Курсовой проект "Стальной каркас промышленного здания"

Oseledets_me.dwg

Схема связей по верхним поясам ферм
Схема связей по нижним поясам ферм
Стальной каркас промышленного
КР 270102.02.01 - 44В
Схемы расположения конст-
Материал колонны К1-сталь С275
Материал анкерных плиток-сталь С345
Болты класса 4.6. грубой точности по ГОСТ 1589-70
Все неоговоренные швы варить высотой 6мм
Все отверстия d23мм под болт 20М
Ферма ФС1 разработана на листе 2
подкрановые конструкции и связи в данном прооекте
связей и элементов покрытия
ПЛ1 22 Плита опорная
ФС1Т 2 Ферма торцевая
ФС1С 6 Ферма связевая
ФС1 3 Ферма стропильная
К3 10 Колонна фахверка
Марка Кол. Наименование элементов
Спецификация стали на ФС2
Отправочная марка фермы
Стальной каркас промышленного здания
Схема разбивки фермы на отправочные марки
спецификация элементов
Материал элементов фермы - С275
Все отверстия d=22 мм под болты М20
Все неоговоренные швы варить высотой 6 мм
Планки позиций 24 28 ставятся на равных расстояниях
Отправочная марка ФС2 вычерчена в масштабе:
Геометрическая схема ФС2

Oseledets_metally.docx

1.Исходные данные для выполнения проектирования выбираются из таблицы
Таблица 1.1 Исходные данные для выполнения проектирования.
Фамилия И.О. студента: Оселедец
Номер учебной группы: 44В
ХАРАКТЕРИСТИКА КРАНА
Грузоподъемность крана
Отметка головки рельса
Масса кран с тележкой
Помимо этого используются следующие данные:
Проектируемое здание одноэтажное отапливаемое однопролетное с теплой кровлей. Кровля из стального профилированного оцинкованного настила с эффективным утеплителем по стальным прогонам и фермам.
Стены из сборных железобетонных панелей самонесущие.
Все несущие конструкции каркаса – стальные.
Два мостовых электрических крана работают одновременно. Режим работы кранов относится к группе 6К.
Фундаменты под колонны – столбчатые из тяжелого бетона класса по прочности не ниже В 12.5.
Отметка чистого пола - ± 0.000.
Здание проектируется в пределах городской застройки тип местности – В (по ветровому давлению).
По классу ответственности проектируемое здание относится ко второму классу (классII ).
Соединение колонны с ригелем (фермой) в плоскости рамы принимается жестким из плоскости рамы – шарнирным.
Верхняя часть колонны сварная сплошностенчатая двутаврого сечения нижняя часть сквозная. Сечение шатровой ветви состоит из двух равнополочных уголков и листа а сечение подкрановой ветви проектируется из прокатного двутавра. Ригель проектируется из парных уголков.
КОМПОНОВКА КАРКАСА ЗДАНИЯ.
1. Назначение размеров поперечной рамы.
1.1 Размеры по вертикали.
Размеры рамы по вертикали определяются исходя из заданной отметки
головки кранового рельса (по заданию ). Полная высота помещения Н от пола до низа ригеля определится по формуле (2.1):
Так как высота Н >108м то принимаем высоту помещения кратно 18 м.
округлим до целого числа в большую сторону и получим 13 панелей на колонну тогда Н= 1318=234м.
По формуле (2.2) скорректируем отметку кранового рельса:
Длину нижней части колонны определим по формуле (2.3):
По формуле (2.4) определим длину верхней части колонны:
Высота рамы от обреза фундамента:
1.2. Размеры рамы по горизонтали
Определим высоту сечения верхней части колонны:
конструктивно принимаем
Определим высоту сечения нижней части колонны.
Первоначально величину привязки колонны принимаем
тогда по формуле (2.5) привязка кранового рельса к разбивочной оси должна быть не менее:
примем кратно 025 м м. тогда высота сечения нижней части колонны равна:
Должно соблюдаться условие . Так как условие не удовлетворяется то принимаем ;
1.3. Размеры ригеля (фермы)
Рис. 2.2. Очертание ригеля
Принимаем высоту фермы на опоре равную Высоту ригеля в середине пролета определим по формуле (2.7):
Высоту левого отправочного модуля фермы в пролете при длине панели верхнего пояса равной определим по формуле:
2. Разбивка сетки колонн
Длина проектируемого здания Так как длина здания меньше нормируемой длины (вдоль здания [2 табл.42]) следовательно здание должно состоять из одного температурного блока (см. рис.2.3).
