Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Работа № 97309
Наименование:
Курсовик Стальной каркас промышленного здания Вариант № 4
Информация:
Тип работы: Курсовик.
Предмет: Строительство.
Добавлен: 27.05.2016.
Год: 2014.
Страниц: 64 + чертежи.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Филиал СЕВМАШВТУЗ государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» в г. Северодвинске
Факультет заочного и дистанционного обучения
Кафедра № 15
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине “ Металлические конструкции ”
«СТАЛЬНОЙ КАРКАС ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ»
Вариант № 4
Северодвинск 2011 год
Содержание Задание на курсовой проект 3 Исходные данные 5 1. Компоновка здания 6 1.1. Разбивка сетки колонн 6 1.2. Выбор схемы покрытия, конструкции кровли и схемы СФ 6 1.3. Компоновка поперечной рамы 8 1.4. Компоновка связей по покрытию и по колоннам 11 2. Теплотехнический расчет 12 3. Расчет поперечной рамы каркаса 14 3.1. Выбор расчетной схемы 14 3.2. Определение нагрузок, действующих на раму 15 3.2.1. Постоянные нагрузки 15 3.2.2. Снеговая нагрузка 17 3.2.3. Ветровая нагрузка 18 3.2.4. Нагрузка от мостовых кранов 19 3.3. Статический расчет поперечной рамы 23 3.3.1. Статический расчет рамы на постоянную нагрузку 23 3.3.2. Статический расчет рамы на снеговую нагрузку 26 3.3.3. Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов 27 3.3.4. Расчёт на горизонтальную нагрузку от мостовых кранов 30 3.3.5. Расчёт на ветровую нагрузку 31 4. Расчёт и конструирование колонны. 34 4.1. Расчёт верхней части колонны. 35 4.1.1. Проверка местной устойчивости. 36 4.1.2. Проверка устойчивости из плоскости действия момента 37 4.1.3. Проверка местной устойчивости полок двутавра. 37 4.2. Расчёт нижней части колонны. 38 4.2.1. Компоновка сечений ветвей 38 4.2.2. Расчёт подкрановой ветви. 38 4.2.3. Расчёт шатровой ветви. 38 4.2.4. Проверка устойчивости стенок и полок шатровой ветви колонны в плоскости рамы 40 4.3. Расчет решетки подкрановой части колонны 41 4.4. Конструирование узлов колонны 42 4.4.1. Расчет сопряжения верхней и нижней частей колонны 42 4.4.2. Расчет базы колонны 45 4.4.3. Расчёт плиты. 45 4.4.4. Расчёт анкерных болтов 47 4.4.5. Расчет базы шатровой и подкрановой ветвей 47 5 Расчет и конструирование стропильной фермы 51 5.1. Определение усилий в стержнях фермы 52 5.2. Подбор сечения стержней фермы 53 5.3. Расчет узлов фермы 55 5.4. Расчет подстропильной фермы 61 6. Расчет фахверка 62 Список литературы 64
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО МЕТАЛЛИЧЕСКИМ КОНСТРУКЦИЯМ
«СТАЛЬНОЙ КАРКАС ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ»
Общие данные: длина здания 84м., два крана разной грузоподъемности, здание отапливаемое, без фонарей; шаг колонн 12м, сопряжение ферм с колоннами жесткое, тип местности для ветровой нагрузки принять «В». I. Задание на курсовой проект 1. Компоновка здания. 1.1. Назначить сетку колонн. 1.2. Выбрать схему покрытия, конструкцию кровли и схему фермы. 1.3. Произвести компоновку поперечной рамы. 1.4. Произвести компоновку связей по покрытию и по колоннам. 2. Расчет поперечной рамы каркаса. 2.1. Выбрать расчетную схему и определить действующие на нее нагрузки. 2.2. Выполнить статический расчет отдельно для каждой из нагрузок. 2.3. Определить расчетные усилия в сечениях рамы и составить таблицу расчетных усилий. 3. Конструирование и расчет колонны. 3.1. Определить расчетные длины участков колонны. 3.2. Сконструировать и рассчитать верхнюю часть колонны. 3.3. Сконструировать и рассчитать нижнюю часть колонны. 3.4. Рассчитать сопряжение верхней и нижней частей колонны 3.5. Рассчитать и сконструировать узлы крепления фермы к колонне. 3.6. Рассчитать и сконструировать базу колонны. 4. Расчет и конструирование стропильной фермы. 4.1. Выполнить статический расчет фермы. 4.2. Сконструировать и рассчитать узлы фермы. 4.3. Сконструировать и рассчитать узлы фермы. 4.4. Сбор нагрузок и статический расчет подстропильной фермы. 4.5. Сбор нагрузок и расчет фахверка, ригелей, расчет связей.
II. Графическая часть проекта Выполняется на двух листах формата А-1. 1. Конструктивные чертежи: • План, фасад (продольный) • поперечный разрез здания; • схемы расположения колонн, подкрановых балок, стропильных ферм, П.Ф.; • схема расположения связей по колоннам; • схема расположения связей по покрытию; • колонна каркаса; • сопряжение верхней и нижней частей колонны; • база колонны; • стропильная ферма; • узел сопряжения фермы с колонной и подстропильной фермой; • узел верхнего пояса фермы; • узел нижнего пояса фермы. 2. Расчетные схемы: • рама с эпюрами Q, M, N; • колонна; • ферма. 3. Ведомость металлоконструкций по видам профилей. (для колонны и С.Ф.) III. Пояснительная записка 1. Полное задание на курсовой проект (со схемами поперечной рамы, крана). 2. Содержание с указанием страниц. 3. Текст записки должен быть разбит на разделы, пункты, подпункты и включать:
• расчеты с пояснениями; • конструктивные и расчетные схемы - перед началом соответствующих рас четов; • эпюры, линии влияния, таблицы - сразу после окончания соответствующих расчетов; • список использованной литературы. На всех расчетных схемах должны быть указаны численные значения размеров и нагрузок. В пояснительной записке должны быть приведены эпюры Q, М, N от всех нагрузок, таблица усилий, расчетные схемы, линии влияния опорных реакций для смежных подкрановых балок.
