Расчет стального каркаса ОПЗ

МК_ИТОГ_2012.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФАКУЛЬТЕТ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
Курсовая работа по дисциплине
«Металлические конструкции»
«Расчет стального каркаса одноэтажного промышленного здания»
Работа защищена с оценкой
1. Компоновка плана производственного здания
2. Компоновка поперечного разреза
3. Выбор стали для основных несущих конструкций
4. Выбор ограждающих конструкций покрытия
5. Разработка систем связей по покрытию и колоннам
Рабочий проект комплекта КМ
1. Расчет поперечной рамы
1.1. Определение нагрузок действующих на поперечную раму
1.2. Выбор расчетной схемы поперечной рамы
1.3. Статический расчет в ПК
2. Проектирование внецентренно сжатой колонны
2.2. Расчет и конструирование внецентренно сжатой колонны
2.3. Расчет и конструирование узла сопряжения частей колонны
2.4. Расчет и конструирование базы колонны и анкерных ботов
2.5. Расчет и конструирование узла примыкания фермы к колонне
3. Проектирование стропильной фермы
3.1. Определение постоянных временных и кратковременных нагрузок на ферму
3.2. Определение усилий в стержнях
3.3. Подбор сечения стержней фермы
4. Проектирование подкрановой балки
4.1 Определение крановых нагрузок
4.2 Статический расчет и подбор сечения балки
6. Проверка прочности и расчет поясных швов
Металлические конструкции благодаря своим технико-экономическим качествам применяются во всех отраслях народного хозяйства. Широкое использование в строительстве металлических конструкций позволяет проектировать сборные элементы зданий и сооружений сравнительно малой массы организовывать производство конструкций на заводах и поточно-блочный монтаж их на строительной площадке ускоряя ввод объектов в эксплуатацию.
Проектирование экономически эффективных металлических конструкций основывается на знании особенностей их работы под нагрузкой правильном выборе конструктивных форм использовании типовых и унифицированных решений и соответствующем расчете.
Данный курсовой проект является примером расчета конструкций балочного перекрытия технологической площадки его элементов и узлов.
Основным нормативным документом при расчете металлических конструкций является СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» являющийся обновленной редакцией СНиП II-23-81 "Стальные конструкции". В нем приведены все расчетные характеристики марок сталей порядок расчета той или иной конструкции и их параметры условия работы.
Для подбора материалов конструкций и определения расчетных значений действующих нагрузок используется СНиП 2.01.07.- 85 "Нагрузки и воздействия".
Здание промышленное одноэтажное отапливаемое в городе Омске. Два пролета (24м со светоаэрационным фонарем и 18м) с мостовыми кранами в каждом пролете грузоподъемностью 153 т и средним режимом работы 4К. Длина здания 108м. Отметка головки кранового рельса предварительная – 10535м
Тип стропильной конструкции
Грузоподьемность крана Qт
Класс бетона фундамента
Место строительства – город Омск
Нормативное значение снеговой нагрузки – 018тм2
Нормативное значение ветровой нагрузки – 003тм2
Привязка крайних колонн к координационным осям a = 250 мм. Расстояние от координационной оси здания до оси кранового рельса λ = 750 мм при кране грузоподъемностью Q ≤ 50 т и группе режима работ 1К – 6К.
Пролет крана Lкр = L - 2λ = 24000 – 2×750 = 22500 мм (расстояние между осями крановых рельсов).
Пролеты здания L1 = 24 м L2 = 18 м.
Высота от пола до отметки головки подкранового рельса H1 = 10535 м.
Отметку уровня пола принимаем нулевой. Здание проектируем с фермой (уклон 15%).
Расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия.
H2 = (Hк + 100) + f = (2300мм + 100мм) + 265мм = 2665 мм.
где Hк + 100 – расстояние от головки кранового рельса до верхней точки
тележки крана плюс зазор мд верхней точкой тележки крана и
строительной конструкцией;
f – размер учитывающий прогиб конструкции покрытия.
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм.
H0 = H2 + H1 = 2665мм + 10535мм = 13200 мм.
Размеры верхней части колонны.
Hв = hб + hр + H2 = 700мм + 120мм + 2665мм = 3485мм.
где hб – высота подкрановой балки (18 110 пролета);
hр – высота кранового рельса КР-70 (120 мм).
Окончательно уточняем Hв после расчета подкрановой балки.
Размеры нижней части колонны.
Hн = H0 - Hв + 1000 = 13200мм – 3485мм + 600мм = 10315 мм.
Где 600 мм – заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола.
Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля.
H = Hв + Hн = 3485мм + 10315мм = 13800 мм.
Высота фермы Hф = 3150 мм.
На здании есть светоаэрационные фонари Hфн = 3000 мм.
Привязка внешнего края наружной колонны к оси 250 мм.
Высота сечения верхней части наружной колонны 500 мм средней – 700 мм.
Расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны l=750 мм.
Высота сечения нижней части наружной колонны 1000 мм средней – 1500 мм.
Пролет мостового крана 22500 мм.