Рис.2.3.План расположения колонн
Принимаем ленточное остекление. Так как высота здания более то высоту стеновых панелей и панелей остекления принимаем равными 18 м. Пример компоновки фасада показан на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Фрагмент фасада
При компоновке колонны необходимо учитывать что наружная (шатровая) и внутренняя (подкрановая) ветви колонны соединяются гибко благодаря чему каждая ветвь из плоскости рамы работает самостоятельно.
Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса
Размеры колонны по высоте определяются исходя из конструктивных соображений.
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАРКАСА ЗДАНИЯ
1. Расчетная схема рамы
Конструктивная схема поперечной рамы каркаса (см. рис. 3.1) приводится к расчетной (см. рис.3.2). За расчетную высоту рамы Н принимается расстояние от обреза фундамента до низа ригеля. За пролет принимается расстояние между разбивочными осями колонн
Для получения расчетной схемы необходимо определить дополнительные геометрические характеристики рамы. Эксцентриситет смещения осей верхней и нижней частей колонн (см.рис.3.3) определяется по формуле: м.
Эксцентриситет приложения веса стены при ненесущих стенах определяется по формуле:
где - толщина стеновой панели.
Эксцентриситет приложения крановой нагрузки при условии совпадения осей подкрановой ветви колонны и подкрановой балки определяется по формуле:
2. Сбор нагрузок на поперечную раму
2.1. Постоянные нагрузки
Собственный вес шатра (рис.3.4) на 1 м2 удобнее всего определять в табличной форме. В распределенную нагрузку включаются веса всех слоев кровли конструкции фермы и связей с соответствующими коэффициентами надежности по нагрузке –. Вес прогонов при шаге рам м примем 007 кПа.. Вес ферм со связями принимается равным 02 кПа при пролете рамы м.
Рис.3.4. Схема приложения нагрузок на раму
Таблица 2 – Нагрузка на шатёр
Состав покрытия и шатра
Нормативная нагрузка
Защитный слой (мастика с гравием)
Гидроизоляционный ковёр (5 слоёв)
Утеплитель (пенополистирол)
Пароизоляция (рубероид на битумной мастике)
Панель покрытия (профил. стальной настил)
Погоны фермы связи ферм покрытия
Линейная распределенная нагрузка на ригель (ферму) от веса шатра:
где - расчетная постоянная нагрузка на 1 м2 определяемая в табличной форме; В- шаг рам; - здесь и далее коэффициент надежности по назначению.
Собственные веса колонны и подкрановой балки определяются по формулам:
Собственный вес стенового ограждения подсчитывается по формуле:
где кНм3- объемный вес материала стеновой панели; кНм3 - объемный вес стекла; м и м - суммарные высоты стен и остекления соответственно не включая цокольную панель и первую полосу остекления; м - толщина двойного остекления.
2.2. Снеговая нагрузка
Величина нормативной снеговой нагрузки на 1 м2 кровли определяется по следующей формуле:
где - вес снегового покрова принимаемый в зависимости от района строительства (Красноярск); - коэффициент перехода снеговой нагрузки на земле к нагрузке на 1 м2 проекции кровли. Так как уклон кровли менее то коэффициент .
Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы от снега определяется по следующей формуле:
Коэффициент надёжности для снеговой нагрузки принимаем равным 16 так как выполняется отношение:
2.3. Нагрузки от мостовых кранов
Вертикальное давление кранов. Расчетная сила передаваемая на колонну колесами крана определяется по линии влияния опорных реакций (Л.вл. ) подкрановых балок (рис.3.5) при невыгоднейшем расположении двух кранов на балках по формуле:
где ; коэффициент сочетаний принимаемый для кранов режима работ равным ; - нормативное давление го колеса крана; - ордината линии влияния под м колесом: - количество колес двух кранов уложившихся в пределах двух подкрановых балок их 6.
На противоположный ряд колонн также действует вертикальная сила от крана но значительно меньшая. Усилие определяется по формуле:
При кране грузоподъёмностью 80 т. число колёс с одной стороны крана равно 4 а масса крана с тележкой равна т. тогда
Поперечное торможение. Расчётная горизонтальная сила Т передаваемая подкрановыми балками через тормозные балки на колонну определяется по формуле:
Сила горизонтального давления передаваемая колесу крана равна:
где т. - масса тележки крана;
2.4. Ветровая нагрузка
Нормативное значение ветрового давления определяем в зависимости от ветрового района строительства. Город Красноярск расположен в 3 ветровом районе следовательно 038 кПа. Максимальная высотная отметка здания 27000 м (рис. 3.6в). Построим эпюру коэффициента (рис. 3.6а).
