Балочная площадка промышленного здания

В работе представлены принципы и правила проектирования металлических конструкций балочной площадки промышленного здания, отражена основная технологическая последовательность конструирования и расчета её элементов.

В состав площадки включены следующие конструкции: стальной настил, балки настила и вспомогательные балки из прокатных двутавров, главные балки составного двутаврового сечения (сварные), стальные колонны сквозного сечения.

Балочная клетка состоит из следующих элементов: стального настила (Н), укладываемого по балкам настила (БН), вспомогательных балок (ВБ), и главных балок (ГБ), располагаемых обычно параллельно большей стороне перекрытия. Таким образом, балки настила воспринимают полезную нагрузку от массы настила и пола. Вспомогательные балки передают всю нагрузку от балок настила на главные балки, а главные балки - на колонны или стены.

Рисунок 1

3. Расчет настила

Принимаем сталь С245(т.к II гр.)

Рисунок 2

Таблица 1. Сбор нагрузок

Листы настила крепятся к верхним полкам балок настила при помощи сварки угловыми швами катетом не менее 4 мм. Для удобства сварки ширина листа должна быть на 15-20 мм меньше шага балок настила (см. раб. чертёж). При нагрузках, не превышающих 50 кН/мІ, и относительном прогибе меньше предельного, принимаемого для всех настилов равным [f/l]=1/150, прочность шарнирно закреплённого по краям стального настила всегда будет обеспечена, и его надо рассчитывать только на жесткость (прогиб).

Определим наименьшую толщину настила при заданном пролёте балок настила lн при lн=62,5 см.

где ;

qн -нормативная нагрузка на настил;

;

;

;

tн=0,73 см. По сортаменту принимаем tн=8 мм.

Настил крепится к балкам настила сплошными сварными швами.

Определим растягивающее усилие Н, действующее на 1 погонный длины шва:

где гf- коэффициент надежности по нагрузке (гf=1,05).

;

1. Расчет по металлу шва

коэффициент глубины провара шва f = 0,9 (табл. 34* СНиП II-23-81*)

коэффициент условия работы шва wf = 1 (по п.11.2 СНиП II-23-81*)

В соответствии с табл. 55 СНиП II-23-81* принимаем электроды типа Э42 для стали С245.

Расчетное сопротивление металла шва R wf = 180 МПа (по т.56 СНиП II-23-81*).

2.Расчет по металлу границы сплавления.

коэффициент глубины провара шва z = 1,05 (табл.34 СНиП II-23-81*)

коэффициент условия работы шва = 0,45Run. По т.51* СНиП II-23-81*

для стали С245 Run =370 МПа.Rwz=0.45·370=166.5 МПа=16,65кН/см2.

wz=1(по п.11.2 СНиП II-23-81*);

Принимаем требуемый катет шва kf=5 мм(в соответствии с табл.38 СНиП II-23-81*)

4. Расчет балок настила

Таблица 2. Сбор нагрузки

Рисунок 3

Определение удельного веса настила.

Погонная нагрузка на балку настила

31,7884*0,625=19,86775;

Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки:

Требуемый момент сопротивления при с1 = 1,1:

По сортаменту принимаем двутавр №16 ГОСТ 8239-89 (Iх=873см4, Wх=109см4, Sх=62.3 см3, b=81 мм, t=7,8 мм, d =5.0 мм, h = 160 мм, mбн =15.9 кг/м).

Проверка нормальных напряжений

;

R с = 1,1 24 = 26.4 кН/см2

25.37 26,4 - условие прочности выполняется

Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*

Аf=bt=8.1·0,78=6.318м2;

Аw = (h-2t)d = (16-2·0,78)0,5 =7.22 см2

с = 1,0825=>

25,78 26,4 - условие прочности выполняется

Перерезывающая сила на опоре:

Qmax = qбн lбн 0,5= 19.867753.5 0,5 =34.76856 кН ;

Проверка касательных напряжений.

;

RS с = = 14,94 кН/см2;

3.18<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

;

lбн=350 см;

Е=2,06·104 кН/см2;

qн=0,0029958·62.5=0,1872375 кН/см;

Jx=873 см4

0,0058>0,004=>жесткость балки не обеспечена.

По сортаменту принимаем двутавр №18 ГОСТ 8239-89 (Iх=1290см4, Wх=143см4, Sх=81.4 см3, b=90 мм, t=8,1 мм, d =5,1 мм, h = 180 мм, mбн =18,4 кг/м).