Исходные данные:
Основные климатические характеристики
Место строительства Нормат вные нагрузки Средняя скорость за зиму ?=м/с t0оп-темпер. Холод.5-днев. t0оп-с едн. темп. отопит. периода (сут) zоп-продол. отопит. периода (сут) Зона влажности
Условия эксплуатации S0-снеговая (кПа) w0-ветровая (кПа) г. Челябинск 1 0,3 3,0 340 -6,50 218 3 А
Основные геометрические характеристики
Место строительства Пролёт ПЗ (м) Отм.УГР (м) Положение крана в пролёте Режим работы кранов Тип кровли Стеновая панель СП-Г СП-О г. Челябинск 27 27 30+1 0 К-7 «А», утеплитель – ПСБ-С, ?=60 , ?=0,045 URSA П-25Ф =65 =0,035 .
Характеристики кранов [1]
Грузоподъемность Раз еры крана (мм) Давление колес кр. (кН) Вес крана с тележкой (кН) Масса тележки (кН) Тип кран. рельса hk B1 B2 K F1 F2 30 2750 300 6300 5100 3 5 - 520 120 КР-70 160 4800 500 10500 1500 10 330 1750 650 КР-12
1. Компоновка здания Проектирование каркаса ПЗ начинают с компоновки его конструктивной схемы. При компоновке конструктивной схемы каркаса решаются вопросы размещения колонн здания в плане, выбирается схема поперечной рамы, назначаются генеральные размеры основных конструктивных элементов каркаса, решается система связей по колоннам и шатру здания, компонуется конструкция подкрановых путей, устанавливаются типы ограждающих конструкций (стен, кровли).
1.1 Разбивка сетки колонн Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических конструктивных и экономических соображений. Важным технологическим требованием является создание возможно большей жесткости каркаса ПЗ, что необходимо для нормальной эксплуатации кранов и сохранности ограждающих конструкций. Согласно требованиям унификации ПЗ (см. СН 223-62) размеры пролетов назначают кратными 6м. По заданию ПЗ оборудовано мостовыми кранами и пролет L=24 M. Расстояние между колоннами в продольном направлении также принимаем кратным 6м. Так как наше здание однопролетное длиной 84м, с целью уменьшения стоимости изготовления конструкций и снижение сроков и стоимости монтажа назначаем шаг колонн 12м. У торцов здания колонны обычно смещают с модульной сетки не 500мм. для удобства оформления углов здания стандартными плитами и панелями, имеющими модульные размеры 6м.
Рисунок. 1.1 Сетка колонн однопролетного промышленного здания
1.2 Выбор схемы покрытия, конструкции кровли и схемы СФ Несущую систему покрытия выбирают в зависимости от размеров перекрываемых пролетов, высоты и габаритных очертаний здания, нагрузок и условий эксплуатации. Для перекрытия одноэтажных ПЗ наиболее рациональной оказывается рамная система, которая состоит из колонн и опирающихся на них ригелей - стропильных ферм. При большом шаге внутренних колонн и кранах большой грузоподъемности проектируют совмещенную подкраново-подстропи ьную ферму, на которую опираются и стропильные фермы и мостовые краны. Решетку СФ проектируют обычно треугольной с дополнительными стойками (рис. 1.2). Чтобы обеспечить сток воды, уклон верхних поясов назначают в пределах
Рисунок 1.2 – Схема стропильной фермы для покрытия ПЗ Подстропильные фермы проектируют обычно с параллельными горизонтальными поясами, треугольной решеткой и стойками, к которым крепится СФ.
Рисунок 1.3 – Схема подстропильной фермы В качестве конструкции кровли ПЗ используем кровельное покрытие по профнастилу.
1 – гравийная пригрузочная засыпка, ?=25 мм, ?=1800 2 – гидроизоляция, 3 слоя, рубероид на мастике, ?=12 мм. 3 – армированная цементно-песчаная стяжка, М100, ?=40 мм, ?=1800 4 – гидроизоляция, 1 слой рубероида «насухо», ?=2 мм 5 – утеплитель - мин. плита , ?=150, ?=0,078 6 – пароизоляция, 1 слой рубероида «насухо», ?=2 мм 7 – профнастил из оцинкованного железа, ?=0,8 мм, типа Н-60 8 – прогоны по СФ из I20Б1 ГОСТ 26020-83
Рисунок 1.4 – Схема кровли промышленного здания
1.3 Компоновка поперечной рамы Вертикальные размеры: Расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия: , принимаем кратным 200 мм, тогда =5200 мм где 100 мм – зазор между верхней точкой тележки крана и низом фермы, =300 мм – размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия, =4800 мм - размер крана грузоподъёмностью 160 т.
Устанавливаем высоту цеха от уровня пола до низа стропильных ферм :
где =24000мм - номинальная отметка головки подкранового рельса.
Устанавливаем размеры верхней части колонны :
где - высота подкрановой балки, которая предварительно принимается 1/8 -1/10 пролета балки (шага колонн) =1200мм =170мм - высота кранового рельса.