Определим ординаты эпюры на отметках 27000 м и 23400 м:
Для удобства расчётов приведём эпюру к эквивалентной по площади . Определим значение ординат :
Ветровую нагрузку линейно распределённую по колонне определим по формуле:
С наветренной стороны с аэродинамическим коэффициентом :
С подветренной стороны с аэродинамическим коэффициентом (при и по интерполяции (3 прил 4)):
Ветровая нагрузка приходящаяся на парапет прикладывается в уровне низа фермы на отметке 23400м. Определим площадь эпюры в пределах высоты парапета (от низа ригеля 23400 до верха парапета 27000): м
тогда сосредоточенное давление ветра приходящееся на парапет определится по формуле:
С наветренной стороны кНм;
С подветренной стороны кНм.
3. Жесткостные характеристики элементов рамы
Жесткость сквозного ригеля (фермы) определяется по формуле в которой примем так как ; МПа при толщине фасона от 2 мм до 20 мм.
Жесткость нижней части колонны определяется по формуле:
где так как шаг рам 6м.
где - расчетное продольное усилие в основании свободно стоящей колонны от постоянной нагрузки и снега:
Жесткость верхней части колонны определяется по формуле:
где - коэффициент учитывает неравенство площадей сечений нижней и верхней частей колонны;
4. Расчет рамы на отдельные нагрузки
Расчет на отдельные нагрузки производится на ЭВМ по комплексу программ "КМК" (Конструкции металлического каркаса). На постоянные нагрузки снег и ветер рассчитывается отдельная плоская рама. Для расчёта необходимы следующие дополнительные данные:
Примем прогонное покрытие. Диск покрытия создается системой продольных горизонтальных связей покрытий. Жёсткость покрытия примем ориентировочно (при шаге рам 6м) . Тогда отношение жесткостей будет равно:
Для расчёта на ЭВМ усилий действующих в раме составим таблицу исходных данных:
Таблица 3 – Исходные данные:
Высота верхней части колонны
Полная длина колонны
Высота фермы у колонны
Уклон верхнего пояса фермы (тангенс)
Число панелей полуфермы верхнего пояса
Высота сечения нижней части колонны
Высота сечения верхней части колонны
Эксцентриситет смещения осей. [-]
Эксцентриситет стеновой панели. [-]
Эксцентриситет подкрановой балки. [+]
Нагрузка – постоянная
Распределённая по ригелю
Вес подкрановой балки
Снеговая распределённая по ригелю
Крановая (от торможения)
Ветер распределенный по колонне
Ветер сосредоточенный под ригелем
Монтажная распределённая по ригелю
Усилия действующие в стойке рамы рассчитываются на ЭВМ по пакету программ “КМК”.
Расчет СТОЙКИ РАМЫ (колонны)
От постоянах нагрузок:
От снеговой накрузки:
От крана -- (Dmax слева):
От крана -- (Dmin слева):
От торможения крана -- Т у левой вправо :
От торможения крана -- Т у правой влево :
РАСЧЕТ СОЧЕТАНИЯ УСИЛИЙ ДЛЯ СТОЙКИ (КОЛОННЫ)
Шифры временных нагрузок (шифры В.Н.) :
II- ОСНОВНОЕ СЕЧЕНИЕ
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ
1. Расчетные длины колонны
Для ступенчатых колонн расчетные длины в плоскости рамы определяются раздельно для нижней и верхней частей колонны предварительно определив коэффициенты привидения длин. Отношение продольных сил
и отношение длин следовательно и определим по (2 табл.18); для случая “конец закреплён только от поворота” и тогда расчётные длины равны:
Расчётные длины колонн из плоскости рамы (рис. 4.1.) примем равными расстоянию между закреплениями колонны из плоскости рамы:
2. Подбор сечения верхней части колонны
2.1. Последовательность подбора сечения.
По результатам статического расчёта определили что максимальный ядровый момент находится в сечении 4-4 и составляет . В этом сечении действуют усилия:
Для заданной стали из [2 табл. 51*] примем для листа толщиной до 20 мм МПа.
Приближённо требуемую площадь сечения определяется по формуле:
где - здесь и далее коэффициент условий работы определяемый по [12. табл.6*].
Конструктивно примем минимально допустимую толщину стенки из условия коррозии мм а высоту мм.
Определяется требуемая площадь полки:
Ширина полки принимается в соответствии с условием
в соответствии с сортаментом принимаем 12 мм.
Для принятого сечения определяются геометрические характеристики:
площадь сечения: см2;
момент инерции относительно оси Y:
момент инерции относительно оси X:
момент сопротивления:
Находится относительный и приведённый эксцентриситеты:
где - коэффициент влияния формы сечения [2 табл. 73] учитывающий степень ослабления сечения пластическими деформациями.
