Проектирование и расчет стальных конструкции одноэтажного производственного здания

Для отправки на сайты.dwg

Курсовой проект по металлическим конструкциям
Стальной каркас одноэтажного производственного здания
Отправочная марка: ФС 1-1. Укрупнительный стык фермы.
Заводская сварка - полуавтоматическая в среде СО (ГОСТ 8050-85). сварочная проволока ø2мм марки СВ-08Г2С (ГОСТ 2246-70*) 2. Высокопрочные болты ø16мм по ГОСТ 22356-77* из стали марки 40Х "Селект" по ГОСТ 4543-71*. 3. Обработка поверхностей стыкуемых элементов укрупнительного узла - стальными щетками. 4. Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов по крутящему моменту. 5. Усилие натяжения высокопрочных болтов Р=120.8кН. 6. Неоговоренные сварные швы варить с Кf=5мм. 7. Все неоговоренные отверстия ø19мм.
Пароизоляция "Изопласт
Утеплитель "PAROC" y=170кгм³
Гидроизоляция "Alkorplan
Поперечный разрез М 1:100
болты М16 нормальной
Стальной настил t=10мм
Схема связей по верхним поясам ферм М1:500
Схема связей по нижнем поясам ферм М1:500
Материал конструкций: -колонны: сталь класса С245 по ГОСТ 27772-88*
-фермы: сталь класса С245 по ГОСТ 27772-88*
-подкрановой балки: сталь класса С255 по ГОСТ 27772-88*
-связей: сталь класса С245 по ГОСТ 27772-88*. 2. Все неоговоренные отверстия ø23мм. 3. Все неоговоренные болты М20
класс прочности по ГОСТ 15589-70. 4. Заводская сварка полуавотоматическая в среде СО по ГОСТ 8050-85
проволокой СВ=08Г2С ø2мм по ГОСТ 2246-70*. 5. Монтажная сварка - ручная электродом Э42А по ГОСТ 9467-75*. 6. Все неоговоренные сварные швы варить Кf=5мм. 7. Поясные сварные швы варить автоматом под флюсом АН-348-А по ГОСТ 9071-81*
проволокой СВ-08А по ГОСТ 2246-70*.
Поперечный разрез. Схемы связей. Технологическая площадка. Узлы.
Схема связей по колоннам М1:500
Схема торцевого фахверка М1:200
Монтажная схема технологической площадки М1:100
Геометрическая схема фермы М 1:100
Таблица отправочных элементов
Требуется изготовить

для отправки на сайты.doc

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет: «Промышленное и гражданское строительство»
Кафедра: «Архитектура строительные конструкции и геотехника»
«Стальные конструкции одноэтажного производственного здания»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Компоновка конструктивной схемы каркаса промышленного здания 1
1 Конструктивная схема поперечной рамы 3
2 Разработка системы связей 4
Проектирование балочных конструкций технологической площадки 6
1 Расчет стального настила6
2 Расчет балки настила 8
3 Расчет главной балки 11
4 Расчет опорного узла главной балки 15
Проектирование металлической стропильной фермы 18
2 Статический расчет металлической фермы 28
3 Подбор поперечного сечения стержней фермы 29
4 Расчет и конструирование узлов фермы 11
5 Расчет и конструирование укрупненного стыка фермы на
высокопрочных болтах 11
Проектирование центрально-сжатой колонны 16
1 Проектирование стержня колонны 16
2 Проектирование оголовка колонны 22
3 Проектирование базы колонны 23
Список используемой литературы 45
Исходные данные для проектирования
Наименование цеха: сборочный
Место строительства: г.Тамбов
Пролёт здания: L=24м.
Число шагов колонн каркаса здания: n=9 (10 рам)
Отметка верха настила рабочей площадки: Н=89м.
Размеры рабочей площадки: b=67м. l=87м.
Нагрузка на рабочую площадку: pn=24кНм2
Материал металлических конструкций – по СНиП II-23-81*
Конструкции стен: металлические трехслойные панели
Несущие конструкции кровли: стальной профнастил по прогонам
Класс прочности бетона фундаментов В=125
Виды соединений конструкций и их элементов:
Заводские соединения – сварные
Укрупнительный стык фермы – на высокопрочных болтах
Монтажные соединения – болтовые
Сопряжение балок между собой и с колоннами: шарнирное
Сопряжение колонн рабочей площадки с фундаментами: шарнирное
Компоновка конструктивной схемы каркаса промышленного здания
1Конструктивная схема поперечной рамы
Конструирование поперечной рамы производится в соответствии с данными в задании пролетом здания грузоподъемностью мостового крана и высотой колонны.