Устанавливаем размеры нижней части колонны : ,
где =600…1000 мм – заглубление опорного башмака колонны ниже нулевой отметки пола.
Общая высота колонны : 26430+6570=33000 мм Горизонтальные размеры:
Ширина верхней части колонны :
Расстояние от оси колонны до оси подкрановой балки : (кратно 250) где - выступающая за ось рельса часть кранового моста, 75 мм – минимальный зазор между краном и колонной
Ширина нижней части колонны: Из условия жесткости:
Принимаем b1=1650мм,
Пролёт крана :
Сечение верхней части колонны принимаем сплошным, двутавровым, нижней - сквозным.
Рисунок 1.5 – Схема поперечной рамы
Рисунок 1.6. .Схема разбивки стены на глухие и остекленные панели
1.4 Компоновка связей по покрытию и по колоннам Сквозная плоская система (ферма) легко теряет свою устойчивость из плоскости. Чтобы придать ферме устойчивость, ее необходимо присоединить к какой-либо жесткой конструкции или соединить с другой фермой в результате чего образуется пространственно устойчивый брус. Для обеспечения устойчивости такого бруса (блока) необходимо, чтобы все грани его были геометрически неизменяемы в своей плоскости. Грани блока образуются двумя вертикальными плоскостями спаренных ферм, двумя перпендикулярными им горизонтальными плоскостями связей, расположенными по обоим поясам ферм, и тремя вертикальными плоскостями поперечных связей (две в торцах ферм и одна в коньке). Поскольку этот пространственный брус в поперечном сечении замкнут и достаточно широк, он обладает очень большой жесткостью при кручении и изгибе, поэтому потеря его общей устойчивости в изгибаемых системах невозможна.
Рис. 1.7. Схема вертикальных связей между колоннами.
Рисунок 1.8 Связи по нижнему поясу СФ Рисунок 1.9 Связи по верхнему поясу СФ
Рисунок 1.10 Вертикальные связи между фермами
2 Теплотехнический расчет Производится в соответствии со СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» (с измен. 3). Проведённое сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций определяется исходя из значения градусо – сутки отопительного периода (ГСОП): ГСОП=(tв-tн)?zоп=(16 (-6,5)?218 = 4905 °С. где tв = 16 °С- расчётная температура внутреннего воздуха, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 tн=-6,5°С - средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8°С, принимаемая для г. Челябинск СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология» zоп= 218- продолжительность отопительного периода для г. Челябинск. Таким образом, приведённое сопротивление по таблице 1б* СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника»: - для стен R0тр= - для перекрытия R0тр= Сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции определяем по формуле: R0тр= = - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций; = - коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающих конструкций; - нормативное сопротивление ограждающей конструкции
Для стен применяем панели типа «сэндвич» с утеплителем URSA П-25Ф с =65 и = 0,035 . Определяем толщину утеплителя стены: 0,064м=64мм С учётом 10 % обжатия принимаем =70мм Для кровли выбираем утеплитель – ПСБ-С с =60 и = 0,045 . Определяем толщину утеплителя стены: 0,190м=190мм С учётом 10 % обжатия принимаем =210мм
3 Расчет поперечной рамы каркаса
3.1 Выбор расчетной схемы Конструкция поперечного разреза пролёта определяет конструктивную схему. Расстояние между центрами тяжести верхнего и нижнего участка колонны:
Принимаем следующие соотношения моментов инерции участков рамы:
- момент инерции уступа. На поперечную раму цеха действуют следующие нагрузки: - постоянные (собственный вес ограждающих и несущих конструкций ПЗ); - временные (технологические, от мостовых кранов и др.); - атмосферные. Раму рассчитываем на каждую из нагрузок отдельно. В расчётах учитываем коэффициент по назначению =0,95 для зданий класса 2 по СНиП «Нагрузки и воздействия».
а)конструктивная б) расчетная Рисунок 3.1. Схемы однопролетной рамы 3.2 Определение нагрузок, действующих на раму
3.2.1 Постоянные нагрузки Постоянные нагрузки, действующие на ригель, принимаем равномерно распределёнными по длине. Составим следующие расчётные постоянные нагрузки в табличной форме. Определим нагрузку на 1 м2 кровли от принятой конструкции кровли. Таблица 1 – Постоянная нагрузка на ригель рамы № Конструкция кровли Нормат. нагр Коэф-т надежности Расчет. нагр 1 гравийная пригрузочная засыпка, ?=25 мм, ?=1800 0,45 1,2 0,54 2 гидроизоляция, 3 слоя, рубероид на мастике, ?=12 мм. 0,12 1,3 0,156 3 армированная цементно-песчаная стяжка, М100, ?=40 мм, ?=1800 0,72 1,1 0,792 4 гидроизоляция, 1 слой рубероида «насухо», ?=2 мм 0,02 1,3 0,026 5 утеплитель- ПСБ-С , ?=60, ?=0,045, ?=210 мм 0,126 1,3 0,164 6 пароизоляция, 1 слой рубероида «насухо», ?=2 мм 0,02 1,3 0,026 7 профнастил из оцинкованного железа, ?=0,8 мм, типа Н-60 0,099 1,025 0,10 8 прогоны по СФ из I20Б1 ГОСТ 26020-83 0,073 1,025 0,075 9 Ферма 0,3 1,1 0,33 Итого 1,928 2,21
Постоянная расчётная погонная нагрузка на ригель : 2,21?12?0,95=25,19 кН/м где - расчётная площадная нагрузка; В – ширина грузовой площадки; =0,95 – коэффициент надёжности по назначению.