Осуществляется по СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» по приложению В (табл. В1) Место строительства – г. Омск Расчетная температура (-39)Принимаем:
)Для подкрановых балок (1я группа стальных конструкций) – С255
)Для ферм (2я группа стальных конструкций) – С245
)Для колонн (3я группа стальных конструкций) – С235
)Для связей (4я группа стальных конструкций) – С235
Принимаем кровельное покрытие на основе профилированного настила из стальных профилированных настилов послойной сборки. Конструкции послойной сборки монтируют на строительной площадке последовательно укладывая стальной настил пароизоляцию теплоизоляцию гидроизоляцию и кровлю. Настил крепим к решетчатым прогонам самонарезающими болтами через волну а по концам настила его крепят в каждой волне. Между собой по длине настилы соединяют комбинированными заклепками через каждые 500 мм. В качестве пароизоляции используем 1 слой пергамина. Теплоизоляция выполнена из пенополиуретановых плит повышенной жесткости толщиной 100мм. Для гидроизоляции принимаем 3 слоя бикроста. Поверх гидроизоляции устраиваем защитный слой из битумной мастики с втопленным гравием толщиной 15-20 мм.
Разработка связей по колоннам. Связи между колоннами служат для обеспечения их геометрической неизменяемости. Они представляют собой систему распорок и связевых блоков. Длина здания 108 м. Предусматриваем 1 связевой блок. Расстояние от торца блока до оси связевого блока– 505 м. Усилия от ветровой нагрузки действующие на торец здания передаются от ветровой фермы к связевому блоку через распорки. Для предотвращения взаимного смещения распорок предусматриваем их объединение в единые решетчатые системы через три шага колонн. Для передачи усилия от ветровой фермы на подкрановую балку предусматриваем связь в торцах здания от низа фермы до подкрановой балки. Подкрановые балки также выполняют функцию распорок.
Разработка связей по покрытию. Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных. Горизонтальные связи располагают в плоскостях нижних и верхних поясов ферм вертикальные – в плоскостях опорных стоек рамы.
Горизонтальные поперечные связи по нижним поясам ферм размещаем в торцах здания путем объединения нижних поясов двух соседних стропильных ферм с помощью решетки. Эти связи воспринимают ветровую нагрузку и передают ее на связи между колоннами. Также устанавливаем распорки между нижними поясами фермы для закрепления этих поясов от смещений. Распорки по верхним поясам ферм предусматриваем для обеспечения проектного положения ферм в процессе монтажа.
Горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм размещаем для передачи крановых нагрузок на соседние рамы.
Между фермами связевого блока устанавливаем вертикальные связи к которым прикрепляем дополнительный пояс поперечной связевой фермы по нижним поясам. Через вертикальные связи обеспечиваем прикрепление распорок по верхним поясам ферм к поперечным связям по нижним поясам ферм.
1.1 Определение постоянных временных и кратковременных нагрузок на поперечную раму.
На основную несущую конструкцию производственного здания — поперечную раму — действуют различные нагрузки: постоянные — от веса ограждающих и несущих конструкций здания; временные — технологические (от мостовых кранов подвесного транспорта подвесных трубопроводов рабочих площадок и т. п.) и атмосферные (воздействия снега ветра); особые — вызываемые сейсмическими воздействиями просадкой опор аварийными нарушениями технологического процесса и др.
Таблица 1. Нагрузки от массы конструкций покрытий
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
Постоянные от кровли:
Гравийная защита(15-20мм)
Гидроизоляционный ковер: 3-слойный
Утеплитель минераловатные плиты(100мм)
Пароизоляция (пергамин 1 слой)
Стальной профилированный настил 8мм:
Постоянные от веса мет. конструкций кровли:
Вес стропильных ферм
Тогда расчетное значение нагрузки от покрытия и собственного веса кровли на 1 метр длины ригеля определяется как
-расчетная распределенная нагрузка от покрытия и собственного веса кровли;
-шаг стропильных ферм;
На крайнюю колонну действие данной нагрузки будет превращаться в сосредоточенную силу равную
Где -величина пролета
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную поверхность кровли определяется по формуле для данной местности:
-нормативное значение веса снегового покрова для данной местности т.к. по зданию место строительства г. Омск – IV район.
- коэффициент учитывающий профиль покрытия.
Расчетное значение снеговой нагрузки на 1 метр длины ригеля определяется как
- нормативное значение снеговой нагрузки;
Данная нагрузка является неравномерно распределенной и ее расчетное значение на вертикальную поверхность здания определяется по формуле:
-нормативный скоростной напор для данной местности (ветровой район III);
коэффициент учитывающий изменение ветрового напора в зависимости от высоты; Зависит от типа местности. Принимаю местность типа В т.е. городские территории и лес с высотой сооружений и элементов рельефа больше 10м.
-коэффициент определяющий вид ветрового давления:
-для наветренной стороны (напор) и для подветренной стороны (отсос)
-коэффициент надежности по нагрузке;
-шаг колонн крайнего ряда;
Для определения ветровой нагрузки определяю три точки в которых будем определять значение нагрузки. Принимаю
-132м –низ стропильной конструкции
-1935м –верх здания ;
Тогда для каждой точки имеем следующие значения нагрузок:
). Для наветренной стороны:
). Для подветренной стороны
При расчете неудобно использовать такой вид неравномерно-распределенной нагр.