Проверка нормальных напряжений

;

R с = 1,1 24 = 26.4 кН/см2

19,34 26,4 - условие прочности выполняется

Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*

Аf=bt=9·0,81=7,29 см2;

Аw = (h-2t)d = (18-2·0.81)0.51 =8,3538 см2

с = 1,083=>

19,64 26,4 - условие прочности выполняется

Перерезывающая сила на опоре:

Qmax = qбн lбн 0,5= 19,867753,5 0,5 = 34,76856 кН;

Проверка касательных напряжений.

;

;

RS с = = 14,94 кН/см2;

2,81<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

;

lбн=350см;

Е=2,06·104 кН/см2;

qн=0,0029958·62,5=0,1872375 кН/см;

Jx=1290 см4

0,00393<0,004=>жесткость балки обеспечена.

5. Расчет вспомогательных балок

Таблица 3. Сбор нагрузок

Определим удельный вес балок настила.

Нагрузка с балок настила передаётся на вспомогательные балки в виде сосредоточенных сил. При частом расположении балок настила (4 и более) можно заменить сосредоточенные силы эквивалентной равномерно распределённой нагрузкой.

Погонная нагрузка на балку настила:

32,09752*3,5=112,34132;

Рисунок 4

Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки вычисляем по формуле:

Требуемый момент сопротивления при с1 = 1,1:

По сортаменту принимаем двутавр №45 ГОСТ 8239-89 (Iх=27696 см4, Wх=1231см4, Sх=708 см3, b=160 мм, t=14,2 мм, d =9 мм, h = 450 мм, mбн =66,5 кг/м).

Проверка прочности

;

R с = 1,1 24 = 26.4 кН/см2

25,92 26,4 - условие прочности выполняется

Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*

Аf=bt=16·1,42=22,72 см2;

Аw = (h-2t)d = (45-2·1,42)0.9= 37,944 см2;

с = 1,11=>

25,69 26,4 - условие прочности выполняется

Перерезывающая сила на опоре:

Qmax = qвб lвб 0,5= 112,34·5 0,5 =280,85 кН

Проверка касательных напряжений.

;

;

RS с = = 14,94 кН/см2;

5,056<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

;

lвб=500 см;

Е=2,06·104 кН/см2;

qн=0,00302524·350=1,058834 кН/см;

Jx=27696 см4

0,003<0,004=>жесткость балки обеспечена

При приложении сосредоточенной нагрузи через полку вспомогательной балки в месте, не укрепленном поперечным ребром, стенка балки должна быть проверена на прочность от местного давления по формуле

,

где Fбн=112,34*0,625=70,2125 кН/м - расчетная сосредоточенная нагрузка;

lef=b+2tef =16+2·3,02=22,04(см)- условная длина распределения нагрузи, где b=16-ширина полки балки настила;

tef =t+r =1,42+1,6=3,02(см)- расстояние от нагруженной грани полки до начала внутреннего закругления стенки.

;

Ryгc=24·1,1=26,4;

2,24326,4- условие выполнено=> стенка балки обладает прочностью от местного давления.

Проверка общей устойчивости балки

- расчет на общую устойчивость не требуется.

6. Расчет балок настила

Таблица 4. Сбор нагрузки

Рисунок 5

Определение удельного веса настила.

Погонная нагрузка на балку настила

32,4478*1,25=40,55975;

Максимальный изгибающий момент от расчетной нагрузки:

Требуемый момент сопротивления при с1 = 1,1:

По сортаменту принимаем двутавр №14ГОСТ 8239-89 (Iх=572см4, Wх=81,7см4, Sх=46,8 см3, b=73 мм, t=7,5 мм, d =4,9 мм, h = 140 мм, mбн =13,7 кг/м).

;

R с = 1,1 24 = 26.4 кН/см2

22,57 26,4 - условие прочности выполняется

Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*

Аf=bt=7,3·0,75=5,475м2;

Аw = (h-2t)d = (14-2·0,75)0,49=6,125 см2

с = 1,0806=>

22,97 26,4 - условие прочности выполняется

Перерезывающая сила на опоре:

Qmax = qбн lбн 0,5= 40,559752 0,5 =40,55975кН

Проверка касательных напряжений.

;

RS с = = 14,94 кН/см2;

4,4247<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

;

lбн=350 см;

Е=2,06·104 кН/см2;

qн=0,0030586·125=0,382325 кН/см;

Jx=572 см4

0,0034>0,004=>жесткость балки обеспечена.