Остальные постоянные нагрузки собирают в сосредоточенные силы, условно приложенные к низу подкрановой и надкрановой части колонны по оси сечения.
Сечение 3-3 Вес подкрановой балки и тормозной площадки.
Сечение 4-4
Вес стеновых панелей:
3.2.2 Снеговая нагрузка При расчете рамы нагрузка от снега принимается равномерно-распредел нной по длине ригеля.
Рисунок 3.3 – Расчетная схема со снеговой нагрузкой
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяется по формуле: , где =1,0кПа - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности, принимаемый по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» в зависимости от снегового района – для г. Челябинск; =1,0 – коэффициент, учитывающий профиль покрытия, для одно и двускатной кровли ; при находим : – коэффициент, учитывающий скорость более :
– коэффициент, учитывающий параметры здания:
=1,4 – коэффициент надёжности по нагрузке;
Расчётная снеговая нагрузка: =0,796?12=9,55кН/м
При расчёте на снеговую нагрузку расчётную схему рамы с уступом на стойках заменяют схемой без уступов, прикладывая дополнительные внешние моменты:
3.2.3 Ветровая нагрузка Ветровую нагрузку определяем по формуле СНиП: , где =0,3 кПа (для II ветрового района) – нормативное значение ветрового давления, по таблице 5 СНиПа; - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, по таблице 6 СНиПа; - аэродинамический коэффициент для плоской крыши, по приложению 4 СНиПа: - аэродинамический коэффициент, зависящий от конструкции здания: =+0,8 – с наветренной стороны; =-0,6 – с подветренной стороны.
С наветренной стороны:
=0,75 =1,0 =1,25 =1,4 =1,45
С подветренной стороны:
=0,75 =1,0 =1,25 =1,4 =1,45
Сосредоточенная сила от ветровой нагрузки: , где - величины ветровой нагрузки, соответствующие отметке самой высокой точки ПЗ и уровню нижнего пояса фермы. С наветренной стороны: С подветренной стороны:
Для упрощения расчётов, при раскрытии статической неопределимости неравномерно распределённую нагрузку приводим к эквивалентной равномерно распределённой из условия равенства моментов в заделке консольной стойки: ,
=4,6 кН/м =0,75?4,6=3,4 кН/м
Рисунок 3.5 – Расчетная схема с ветровой нагрузкой
3.2.4 Нагрузка от мостовых кранов Вертикальная крановая нагрузка. Крановая вертикальная нагрузка передаётся на раму подкрановыми балками в виде вертикальных опорных давлений и , приложенных на уровне пояса подкрановых балок. В рассматриваемом примере имеется 2 крана грузоподъёмностью 30т и 160т . Режим работы К-7. Эксцентриситет приложения вертикальной крановой нагрузки равен :
Силы и определяются при рассмотрении двух сближенных кранов, расположенных около одной колонны. Для определения сил строим линии влияния.
Сумма давлений колёс Статический момент
Сумма ординат влияния
Вертикальное давление на колонну, у которой расположены тележки кранов: , где =1,05 – коэффициент надёжности при постоянной нагрузке; =1,3 – коэффициент надёжности по крановой нагрузке для режима 7К; =1,5 кПа – нормативная нагрузка на тормозную площадку; =0,75 м – ширина тормозной площадки; =12 м =1,1 =0,95 – для кранов с режимом работы 7К; - вес подкрановой балки
, где - грузоподъёмность кранов ( =30т, =160т) - вес крана с тележкой ( =520 кН, =1720кН) - число катков ( =2, =8)
Рисунок 3.6 – Схема рамы с крановой вертикальной нагрузкой
Горизонтальная крановая нагрузка.
Горизонтальная нагрузка колёс кранов передаётся на раму тормозными балками в виде горизонтальной силы , которая приложена на уровне верхнего пояса подкрановой балки. Нормативная поперечная горизонтальная сила от торможения теоежки определяется по формуле:
=0,05 – коэффициент, учитывающий возникновение силы инерции при торможении для крана с гибким подвесом. - число колёс с одной стороны крана
Расчётное горизонтальное давление на колонну от силы поперечного торможения тележки крана:
где =0,95 - коэффициент надёжности по назначению; =1,1 – коэффициент надёжности по нагрузке; =0,95 – коэффициент сочетания для крана с режимом работы 7К.
3.3.1 Статический расчет рамы на постоянную нагрузку Сосредоточенный момент из-за смещения осей верхней и нижней частей колонны равен:
Так как рама симметрична и перемещение =0 в случае расчета на постоянную нагрузку, составляем каноническое уравнение для левого узла.
Моменты от поворота узла на угол =1
где - коэффициенты по таблице 12.4
Моменты от нагрузки на стойках ( ):
Моменты на опорах ригеля (защемлённая балка постоянного по длине сечения):
Коэффициенты канонического уравнения:
Моменты от фактического угла поворота ( ):
Моменты от постоянной нагрузки ( ): =142,32-107,76=34,56 кН•м =-154,25-24,12=-178, 7 кН•м =1350,3-1530,3=-180 кН•м =-62,99-88,17=-151,16 кН•м =205,06-88,17=116,89 кН•м
Проверкой правильности расчёта служит - равенство моментов в узле В:-178,37?-180. - равенство перепада эпюры моментов в точке С внешнему моменту: -151,6-116,89=-268,49 - равенство поперечных сил на верхней и нижней частях колонны: -2,8?-3,73
Определение перерезывающих сил:
=0: =24:
Рисунок 3.8 – Эпюры усилий в раме от постоянной нагрузки 3.3.2 Статический расчет рамы на снеговую нагрузку Расчёт проводится аналогично расчёту на постоянные нагрузки. Основная схема, коэффициенты , моменты от поворота узла на угол =1, каноническое уравнение идентичны соответствующим параметрам расчёта на постоянную нагрузку.