Рис.3. Схема перехода от неравномерно-распределенной ветровой нагрузки к равномерно-распределенной.
где -высота на протяжении которой действует сила ветра
). Для подветренной стороны:
К тому же ветровую нагрузку приходящуюся на стропильную ферму и фонарь заменяют сосредоточенной силой W определяемой по формуле:
Это обусловлено принятой расчетной схемой (стропильная ферма и фонарь на расчетной схеме принимаются в виде линии).
Т.о. 1). Для наветренной стороны:
Нагрузки на крайнюю колонну: (максимальные значения данных нагрузок)
Вертикальное давление на раму от кранов определяют при их не выгоднейшем для колонны положении на подкрановой балке.
От каждого колеса крана на колонну через рельс и подкрановую балку действует сила давления нормативное ее значение равно это задано по условию для данного типа крана по ГОСТ 25711-83.
Расчетное значение этой силы определяется по формуле
-коэффициент сочетания крановых нагрузок зависит от режима работы крана в данном случае режим 4К;
Расположим два крана рядом с друг другом причем одним колесом напротив колонны учитывя что от каждого колеса на подкрановую балку действует сила таким образом для того чтобы определить давление на колонну от действия этих сил необходимо построить линию влияния (Л.вл. ) (рис. 5.)
Рис.4 Линия влияния
Тогда находим по формуле:
Где: - сумма ординат линии влияния для опорного давления на колонну.
Нагрузка вызванная торможением тележки.
Нормативное значение тормозной силы от колеса крана определяется по формуле:
коэффициент учитывающий вид подвеса груза в нашем случае подвес гибкий;
-грузоподъемность крана;
-количество колес с одной стороны крана;
Расчетное горизонтальное давление на колонну от сил поперечного торможения тележек кранов также определяется при не выгоднейшем для колонны положении кранов на подкрановой балке. От каждого колеса действует сила таким образом для определения давление на колонну совместно от сил поперечного торможения тележек кранов необходимо воспользоваться линией влияния (Л.вл. ).
Где: - сумма ординат линии влияния для силы поперечного торможения тележек кранов на колонну.
Сила прикладывается на уровне головки кранового рельса.
Рис.5. Линия влияния
Нагрузки на среднюю колонну: (минимальные значения данных нагрузок)
Так же как и на крайние колонны на среднюю колонну от каждого колеса крана через рельс и подкрановую балку действует сила давления которая находится по формуле
-максимальное нормативное значение силы давления колеса крана на рельс (на крайнюю колонну);
Где:-коэффициент надежности по нагрузке;
Расположим два крана рядом с друг другом одним колесом напротив колонны. От каждого колеса на подкрановую балку действует сила .
Нагрузка вызванная торможением крана на среднюю колонну не учитывается.
Определение моментов от сил вертикального давления
Линии колонн на расчетной схеме проходят через соответствующие центры тяжести верхней и нижней части колонн.
Линия ригеля при многопролетных рамах при шарнирном примыкании проходит через центры опорных шарниров стропильных ферм почти совпадая с нижним поясом стропильных ферм.
- опорная реакция стропильной фермы от действия веса покрытия:
- опорная реакция стропильной фермы от действия снеговой нагрузки:
Таким образом получаю следующую схему загружений (рис.6.):
Рис.6. Расчетные нагрузки действующие на поперечную раму
Нагрузка и комбинация усилий.
Рис7. Расчетная схема колонны
Необходимо подобрать сечения сплошной верхней и сквозной нижней частей колонны однопролетного производственного здания (ригель имеет жесткое сопряжение с колонной). Расчетные усилия:
для верхней части колонны в сечении 2-2 N = -1139 кН М = -219 кН×м; 2-2 N = 2435 кН М = -327 кН×м;
для нижней части колонны N1 = 1379 кН М1 = -9359 кН×м (изгибающий момент догружает подкрановую ветвь); N2 = -5245кН М2 = 5643 кН×м (изгибающий момент догружает наружную ветвь).
Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны Iв Iн = 18; материал колонны – сталь марки С235; бетон фундамента – класса В125.
Определение расчетных длин колонны.
Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определим по формулам
lx1 = m1l1иlx2 = m2l2.
В однопролетных рамах горизонтальная реакция в верхних узлах колонн равна нулю и коэффициент m1 зависит от двух параметров: соотношения погонных жесткостей верхней и нижней частей колонны n = I2l1 I1l2 и a1.
Значения m1 в функции этих параметров определим по прил.12 [1].
Так как НвНн = l2 l1 = 3485 10315 = 0338 и IвIн = 18 =13791139=1213 – следовательно по табл. 14.1[1]. m11 = 073 m12 = 157
Коэффициент расчетной длины для верхнего участка одноступенчатой колонны определяется по формуле:
Для верхней части: .
Расчетные длины для верхнего и нижнего участка колонны из плоскости рамы принимают равными наибольшему расстоянию между точками закрепления колонн от смещения вдоль здания. Для нижнего участка – низ башмака и нижний пояс подкрановой балки для верхнего – нижний пояс фермы и тормозная площадка подкрановой балки.
Подбор сечения верхней части колонны.
