Физкультурно-оздоровительный комплекс с металлическими конструкциями каркаса

Готовый КМ.docx

Расчетно-конструктивный раздел
12 Дипломный проект по специальности 270102.65
Спортивно оздоровительный комплекс
Расчетно-конструктивный раздел
Пояснительная записка
Конструктивное решение каркаса
Стропильная конструкция: 24-х метровой ферма из гнутосварных профилей с 10% уклоном в одну сторону согласно указаниям серии 1.460.3-23.98 в.1 «Стальные конструкции покрытий производственных зданий из гнутосварных профилей прямоугольного сечения пролетом 18 24 и 30 м с уклоном кровли 10%»
Колонна – прокатный двутавр типа К по ГОСТ 26020-83.
1. Компоновка поперечной рамы
Принимаем шаг рам 6 м.
Пролет здания –2-х пролетный по 24 м.
Кровля теплая из «Сэндвич-панелей». Материал колонн фермы балок перекрытия – сталь С 255;С375 ;
Несущие конструкции кровли – фермы с 10% уклоном верхнего пояса из гнутосварных прямоугольных профилей.
2. Сбор нагрузок на поперечную раму
2.1. Постоянная нагрузка от веса кровли
Нормативная нагрузка кНм2
Расчетная нагрузкакНм2
Кровельный сэндвич-панель «Termalux»
Прогон кровельный №12у
Определим нагрузки действующие на ферму:
Нагрузка от кровли: (погонная нагрузка от покрытия)
Определим усилия действующие на ферму от постоянной нагрузки.
Рисунок 2.1 – Постоянна и снеговая нагрузка на ферму
Рисунок 2.2 – Схема постоянной нагрузки на раму
2.2. Снеговая нагрузка
Полное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле:
где - расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли принимаемое в соответствии с п.5.2 СНиП 2.01.07-85* « Нагрузки и воздействия» - IV снеговой район (с. Новые Параты) ;
Значение веса снегового покрова для с.Новые Параты - IV снеговой район
-й вариант снеговой нагрузки:
- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие принимаемый по с пп. 5.3 — 5.6. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».
В=6 м – шаг стропильных ферм.
Рисунок 2.3 – Схема снеговой нагрузки на раму
2.3. Ветровая нагрузка.
Нормативный скоростной напор для с.Новые Параты (II ветровой район) согласно кПа.
Расчетная линейная ветровая нагрузка передаваемая на стойку рамы в определенной точке по высоте определяется по формуле:
где се – аэродинамический коэффициент (с наветренной стороны равен 08 с подветренной –сез = 06) [6 прил. 4];
– коэффициент надежности по нагрузке [6 п. 6.11];
k – коэффициент учитывающий высоту и защищенность от ветра другими строениями.
При типе местности В значения коэффициента k:
k = 05 – при высоте 5 м;
k = 065 – при высоте 10 м;
От активного давления:
кНм – на высоте 5 м;
кНм – на высоте 9.6 м;(на уровне низа фермы)
От пассивного давления:
кНм – на высоте 96 м;(на уровне низа фермы)
Рисунок 2.4 – Схема ветровой нагрузки на раму слева
Рисунок 2.5 – Схема ветровой нагрузки на раму справа
2.4. Постоянная нагрузка от веса перекрытия.
Цементно-песчанная стяжка 30 мм
Балка под перекрытие
1*6=486 кНм - нагрузка от перекрытия и конструкций пола;
1 к Нм - масса перекрытия и конструкций пола; В=6 м – шаг колонн.
2.5. Временная нагрузка на перекрытие.
- значение временной нагрузки (залы собраний и совещаний ожидания зрительные и концертные спортивные) принятое по п.3.5 СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»; В=6 м – шаг колонн.
Рисунок 2.6 – Схема полезной нагрузки на раму
3. Расчет и проектирование стропильной фермы.
3.1 Ферма из ГСП по серия 1.460.3-23.98 в.1
Изготовление 24-х метровой фермы из гнутосварных профилей с 10% уклоном в одну сторону согласно указаниям серии 1.460.3-23.98 в.1 «Стальные конструкции покрытий производственных зданий из гнутосварных профилей прямоугольного сечения пролетом 18 24 и 30 м с уклоном кровли 10%»
Подбор сечений рамных конструкций производится по расчетным кодам вертикальной нагрузки которые определяются в зависимости от базового кода вертикальной нагрузки на покрытие.
3.2 Расчет и проектирование стропильной фермы.