L=24м Q=325 H=1809.1.2 Вертикальные размеры:
) h2 = hкр + = 2750 + 450 = 3200 мм – расстояние от головки рельефа до низа покрытия где
hкр =2750 – расстояние от головки крана до верхней точки тележки крана Q = 32 5 т по ГОСТ в соответствии с требованиями по унификации принимается кратной 200мм.
= f + 100 = 350 + 100 = 450 мм
f = 200 – прогиб конструкций покрытия (ферм связей) принимаемый равным 200-400мм
0 мм – безопасный зазор между верхней точкой крана и строительными конструкциями
) H0 = h1 + h2 = 15040 + 3200 = 18240 мм – полезная высота цеха
h1 = 15040 мм – отметка верха оголовка рельса
Н0>108м принимаем кратно 18м из условия соизмеряемости со стандартными
ограждающими конструкциями тогда
h1 = H - h2 =18240 – 3200 = 15040 мм
) hв = h2 + hp + hпб = 3200 + 450 + 1600 = 5250 мм – длина верхней части колонны где
hp = 120 мм – высота кранового рельса для КР 70
hпб = (15 19) В = 12000 75 = 1600 мм – высота подкрановой балки
В = 12400 мм – шаг колонн
) hн = H0 – hв + hб = 18240 – 5250 + 600 = 13590 мм – длина нижней части колонны где
hб = 600-1000 мм – заглубление базы колонны ниже нулевой отметки пола
) Н = hв + hн = 5250 + 13590 = 18840
) hоп = 2200 мм – высота фермы по обушкам
3. Горизонтальные размеры:
) b0 = 250 мм – привязка колонны
) = 750 мм – расстояние от оси подкрановой балки до разбивочной оси
) bb hв 12 = 5250 12 = 4375мм – ширина верхней части колонны
Принимаем bb = 500мм
) bн = b0 + =250+750 = 1000
00 мм > 120 Н = 930 – ширина нижней части колонны
для зданий с кранами легкого и среднего режима работы
) bн – bb = 1000 – 500 = 500 мм > c + B1 = 60 +300 = 360 мм – проверка возможности
прохождения крана Q = 5 50т. мимо колонны где с = 60 мм – по ГОСТ
В1 = 300 мм – расстояние между осью подкрановой балки и торцом крана (принимается по ГОСТ)
4.Разработка системы связей.
Связи в каркасе здания служат для создания пространственной жесткости и неизменяемости для восприятия некоторых воздействий и для упрощения процесса монтажа.
Различают связи между колоннами и связи по шатру.
Горизонтальные связи по верхним поясам ферм обеспечивают устойчивость верхнего пояса при работе из его плоскости.
Горизонтальные связи по нижним поясам ферм располагают по всему периметру цеха или температурного отсека. Главное назначение этих связей состоит в том чтобы обеспечить пространственную работу каркаса при действии значительных местных горизонтальных нагрузок. Связевые фермы располагаемые в торцах здания воспринимают ветровые нагрузки от конструкций торцевого фахверка.
Вертикальные связи между фермами обеспечивают устойчивость ферм во время монтажа и в смонтированных конструкциях покрытия они повышают общую жесткость блока состоящего из 2-х стропильных ферм и поперечных связей по верхним и нижним поясам. Верхние вертикальные связи по колоннам размещаются по торцам здания. Нижние вертикальные связи устанавливаются в подкрановой части середины температурного блока.
Проектирование балочных конструкций технологической площадки.
1. Расчёт стального настила.
Настилы балочных клеток создают рабочую поверхность выполняются из толстолистовой стали С245 с гладкой поверхностью.
Согласно таблице 50 для группы конструкций №3 для отапливаемых зданий принимаем сталь С245 ГОСТ 27772-88*
) Назначение толщины настила:
) Определение отношения:
E1= E(1-2)= 226·104 (кНсм2)
E=206·104 (кНсм2)-модуль упругости стали.
=03-коэффициент Пуассона для стали.