Сечение принимаем из сварного двутавра высотой hв = 500 мм. Требуемая площадь сечения из расчета внецентренно сжатых элементов на устойчивость в плоскости действия момента:
где - коэффициент условия работы
- коэффициент для проверки устойчивости в плоскости действия момента.
Приведенный относительный эксцентриситет где - коэффициент влияния формы сечения определяемый: .
- относительный эксцентриситет
В зависимости от и коэффициент устойчивости по табл. Д.3 СП равен: .
Требуемая площадь сечения: 188 см2.
Высота стенки hст = hв - 2tп=500 - 2×10=480 мм
(принимаем предварительно толщину полок tп= 10 мм)
Предельная гибкость стенки при:
Из условия местной устойчивости стенки:
Принимаем tст = 12 мм.
Неустойчивую часть стенки считаем выключившейся из работы и в расчетное сечение колонны включаем в запас устойчивости два крайних участка стенки шириной по
Для предварительного определения площади сечения внецентренно-сжатых сплошных колонн можно пользоваться приближенной формулой Ф. С. Ясинского:
Требуемая площадь полки:
Из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ширина полки:
bп ³ ly220=278520=13925 мм.
Из условия местной устойчивости полки:
Принимаем bп = 200 мм tп = 10 мм.
Ап = 20×1 = 20 см2 > Аптр = 191 см2;
Рис.8. Сечение в-ней части колонны
Геометрические характеристики сечения.
Полная площадь сечения:
А0=Ап+Аст=20·1·2+48·12=976 см2
Расчетная площадь сечения(с учетом только устойчивой части стенки):
Моменты инерции сечения:
Момент сопротивления:
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента:
Коэффициент влияния формы сечения [1 т.73]:
Приведенный относительный эксцентриситет:
Фактическое напряжение в сечении:
Проверка местной устойчивости стенки:
Местная устойчивость стенки обеспечена.
Проверяем напряжение в сечении верхней части колонны из плоскости действия момента (по оси у-у). Напряжения вычисляют из условия расчета колонны постоянного сечения на устойчивость из плоскости действия момента при ее изгибе в плоскости наибольшей жесткости () совпадающей с плоскостью симметрии. Расчетная формула имеет вид:
Для определения относительного эксцентриситета за расчетный момент принимают максимальный момент в пределах средней трети расчетной длины стержня:
где (определяем по табл. 21 СП).
Согласно пункту 9.2.8 СП так как то проверка устойчивости из плоскости действия момента не требуется.
Подбор сечения нижней части колонны
Действующие на нижнюю часть колонны усилия из таблицы РСУ равны:
- расчетная длина нижнего участка колонны в плоскости действия моментов
- из плоскости действия моментов
Предварительно задаемся типом сечения нижней части колонны. Принимаем составное сечение из 2-х ветвей соединенных решеткой. Высота сечения определена ранее - . Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополочного горячекатаного двутавра. Наружная ветвь составная из листов стали.
Ориентировочно определим центр тяжести всего сечения. Примем центр тяжести наружной ветви тогда расстояние между центрами тяжести ветвей колонны составит:
Расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести наиболее нагруженной колонны составит:
Тогда расстояние между всем центром тяжести всей колонны и ветви:
Найдем усилия в ветвях колонны:
- в подкрановой ветви:
Расчет подкрановой ветви:
Находим ориентировочную требуемую площадь сечения. Для этого задаемся коэффициентом продольного изгиба и маркой стали С235 с расчетным сопротивлением Тогда:
Для обеспечения устойчивости колонны из плоскости рамы принимают ширину ветви длины ветви т.е. в пределах
Принимаем двутавр 20Ш1. Его геометрические характеристики:
Гибкость это гораздо больше 150 – предельной гибкости для колонн. Т.о. осуществим подбор сечения по гибкости. Принимаем двутавр 40Ш1 (А = 1224; Jx1 = 34360 cм4 i x1 = 1676 cм i y1 = 718 cм).
Расчет наружной ветви:
Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же как в подкрановой ветви (388 мм). Толщину стенки швеллера принимаем равной 8 мм высота стенки из условия размещения сварных швов hcт = 400 мм.
Определим требуемую площадь полок:
Принимаем конструктивно:
Геометрические характеристики ветви:
z0 = (08×40×04 + 2×12×(122 + 08))56 = 31 см.
Iy2 = 08×40312 + 2×12×1312 + 12×2×1952 = 13394 cм4
Уточним положение центра тяжести:
Уточняем усилия в ветвях:
Рис.9. Сечение нижней части колонны
Проверка устойчивости ветвей колонны из плоскости действия момента
– получили большой запас прочности т.к. сечение подобрали по гибкости.
Проверка устойчивости ветвей колонны в плоскости рамы
Определяем требуемое расстояние между узлами решетки из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости рамы и из плоскости
Также для равноустойчивости наружной ветви:
Расчет решетки подкрановой части колонны.
Поперечная сила в сечении колонны Qmax = 698 кН. где A = 1784 - площадь сечения колонны.
Усилие в раскосе считая равномерную передачу сил на две плоскости найдем по формуле:
Где: - угол наклона раскоса sina = 0695
Зададимся lр = 120 j = 043.
Требуемая площадь раскоса:
g = 0.75 – сжатый уголок прикрепленный одной полкой.