Рисунок 2.7 – Принятая схема фермы по серии 1.460.3-23.98 в.1
Рисунок 2.8 Расчетная схема и диаграмма усилий от снеговой нагрузки
Расчетные усилия в стержнях фермы определены графическим способом построением диаграммы Максвелла-Кремона. Материал фермы: пояса из стали С375: кНсм2; решетка с 255: кНсм2 .Верхний и нижний пояса проектируем без изменения сечения.
Сечения поясов и решетки принимается из гнутосварных профилей по а-ГОСТ 30245-94.
Расчет ведется без учета увеличения несущей способности из-за наклепа.
3.2.1 Расчет верхнего пояса фермы.
Усилие кН. для верхнего пояса
Задаемся гибкостью . Тогда согласно . см2.
Принимаем сечение Гн. 180×140× 8 с A = 487 см2 ix=67 см iy=551
Условие соблюдается.
Проверка устойчивости стержня:
Устойчивость обеспечена
Принимаем сечение верхнего пояса Гн. 180×140×8.
3.2.2 Расчет нижнего пояса фермы.
Усилие кН. Для нижнего пояса ; ; ; см2
Принимаем сечение Гн. 140×8 с A=423 см2 ix=533 см iy=533 см
Отношение высоты стенки к ее толщине:
не превышает предельную величину.
Проверка прочности сечения на растяжение:
Прочность обеспечена.
Проверяем гибкость стенки:
Условие выполняется. Окончательно принимаем сечение нижнего пояса
3.2.3 Расчет раскосов
Раскос Р3 – сжатый. кН.
Принимаем сечение Гн. 100×4 с A = 1536 см2 ix=392 см iy=392 см.
Проверка устойчивости стержня. .
Устойчивость обеспечена. Принимаем сечение раскоса Р3 Гн. 100×4.
Раскос Р2 – растянутый. кН.
Принимаем сечение Гн. 100×4 с A=1536 см2 ix=392 см iy=392 см
Условие выполняется. Окончательно принимаем сечение раскоса Р2
Дальнейшие расчеты стержней проводим аналогично расчету сжатого и растянутого стержня Р3 и Р2. Результаты расчета сводим в таблицу 2.4
Таблица 2.4 Проверки сечений стержней ферм
3.3. Расчет сварных швов прикрепления стержней фермы.
Сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа по ГОСТ 8050-88
сварочной проволокой марки СВ08-Г2С по ГОСТ 2246-70* диаметром 2 мм.
Материал фермы – сталь С375 материал опорных фланцев верхнего и нижнего поясов – сталь С375: кНсм2.
Сварные швы угловые без разделки кромок сечения поясов. Для стали С375: расчетное сопротивление углового шва срезу (условному) по металлу шва кНсм2 ; расчетное сопротивление углового шва срезу (условному) по металлу границы сплавления кНсм2.
Расчетные сопротивления принимаемые при расчете по металлу шва:
Расчетное сопротивление принимаемое при расчете по металлу границе сплавления: кНсм2.
Принимается условие расчета соединений по металлу границы сплавления:
Верхний пояс (стержень В1)
Принимаем катет шва мм.
Проверяем прочность шва по формуле:
см3–момент сопротивления вертикальных сварных швов.
Прочность шва обеспечена.
Верхний пояс. (стержень В1)
Принимаем катет шва мм.
Нормальные напряжения в сварном шве соединяющем верхний пояс с фланцем: кНсм2
Касательные напряжения в сварном шве
где – опорная реакция фермы:
Прочность шва по приведенным напряжениям
Прочность сварного шва обеспечена.
Нижний пояс (стержень Н4)
Проверяем прочность шва по формуле:кНсм2
Проверяем фланец на отрыв в околошовной зоне:
где кНсм2. Здесь кНсм2 – расчетное сопротивление стали по временному сопротивлению.
Условие прочности соблюдается.
Растянутый раскос Р1
Длина продольных швов:
Расчетная длина швов:
Нормальное напряжение:
где кНсм2 – расчетное сопротивление стыкового соединения по пределу текучести.
Условие выполняется.
Касательное напряжение:
где кНсм2 – расчетное сопротивление стыкового соединения сдвигу. Здесь кНсм2 – нормативное сопротивление стали по пределу текучести - коэффициент надежности по материалу.
Приведенное напряжение:
3.4. Проектирование узлов фермы
Узел 1. Сварные швы крепления верхнего пояса и раскоса к надколоннику рассчитаны ранее. Принимаем конструктивно опорный двутавр 20К2 рисунок 2.9
Для крепления надколонника к колонне принимаем болты М36 согласно СТ СЭВ 180-75.