6. Расчет вспомогательных балок

Таблица 5. Сбор нагрузок

Определим удельный вес балок настила.

Нагрузка с балок настила передаётся на вспомогательные балки в виде сосредоточенных сил. При частом расположении балок настила (4 и более) можно заменить сосредоточенные силы эквивалентной равномерно распределённой нагрузкой.

Рисунок 6

Требуемый момент сопротивления при с1 = 1,1:

По сортаменту принимаем двутавр №36 ГОСТ 8239-89 (Iх=13380см4, Wх=732см4, Sх=423 см3, b=145 мм, t=12,3 мм, d =7,5 мм, h = 360 мм, mбн =48,6 кг/м).

Проверка прочности

;

R с = 1,1 24 = 26.4 кН/см2

24,898 26,4 - условие прочности выполняется

Уточним коэффициент с1=с по табл. 66 СНиП II-23-81*

Аf=bt=14,5·1,23=17,84 см2;

Аw = (h-2t)d = (36-2·1,23)0.75= 25,115 см2;

с = 1,0991=>

24,92 26,4 - условие прочности выполняется

Проверка касательных напряжений.

;

RS с = = 14,94 кН/см2;

5,15<14.94=> условие выполняется.

Проверка жесткости.

;

;

lвб=500 см;

Е=2,06·104 кН/см2;

qн=0,00306956·200=0,613912 кН/см;

Jx=13380см4

0,0036<0,004=>жесткость балки обеспечена

При приложении сосредоточенной нагрузи через полку вспомогательной балки в месте, не укрепленном поперечным ребром, стенка балки должна быть проверена на прочность от местного давления по формуле

,

где Fбн =81,39кН- расчетная сосредоточенная нагрузка;

lef=b+2tef =14+2·2,63=19,76(см)- условная длина распределения нагрузи, где b=16-ширина полки балки настила;

tef =t+r =1,23+1,4=2,63(см)- расстояние от нагруженной грани полки до начала внутреннего закругления стенки.

;

Ryгc=24·1,1=26,4;

3,3526,4- условие выполнено=> стенка балки обладает прочностью от местного давления.

Проверка общей устойчивости балки

- расчет на общую устойчивость не требуется.

7. Расчет поясных сварных швов

Расчет выполняется для наиболее нагружаемого участка шва у опоры под балкой настила. Расчет выполняется для наиболее нагруженного участка шва у опоры под балкой настила.

1. Определяем величину сдвигающей силы Т, приходящей на 1 погонный см баки:

;

2. Вычисляем требуемую высоту сварного шва. Высоту принимаем наибольшей из формул:

, или

Сварка автоматическая, выполняется в положении в лодочку сварочной проволокой Св-08Г2С. Для этих условий и стали марки С255 по табл.4 и 5, находим: Rwf=21,5 кН/см2, Rwz=0,4538=17,1 кН/см2. По табл. 5: f=1,1 и z=1,15. По табл. 6 принимаем минимальную толщину шва kf=7 мм (при tп=30мм).

Принимаем kf=7 мм

8. Расчет опорных ребер

Рисунок 7

Принимаем конструкцию опорной части по варианту №1.

Ребро крепится к стенке полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С. Размер выступающей части опорного ребра принимаем 20мм.

По конструктивным соображениям толщину опорного ребра назначаем tp?tw. Принимаем tp=14 мм;

Определяем требуемую ширину ребра по условию работы его на смятие

По сортаменту (ГОСТ 82-70*) принимаем bp=240 мм

следовательно, местная устойчивость ребра выполняется.

Проверяем напряжение смятия:

4. Производим проверку опорного участка балки на устойчивость

Определяем коэффициент продольного изгиба по СНиП ІІ-23-81* таблице 72

Вычислим толщину сварных швов, прикрепляющих опорное ребро к стенке балки:

В соответствии со СНиП ІІ-23-81* таблице 38* принимаем

9. Расчет узлов сопряжения балок

Рисунок 8

1) Назначаем болты класса 4.8 диаметром d=24мм, класс точности В.

2) Из СНиП ІІ-23-81* находим нужные нам величины R_bs=160МПа, R_bp =466,33МПа.