так как выполняются условия и тогда :
2.2. Проверки в плоскости рамы
Так как то проверка прочности не требуется.
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости рамы производится по формуле:
где коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии. Определяется по [2 табл.74] в зависимости от значений и .
Условие прочности выполняется запас не превышает 5%.
2.3 Проверка устойчивости из плоскости рамы
Наибольший ядровый момент в пределах верхней части колонны -
Подсчитывается изгибающий момент M1 для другого конца стержня от тех же нагрузок которые учитывались при подсчете момента М (то есть в сечении 3-3).
Строится эпюра моментов по длине стержня (рис.4.2).
Определяем максимальный момент в средней трети:
Окончательно принимаем .
Вычисляется относительный эксцентриситет:
Определим коэффициент с. Так как то
Принимаем Так как то
Проверка удовлетворяется запас 191%
2.4 Проверки местной устойчивости стенки и полок
Проверку местной устойчивости стенки выполняется по формуле
для этого определяется коэффициент :
Следовательно принимаем :
Проверка удовлетворяется следовательно местная устойчивость стенки верхней части колонны обеспечивается.
Отношение расчетной ширины свеса поясного листа (полки) к его толщине следует принимать не более предельного значения.
Так как выполняется условие то
Местная устойчивость полок обеспечена.
3 Расчет нижней части колонны
Нижняя часть колонны состоит из двух ветвей связанных между собой соединительной решеткой. Расчету подлежат подкрановая и шатровая ветви (в плоскости и из плоскости рамы) и решетка. Делается общая проверка устойчивости колонны как единого стержня.
3.1. Определение усилий в ветвях
Перед началом расчета положение центра тяжести сечения находится приближенно (рис.4.5). Наибольший отрицательный ядровый момент нижней части колонны - а наибольший положительный
Расстояние от центра тяжести до шатровой и подкрановой ветвей определится из соотношения ядровых моментов по формулам:
Расчетное усилие в шатровой ветви определяется по и действующих в пределах нижней части колонны (сечение 1-1 либо 2-2). для комбинации с наибольшим положительным ядровым моментом.
Усилия в подкрановой ветви по и для комбинации с наибольшим отрицательным ядровым моментом:
3.2. Предварительный подбор сечения ветвей
Требуемые площади ветвей определяются по формулам:
где принимается ориентировочно 08 тогда
Подкрановая ветвь принимается из прокатного двутавра по сортаменту с площадью ближайшей к требуемой. Принимаем I № 335 Б1 с площадью см2 высота двутавра мм.
Шатровая ветвь компонуется из листа и двух прокатных равнополочных уголков толщину листа принимают близкой к толщине полки верхней части колонны (для удобства соединения) и не менее 6 мм. Принимаем мм. Ширину листа принимают по сортаменту прокатной листовой стали ближайшую меньшую к высоте двутавра: мм. Требуемая площадь одного уголка определяется по формуле:
По требуемой площади подбирается уголок с площадью близкой к требуемой по действующему сортаменту. Принимаем 2 уголка 125x8 с см2 см см4. Площадь шатровой ветви см2.
3.3. Подбор и проверки сечения ветвей
Находится положение центра тяжести принятого сечения шатровой ветви от наружной грани колонны (рис. 4.3):
Площадь подкрановой ветви см2;
Площадь шатровой ветви см2;
Уточним положение центра тяжести всего сечения нижней части колонны:
Уточняются усилия в ветвях колонны:
Геометрические характеристики сечений ветвей:
подкрановой ветви (из сортамента):
см2; см4; см4; см; см.
шатровой ветви (рассчитываются):
Находятся гибкости ветвей в плоскости и из плоскости рамы:
где - расчетная длина ветви в плоскости рамы.
Определяются коэффициенты по [2. табл.72] .
Производятся проверки обеих ветвей в плоскости и из плоскости рамы как центрально сжатого элемента:
Так как условие не удовлетворяется то сечение соответственно изменяют и проверка повторяется начиная с пункта 1.
Примем следующее сечение колонны:
Подкрановая ветвь – I № 50Б2; с площадью см2 hД = 496 мм.
Шатровая ветвь – 2 уголка 125х8 и лист 480х16.
см4 z0=3.63 см. см2
Находится положение центра тяжести принятого сечения шатровой ветви
Проверка ветвей из плоскости рамы:
Проверка ветвей в плоскости рамы:
3.4. Расчет решетки колонны
Определим наибольшее из всех сочетаний усилие в сечении 1-1 рамы. Выпишем значения Q и составим таблицу.