γn=095-коэффициент надёжности по назначению для конструкций производственных зданий II класса .
qn-нормативная равномерно-распределённая нагрузка на 1м2 поверхности балочной клетки.
) Определение пролета настила:
ld=k·td=1213*1= 1213 (см).
) количество балок настила:
принимаем целое n0=7
) Определение шага балок:
) Определение расхода стали:
td=10 мм следовательно расход стали составит 785 кгм2
) Расчёт сварных швов прикрепляющих настил к балкам настила:
вид сварки – ручная электродуговая. Электроды Э42 по ГОСТ 9467-75*
а) Усилие распора Н:
- для временной технологической нагрузки
б) Определение катета сварных швов.
(согл. табл. 6 СниПа)
Согл. табл. 56* для конструкций из стали С245
kf = 5 мм минимальный катет сварного шва для данной стали по таблице 5.4 [1].
Согл. табл. СНиП II-23- принимаю класс стали С245 по ГОСТ 27771-.
2. Расчёт балки настила
Для группы конструкций №3.
) Определение погонной равномерно распределённой нагрузки:
Распределенная нагрузка на погонный метр балки:
Нормативная нагрузка:
qn=102·(gn+pn)·ad·γn=102·(0785+24)·124·095=2985 кНм
q=102·(gn·γf1+pn·γf2)·ad·γn=102·(0785·105+24·12)·1243·095=3568 кНм
gn=0785 кНм2 вес 1м2 настила;
γn=095; pn=24 кНм2; γf1=105; γf2=12
) Определение требуемого момента сопротивления Wred:
γc=11 (согл. табл. 6 СниПа)
Ry=240 Мпа (согл. табл. 50* ГОСТ 27772-88* для стали С245)
) Принимаем двутавр 40Б1 по ГОСТ 26020-83.
) Уточнение величины C1:
) Проверка прочности балки по нормальным напряжениям:
476264 – прочность обеспечена.
) Проверка жёсткости:
- жесткость обеспечена.
) Расход стали на 1м²:
балки настила ρad=5471243=4401 кгм2
всего gs=gn+ρad=785 + 4401 = 12251 кгм2
3 Расчёт главной балки.
qn=102·(gs+pn)·b·γn=102·(12251+24)·67·095=1662 кНм
q=102·(gs·γf1+pn·γf2)·b·γn=102·(12251·105+24·12)·67·095=19534 кНм
γn=095 – нормальный уровень оветственности; pn=24 кНм2
γf1=105; b=55м-шаг балок; γf2=12
) Определение максимального изгибающего момента:
прокатного двутавра с учетом упруго-пластической работы. Требуемый момент сопротивления:
γc=11 (согл. табл. 6 СНиПа); Ry=240 МПа (согл. табл. 50* ГОСТ 27772-88* для стали С245);
) Принимаем двутавр 90Б2 по ГОСТ 26020-83.
W=7760 см3; bf=300 мм; A=2724 см2; tw=155 мм; tf=22 мм; ρ=2138 кгм; I
) Проверка прочности по нормальным напряжениям:
075>264 – прочность обеспечена.
) Проверка жесткости балки:
- 00019800048 жесткость обеспечена.
) Проверка прочности по местным напряжениям:
lef=bd+2·k=300+2·52=404 мм.
r= радиус закругления берётся из ГОСТа.
q-погонная нагрузка на балку настила
l-пролёт балки настила l=b
18253 – прочность обеспечена.
) Проверка прочности по касательным напряжениям:
- статический момент сечения.
Rs=058·Ry=058·240=1392 МПа γc=11
33 15312 - прочность обеспечена.
) Проверка общей устойчивости:
- учет пластических деформаций где h=900-155=8845мм.
так как 1347>1218 условие выполняется.
4 Расчёт опорного узла главной балки
) Определение требуемой площади ребра из расчёта на смятие:
Rр =350 МПа γс=11 V=Qmax=84973 кН.
) Определение размеров опорного ребра:
bор=200 (ГОСТ 82-72*) (b≥180)
tор12 мм принимаем толщину опорного ребра tор=12 мм.
) Проверка устойчивости ребра:
- устойчивость обеспечена.
Aт=bор·tор+S·tw=200·12+30152·155=707356 мм2.
φx – коэф.наибольшего изгиба зависящий от λх и Ry
φx=φx(λx)=0933 согл. приложению 7 [1].