Сосредоточенный момент на колонне :
Реакция:
Моменты от нагрузки на стойках:
Моменты на опорах ригеля (защемлённая балка постоянного по длине сечения):
Коэффициенты канонического уравнения:
Моменты от фактического угла поворота ( ):
Моменты от постоянной нагрузки ( ): =54,38-23,32= 30,87 кН•м =-58,94-5,22= -64,16 кН•м =515,98-580,16= -64,18 кН•м =-33,69-13,63 = -47,32кН•м =-33,69+44,37=10,68 кН•м
Проверкой правильности расчёта служит - равенство моментов в узле В:-64,16?-64,18 - равенство перепада эпюры моментов в точке С внешнему моменту: 47,32+10,68=58 - равенство поперечных сил на верхней и нижней частях колонны: 1,57?2,56
Определение перерезывающих сил:
=0: =24:
Рисунок 3.9 – Эпюры усилий в раме от снеговой нагрузки
3.3.3 Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов При действии на раму любых нагрузок, кроме вертикальных, непосредственно приложенных к ригелю, упругие деформации ригеля мало влияют на расчётные усилия. Это позволяет при расчёте рам на ветровую и крановую нагрузки считать ригель абсолютно жёстким, при условии, что отношения погонной жёсткости ригеля к погонной жёсткости удовлетворяет следующему отношению:
Ригель можно считать абсолютно жёстким.
Каноническое уравнение для определения смещения плоской рамы:
Моменты и реакции от смещения верхних углов на =1:
Коэффициенты определяем по таблице 12.4.
Моменты и реакции на левой стойке от нагрузки: =0,402?2142,5=861,3 кН•м =-0,090?2142,5=-192, кН•м -0,765?2142,5=-1639, 1 кН•м = (-0,765+1)? 2142,5=503,5 кН•м =106,3 кН Моменты и реакции на правой стойке от нагрузки: =0,402?496,5=199,6 кН•м =-0,09?496,5=-44,7 кН•м =-0,765?496,5=-379,8 кН•м =(-0,765+1)? 496,5=116,7кН•м =24,6 кН•м Реакции верхних концов стоек:
=106,3-24,6=81,7 кН•м
Смещение плоской рамы:
Для учёта пространственной работы каркаса: , где - коэффициент, учитывающий пространственную работу каркаса. Для лёгкой кровли (с пространственным каркасом образуется связевыми фермами на уровне нижних поясов ферм):
где =2+8=10 – число колёс на одной нитке подкрановых балок; - коэффициент упругого отпора связи
- коэффициент, учитывающий уменьшен е упругого отпора связей вследствие загружения смежных рам; - коэффициент приведения ступенчатой колонны к колонне постоянного сечения при жёстком соединении ригеля с колонной:
= 6,532 - сумма ординат влияния
Моменты от фактического смещения рам с учётом пространственной работы каркаса ( ):
Моменты от постоянной нагрузки на левой опоре: =861,3-311,4=549,9 кН•м =-192,8+105= - 87,8 кН•м =-1639,01+13,8= - 1625,21 кН•м =503,5+13,8=517,3 кН•м
Моменты от постоянной нагрузки на правой опоре: =199,6-311,4= - 111,8 кН•м =-44,7+105=60,3 кН•м =-379,8+13,8= - 366 кН•м =116,7+13,8=130,5 кН•м
Перерезывающие силы:
Эпюра нормальных сил с учётом и
Рисунок 3.10 - Эпюры усилий в раме от вертикальной крановой нагрузки
3.3.4 Расчёт на горизонтальную нагрузку от мостовых кранов. Основная система, эпюра , каноническое уравнение, коэффициент – такие же, как при расчёте на вертикальную нагрузку от мостовых кранов.
Моменты и реакции в основной системе от силы : =0,040?134,1?33=160,9 кН•м =-0,089?134,1?33=-358 05 кН•м =0,085?134,1?33=342 кН•м =-0,792?134,1=-106,2 кН•м =-106,2 кН
Смещение верхних узлов рамы с учётом пространственной работы:
Моменты от фактического смещения рам с учётом пространственной работы каркаса ( ): кН•м кН•м кН•м Моменты от постоянной нагрузки ( ) на левой опоре : =160,92-370,6= - 209,68 кН•м =-358,05+125= - 233,05 кН•м =342+16,5=358,5 кН•м
Моменты от постоянной нагрузки на правой опоре: = - 370,6 кН•м =125 кН•м =16,5 кН•м
Перерезывающие силы:
Рисунок 3.11. Эпюры усилий в раме от горизонтальной крановой нагрузки
3.3.5 Расчёт на ветровую нагрузку Основная система, эпюра моментов от единичного перемещения , каноническое уравнение метода перемещений, такие же, как и в случае расчёта на нагрузку от мостовых кранов. Коэффициент учёта пространственной работы каркаса =1, так как ветровая нагрузка действует на все рамы блока. Моменты ( с наветренной стороны) от нагрузки найдем по таблице 12.4 (Беленя): =-0,1098?4,6?332= -550,03 кН•м =-0,05?4,6?332= -250,47 кН•м =0,027?4,6?332=135,25 кН•м =-0,435?4,6?33= 66,03 кН•м
Усилия на правой стойке: =0,74 кН•м =0,74?550,03=-407,02 кН•м =0,74?250,47=-185,34 Н•м =0,74?135,25=100,08 кН•м =0,74?66,03=48,86 кН 0,388?t =66,03+48,86+19,9+14, 3=149,72 кН =19,9 кН =14,93 кН
Моменты от фактического смещения рамы ( ):
Моменты от постоянной нагрузки ( ): =-550,03-1536,53= - 2086,56 кН•м =-250,47+518,22=267,7 кН•м =135,25+68,29=203,54 кН•м =-1536,53-407,02= - 1943,55 кН•м =-185,34+518,22=332,88 кН•м =100,08+68,29=168,37 кН•м Построим эпюру : На левой стойке: =147,24 кН =147,24 -4,6?33=-4,46 кН На правой стойке: =124,81 кН =124,81-3,4?33=-12,61 кН
Рисунок 3.12 - Эпюры усилий в раме от ветровой нагрузки
4. Расчёт и конструирование колонны. Определим наиболее невыгодные сочетания нагрузок в каждом сечении: Для верхней части колонны: Сечение 1-1: = -826,09 кН•м, =456,09 кН Сечение 2-2: = 820,24 кН•м, =595,69 кН Для нижней части колонны: Сечение 3-3: = -1149,82 кН•м, =3530,59 кН Сечение 4-4: = 2495,15 кН•м, =3650,75 кН, =143,67 кН,
В качестве расчётной схемы ступенчатой колонны однопролётного производственного здания при жёствком сопряжении с ней ригеля применяется стойка, жёстко защемлённая в фундаменте.