Наименование нагрузки
Так как угол наклона решётки принят то усилие в раскосе определяется по формуле:
где - угол наклона решетки.
Требуемая площадь раскоса определяется по формуле:
Принимаем уголок 50x5 с см2 и см.
Определим гибкость принятого раскоса:
Определим предельную гибкость: тогда
; гибкость уголка меньше предельной проверка удовлетворяется.
Приведённая гибкость
Проверку устойчивости раскоса производим по формуле:
Устойчивость не обеспечивается поэтому необходимо увеличить сечение раскоса.
Примем уголок 75x6 см2 и см.
Окончательно принимаем уголок 75x6.
3.5. Проверка устойчивости нижней части колонны как внецентренно сжатого стержня
Определим момент инерции всего сечения относительно оси X:
Определим приведённую гибкость:
Предварительно определим:
Определим приведённую условную гибкость:
Определяется по формуле в которой определяется по [2 табл.72] в зависимости от расчетное сопротивление стали принимаемое для фасона;
Оставляем сечение раскоса прежним.
Наибольшее сжатие шатровой ветви соответствует комбинации усилий при
Относительный эксцентриситет:
Наибольшее сжатие подкрановой ветви соответствует комбинации усилий при
Находятся коэффициенты продольного изгиба колонны по [2. табл.75] в зависимости от и :
для шатровой ветви: ;
для подкрановой ветви: .
Проверяется устойчивость при наибольшем сжатии шатровой ветви:
при наибольшем сжатии подкрановой ветви:
Общая устойчивость нижней части колонны обеспечивается.
4 Расчёт соединения верхней части колонны с нижней
Конструкция показана на рисунке 4.4. Примем высоту соединительной траверсы м а толщину опорной плиты подкрановой балки примем мм.
Толщину вертикального ребра примем мм. Толщина горизонтальных рёбер равна мм а их вылет в каждую сторону мм.
4.1. Проверка стыкового шва
Стыковой шов проверяется на комбинацию и соответствующую максимальному по абсолютной величине ядровому моменту в сечении 3-3 по формуле:
Так как концы швов выводятся за пределы стыка то принимаем .
Прочность шва обеспечена.
4.2. Назначение толщины траверсы
Толщину траверсы определим из условия ее прочности на смятие по формуле:
где МПа - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности определяемое по [2. табл. 1*]: мм - длина площадки передачи нагрузки ; - расчетное значение веса подкрановой балки.
Длину шва (крепление вертикальных ребер к траверсе) рассчитаем по формулам:
Вычислим срезающее усилие:
Катет сварного шва примем мм.
Определим длину шва из условия среза по металлу шва при сварке электродами Э50А при МПа:
Из условия среза по металлу границы сплавления при МПа.
Длина шва назначается из условия восприятия и . Определим максимальное срезающее усилие по формуле:
Усилия и в сечении 3-3 подсчитаем по сочетанию усилий шифры которых взяты в сечении 2-2 по наибольшему отрицательному ядровому моменту .
Требуемая длина шва определяется из обеспечения прочности соединения по формулам:
Расчётные длины швов и меньше принятой конструктивно высоты траверсы.
4.5. Расчет траверсы
Принятое сечение траверсы (1-1 на рис.4.4) проверяется в следующем порядке:
Находятся максимальный изгибающий момент и поперечная сила :
где 1.2 - учитывает неравномерность передачи усилий от подкрановой балки; .
Определяются геометрические характеристики сечения траверсы:
положение центра тяжести сечения траверсы:
момент сопротивления
Проверку нормальных напряжений осуществляем по формуле:
Проверяются касательные напряжения:
где МПа здесь и далее расчетное сопротивление
стали траверсы на сдвиг определяется по [2 табл.1*].
Прочность не обеспечивается увеличиваем толщину траверсы до мм:
Прочность траверсы на срез обеспечивается.
5 Расчет и конструирование базы колонны
Проектирование базы под шатровую ветвь производится в следующем порядке.
Определяется расчетное усилие в шатровой ветви:
где и усилия в сечении рамы 1-1 соответствующие наибольшему положительному ядровому моменту:
для подкрановой ветви:
Требуемые площади опорных плит определим по формуле:
где МПа - расчетное сопротивление бетона смятию.