Рисунок 2.9 - Опорный узел фермы
Рис 2.10 Промежуточный узел фермы
При проектировании примыкания раскосов к поясу фермы пересечение их осей смещается с оси пояса на величину e. Это делается с целью выполнения требуемого зазора между «носками» раскосов. Изгибающий момент возникающий от внецентренного приложения нагрузки допускается не учитывать при величине эксцентриситета e не более 025 высоты сечения пояса.
Проверим прочность узла фермы. Величина углов наклона раскосов .
Определяем проекции высот раскосов на пояс:
Величина зазора между полками раскосов мм.
Определяем несущую способность:
для сжатого раскоса Р1
для растянутого раскоса Р2
Несущая способность узла считается обеспеченной для каждого элемента рассчитываемого отдельно если выполняются условия:
где – проекция усилия в примыкающем к поясу элементе (раскосе или стойке) но перпендикулярная к его оси:
– коэффициент учитывающий вид напряженного состояния пояса; при растяжении или при сжатии если выполняется условие:
при [6 стр.171]. Здесь .
– усилие соответственно в раскосе и поясе.
Несущая способность стержня Р1 на продавливание (так как раскос сжат):
Несущая способность стержня Р2 на вырывание (так как раскос растянут):
Прочность грани пояса обеспечена.
Выполняем проверку местной устойчивости боковых граней пояса под сжатым раскосом.
коэффициент по тогда
Устойчивость боковых граней пояса обеспечена.
Производим проверку боковых граней сжатого раскоса на устойчивость.
Должно выполняться условие:
где – коэффициент влияния знака усилия в примыкающем элементе принимаемый равным 12 при растяжении и 10 - в остальных случаях.
Условие местной устойчивости боковых граней выполняется.
Производим проверку местной устойчивости боковых граней растянутого раскоса.
Узел 5. Монтажный стык работает на сжатие. Фланцы принимаем толщиной 20 мм и размерами 300×200 мм из стали С375. Болты М30 класса 5.6. Болты размещаем так чтобы соблюдались конструктивные требования. Принимаем диаметр шайб мм диаметр отверстий – 34 мм.
Проверяем конструктивные условия размещения болтов рисунок 2.11
Рисунок 2.11 - Верхний монтажный узел фермы
где – расстояние от грани пояса до оси болта;
– наружный диаметр шайбы;
– расстояние от грани фланца до оси болта;
– ширина фланца на один болт.
Для недопущения сдвига во фланцевом соединении должно выполняться условие:
где – условная поперечная сила:
– коэффициент трения
где кНсм2 – усилие в стыке;
Проверяем стык верхнего пояса с фланцем:
Прочность шва обеспечена.
Узел 6. Рассчитываем фланцевое соединение нижнего пояса. Растягивающее усилие кН.
Принимаем высокопрочные болты М30 из стали 40Х «Селект». Диаметр шайб мм диаметр отверстий – 34 мм. Толщина фланцев 30 мм.
Площадь сечения болта см2.
Расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта:
где кНсм2– нормативное сопротивление стали болта.
Рисунок 2.12 Нижний монтажный узел фермы
Прочность соединения обеспечена если выполняется условие:
– расчетное усилие на j-й болт наружной зоны равное
Здесь – расчетное усилие на j-й болт определяемое из условия прочности
соединения по болтам:
Здесь и – коэффициенты принимаемые по в зависимости от отношения ;
– параметр жесткости болта определяемый по формуле:
мм – расстояние между осью болта и краем сварного шва.
– расчетное усилие на j-й болт определяемое из условия прочности фланца на изгиб:
где – параметр определяемый по [7 табл. 81];
Прочность соединения обеспечена.
Проверяем соединение на сдвигающее усилие. Контактное усилие на сдвиг:
4. Расчет и конструирование стержня колонны.
L1=12 м; L2=24 м; Н=965 м
Таблица 2.5 Сбор нагрузок на колонну по оси А-1
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка кН
Расчетная нагрузка кН
Таблица 2.6 Сбор нагрузок на колонну по оси Б-1
Таблица 2.7 Сбор нагрузок на колонну по оси А-3
Таблица 2.8 Сбор нагрузок на колонну по оси Б-3
Таблица 2.9 Сбор нагрузок на колонну по оси А-9
Таблица 2.10 Сбор нагрузок на колонну по оси Б-3
Таблица 2.11 Сбор нагрузок на колонну по оси А-12
4.1. Расчет наружной колонны К1
По оси А-1-12; В-1-12
Выбираем самую большую нагрузку :
Материал колонны сталь С255 с при t листового проката 10 20 мм.
Сварка полуавтоматическая - в среде углекислого газа сварочная проволока СВ-08Г2С.
Определение расчетных длин колонн:
где и – коэффициенты приведения длины .
Подбор сечения колонны:
Предварительно зададим высоту сечения колонны h=400мм > (130)H
По формуле находим:
Предварительно задаемся гибкостью колонны .
