н- расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения нижней части колонны; принимаем e₁ = 0,5 *в_н =0,5*1,25 = 0.625 м.

Расчетное горизонтальное давление от сил поперченного торможения:

где .

Здания и сооружения по степени ответственности, которая определяется размером материального и социального ущерба при отказе, делят на три класса (уровня). Объекты промышленного назначения отнесены к классу II.

Для учета класса ответственности зданий и сооружений значения нагрузок и воздействий умножают на коэффициенты надежности по назначению .

Для класса II = 0,95. Полученные величины нагрузок, действующих на раму, следует помножить на коэффициент надежности по назначению.

Таким образом, можем затабулировать исходные данные к расчету нагрузок на рассматриваемую раму (см. табл. 4.2).

Таблица 4.2

Сводная таблица нагрузок на раму

Результаты расчета по исходным данным
Распределенная постоянная нагрузка на ригель	qn=8,76 кН/м
Сосредоточенная сила от ригеля на колонну	An=157,68 кН
Момент от постоянной сосредоточенной силы	Mq=59,13 кН•м
Распределенная снеговая расчетная нагрузка на ригель	Pс=8,4 кН/м
Сосредоточенная сила от снега на колонну	Ac=151,2 кН
Момент от снеговой сосредоточенной силы	Mc=56,7 кН•м
Распределенная ветровая расчетная нагрузка на стену	qB=1,318 кН/м
Нагрузка от относа	q'B=0,989 кН/м
Сосредоточенная сила от ветрового давления на торец фермы	w1=8,0741 кН
Сосредоточенная сила на подветренный торец фермы	w2=6,0556кН
Максимальное вертикальное усилие от крана	Dmax=1113,8213 кН
Минимальное вертикальное усилие от крана	Dmin=618,2713 кН
Тормозное усилие	Tmax=36,18 кН
Момент от максимального давления крана	Мmax=696,14 кН•м
Момент от минимального давления крана	Mmin= 386,42 кН•м



5. Статический расчет рамы

Целью статистического расчёта рамы является определение максимальных усилий, необходимых для подбора сечений элементов рамы, расчёта сопряжений, узлов и других деталей. Расчет однопролётной жёсткой рамы выполним методом конечных элементов на ЭВМ с использованием программы Rama- рг.

Для расчета рамы методом конечных элементов необходимо схему рамы представить в виде идеализированной расчетной схемы и разбить её на конечные элементы.

Для стержневой системы (рамы) конечным элементом считается участок с постоянным сечением между местами приложения сосредоточенных сил.

Конечные элементы соединяются узлами. Следовательно, узлами являются места изменения сечения, приложения сосредоточенных сил и изменения конфигурации (примыкания стержней под углом). Определяем узловые точки и на расчётной схеме, проставляем номера узлов, и номера стержней.

Оси верхней и нижней части колонны расположены с уступом, который является плечом момента, создаваемого продольным усилием в верхней части колонны и действующего в верху нижней части. Для упрощения совместим оси, а уступ заменим на эти моменты. Плечо моментов «е» равно расстоянию между осями верхней и нижней частей колонн.

Вертикальная крановая нагрузка приложена по оси подкрановой балки, которая совпадает с центром тяжести подкрановой ветви. Ее эксцентриситет «е₁» относительно оси нижней ветви в первом приближении можно принять равным половине расстояния между ветвями нижней части колонны (обусловленный им изгибающий момент приложен к верху нижней части колонны). При высотах сечений верхней части h₁ = 500 мм = 0,5 м и нижней h₂ =1250 мм = 0,125 м,

эксцентриситет крановой нагрузки

После запуска программы Rama-pr и ввода исходной информации, производится расчет ординат моментов в раме от каждого из загружений. Пример расчета ординат моментов в раме от каждого из загружений приведен в таблице 5.1. Положение ординат представлено на рис. 5.1.

По ординатам построены эпюры изгибающих моментов (рис. 5.2).

Рис 5.1 Положение ординат расчетных моментов в раме

Рассмотрение неблагоприятных сочетаний нагрузок для определения расчетных нагрузок (изгибающих моментов и продольных сил) при подборе сечений ступенчатой колонны и стержней жестко защемленной к колонне стропильной фермы удобно выполнять в табличной форме (табл. 5.2).



Рис. 5.2 Эпюры изгибающих моментов

M_qn- постоянная нагрузка, M_pc- снеговая нагрузка, М_ветр- ветровая, M_m- тормозная крановая, М_кран- вертикальная крановая нагрузка.