для шатровой ветви: м2;
для подкрановой ветви: м2;
Определяются размеры плиты. Ширина плиты определяется конструктивно. Для этого определим ширину сечения ветви у опорного листа вместе с рёбрами мм примем толщину траверсы базы колонны мм консольный участок опорного листа базы примем ; мм. Округляем до ближайшей большей прокатываемой ширины листа и принимаем окончательно мм. Ширина подкрановой плиты определяется аналогично. Ширина сечения подкрановой ветви выписывается из сортамента по принятому двутавру
мм. Окончательно принимаем мм.
Определяем длины плит.
Для шатровой ветви: мм; с учётом ширины сечения нижней части колонны примем не менее мм с учётом округления до 1 см мм.
Для подкрановой ветви: мм; так ж примем не менее мм с учётом округления до 1 см мм.
Проверяется прочность бетона фундамента на смятие. Примем выступы фундамента за пределы плиты мм.
Определяются толщины опорных плит. Определяем изгибающие моменты на участках:
для подкрановой ветви
Определяем толщины плит:
мм увеличим на 2 мм для фрезерования и примем в соответствии с сортаментом мм.
Для подкрановой ветви
Назначим предварительно толщину траверс мм.
Плечо грузовой площади мм;
Нагрузка на траверсу кНм.
Определим усилие в шве крепления траверсы к ветви колонны:
Определим высоту траверсы при катетах сварных швов мм:
из конструктивных соображений мм в соответствии с сортаментом мм.
Определим высоту траверсы:
из конструктивных соображений мм.
6. Расчет анкерных болтов
Определим усилия в болтах от каждой нагрузки предварительно выписав значения и из распечатки (сечение 1-1) полученной при статическом расчёте рамы. Результаты расчёта сведём в таблицу 5.
Таблица 5 – РСУ для сечения 1-1
Определим РСУ при которых в ветвях колонны действуют наибольшие растягивающие усилия (сечение 1-1). Результаты сведём в таблицу 6.
Таблица 6 – РСУ для анкерных болтов.
Усилия в анкерных болтах кН
I основное сочетание
II основное сочетание
Определим требуемую площадь анкерных болтов подкрановой ветви
где - два болта на ветвь.
Примем диаметр одного болта равным 48 мм.
Площадь одного болта см2 двух болтов - см2.
Примем диаметр одного болта равным 36 мм.
Площадь одного болта см2 4-х болтов - см2.
Определим требуемую площадь анкерных болтов шатровой ветви
Примем диаметр одного болта равным 42 мм.
Примем диаметр одного болта равным 30 мм.
Расчёт анкерных плиток.
Для подкрановой ветви примем мм
Определим изгибающий момент в плитке:
Требуемая толщина плитки определяется по формуле:
В соответствии с сортаментом листов и примем толщину анкерной плитки мм.
Для шатровой ветви примем мм

raschet_elementov_RIGELYa.docx

5. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РИГЕЛЯ РАМЫ
Принятые для курсового проектирования конструкции узлов крепления ригеля (фермы) к колонне позволяют (в эксплуатационном периоде здания) считать данное соединение жестким. В монтажный период здания так как крепление ригеля происходит поэтапно и на первом этапе ригель работает как шарнирно опертая ферма (элемент верхнего пояса не включается в работу) расчет производится на вертикальную монтажную нагрузку без учета разгружающих опорных моментов.
1. Геометрическая схема ригеля
Геометрическая схема отправочной марки фермы приведена на рис. 5.1.
Рис. 5.1 Отправочная марка фермы.
2. Расчетные усилия в элементах фермы
Расчетные усилия определяются в результате статического расчета фермы как шарнирно-стержневой системы на ЭВМ.
3. Подбор сечений элементов фермы
Верхний пояс В1 (растянут).
где Ориентировочно учитывает ослабление сечения болтами.
Принимается 2 L 50x5: А=2x48 см2 i=1.53 см lеф=301.5см
An=2*Ауг-2d*tуг=2*48-2*2*05=76 см2
Несущая способность:
Так как принят минимальный возможный по сортаменту уголок повторный подбор сечения не производится.
Верхний пояс В3 (сжат).
принимаем λ=80; φ=0652; Ry=270 МПа
По iтр 2 L 140х90х10: i=256 см
Принимаем 2 L 140х90х10; А=2*222 см2 ; λ=118; φ=0391
Проверка гибкости α=NNo=408.7446=092
[λ]=180-60α=180-60*0.92=125>118. Проверка гибкости элемента удовлетворяется.
Нижний пояс Н2 (растянут).
Принимается 2 L100х63х7: А=2x111=222см2
An=2*Ауг-2d*tуг=2*111-2*2*1=194 см2
Проверим ближайшее меньшее сечение 2 L10х63х6: А=959см2
An=2*Ауг-2d*tуг=959-2*2*08=1678 см2
Окончательно принимается 2 L100х63х6
Опорный раскос Р1 (сжат).