Определяем несущую способность болта по условию работы его на срез:

и по условию на смятие материала сопрягаемых элементов:

3) Определяем требуемое количество болтов:

10. Расчет монтажного стыка балок

Монтажный стык балки рекомендуется осуществлять стыковыми швами. При невозможности применить на монтаже физические методы контроля качества швов стык нижнего пояса выполняется косым и при наличии угла наклона менее 65 не рассчитывается.

Рисунок 9

11. Расчет колонны

Расчетная длинна колонны:

Нагрузка на колонну:

1. Расчет стержня сквозной колонны с планками.

1) Предварительно зададим гибкость стержня:

Определяем коэффициент продольного изгиба по СНиП ІІ-23-81* таблице 72

2) Требуемая площадь сечения:

В соответствии с сортаментом на металлопрокат по ГОСТ 8240-72 принимаем следующий номер швеллера №=40.

h=400мм, А_в=61,5см, ,

А=123см.

3) Определим действительную гибкость стержня колонны:

4) Проверим принятое сечение на устойчивость:

220,55 < 250МПа.

5) Зададим гибкость одной ветви относительно оси 1-1:

Находим гибкость относительно оси у-у:

6) Требуемый радиус инерции и момент инерции относительно оси у-у:

7) Определим расстояния между осями ветвей:

принимаем С=40см.

8) Принимаем размеры планок.

b₁=40 см, d₁=24см, t₁=1см.

Расстояние между планками:

Принимаем расстояние между планками:

Рисунок 10

9) Условная поперечная сила, приходящая на систему планок:

10) Изгибающий момент в планке:

Перерезывающая сила:

11) Рассчитаем сварные швы прикрепляющую планку к ветвям колонны:

В соответствии со СНиП ІІ-23-81* таблице 38* принимаем

Проверим прочность сварного шва:

Э 42;

по металлу шва

160,47 < 215;

по металлу границы сплавления

143,36МПа < 180МПа.

2. Расчет базы колонны.

Рисунок 11

при классе бетона В 10.

Сопротивление материала фундамента осевому сжатию:

Ширина опорной плиты:

t_Т =10мм.

Свес плиты

принимаем С=12см.

Длинна опорной плиты:

Принимаем L=520 мм(ГОСТ 82-70*)

Определяем реактивное давление фундамента:

0,669 < 0,734 кг/см.

Максимальный изгибающий момент:

Участок №1:

d=c=12см; =0,5; M₁ =48,169 кН.

Участок №2:

d=40см; b/a=1,098; =0.055; M₂=58,872кН.

Участок №3:

d=h=40см; b₁=3,25см; =0,5; M₃= 3,759кН.

Толщина опорной плиты:

- определяем в соответствии сортамента на листовой прокат по ГОСТ 82-70*

Расчет траверсы.

Распределенная нагрузка на траверсу:

Изгибающий момент в траверсе:

Назначим толщину сварного шва k_f =1см.

Определим высоту траверсы:

Сталь 255; R_y =250МПа; R_un =380МПа.

R_wz =0,45ЧR_un =171МПа

Задаёмся Э42 R_wf =185Мпа

или

h_Т =45,35см. Принимаем: h_T =50см.

h_T ? 85 в_f Ч k_f = 85Ч1Ч1=85см

h_T ? 85 в_z Ч k_f = 85Ч0,7Ч1=59,5см

Проверим прочность траверсы:

2,8МПа < 250МПа.

Толщина сварных швов, прикрепляющих траверсу к плите:

В соответствии со СНиП ІІ-23-81* принимаем

3. Расчет оголовков колонн.

Тип оголовки колонны и её основные размеры назначаем конструктивно.

Размер опорной плиты 475Ч400мм и толщина d=20мм.

Рисунок 12

Толщина швов:

В соответствии со СНиП ІІ-23-81* принимаем

t_оп.пл.=20мм=2см; b_p¹=b-2k=40-2=38см; b_p= b_r=24см;

Толщина ребра:

Длина ребра:

44,35см < 59,5см

47,99см < 85см

Принимаем 52см

14.72 кН/см< 14.79 кН/см

3. Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов главной балки

Проверим устойчивость стенки и определим необходимость постановки ребер жесткости. Условная гибкость стенки определяется по формуле

.

4,3>3,2 => необходимо укрепление стенки ребрами жесткости.

Выполняем постановку рёбер жёсткости в местах передачи нагрузки от вспомогательной балки на главную.

Рисунок 13

Ширина ребер

Принимаем bh = 90 мм.

Толщина ребра

Принимаем tS = 7 мм.