Принимаем уголок 50x6. A = 569 см2 z0 = 146 cм imin = 098 см
Напряжение в раскосе:
Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.
Геометрические характеристики всего сечения:
А = Ав1 + Ав2 = 1224 + 56 = 1784 см2;
Ap1 =2×Ap = 2×569 = 1138 см2-площадь сечения раскосов по двум граням сечения колонны.
Для комбинации усилий догружающих наружную ветвь:
Для комбинации усилий догружающих подкрановую ветвь:
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных стержней.
2.3. Расчет и конструирование узла сопряжения частей колонны.
Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом (сечение 2-2)
Высоту стенки траверсы принимаем равной 600 мм из конструктивных соображений.
Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия:
lсм = bоп + 2×tпл = 18 + 2×2 = 22 см принимаем tпл = 2 см – толщина опорного листа подкрановой ступени.Rсмт = 3601025=3512 МПа.
Принимаем tтр = 08 см.
Прочность стыкового шва (Ш1) проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны. Наружную полку соединяем встык прямым швом ручной сваркой электродом Э-42. Усилие в наружной полке верхней части колонны:
Sп = 2 + hв =11392 + 32705 = 12235 кН.
Проверяем напряжения в стыковом шве:
Sп (bоп tпл) = 12235 (18 2) =339 – расчетное сопротивление шва.
Внутреннюю полку соединяем накладкой 420*18 (толщину накладки принимаем 18 мм ширину из конструктивных соображений). Накладка приваривается на монтаже полуавтоматической сваркой Св-28Г2С. .
Усилие во внутренней полке верхней части колонны:
Sв = 2 + hв =24362 + 32705 = 1872 кН.
Находим необходимую длину этой накладки:
Принимаем длину накладки по конструктивно.
Rср = 058×Rу = 0.58*23=13.34 кНсм2 – расчетное сопротивление срезу
Принимаем высоту траверсы 200 мм (из конструктивных соображений).
Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно 540 x 12 мм верхние горизонтальные ребра – из двух листов 180 x 10 мм.
Проектируем базу раздельного типа.
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны:
Уточняем усилия в ветвях колонны:
Для фундамента по заданию принят бетон класса B125 расчетное сопротивление по осевому сжатию . Базу (3 класс конструкций) проектируем из стали марки С 235 сварка осуществляется электродами Э42.
По конструктивным соображениям свес плиты с2 должен быть не менее 4 см. Тогда:
По конструктивным соображениям принимаем Lпл.тр=12 см. Следовательно фактическая площадь гораздо более требуемой.
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
Изгибающие моменты на отдельных участках плиты:
Участок 1 (консольный свес с = с1 = 1.6 см):
Участок 2 (консольный свес с = с2 =4 см):
Участок 3 (плита оперетая на 4 стороны; ba = 388120 = 32 > 2 a = =0125):
Для расчета принимаем М3 = 1854 кН×см.
Требуемая толщина плиты:
Принимаем tпл = 10мм (2 мм – припуск на фрезеровку).
Высоту траверсы определяем из условий размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08Г2С d = 1.4 2 мм kш = 8 мм.
Требуемая длина шва:
Конструктивно принимаем высоту траверсы hтр = 20 см.
Расчет анкерных болтов
Требуемое расчетное усилие в болтах
Где: М N — момент и нормальные силы действующие в уровне верхнего обреза фундамента определяемые при выборе наихудшего случая загружения.
а = 75 см - расстояние от оси колонны до середины опорной плиты подкрановой ветви;- расстояние между осями анкерных болтов;
Расчетное усилие в одном болте:
Rва =18.5 кНсм2 – расчетное сопротивление растяжению фундаментных болтов
По табл. 6.11[2] принимаем 2 болта диаметром 24мм с каждой стороны.
Выбираем диаметр 36 мм т.к. по усилия действующие на колонну малы. Длина заделки анкера в бетон 1300 мм.
Давление со стропильной фермы N = 2435 кН. Торец плиты оголовка назначаем 20 мм. С плиты оголовка давление фермы передается на вертикальные ребра колонны через их фрезерованные торцы.
Конструктивно принимаем сечение ребра 80x10мм. Назначаем толщины швов 6 мм соединяющих опорные ребра со стенкой колонны.
Увеличиваем длину ребра до 100 мм.
Остальные швы принимаем конструктивно.
-Нагрузка от покрытия
-Снеговая нагрузка для данной местности.
Ферма относится ко второй группе стальных конструкций. По таблице В.1 СП 16.13330.2011 выбираем сталь С 245 (Ry = 240 МПа).
Сбор нагрузок на стропильную ферму
На конструкцию фермы действует:
-нагрузка от веса покрытия за исключением веса фонаря; в данном расчете вес фонаря учитывается в виде сосредоточенных сил в местах опирания фонаря на ферму причем вес каркаса фонаря на единицу площади горизонтальной проекции фонаря равенна единицу длины т.о.:
-Вес бортовой стенки и остекления на единицу длины стенки
-Снеговая нагрузка .
При расчете фермы распределенные нагрузки учитываются в виде сосредоточенных сил приложенных в узлах фермы называемых узловыми силами.