принимаем λ=110; φ=0439; Ry=270 МПа
По Атр 2 L 125х80х8: А=2
А=31.96см2 ; λ=98; φ=0519
Проверка гибкости α=NNo=42595=0.839
[λ]=180-60α=180-60*0.839=130>98. Проверка гибкости элемента удовлетворяется.
Промежуточный раскос Р2 (растянут).м
Принимается 2 L 750х5: А=2x48=96см2
Промежуточный раскос Р3 (сжат).
принимаем λ=110; φ=0439;
По Атр 2 L 70х5: А=2
По iтр 2 L 75х6: i=23 см
Принимаем 2 L 75х6; А=1756 см2 ; λ=151; φ=0245
Проверка гибкости α=NNo=8492.93=0.9
[λ]=210-60α=210-60*0.9=156>151. Проверка гибкости элемента удовлетворяется
Промежуточная стойка С1 (сжата).
принимаем λ=150; φ=0248;
Принимаем 2 L 63х5; А=1226см2 ; λ=118; φ=0391
Проверка гибкости α=NNo=5918183=0.72
[λ]=210-60α=210-60*0.72=167134. Проверка гибкости элемента удовлетворяется
Результаты подбора сечений элементов для наглядности и удобства контроля сводим в табл.5.1
Таблица 5.1 - Подбор сечения стержней фермы.
Геометрическая длина мм
4. Расчет сварных швов элементов фермы
Верхний пояс В1 (уголки 50x5):
Длина шва у обушка при катете шва kf=6 составит
Длина шва у пера при катете шва kf=4 составит
Остальные элементы рассчитываются аналогично. Результаты подбора сечений элементов для наглядности и удобства контроля сводим в табл.5.2.
Таблица 5.2 – Расчёт сварных швов элементов фермы.
Расчётные длины швов
5. Расчет и конструирование узлов фермы
Толщина фасонки =10 мм принята в п.5.4. Принимаем болты диаметром 20 мм с классом прочности 46 [2 табл.58].
5.1 Конструирование верхнего опорного узла (узел 1).
Верхний опорный узел приведен на рис. 5.3.Принимаем фланцевое соединение. Толщину фланца принимаем 10 мм. Очертания фасонки получаются по общим принципам размеры фланца определяются числом болтов и минимальными расстояниями между ними. Стенка колонны в центре узла укрепляется ребром жесткости.
Рис. 5.3 Верхний опорный узел.
Рассчитаем болтовое крепление к колонне. Растягивающее усилие NВ1=1205 кН. Принимаем 4 болта и проверяем их прочность:
где =245 см2 - площадь сечения болта принимаемая по [2. табл.62*]; МПа - расчетное сопротивление болта растяжению; - усилие в первом элементе верхнего пояса.
Напряжения в сварном шве фланца с фасонкой при длине 44 мм:
где =6 мм – принятый катет шва; =07 – см. п. 5.4.
Фланец проверяется как изгибаемый элемент с пролётом:
L=120-3=120-3*20=60 мм (рис.5.7)
с моментом сопротивления сечения: см3
изгибающим моментом: кНм
5.2 Конструирование верхнего промежуточного узла (узел 2).
Узел показан на рисунке 5.4.
Рис. 5.4 Верхний промежуточный узел.
Особенностью этого узла является наличие разрыва верхнего пояса и соединения элементов верхнего пояса различного сечения. Для выравнивания профиля верхнего пояса за положение центра тяжести стыкуемых уголков принимается среднее значение центра тяжести В1 и ВЗ:
Элемент В2 заводится за центр узла на 300 мм. Верхняя грань фасонки выпускается на 10 мм для чего предусматриваются вырезы в фасонке для крепления прогона и размещения накладки передающей усилие с обушка элемента В1. Конструктивно длина накладки должна быть не менее 2*44+50=138 мм; Ширина накладки принята 100 мм что на 14 мм меньше ширины пояса В1 что при вертикальном положении фермы обеспечивает удобство сварки. Толщина накладки должна быть не менее:
Принимаем толщину накладки 10 мм.
5.3 Соединение нижнего пояса и опорного раскоса
Соединение нижнего пояса и опорного раскоса с колонной принято фланцевым (рис.5.5). Сечение фланца принято 200x20 мм. Узел центруется на внутреннюю грань верхней части колонны.
Рис. 5.5 Узел соединения нижнего пояса и опорного
Для расчета швов в узле строится диаграмма усилий.
кН с расчетными длинами сварных швов: у обушка 101мм у пера 51мм; кН.