88 264 - общая устойчивость обеспечена.
) Расчёт сварного шва прикрепляющего опорное ребро к главной балке:
Вид сварки: полуавтоматическая в среде углекислого газа. Согласно таблице 55* сварная проволока СВ-08Г2С ГОСТ 2246-70* углекислый газ по ГОСТ8055-85.
γc=1 – для угловых швов.
f =09 (для kf =3-8мм. согл. табл. 5.3. учебника для па сварки диаметром проволоки 2мм.) z=105 при kf≤8 мм.
γwz = γwf = 1 при температуре больше -40ºC
Rwf = 215 МПа по таблице 56 СНиП.
Rwz = 045·Run=045·370 = 1665 МПа; Run = 370 Мпа
Принимаем по таблице 5.4 [1]7
Проектирование металлической стропильной фермы.
Кровля с применением стального профилированного настила при прогонном
Постоянная нагрузка:
Утеплитель: «Раroc» γ = 170кгм³
d = 150мм. t = -34ºC
Пароизоляция: Изопласт
Стальной профнастил.
Стропильные фермы со связями
Толщина утеплителя устанавливается по расчетной температуре наружного воздуха. В данном случае для города Тамбов =-34ºC -
Нормативная нагрузка на стальные прогоны принимается в зависимости от величины шага колонн В если В = 12 м. тогда нагрузка – 018кНм²
Вес стропильной фермы со связями при L=24м: где
Снеговая нагрузка: нормативная нагрузка применяется равной весу снегового покрытия на 1м² горизонтальной поверхности земли т.е. Sn = 1800кНм² (для города Тамбов).
2 Статический расчёт металлической фермы.
) Определение узловой нагрузки:
–нагрузка от веса конструкции
–нагрузка от снегового покрова.
) Определение расчетных усилий:
От постоянной нагрузки:
От снеговой нагрузки:
усилие в стержне от
Расчетные усилия в стержнях фермы
3 Подбор поперечного сечения стержней фермы.
Согласно таблице 50* СНиП II-23- для группы конструкций 2 принимаем сталь С245 для стержней фермы по ГОСТ 27771-
Согласно таблице 50* СНиП II-23- для группы конструкций 1 принимаем сталь С255 для фасонок фермы по ГОСТ 27771-.
) Расчётные сопротивления:
Для стержней фермы (фасонный прокат)
Ry=240 МПа при толщине t=2-20 мм.
Для фасонок (листовой прокат)
t=4-10 мм Run=380 МПа.
t=10-20 мм Run=370 МПа.
Стержень 5-6 N5-6 = -72764 кН.
)Определение требуемой площади:
λ0=80 принимаем следовательно φ0=0686
) Определение требуемых радиусов инерции:
)Выбор уголков по сортаменту:
По требуемой площади и радиусам инерции сечения по сортаменту уголковой стали ГОСТ 8509-86 подбираем подходящее сечение из двух уголков.
)Определение фактических гибкостей стержней:
) Проверка общей устойчивости стержня:
68228 - устойчивость обеспечена.
) Проверка по предельной гибкости:
λmax ≤λu=180-60·α=180-60·091=1254 λmax = 744
Стержень 8-9 N8-9=72416 кН.
) Определение требуемой площади:
α = 1 – для сварной фермы.
) Выбор уголков по сортаменту:
По требуемой площади сечения по сортаменту уголковой стали ГОСТ 8509-86 подбираем подходящее сечение из двух уголков.
) Проверка прочности стержня:
A=2·Aуг= 2*16=32 см2
63228 - прочность обеспечена.
(определение геометрических размеров элементов фермы).
ст. 3-4 = 4-5 =5-6=
Стержень 1-3 N1-3= -53053 кН.
λ0=90 принимаем следовательно φ0=0612
) Определение фактических гибкостей стержней:
27 228 - устойчивость обеспечена.
λmax≤λu=180-60·α=180-60·071=1371 λmax = 4382
Сжатые элементы решетки.
Стержень 4-7 N4-7= -27872 кН.
λ0=120 принимаем следовательно φ0=0419
A=2·Aуг=192*2=384 см2
47192- устойчивость обеспечена.
λmax≤λu=210-60·α=210-60·088=1572 λmax = 10043
Стержень 5-8 N5-8= -9812кН.