Рис.10. Постоянная нагрузка на ферму
Снеговая нагрузка. Вариант 1.
Рис.11. Снеговая нагрузка на ферму (вариант 1)
Снеговая нагрузка. Вариант 2.
Рис.12. Снеговая нагрузка на ферму (вариант 2)
– длина фонаря - высота фонаря.
Расчет выполнен в ПК «ЛИРА».
Рис.13. Расчетная схема
Таблица усилий в стержнях фермы кН
Подбор сечений начинается с наиболее нагруженного стержня сжатого пояса
(В – 8). Расчетное усилие в нем N = - 646 кН.
Требуемая площадь сечения:
Выбираем два неравнополочных уголка 125x80x10 c F = 394 см2 ix = 398 см iy = 1226 см.
Гибкости принятого сечения:
ly = lyiy = 12001226 = 9787 [120].
По наибольшей гибкости находим jmin = 0.66
Таким образом гибкость стержня и напряжения в нем не превышают допустимых величин – он может быть принят.
Подбор сечения растянутых стержней осуществляем по формулам:
Аналогично подбираем и остальные стержни.
Все результаты расчета заносим в таблицу:
Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к фасонкам
Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С в углекислом газе. Для полуавтоматической сварки (по ГОСТ 8050-85) диаметр провлоки .
Несущая способность шва определяется прочностью по границе сплавления. Откуда определяется длина сварных швов:
-катет сварного шва применяем одинаковый для всех швов.
расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва при работе на срез по металлу шва
Исходя из этой формулы рассчитываются длины сварных швов для каждого стержня результаты приведены в таблице.
Расчет длин сварных швов крепления элементов фермы
Усилие в стержне N kH
Примечание: Для простоты производства фермы принимаем катеты швов во всех случаях 8мм
Подкрановая балка относится к первой группе стальных конструкций. По таблице В.1 СП 16.13330.2011 выбираем сталь С 255 (Ry = 230 МПа при толщине проката от 20 до 40 мм).
Кран грузоподъемностью Q = 153 т наибольшее вертикальное усилие на колесе Fкн = 150 кН; вес тележки GT = 37 кН; крановый рельс КР – 70.
Рис.14.Схема крановой нагрузки
Определение расчетных значений усилий на колесо крана.
Выполняем с учетом коэффициента надежности γn = 095.
Fk = γnncn K1 Fкн = 0950851111150 = 1466 кН где K1 – коэффициент динамичности учитывающий ударный характер нагрузки при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов; коэффициент K2 = 1.
Тk = γnncn K2Ткн = 09508511147 = 444 кН.
Определение расчетных усилий (наибольших изгибающих моментов и поперечных сил).
Наибольший изгибающий момент в разрезной балке возникает тогда когда равнодействующая всех сил находящихся на балке и ближайшая к ней сила равноудалены от середины пролета балки при этом наибольший изгибающий момент М будет находиться под силой ближайшей к середине пролета балки. А поскольку она очень близка к середине пролета балки то значение момента можно определить поставив одно из колес крана в середину пролета при этом погрешность не превышает 2%.
Расчетный момент от вертикальных сил(Рис. 15):
где α = 103 – коэффициент учитывающий влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке.
Расчетный момент от горизонтальных сил:
My = α Тk yi =103444(15+09) = 11 кНм.
Наибольшая поперечная сила будет при таком положении нагрузки когда одна из сил находится непосредственно у опоры а остальные расположены как можно ближе к опоре.
Рис.16. К определению расчетной поперечной силы
Расчетное значение вертикальной силы:
Qx = α Fkyi = 1031466(1+08) = 2718 кН.
Расчетное значение горизонтальной силы:
Qy = α Тk yi = 1034.44(1+08) = 823 кН.
Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6 мм и швеллера № 24.
При расчете балок вертикальные нагрузки воспринимает только сечение подкрановой балки а горизонтальные – тормозная конструкция (верхний пояс балки тормозной лист и окаймляющий швеллер). Т.о. верхний пояс подкрановой балки воспринимает вертикальные и горизонтальные нагрузки.
Из условия общей прочности определяем требуемый момент сопротивления сечения W. Влияние горизонтальных нагрузок на напряжение в верхнем поясе балки можно учесть с коэффициентом :
ht = hн = 1000 мм – ширина тормозной конструкции.
Задаемся гибкостью стенки:
Оптимальная из условия прочности и минимума расхода стали высота балки:
Определяем минимальную высоту балки из условия обеспечения жесткости:
где = 400 для крана режима работы 2К;
= 27950 кНсм; кНсм2.
Принимаем высоту подкрановой балки кратно 10 см т.о. .
Задаемся толщиной полок tf = 1 см. Отсюда высота стенки: hw=hb -2 tf =
Толщину стенки принимаем из условия ее работы на срез Qx:
Rs = 058Ry = 05823 = 1334 кНсм2 – расчетное сопротивление стали сдвигу.
tw ≥ 15 2718 681334 = 041 см принимаем толщину стенки 6 мм.
Гибкость стенки: не превышает 120.
Определение размеров поясных листов
Требуемый момент инерции сечения:
Момент инерции стенки:
Требуемая площадь пояса:
Исходя их этого принимаем полку из листа сечением 1×18см bf = 18см менее ширину полки сделать не можем по конструктивным соображениям.