Определение расчётной длины стоек. В плоскости рамы: Расчётные длины для верхней и нижней частей колонны определим по формулам:
=0,2 Следовательно, значения и принимаем по приложению 6 СНиП II-23-81. Коээфициенты расчётной длины для нижнего участка одноступенчатой колонны следует принимать в зависимости от отношения и величины , где , , , - моменты инерции сечений и длины соответсвенно нижнегои верхнего участков колонны. При неподвижном верхнем конце, закреплённом от поворота, по табл. 68 СНиП II-23-81 =2 Коэффициент расчётной длины для верхнего участка колонны во всех случаях следует определять по формуле: , тогда принимаем =3.
Таким образом,: Для нижней части колонны 2?26,43=52,86 м Для верхней части колонны 3?6,57=19,71 м
Расчётные длины для нижней и верхней частей колонны: 26,43м 6,57-1,2=5,37 м
4.1. Расчёт верхней части колонны. Примем сварной двутавр.
600 мм – высота сечения мм – ширина полки =16 мм - толщина полки =12 мм – толщина стенки 600-2?16=568 мм – высота стенки 2?1,6?30+1,2?56,8=16 ,16 см2 – площадь сечения
Момент инерции сечения Х: =109394,5 см4 Момент сопротивления сечения: =3646,5 см3
Радиус инерции сечения относительно оси Х-Х: =25,8см Момент инерции сечения Y:
Момент сопротивления сечения: =480 см3 Радиус инерции сечения относительно оси Y-Y: =6,62см Проверим условие:
Расчёт на общую устойчивость в плоскости действия момента производится по формуле: , где - коэффициент снижения расчётных сопротивлений при внецентренном сжатии, определяется в зависимости от условной приведённой гибкости и приведённого относительного эксцентриситета: . Найдём : 1.) см 2.) м 3.) см 4.) ; 5.) Определяем коэффициент влияния формы сечения:
6.) 7.) По таблице 74 СНиП
Проверка: Условие выполняется.
4.1.1. Проверка местной устойчивости. Наибольшее сжимающее напряжение у расчётной границы стенки, принимаемое со знаком «плюс»:
Соответсвующее напряжение у противоположной расчётной границы стенки:
. По таблице 27 СНиП II-23-81 определим значение . При =2,55›2,0 › Отсюда ,
4.1.2. Проверка устойчивости из плоскости действия момента. Определяем по пункту 5,3 СНиП II-23-81:
где
определяется из условия :
Проверка:
4.1.3. Проверка местной устойчивости полок двутавра. Отношение ширины свеса полки к её толщине t следует принимать по формуле:
4.2. Расчёт нижней части колонны. Сечение нижней части колонны сквозное, состоящее из двух ветвей, соединённых решёткой. Подкрановую ветвь колонны принимаем из колонны двутавра, наружную - составного сварного сечения из 3 листов. Определим усилие в стержнях. Положение центра тяжести предварительно принимаем: мм
м м Определяем усилия в ветвях В подкрановой ветви:
М3-3 = - 1149,82 кНм -максимальный момент в сечениях 3-3 N3-3 = - 3530,59 кН - соответствующая этому моменту продольная сила. В наружной ветви:
М4 - 4 = + 2495,15 кНм максимальный момент в сечениях 4-4. N4 - 4 = - 3650,75 кН. - соответствующая этому моменту продольная сила.
4.2.1. Компоновка сечений ветвей Определим требуемую площадь сечения ветвей. Для этого зададимся l = 100, при которой j = 0,542.
4.2.2. Расчёт подкрановой ветви. Для подкрановой ветви (AB1) подбираем по сортаменту двутавр 70Ш1 по сортаменту ГОСТ 26020-83: A1 = 216,4см2; ix = 28,19 см; iy = 6,93 см. Требуемый радиус инерции при заданной гибкости:
Поэтому усиливать двутавровое сечение не надо
4.2.3. Расчёт шатровой ветви. Из условия удобства прикрепления уголков решетки к двутавру и швеллеру принимаем просвет между внутренними гранями полок составного сечения, равный высоте сечения двутавра – 683 см. Задаемся гибкостью швеллера в плоскости рамы на длине между узлами решетки ?зад=50 (?‹80).