Полученные в результате расчета усилия в стойках рамы от всех действующих нагрузок (табл. 5.1) переносят со своими знаками в таблицу 5.2.

В левой части таблицы усилия от всех видов нагрузок записаны для каждого сечения в двух строчках:

-для сочетания I - собственно значения усилий, получаемых при статическом расчете.

-для сочетания II - усилия от кратковременных нагрузок, умноженных на коэффициент сочетания 0,9.

Постоянную нагрузку включаем в любую из указанных комбинаций независимо от знака изгибающего момента.

Набор временных нагрузок в той или иной комбинации устанавливается так, чтобы получить экстремальное значение усилия, занимающего первое место в обозначенной комбинации (например M_max в сочетании с N_max).

В составленной сводной таблице (см. табл 5.2) подчеркиваем комбинации усилий, которые следует учитывать в дальнейших расчетах при подборе сечений колонн.

Для верхней части ступенчатой колонны это комбинация, в которой (сечения III-III и IV-IV) максимальный момент независимо от знака продольная сила соответствующая.

В нижней части колонны (сечения I-I и II-II) для расчета подкрановой ветви принимаем комбинацию - максимальный момент со знаком минус и продольная сила соответствующая.

Для наружной ветви - максимальный момент со знаком плюс и продольная сила соответствующая.

Опорный изгибающий момент в месте прикрепления ригеля к колонне принимаем по наибольшему отрицательному моменту в сечении IV-IV.

Опорный момент заменяем парой сил с плечом, равным высоте фермы на опоре. Растягивающее усилие в первой панели нижнего пояса фермы:



6. Расчет и конструирование стропильной фермы

6.1 Общие положения конструирования

Расчет стропильной фермы выполняется в такой последовательности:

- установление геометрической и расчетной схем фермы;

- сбор нагрузок на ферму;

- определение усилий в стержнях фермы;

- подбор сечений стержней фермы;

- конструирование и расчет узлов фермы.

В расчете принята унифицированная геометрическая схема стропильной фермы.

В соответствии с унификацией, пролеты фермы равны 18, 24, 30 и 36 м.

Высоту фермы на опоре при уклоне кровли i=1:8 или i=1:12 принимают 2,2 м.

Высоту фермы на опоре при уклоне кровли i=1,5% принимают равной 3,15 м.

Длина панели нижнего пояса фермы от узла до узла равна 6 м, верхнего пояса по горизонгали - 3 м. Опорные раскосы восходящие.

При уклоне кровли учитывают угол наклона панели верхнего пояса. Допускают, что все стержни в узлах соединены шарнирно.

Это допущение возможно для гибких стержней, у которых отношение высоты сечения стержня к его расчетной длине менее 0,1.

Стропильную ферму рассчитывают на следующие нагрузки:

- вес покрытия по ферме и собственный вес фермы со связями;

- снеговая нагрузка;

- нагрузка опорными моментами от обеих колонн одновременно (при жёстком прикреплении стропильной фермы к колоннам рамы).

Моменты принимают равными наибольшей сумме однозначных изгибающих моментов для реально возможных комбинаций воздействия нагрузок на колонну.

Вся нагрузка, действующая на ферму, принимается приложенной к узлам фермы.

Усилия в стержнях фермы определяют аналитическим способом.

Для каждого вида нагрузки (постоянная от покрытия, временные - снеговая, опорные моменты) усилия в стержнях фермы определяют отдельно.

Находят усилия в стержне от постоянной, снеговой нагрузок и опорных моментов.

Далее рассматриваются комбинации усилий в стержнях как результат суммирования усилий при наиболее невыгодном загружении для возможных сочетаний нагрузок.

При этом если опорный момент вызывает разгрузку элемента, то это уменьшение усилия не учитывается.

Результаты статического расчета и рассмотрения сочетаний нагрузок удобно записывать и выполнять в табличной форме.

Сечения элементов подбирают и проверяют несущую способность стержня по расчетному (наибольшему) усилию в соответствии с рекомендациями п.п. 5.1-5.4[7].

При конструировании стропильной фермы со стержнями из парных уголков, сечения элементов следует принимать: для поясов- из неравнобоких уголков, поставленных широкими полками вместе; то же для первого сжатого (опорного) раскоса; для прочих элементов- из неравнобоких уголков.

Уголки, применяемые для решетки, должны быть не менее 50 х 5 мм.

6.2 Исходные данные

Исходные данные для расчета фермы принимаем по примеру расчета рамы.