Вертикальная составляющая равнодействующей:
горизонтальная составляющая равнодействующей:
равнодействующая: кН.
Центр узла и центр фланца не совпадают. Усилие Н по отношению к центру фланца приложено с эксцентриситетом еН1=3962-101=97 мм. Напряжение в шве прикрепления фасовки к фланцу от усилия V:
Суммарное напряжение в шве крепления фасовки к фланцу:
Передача вертикального усилия V с фланца на колонну происходит через опорный столик. Длина швов прикрепления столика определяется с учетом 20% перегрузки:
где - катет шва принят равный 12 мм [2 табл. 38*].
Принят столик длиной 140 мм сечением 240x40.
Болты крепления фланца к колонне принимаются конструктивно диаметром 20мм так как усилие с фланца передается на столик. Размещение болтов показано на рис. 5.5.
Проверка фланца на смятие:
Прочность на смятие фланца обеспечивается.
5.4 Конструирование узла 4.
Усилие F передаваемое на узел:
где - длина панели фермы по верхнему поясу. Расчет сварного шва крепления фасонки к поясу:
прочность шва обеспечивается.
5.5 Конструирование узла 5.
Узел показан на рисунке 5.6. Шов крепления фасонки к нижнему поясу рассчитывается на разность усилий в элементах пояса. Разность усилий равна:
Осуществим проверку шва:
Выпуск фасонки за пределы нижнего пояса назначаем конструктивно 10 мм.
5.6 Конструирование узла 6
Шов крепления фасонки к верхнему поясу рассчитывается на равнодействующую усилий: NR=586.9 кН. Осуществим проверку шва:
Шов у пера полностью обеспечивает прочность крепления фасонки к верхнему поясу.
5.7 Конструирование верхнего укрупнительного узла (узел 7)
Узел представлен на рисунке 5.7.Усилие со шва у пера элемента В4 длиной 122 мм через накладку передается на другую половину фасонки следующей отправочной единицы. Назначаем длину одного вертикального шва у накладки 120 мм.
Длина шва достаточна для передачи усилия у пера элемента.
Усилие у обушка передается через накладку. Ширина накладки:
мм. Толщина накладки:
Принимаем толщину накладки 10 мм.
Рис. 5.7 Верхний укрупнительный узел.
5.8 Конструирование нижнего укрупнительного узла (узел 8)
Узел представлен на рисунке 5.8.Усилие у пера нижнего пояса передается на фасонку а затем на накладку. Размеры последней определяются из условия размещения четырех болтов с минимальными расстояниями. Усилие у обушка передается через накладку. Ширина этой накладки из условия удобства монтажной сварки при вертикальном положении фермы мм а ее толщина:
Принимаем толщину накладки 10мм.
В.А.Титаев А.Я.Глушанков "Проектирование стального каркаса промышленного здания" методическое пособие для курсового и дипломного проектирования. – Хабаровск: ДВГАПС 1996. – 117 с.
СНиП II-23-81* Стальные конструкцииГосстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1991. - 96 С.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействияГосстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1986. -36с.
СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкцииГосстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1985 - 79 с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия (Дополнения. Разд.10. Прогибы и перемещения)Госстрой СССР. –М.: ЦИТН Госстроя СССР 1989. - 8 с.
КОМПАНОВКА КАРКАСА ЗДАНИЯ
Назначение размеров поперечной рамы
Размеры по вертикали
Размеры по горизонтали
Проектирование фасада
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАРКАСА ЗДАНИЯ
Расчетная схема здания
Сбор нагрузок на поперечную раму
Нагрузки от мостовых кранов
Жесткостные характеристики элементов рамы
Расчет рамы на отдельные нагрузки
Составление расчетных сочетаний усилий в сечениях колонны
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ
Расчетные длины колонны
Подбор сечения верхней части колонны
Последовательность подбора сечения
Проверки в плоскости действия момента
Проверка устойчивости из плоскости действия момнта
Проверки местной устойчивости стенки и полок
Расчет нижней части колонны
Определение усилий в ветвях
Предварительный подбор сечения ветвей
Подбор и проверки сечения ветвей
Расчет решетки колонны
Проверка устойчивости нижней части колонны
как внецентренно сжатого стержня
Расчет соединения верхней части колонны с нижней
Проверка стыкового шва
Назначение толщины траверсы
Расчет и конструирование базы колонны
Расчет анкерных болтов
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РИГЕЛЯ РАМЫ
Геометрическая схема ригеля
Расчетные усилия элементов фермы
Подбор сечений элементов фермы
Расчет сварных швов элементов фермы
Конструирование узлов фермы