λ0=130 принимаем следовательно φ0=0364
A=2·Aуг=2*863=1726 см2
62192- устойчивость обеспечена.
λmax≤λu=210-60·α=210-60·081=081 λmax = 1303
Стержень 6-9 N6-9= -9374 кН.
73192 - устойчивость обеспечена.
λmax≤λu=210-60·α=210-60·073=1662 λmax = 14646
Стержень 5-9 N5-9= -4617 кН.
A=2·Aуг=389*2=778 см2
6192- устойчивость обеспечена.
λmax≤λu=210-60·α=210-60·05=180 λmax = 13922
Растянутые элементы решетки.
Стержень 3-7 N3-7= 17366 кН.
A=2·Aуг=2*389=778 см2
32228- прочность обеспечена.
Стержень 4-8 N4-8= 6512 кН.
A=2·Aуг=2*348=696см2
6228- прочность обеспечена.
Средний стержень: Стержень 6-10
По сортаменту уголковой стали ГОСТ 8509-86 принимаю конструктивно сечение из двух уголков.
Проверка по предельной гибкости:
Подбор поперечного сечения стержневой фермы
Окончательно принимаю для стержней 5-9 сечение стержней 50х5
Стержень 6-10 конструктивно принимаем сечение 63х5
4 Расчет и конструирование узлов фермы.
Коэффициенты в уравнениях:
; - коэф. принимаемые по СНиП II-23-81 при полуавтоматической сварке в среде углекислого газа при катете шва 3-8 мм.
; - коэф. принимаемые по СНиП II-23-81 при полуавтоматической сварке в среде углекислого газа при катете шва 9-12 мм.
- коэф. условий работы шва для районов строительства с обычными климатическими условиями
- коэф. условий работы соединения
- расчетные сопротивления для соединения по металлу шва и по металлу границы сплавления соответственно
- раскос 1-3сечение 125×80х8
- принимаем по перу:
- принимаем по обушку:
стойка 3-7 сечение 50×5
- Проверка прочности сварных швов прикрепляющих фасонку к верхнему поясу
N4-7 =- 27872 кН. Сечение элемента: 2 100х10
N4-8=6512кН. Сечение элемента: 2 50х5
N5-8= -9812 кН. Сечение элемента: 2 80x55
N5-9=-4617кН. Сечение элемента: 2 50х5
N5-8= -9812 кН. Сечение элемента: 2 75x6
N6-9= 9374 кН. Сечение элемента: 2 80x55
- Проверка прочности сварных швов прикрепляющих фасонку по нижнему поясу
N3-7=17366 кН. Сечение элемента: 2 50х5
N4-7 =- 264.89 кН. Сечение элемента: 2 100х10
N1-3 =- 53053 кН. Сечение элемента: 2 125х80х8
N1-7=43415 кН. Сечение элемента: 2 125x80х8
Принимаю т.к. конструктивно увеличиваем длину элемента.
Проверка прочности сварных швов прикрепляющих фасонку по нижнему поясу
- Проверка прочности опорного фланца на смятие
- Проверка прочности сварных швов прикрепляющих опорный фланец к фасонке
- Определение расчетного усилия действующее в стыке
- Определение поперечной силы от местной снеговой нагрузки
- Проверка фланцевого соединения на сдвиг
-обработка стальными щетками
- Проверка прочности сварных швов прикрепляющих верхний пояс к фланцу
5Расчёт и конструирование укрупнительного стыка фермы на высокопрочных болтах
- Определение величины расчетного усилия
2 – коэффициент учитывающий все возможные эксцентриситеты
- Определение усилия между горизонтальными и вертикальными полками
Горизонтальные полки
- Определение несущей способности одноболтового соединения с одной плоскостью трения
- для болтовой стали 40Х «Селет» ГОСТ 4543-71*
- при обработке стальными щетками
- для вертикальной полки (количество болтов5)
- для горизонтальной полки (10количество болтов5)
- обработка стальными щетками
для вертикальной полки
для горизонтальной полки
- Определения количества болтов
а) для соединения вертикальных полок уголков
б) для соединения горизонтальных полок уголков
Размещение болтов в соединении
Вертикальная накладка: 125х80х8
Горизонтальная накладка: 125х80х8
Проверка прочности уголковых накладок
- количество болтов в поперечном ряду
- прочность обеспечена
Определение усилия предварительного натяжения болтов