По таблице 27, СНиП 2-23-81* при находим предельную гибкость стенки
Из условия
Принимаем tw2=20мм При подборе листов для полок швеллера считаем, что tf2= tw2=20мм
Из условия
Принимаем =34 мм Компонуем сечение Из условия размещения сварных швов
По сортаменту ГОСТ 8270 принимаем лист 800 мм
Определяем положение центра тяжести сварного швеллера:
Геометрические характеристики сечения:
Момент инерции:
Радиус инерции:
Уточняем продольное усилие
Шатровая ветвь в плоскости рамы:
Шатровая ветвь из плоскости рамы:
4.2.4. Проверка устойчивости стенок и полок шатровой ветви колонны в плоскости рамы
34,15‹42,8 – условие выполняется. Отношение жесткостей
по заданию
4.3 Расчет решетки подкрановой части колонны Раскосы рассчитываются на максимальную поперечную силу, полученную при анализе статического расчёта =143,67 кН. Определим условную поперечную силу в соответсвии с п.5.8 СНиП: , где - коэффициент, принимаемый для составного стержня вплоскости соединения элементов : =0,930.
Усилие в сжатом раскосе: , ?=45? - угол, который составляет раскос с вертикальной осью. Задаёмся гибкостью: =120. По табл. 72 СНиП определяем =0,419. Требуемая площадь сечения равна: - коэффициент условий работы сжатых одиночных уголков, прикреплённых к одной полке, из таблицы 6 СНиП. Длина раскоса
По сортаменту подбираем два уголка 75?6. Геометрические характеристики сечения: По таблице 72 определим =0,612. Напряжение в раскосе: - условие выполняется.
4.4 Конструирование узлов колонны
4.4.1 Расчет сопряжения верхней и нижней частей колонны
Основное требование к сопряжению – обеспечение передачи усилия от верхней части к нижней. Прикрепление верхней части внецентренно – сжатой колонны к нижней проектируем с помощью одноступенчатой траверсы.
Расчетные комбинации усилий в сечении 2-2:
Прочность стыкового шва Ш1 проверяем по нормативным напряжениям в крайних точках сечения подкрановой части. Прочность шва равна площади сечения колонны А=221 см2 Первая комбинация нагрузок: - Наружная полка
- Внутренняя полка
Вторая комбинация нагрузок: - Наружная полка
- Внутренняя полка
Усилие во внутренней полке верхней части колонны:
Принимаем полуавтоматическую сварку проволокой сплошного сечения d=1,4 мм, ?f=0,7 Назначаем kf=(0,5-1,2)tw=10 мм.
Длина шва равна: - по металлу шва
- по границе сплавления
Окончательно длину шва принимаю наибольшей, но не больше величины
Для наиболее надежного соединения в полке верхней части делают прорезь, в которую заводят траверсу. Для расчета крепления траверсы к подкрановой ветви (Ш3) выбираем комбинацию усилий, дающую наибольшую реакцию траверсы.
Тогда требуемая длина швов соединяющая траверсу с подкрановой ветвью колонны: - по металлу шва
- по границе сплавления
наибольшая длина шва
Высоту траверсы принимаем
Толщины стенки траверсы определяем из условия смятия: толщина полки см, ширина опорных ребер подкрановой балки см, длина сминаемой поверхности мм Принимаем мм
Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 520х20, верхние горизонтальные ребра из двух листов 200х20. Рисунок 4.1 – Схема траверсы Положение центра тяжести траверсы
мм
Моменты сопротивления
Максимальный изгибающий момент в траверсе кНм
Максимальная перерезывающая сила
4.4.2 Расчет базы колонны
Так как высота сечения нижней части колонны более 1 м, то конструируем базу колонны для каждой ветви отдельно.
Рисунок 4.2 – Схема базы колонны
Под сквозную колонну проектируем отдельную базу. Её под каждую ветвь распологаем симметрич но оси колонны и рассчитываем на центральное сжатие от максимальных усилий, действующих на ветвь. В уровне верхнего обреза фундамента действуют усилия: =2495,15 кН•м, =-1149,82 кН•м =3650,75 кН, =3530,59 кН Определяем усилия в ветвях: На подкрановую ветвь
На наружную ветвь
Для фундамента под опорной плитой бетон класса В15, для которого СНиП 2.03.01-84 определяет: Базу проектируем из стали 09Г2 по ГОСТ 19281-76, сварка осуществляется электродами Э50.
4.4.3. Расчёт плиты. Размер фундамента под опорной плитой принимаем на 50 см больше габаритов плиты. Назначаем размер плиты: , где -ширина ветви, -толщина листов траверсы, -свес плиты (30...50мм) Определяем: Требуемую площадь плиты при
Длину плиты:
Уточняем коэффициенты:
Расчётная площадь смятия:
Расчётное сопротивление смятию:
Фактическое напряжение:
Так как под плитой подкрановой ветви напрядение совпадает с напряжением в наружной, то расчёт плиты ведётся для плиты подкрановой ветви.
Наибольший изгибающий момент в пластинах:
где - коэффициент, зависящий от соотношения длины закреплённой стороны пластины к свободной : 0,8 – коэффициент, учитывающий защемление участка плиты по контуру сварки.
Момент в заделке консольного участка:
Так как , то толщина плиты:
4.4.4. Расчёт анкерных болтов Расчётные усилия в колоне для расчёта анкерных болтов: = 2495,15 кН•м, =3650,75 кН, действующие на уровне верхнего обреза фундамента, определяемые при выборе наихудшего случая загружения. Принимаем, что центр соединения анкерных болтов каждой ветви совпадает с центром оси ветви колонны. Усилие в анкерных болтах:
Принимаем анкерные болты из стали Вст3кп2 с расчётным сопротивлением растяжению Требуемая площадь болтов: Принимаем болты диаметром 42 мм и А=13,85 см2 (таблица 62, СНиП 2-23-81*).