Балка разбита на пять отсеков.

Проверка устойчивости стенки в первом отсеке.

Проверка выполняется в сечении расположенном на расстоянии 0,96 от первого ребра жесткости, т.е. на расстоянии х1=1,75-1,26=0,49 м от опоры.

Рисунок 14

Площадь сечения балки в этом отсеке:

А=1·126+2·40·2=286 см2;

Нагрузка от веса балки:

М1=qx(l-x)/2=2,245·1,75(14-1,75)/2=24,06;

М1'=1130,4*1,75=1978,2 кН*м

МI=24,06+1978,2=2002,26 кНм;

М2=qx(l-x)/2=2,245·0,49(14-0,49)/2=7,43;

М2'=1130,4*0,49=553,896

МII=7,43+553,896=561,326 кНм;

Мср=(2002,26+561,326)/2=1281,79 кНм;

Нормальные и касательные напряжения

а) нормальные

;

б) касательные

Qср=1164,31кН;

Критические нормальные напряжения

;

??

тогда по табл.21 СНиП II-23-81*

=33,32;

Критические касательные напряжения

Проверка устойчивости стенки

.

проверка в первом отсеке выполняется.

Проверка устойчивости стенки балки во втором отсеке

Проверка выполняется в сечении расположенном на расстоянии 0,96 от второго ребра жесткости, т.е. на расстоянии х2=5,25-1,26=3,99 м от опоры.

Площадь сечения балки в этом отсеке:

А=1*126+2·53*2=33 см2;

Нагрузка от веса балки:

М1=qx(l-x)/2=2,65*5,25(14-5,25)/2=60,87;

М1'=1130,4*5,25-565,2*3,5=3956,4

МI=60,87+3956,4=4017,27 кНм;

М2=qx(l-x)/2=2,65·3,99(14-3,99)/2=52,92;

М2'=4510,296-1266=3244,3

МII=52,92+3244,3=3297,2 кНм;

Мср=(4017,27+3297,2)/2=3657,2 кНм;

Рисунок 15

12. Расчет фермы

Ригель (стропильная ферма) является основным элементом поперечной рамы, который воспринимает нагрузку от покрытия и передает их на вертикальные несущие конструкции. В качестве ригеля рамы применена треугольная ферма. Высота фермы принимается равной L/6=3300.

=arctg

= arctg = arctg 0,44= 23,7^о

L_n= = = 4,12 м

1. Определение нагрузок и расчетных усилий

На ферму действуют нагрузка от собственного веса покрытия и нагрузка от снегового покрова. Все нагрузки прикладываются на узлы верхнего пояса. Расчётная схема фермы рис.

Рисунок 16

Расчётная сосредоточенная нагрузка на узлы верхнего пояса:

P=г_n*(g^н*г_{f 1}+s₀* г_{f 2})*B*L/4 +P_k* г_{f 3}

Где:

P_k-нормативная нагрузка от подвесного оборудования(если оно есть) на узел верхнего пояса,

г_{f 1} =1 - коэффициент надежности по нагрузке для подвесного оборудования.

г_{f 2}=1 ;г_{f 3}=1

P=г_n*(g^р _ст+s_р) *L/4*B

P=1*(160,75+240)*15/4*5,5=8265,5 кг.

Расчетные усилия в стержнях фермы определяем методом вырезания узлов.

Определяем опорные реакции: R=2*P

Определяем усилия в элементах 1 и 2 (рис 7.1), вырезаем узел 1 и составляем сумму проекций усилий на оси X и Y:

=N₁ - N₂*cos =0

=- N₂*sin - P/2=0

N₁=N₂* cos N₁= N₂* cos =30995,6 *0,91=28206 кг

N₂= N₂= = =30995,6 кг

2. Подбор сечения элементов стальной фермы

В курсовом проекте сечения элементов стальной фермы конструируются из парных равнобоких уголков

Подбор сечения растянутых элементов

Определяем требуемую площадь сечения растянутого элемента:

-площадь сечения стержня

N - расчетное продольное усилие в элементы.

у = ? R_y* г_c ; А _тр=

А _тр= =11,5 см²

А_тр =11,5 / 2 = 5,7 см²

В зависимости от А_тр по сортаменту на равнополочные уголки выбирается сечение из двух уголков, площадь которых несколько больше, чем А_тр.