Пролет фермы L = 36 м.Погонная постоянная нагрузка от собственного веса покрытия. и фермы со связями q_n =8,76 кН/м. Погонная снеговая нагрузка q_c=8,4 кН/м.. Опорный момент М_лев= -439 кН^.м (см. табл. 5.2, сечение (IV-IV)).

Соответствующий опорный момент M_пр находим с помощью замены нагрузок по позициям 4, 6, 10 на нагрузки по позициям 3, 5, 8. Таким образом,

М_пр= -172-149+27+23-22= -293 кН^.м.

Сталь с235, R_y=240 МПа, геометрическая схема проектируемой фермы показана на рис. 6.1.

Узловая нагрузка от собственного веса конструкций:

P_n=q_n x 3 = 8,76 x 3 =26,28 кН.

То-же от снеговой нагрузки:

P_c=q_c x 3 = 8,4 x 3 =25,2 кН.

Усилия в стержнях фермы т постоянной, снеговой нагрузок и опорных моментов определяем аналитически с помощью программы «YCILFERM».

Результаты статического расчета и сочетания усилий показаны в табл. 6.1.



Рис. 6.1 Схема стропильной фермы: а - геометрическая; б - расчетная (геометрические размеры в см, усилия в стержнях в кН)



Подбор сечений стержней фермы

Расчет стержней производят по формулам центрального сжатия или растяжения.

Расчетные длины стержней в плоскости фермы принимают равными для поясов и опорного раскоса l_x=l, прочие раскосы и стойки l_x=0,8l, где l- расстояние между центрами узлов. Из плоскости фермы расчетная длина раскосов и стоек lу=l, где l- расстояние между точками, закрепленными от смещения из плоскости связями, распорками, кровельными панелями. Верхний пояс закреплен кровельными панелями, поэтому l_x=l_у=3,02 м или 3,00 м для ферм с параллельными поясами. Продольные связи по нижнему поясу устанавливаем в такой последовательности: в опорном узле, в ближайшем у опоры узле и узле посередине пролета, тогда для первой панели пояса l_x=l_у, для второй и третьей 1,5^.l_x=l_у (для пролета фермы L=36 м); l_у=1,5l_х для L=30 м.

Подбор сечений сжатых стержней производят из условия устойчивости. Требуемую площадь и радиусы инерции находят предварительно задавшись гибкостью стержня. Для поясов принимают в пределах 80-100, для решетки 100-200.

Требуемая площадь

Для растянутых и сжатых поясов, опорных раскосов и других элементов при сечениях из парных уголков , для сжатых элементов решетки (кроме опорных раскосов) при ; определяют по прил.1, табл.5.

Требуемые радиусы инерции:

Обращаясь к сортаменту парных прокатных уголков по требуемым площади и радиусам инерции компонуют сечения сжатых элементов.

Принятое сечение проверяют на устойчивость в обеих плоскостях:

.

Проверяют также условие _макс<[]. Для сжатых поясов и опорных раскосов []=120, для прочих сжатых стержней []=150.

Сечение растянутых стержней подбирают путем определения требуемой площади по условию прочности.

Скомпоновав сечение из парных уголков, производят проверку прочности по формуле

где А_п - площадь нетто.

Проверяют также условие _макс<[] предельная гибкость растянутых элементов []=400.

Толщину фасонок назначают в зависимости от величин усилий в стержнях решетки.

(Рекомендуемые толщины фасонок: максимальное усилие в стержнях решетки)

> до 410 кН - 10 мм;

> 410….600 кН - 12 мм;

> 600….1100 кН - 14 мм;

> 1100….1400 кН - 16 мм.

Принимаем толщину фасонки 14мм. Подбор сечений следует вести в табличной форме (табл. 5 [4]). (В курсовом проекте №2 по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку» можно не приводить расчет каждого элемента решетки,

Ограничиваясь только таблицей подбора сечений стержней. При расчете с помощью ЭВМ, прикладываем распечатку).



Используемые литературные источники

1. Сазыкин И. А. Металлические конструкции. Примеры расчета элементов конструкций одноэтажных производственных зданий: Уч. Пос. М.: МИИТ, 2009. 127с.

2. 6. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. М.: ададат, 1982. 123 с.

3. 7. СНнП 2.01.07.85*. Нагрузки и воздействия. М.: Стройиздат, 1996. 150 с.

4. К. СНиПЗ 1-03-2001. Производственные здания. М.: М.: Стройиздат, 2001.

Размещено на Allbest.ru

...