Проверка устойчивости пояса
= 87 - условие выполнено т.о. образом устойчивость пояса обеспечена.
По полученным данным компонуем сечение.
Рис.17. Сечение пояса ПБ и тормозной конструкции
Геометрические характеристики принятого сечения
см4 – момент инерции принятого сечения подкрановой балки
см4 – момент инерции тормозной конструкции (включает в себя швеллер лист стали верхний пояс подкрановой балки и часть стенки равную 15 толщинам стенки)
– момент сопротивления тормозной конструкции для крайней точки верхнего пояса (точка А);
– момент сопротивления верхнего пояса.
Проверка нормальных напряжений в верхнем поясе
Проверяем напряжения в т. А:
Проверка прочности стенки на действие касательных напряжений на опоре
- с учетом работы поясов
- без учета работы поясов
Жесткость балки обеспечена т.к. .
Проверка прочности стенки балки от действия местных напряжений под колесами крана
см где -момент инерции рельса КР-70
с – коэффициент податливости сопряжения пояса и стенки для сварных балок.
Проверка приведенных напряжений
– коэффициент для расчета разрезных балок
Проверка местной устойчивости стенки балки
Условная гибкость стенки: - местная устойчивость не обеспечена.
Укрепляем стенку балки поперечными ребрами жесткости. Расстояние между поперечными ребрами не должно превышать 2hст = 268 = 136 см.
Устанавливаем ребра жесткости через 120 см что кратно 6 м – пролету подкрановой балки.
Определяем сечения ребер жесткости по конструктивным требованиям СП 16.13330.2011. Ширина ребра принимаем ширину ребра . Толщина ребра
Принимаем толщину ребра мм.
Для проверки местной устойчивости выделяем 2 расчетных отсека:
)В середине балки (где max )
Т.к. длина отсека а = 12 м и превышает его высоту то проверяем на расстоянии 05 - от края отсека.
Проверка местной устойчивости стенки балки первого отсека x1 = 860 мм
Рис. 18. Эпюра ВСФ ПБ
Берем значения изгибающего момента и поперечной силы на расстоянии x1 = 860 мм с учетом α = 103:
Qx1 = 103702= 723 кН
Мx1 = 103178 = 18334 кНм.
Значения в сечении 1-1:
Q1 = 103207 = 21321 кН
М1 = 103107 = 11021 кНм.
Значения в сечении 2-2:
Q2 = 103702 = 723 кН
М2 = 103202 = 20806 кНм.
Средние значения момента и поперечной силы в расчетном отсеке:
Определяем в стенке опорного отсека при x1 = 860 мм.
– в уровне верхней кромки стенки .
Местные напряжения под колесом крана:
- коэффициент надежности по нагрузке
- сумма собственных моментов инерции кручения пояса и рельса.
Определяем критические напряжения для стенки опорного отсека при отношении
Коэффициент защемления стенки
по табл. 13 СП 16.13330.2011 крановые рельсы не приварены.
поэтому при определении коэффициентов и подставляем .
По табл. 14 значение = 168 ; по табл. 15 = 156; по табл. 16 = 726.
Условная гибкость стенки:
Критическое напряжение вычисляемое по формуле (83) СП:
Проверка местной устойчивости стенки балки по формуле (80) СП:
91 - местная устойчивость обеспечена.
Проверка местной устойчивости стенки балки второго отсека x2 =3260 мм
Рис.17. Эпюра ВСФ ПБ
Берем значения изгибающего момента и поперечной силы на расстоянии
x2 = 3260 мм с учетом α = 103:
Qx2 = -1031213= -1249 кН
Мx2 = 103332 = 342 кНм.
М1 = 103327 = 3368 кНм.
Q2 = -1031213 = -1249 кН
М2 = 103291 = 300 кНм.
Определяем в стенке опорного отсека при x2 = 3260мм.
351 - местная устойчивость обеспечена.
Верхние поясные швы подкрановых балок из условий равно прочности с основным металлом рекомендуется выполнять с проваркой на всю толщину стенки и тогда их расчет не требуется. Толщину поясных швов в общем случае обычно вначале назначают по конструктивным требованиям и проверяют их прочность по условию (при расчете по прочности металла шва):
Толщину поясных швов принимаем .
— статический момент брутто пояса и -коэффициенты условия работы.
- коэффициент принимаемый при сварке элементов из стали с пределом текучести до 540МПа. Т.к. сварка автоматическая "в лодочку " и диаметр проволоки 3-5мм то ;
расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва при работе на срез по металлу шва.
- нормативное сопротивление металла шва для сварочной проволоки Св-08ГА под флюсом для автоматической и полуавтоматической сварки (по ГОСТ 2246-70).
коэффициент надежности по металлу =125т.к.
Тогда согласно условию:
Таким образом условие прочности швов соблюдается.
Опорное ребро балки опирается на колонну строганным концом. Принимаем сечение ребра 180х10мм; .
Рис.18. Опорное ребро подкрановой балки
Проверка напряжений смятия в опорном ребре:
Проверяем условную опорную стойку на устойчивость.
Для этого определяем:
Расчетную площадь сечения.