4.5. Расчет базы шатровой и подкрановой ветвей
Определяем высоту траверсы из условия размещения шва крепления траверсы к ветви см
5 Расчет и конструирование стропильной фермы Основными нагрузками при расчете стропильной фермы являются постоянная нагрузка от кровли и несущих конструкций покрытия и снеговая нагрузка. Рисунок 5.1 – Схема стропильной фермы
1. Сбор нагрузок на ферму. Узловые силы Силы, действующие на первый и последний узел в расчете не учавствуют. 2. Опорные реакции кН
5.1 Определение усилий в стержнях фермы Усилия в стержнях фермы определяются с помощью построения диаграммы Максвелла-Кремона. 1см=110,13 кН Элемент № – № стержня Усилия от единичной нагрузки Расчетные усилия (кН) Растянутые Сжатые Верхний пояс III – 2 5,7 -629,3 IV – 3 5,7 -629,3 I – 5 7,6 -839,1 Нижний пояс I-1 3,3 367,1 I-4 7,1 786,6 Раскосы II – 1 4,8 -532,3 1-2 3,5 380,2 3-4 2,1 -228,1 4-5 0,7 76 Стойки 2-3 1,0 -110,13 5-6 1,0 -110,13
5.2 Подбор сечения стержней фермы Подбор сечения стержней начинается с определения требуемой площади. Требуемую площадь сечения сжатого стержня определяем:
- коэффициент продольного изгиба (табл 72, СНиП).
Требуемую площадь сечения растянутого стержня определяем:
Верхний пояс Для стержней III-2, IV-3
при и Из сортамента берем _||_ 125х9
,
Для стержня I-5
Из сортамента берем _||_ 160х10
,
Нижний пояс Для стержней I-1
Из сортамента берем _||_ 80х6
,
Для стержней I-4
Из сортамента берем _||_ 110х8
,
Сжатые раскосы Для стержней II-1
при и Из сортамента берем _||_ 125х8
,
Для стержней 3-4
при и Из сортамента берем _||_ 125х8
,
Растянутые раскосы Для стержней I-2
Из сортамента берем _||_ 80х6
,
Для стержней 4-5
Из сортамента берем _||_ 75х6
,
Стойки Для стержней 2-3, 5-6
при и Из сортамента берем _||_ 75х6
,
5.3 Расчет узлов фермы Швы, прикрепляющие пояса к фасонке, рассчитываются по металлу шва на действие различных усилий в соседних панелях. Толщины швов для обшивки и пера принимаем мм Требуемая длина швов, прикрепляющих раскос к фасонке: - по обушку
- по перу
k – коэффициент распределения усилий на обушок; 2 – число уголков в сечении; - коэффициент длины проплавления шва - для сварочной проволоки СВ-0,8 =(1-2)см – на непровар по концам шва
Узел А Раскос II-1, N=-532,3кН, _||_ 125х8 - по обушку
- по перу
Узел Б
Раскос 1-2, N=380,2 кН, _||_ 80х6 - по обушку
- по перу
Узел В Стойка 2-3, N=-110,13 кН, _||_ 75х6 - по обушку
Сопряжение верхнего пояса фермы с колонной производится на болтах с помощью фланца. Толщину фланца принимаем Количество болтов:
где Для болта диаметром 30, из стали 35Х
Принимаем 2 болта, симметрично расположенных относительно центра тяжести сечения пояса фермы. Крепление нижнего пояса фермы к колонне обеспечиваются четырьмя болтами диаметром 20 конструктивно. Длина опорного столика определяется из условия прочности сварного шва на действие , - опорная реакция фермы Для сварки применяем проволоку Св-0,8 Г2С мм мм
Рассчитываем прочность шва, с помощью которого фасонка крепится к фланцу.
где - горизонтальное усилие от опорного момента - усилие от распора рамы
Прочность соединения по металлу шва проверяется в точке действия наибольших результирующих напряжений.
где -расчетная длина шва, равная длине фланца. - эксцентриситет силы Н относительно середины шва.
толщина фасонки 8 мм. Рассчитываем крепление раскоса 3-4 , _||_ 125х8, сварка ручная - по обушку
- по перу
Для крепления верхнего пояса V-5
Размер фасонки 63х5 см
5.4 Расчет подстропильной фермы
Основными нагрузками при расчете подстропильной фермы являются постоянная и снеговая нагрузки. 1. Сбор нагрузок на подстропильную ферму ферму. Узловые силы Силы, действующие на первый и последний узел в расчете не учавствуют. 2. Опорные реакции кН
3. Определение усилий в стержнях фермы
кН
кН
кН
кН кН Подбор сечений стержней фермы Так как усилия во всех стержнях небольшие подбираем одно сечение для всех стержней.
Из сортамента берем _||_ 80х6 см, ,
6 Расчет фахверка В качестве расчётной схемы выбираем стойку, жёстко закреплённую в фундамент. Материал фахверка С245 =2,06•105 МПа, =370 МПа, =245 МПа, =240 МПа. Фахверк поддерживает стеновое ограждение и воспринимает ветровую нагрузку. Нагрузка от стеновых панелей:
кН/м м Нагрузка от действия ветра
где - момент от действия ветровой нагрузки. Предварительно по сортаменту ГОСТ 26020 выбираем: 60 Б1