Принимаем 63х4 А = 6,13 см²

у = =28206 / (2 * 6,13) = 2300,6 кг/ см² < 2450 кг/ см²? R_y* г_c

2300,6 кг/ см² < R_y* г_c = 2450 кг/ см²

Подбор сечения сжатых элементов

Определяем расчетную длину в плоскости и из плоскости фермы. В курсовом проекте расчетные длины принимаем равными геометрическими длинами элементов.

Предварительно задаем гибкость л₁ = 60ч90 и определяем коэффициент продольного изгиба ц в зависимости л₁ и R_y по табл. 72 [2].(СНиП)

Площадь сечения сжатого элемента определяем по формуле:

А_тр =

По сортаменту на равнополочные уголки выбираем сечение из двух уголков, площадь которых приблизительно равна А_тр , и вписываем радиус инерции i_x.

Определяетм гибкость элемента по формуле:

л _max = l_p / i_x

Если разница полученной и предыдущей гибкости не больше 5%, то производится проверка устойчивости по формуле:

? R_y * y_c

ц - коэффициент продольного изгиба, соответствующий определенной гибкости

А - площадь сечения по сортаменту.

ц => л => i

л₀ = 80 => ц = 0,686

А_тр = =30995,6 / (0,686 * 2450) = 18,44 см²

А_{тр L} = 18,44/2=9,22см²

Принимаем _L 70х7 А_L = 9,42 см²

i _х = 2,14 см

л = l₀ / i _х

L₀ = м * L = Ln

л = L/ i _х

л = 412/2,14 = 192,5

л = = *100% = 58,4% >5%

л _{2 = =} =137 => ц =0,329

ц - определяем методом интерполяции:

140 = 0,315 137=х

130 = 0,364130=0,364

10=-0,049х=0,329

7=х-0,364

А_тр = = 30995,6 / (0,329 * 2450) = 38,4 см²

А_{тр L} = 19,2 см²

Принимаем _L 100х10 А_L = 19,24 см² ; i _х = 3,84 см

л = l₀ / i _х

л ₃=412/3,84 = 107,3

л₃ = *100%=*100% = -21% <5%

? R_y * y_c

ц - определяем методом интерполяции:

110 = 0,478 107,3=х

100 = 0,542100=0,542

10=-0,064х=0,495

7,3=х-0,542

? R_y * y_c = 30995,6 / (0,495*2* 19,24) = 2450 кг/ см

2450 ? R_y * y_c = 2450 кг/ см²

Устойчивость с металлическим фермами обеспечена.

3. Расчет конструкции узлов

На рис. приводятся некоторые возможные варианты узловых решений для ферм из парных уголков.

Рисунок 17. Узлы стальной фермы: а) коньковый; б) промежуточный верхнего пояса; в) опорный; г) средний нижнего пояса.

3. Подбор сечения элементов деревянной фермы

В курсовом проекте сечения элементов деревянной фермы принимаются из цельной древесины.

Подбор сечения растянутых элементов

Площадь сечения растянутого элемента по формуле:

А_тр = N / R_р , (7.8)

Где R_р = 70 - расчетное сопротивление древесины растяжению, определяемое по табл. 3 [1].

В зависимости от А_тр и с учетом существующих ослаблений по сортаменту на пиломатериалы принимается большее сечение.

P=г_n*(g^р _д+s_р) *L/4*B

Р= 1 * (68 + 240) * 15/4 * 3,5 = 4042,5кг,

N₂= =(1,5*4042,5)/0,4=15159,4 кг (сжатие)

N₁ = N₂ * cos б = 15159,4 * 0,91 = 13795 кг (растяжение);

А_тр = =13795 / 70 = 197,1 см²

Принимаем брус b*h = 150х150 А= 225см²

Проверка прочности растянутого элемента:

N₁ / А_нт = 13795 / 225 = 61,3 кг/ см² < 70 кг/ см²

Где А_нт - площадь поперечного сечения элемента нетто.

2. Подбор сечения сжатых элементов

Определяем расчетную длину в плоскости и из плоскости фермы. В курсовом проекте расчетные длины принимаем равными геометрическим длинам элементов.

Предварительно задаем гибкость л₁ = 60ч90 и определяют коэффициент продольного изгиба ц по формуле:

если л ? 70, то ц = 1 - б * (л / 100)²,

если л > 70, то ц = А / л²,

где б = 0,8; А = 3000

л₀ =80 ;

л =3000/80²=0,5

Площадь сечения сжатого элемента определяем по формуле:

А_тр = N / (ц * R_c),

где R_c = 150 - расчетное сопротивление древесины сжатию.