Aс — площадь расчетного сечения равная площади сечения опорного ребра и полосы стенки шириной со стороны ребра.
Момент и радиус инерции сечения условной стойки:
Гибкость опорной стойки:
Проверяем устойчивость опорной стойки
Проверяю прочность сварных швов прикрепляющих ребро к стенке сварка ручная .
Расчетная длина шва:
Прочность крепления торцевого ребра обеспечена.
Металлические конструкции : в 3 т.-Т.2. Элементы стальных конструкций : Учебное пособие для вузов Под редакцией В.В. Горева. – М.: Высшая школа1997.-527с.
Примеры расчета металлических конструкций Под редакцией Мандрикова А.П. – М.:Стройиздат1991.- 431с.
Металлические конструкции Е.И. Беленя – М.: Стройиздат. 1986 .-560с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия –М.1986.
СП 16.13330.2011 Стальные конструкции.

КМ_итоговый.dwg

Собственный вес конструкций покрытия
Утеплитель (мин.вата t=50мм
Пароизоляция (1слой рубероида)
Стяжка цементная (пенобетон)
Гидроизоляция 4 слоя
Защитный слой из гравия
Торец опорного ребра строгать
АС-404.270102.2012-КМД
Ось монтажного стыка
Стальной каркас одноэтажного
промышленного здания
Примечания 1. Изготовление и монтаж конструкций производить согласно ГОСТ 23118-99 "Конструкции стальные строительные" и СП 53-101-98 2. Материал фасонок - С245
поясов С245 по ГОСТ 27772-88 3. Заводские и монтажные швы выполнять полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа по ГОСТ 10157-75 4. Для полуавтоматической сварки применяется проволока сплошного сечения марки Св-08Г2С
диаметром 1.4 мм по ГОСТ 2246-80 5. Монтажные соединения выполнять на болтах М20 точности В из стали ВСт3сп2 класса точности 4.6 по ГОСТ 1759-79
и сварке. 6. В монтажном стыке фермы после установки болтов и накладок обварить накладки 7. Соединительные прокладки располагать по длине сжатых стержней 40i
по длине растянутых - 80i 8. Фланговые швы вывести за торец элемента на длину 20 мм 9. Торец опорного ребра строгать 10. Монтажную сварку производить электродами типа Э-46 по ГОСТ 9467-19.
Геометрическая схема Ф-1
Требуется изготовить
План связей по верхним поясам ферм (М 1:500)
План связей по нижним поясам ферм (М 1:500)
Поперечный разрез цеха (М 1:400)(2-2)
Схема вертикальных связей (М 1:500) (1-1)
Фасон. лист Св. 2 отв.
Фасон. лист Св. 4 отв.
Св. 6 отв торец фрезеровать.
АС-404.270102.2012-КМ
Примечания: 1. Нагрузки на конструкции приняты в соответствии СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия". Ветровой район III
снеговой район IV. 2. Изготовление и монтаж конструкций производить согласно ГОСТ 23118-99 "Конструкции стальные строительстве" и СП 53-101-98. 3. Расчет конструкций произведен в соответствии со СНиП 16.13330.2011 "Стальные конструкции" 4. Материал ферм - сталь С245
материал колонн -сталь С235
подкрановых балок сталь С255
материал связей - С235 по ГОСТ 27772-88. 5. Монтажные соединения выполнять на болтах М20 класса точности В по ГОСТ 7793-70
и сварке. 6. Заводские швы выполняются полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа по ГОСТ 10157-75. 8. Для полуавтоматической сварки применяется проволока сплошного сечения d = 14 мм
марки СВ-08Г2С по ГОСТ 2246-80. 9. Монтажную сварку производить электродами типа Э-46 по ГОСТ 9467-19. 10. Верхний пояс подкрановой балки варить с полным проваром.
Схема вертикальных связей
поперечный разрез цеха
К-1 (колонна крайняя)
К-2 (колонна средняя)
ВС-1 (вертикальная связь)
ВС-2 (вертикальная связь)
ВС-3 (вертикальная связь)
ВС-4 (вертикальная связь)
фс-1 (стропильная ферма)
Р-5 (продольная горизонтальная связь)
Р-1 (поперечная горизонтальная связь)
ПБ-1 (подкрановая балка)
по верхнему и нижнему поясу
Масса наплавленного металла 1%
Утеплитель (мин.вата t=100мм)
Пароизоляция (1слой пергамина)
Гидроизоляция 3 слоя
фс-2 (стропильная ферма)
Затраты труда чел-см
Продолжительность дней
Возведение подземной части
Разработка котлована
Устройство монолитных ростверков
Устройство стен подвала
монтаж перекрытия над подвалом
Возведение надземной части
Возведение стен из кирпича
Возведение кирпичных перегородок
лестничных маршей и площадок
Установка оконных и дверных блоков
Устройство стяжки на полах
гидроизоляция санузлов
Устройство водоснабжения и канализации
Прокладка внутренних электросетей
Монтаж мусоропровода
Остекление окон и дверей
Оштукатуривание стен и потолков
Окрашивание потолков и столярных изделий
Установка сантехнического оборудования
Внутренние электромонтажные работы
Благоустройство территории