N₂ = 1,5Р / sin б =(1,5*4042,5)/0,4=15159,4 кг (сжатие);

А_тр = =233,2см²

По сортаменту на пиломатериалы выбирается квадратное сечение, площадь которого приблизительно равна А_тр.

Принимаем брус 150х150 А = 225 см²

I _х = 0,289 * 15 = 4,4 см

Определяем гибкость элемента по формуле:

л = L/ i _х

л =412 / 4,4 = 93,6=94 > 70

где i_x = 0,289 * b - радиус инерции;

b - сторона выбранного сечения.

ц = 3000 / 94² = 0,34

Если разница полученной и предыдущей гибкости не более 5%, то производится проверка прочности устойчивости по формулам:

N / (ц * А_расч.) ? R_c

А_тр = 15159,4 / (0,34 * 225) = 198,2 кг/см²

где ц - коэффициент продольного изгиба, соответствующий определенной гибкости;

А_расч. - расчетная площадь сечения по п.4.2 [1].

198,2 кг/см² > R_c = 150 кг/см² прочность не обеспечена расчет повторяем

Принимаем брус 180х180 А = 324 см² ; I _х = 0,289 * 18 = 5,2 см; л = L/ i _х

л =412 / 5,2 =79,2 > 70

ц = 3000 / 79,2² = 0,469

А_тр = 15159,4 / (0,469 * 324) = 99,76 кг/см³ < R_c = 150 кг/ см²

Устойчивость и прочность деревянной балки обеспечена.

3. Расчет конструкции узлов

На рис. приводятся некоторые возможные варианты узловых решений.

Рисунок 18. Узлы деревянной фермы: а) коньковый; б) промежуточный верхнего пояса; в) опорный; г) средний нижнего пояса.

13. Расчет колонны

Колонна служит для передачи нагрузок от ригеля на фундамент, а также воспринимает горизонтальные нагрузки.

1.Определение нагрузок и внутренних усилий

На здание действует нагрузка от собственного массы конструкций, нагрузка от снегового покрова и давления ветра. Расчетная схема поперечной рамы представлена на рис. 8.1.

Рисунок 19. Расчетная схема поперечной рамы

Определяем расчетную сосредоточенную нагрузку на колонну рамы от фермы:

R = y_n * (g^H * y_f1 + s₀ *y_f2) * B * L/2 + 2P_k * y_f3,

где P_k - нормативная нагрузка на узел верхнего пояса фермы от:

- собственного веса покрытия, самой фермы и связей;

- подвесного оборудования (если оно есть);

- снеговой нагрузки;

- ветровой нагрузки;

(некоторые из них мы обоснованно не учитываем),

y_f3 = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке для нагрузки от подвесного оборудования;

В - шаг рам.

Сталь

R = 1 * (160,75*1,2 + 240*1,43) * 5,5 * 7,5=20827,1 кг

Нагрузки от давления ветра действуют на колонны поперечной рамы. Равномерно распределенные нагрузки на колонны с неветренной и подветренной сторон определяем по формулам:

q_в = y_n * w₀ * y_f * k * с * В,

q'_в = y_n * w₀ * y_f * k * с' * В,

где y_n = 0,9 - коэффициент надежности по назначению, зависящий от класса ответственности здания;

w₀ - нормативное значение ветрового давления;

y_f = 1,4 - коэффициент надежности по нагрузке;

k = 0,5 - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; с = 0,8; с' = 0,6 - аэродинамические коэффициенты, зависящие от конфигурации здания, принимаемые по прил.4 [1];

L, B - пролет здания и шаг рам.

q_в = 0,9 * 23 * 1,4 * 0,5 * 0,8 * 5,5 = 63,76

q'_в = 0,9 * 23 * 1,4 * 0,5 * 0,6 * 5,5 = 47,8

Нагрузки от давления ветра в пределах высоты фермы прикладываем к верхним концам колонн и определяем по формулам:

W_в = y_n * w₀ * y_f * k * с * В * h_f,

W'_в = y_n * w₀ * y_f * k * с' * В* h_f,

где h_f = L/6 - высота фермы.

W_в = 0,9 * 23* 1,4 * 0,5 * 0,8 * 5,5 * 2,5 = 159,4

W'_в = 0,9 * 23 * 1,4 * 0,5 * 0,6 * 5,5 * 2,5 = 119,5

Поперечная рама здания однажды статистически неопределимая. Максимальный изгибающий момент и поперечная сила возникают у основания и определяются согласно п. 8.2.11 [5] по формулам:

M _max =

Q _{max =}

M _{max =} =1419,44 кг*м

Q _{max =} =1658,64 кг

Максимальное продольное сжимающее усилие:

N_max = R

N_max = 20827,1кг

2 Расчет и конструирование стальной колонны

Определяем расчетную длину в плоскости и из плоскости рамы по формулам:

L_efx= ; L_efy = *h₁

где =2,0 =1 (СНиП)

h₁ расстояние между закреплениями из плоскости рамы.

L_efx= =2*5=10 м

L_efy = *h₁=1*5=5 м

Подбор сечения стальной колонны заключается в принятии сечения с последующей проверкой.

Прочность по нормальным напряжениям в плоскости действия момента проверяем по формуле:

+ ?1

где ,n - коэфф., учитывающие пластическую работу стали.

_x -площадь сечения и момент сопротивления принятого сечения.

Возьмем двутавр 30 Б1:

А=41,92 см²

I_x=12,29см

I_y=3,05 см

=0,74

_x=427 см³

H=29,6 см

b=14см

s=0,58см

t=0,85см

=1,096

n= 1,5

+ =0,215 < 1

Прочность по нормальным напряжения обеспечена

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента

? R_y * y_c

где - коэффициент, определяемый по табл.74 (2) в зависимости и m_ef;

=??_x* -условная гибкость

??_x= гибкость

m_ef= *m -приведенный относительный эксцентриситет

m= - относительный эксцентриситет

e= - эксцентриситет

-коэффициент влияния формы сечения, по табл.73 (2)

=81,37* =2,779

??_x= =81,37

m_ef= *0,669 =0,85

m= = = 0,669

=1,27 =0,413

=0,49 ? 1- устойчивость в плоскости действия момента обеспечено.

Устойчивость колонны из плоскости проверяем по формуле:

у =? R_y * y_c

где -коэфф. Продольного изгиба, по табл.72 (2), соответствующий гибкости ??_y=

получаем из ??_y= = =163,93

=0,24

=0,83 ?1 - Уст-ть колонн из плоскости обеспечена.

Заключение

В работе представлены принципы и правила проектирования металлических конструкций балочной площадки промышленного здания, отражена основная технологическая последовательность конструирования и расчета её элементов.

Выполнение курсового проекта дало возможность научиться пользоваться технической литературой, типовыми проектами, строительными нормами и правилами, и другими справочниками материалами; изучить основные приемы объемно-планировочной компоновки промышленных зданий с разработкой конструктивных решений; привить навыки графического изображения проектного материала и расчета естественного освещения.

При разработке проектируемого объекта были определены его характер, функциональная зависимость помещений и элементов здания, установлена оптимальная форма, органически связанная с объемно-планировочной структурой и назначением, а также выбран современный материал и конструкция. Выполнена конечная цель проектирования - осуществления инженерного по замыслу проекта балочной площадки промышленного здания отвечающего современным конструктивным, экономическим, противопожарным, санитарным и другим требованием.

Список использованной литературы

1. Конструкции гражданских зданий. Маклакова Т.Г. - М.: Стройиздат,2002.

2. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций здания. Учебное пособие. Нестер Е. В., Перетолчина Л. В. - Братск,2001.

3. Быков В.В., Розенберг М.Б. предприятия пищевой промышленности. - М.: Стройиздат,1982.-135 с

4. Архитектурное проектирование промышленных предприятий: Учебник для ВУЗов / С.В. Демидов, А.С. Фисенко, В.А. Мыслин и др.; под ред. С.В. Демидова и А.А. Хрусталева. - М.: Стройиздат, 1984.-392с

5. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства/ В.М. Спиридонов, В.Т. Ильин, И.С. Приходько и др.; под ред. Г.И. Бердичевского. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат,1981. - 488с

6. Строительная физика. Светотехнический расчет естественного освещения помещений: Методическое указание для студентов/ Л.В. Перетолчина- Братск 1998-44 с.

7. СНиП 31-03-2001 «Производственные здания»

8. СНиП II-91-77 «Сооружения промышленных предприятий»

9. СНиП III-18-75 «Металлические конструкции»

Размещено на Allbest.ru