Требуемая площадь сечения колонны:
Принимаем колонный двутавр 35К2: см2; см; см; см3.
Проверим устойчивость назначенного сечения
Коэффициент влияния формы сечения вычисляем по формуле
Устойчивость колонны в плоскости рамы обеспечена.
Предельная гибкость стержня колонны
Проверим колонну по предельной гибкости:
Относительно оси х-=>
Относительно оси y- =>
здесь определен по формуле
Все проверки выполнены окончательно принимаем решение о возможности использования двутавра 35K2 в качестве стержня колонны.
4.2. Конструирование оголовка колонны К1.
Строганную опорную плиту толщиной мм привариваем к фрезерованному торцу стержня колонны угловыми швами с катетом мм. Размеры плиты в плане 350×394 мм.
В качестве надколонника принимаем двутавр 20К1. Высота двутавра составляет 820 мм.
Проверим прочность стенки двутавра на смятие.
Толщина стенки мм ширина опирания мм. Расчетная длина сминаемой поверхности стенки:
где см2 – площадь сминаемой поверхности.
Условие прочности выполняется.
Рисунок 2.13 Оголовок колонны 20К1
4.3. Расчет и конструирование базы колонны К1
Расчет опорной плиты. Принимаем бетон фундамента класса В10. Расчетное сопротивление бетона осевому сжатиюкНсм2. В расчетах будем принимать расчетное сопротивление бетона смятию определяемое по формуле:
где для бетона класса ниже В25;
ориентировочно принимаем равным
Соединение колонн с фундаментом – жесткое вследствие чего принимаем базу колонны в виде плоской опорной плиты. Нагрузка будет передаваться на фундамент через фрезерованный торец колонны.
Материал опорной плиты – сталь С245: кНсм2 при толщине проката 21 30 мм.
Задаемся шириной плиты
где – ширина полки двутавра 35К2;
Принимаем ширину плит см.
Из условия получим длину плиты:
Минимальная длина плиты:
где – высота двутавра 35К2.
Принимаем длину опорной плиты см.
Максимальные напряжения в бетоне под опорной плитой:
Минимальные напряжения:
Расстояние от края плиты до точки с нулевыми напряжениями:
Напряжение в сечении по внутренней грани полки двутавра:
Рисунок 2.14 - К расчету опорной плиты
Для определения толщины плиты разбиваем опорную плиту на участки (рисунок 2.14) и определяем изгибающий момент в каждом участке.
Площадь участка: см2.
Данный участок является опертым на два канта (рисунок 2.14). отношение закрепленной стороны пластины к свободной . Следовательно участок рассчитывается как консольный единичной ширины с вылетом :
Задаемся толщиной плиты мм.
Проверим прочность сечения 1-1 (рисунок 2.14):
Нормальные напряжения:
Касательные напряжения:
Проверка по приведенным напряжениям:
Прочность сечения обеспечена.
4.4. Расчет анкерных болтов К1
Расчет анкерных болтов прикрепляющих опорную плиту к фундаменту производим на усилия: кН; кНм
Усилие в анкерных болтах:
Принимаем болты из стали ВСт3кп2. Расчетное сопротивление срезу таких болтов согласно [7 табл. 60*] кНсм2.
Требуемая площадь болта:
Принимаем 4 болта 27 мм.
Площадь одного болта см2.
5.1. Расчет внутренней колонны К2
Принимаем колонный двутавр 40К4: 3086см2; см; см; см3.
Все проверки выполнены окончательно принимаем решение о возможности использования двутавра 40K4 в качестве стержня колонны.
5.2. Конструирование оголовка колонны К2.
Строганную опорную плиту толщиной мм привариваем к фрезерованному торцу стержня колонны угловыми швами с катетом мм. Размеры плиты в плане 400×465 мм.
В качестве надколонника принимаем двутавр 40К4. Высота двутавра составляет 2440 мм.
Рисунок 2.16 Оголовок колонны 40К4
5.3. Расчет и конструирование базы колонны К2
где – ширина полки двутавра 40К4;
где – высота двутавра 40К4.
Рисунок 2.17 - К расчету опорной плиты
Для определения толщины плиты разбиваем опорную плиту на участки (рисунок 2.17) и определяем изгибающий момент в каждом участке.
Данный участок является опертым на три канта (рисунок 2.17). отношение закрепленной стороны пластины к свободной . Следовательно участок рассчитывается как консольный единичной ширины с вылетом :
5.4. Расчет анкерных болтов К2

КМ Листы 1-4.dwg

Авт.шторные ворота 40-40
Геометрическая схема фермы М1:100
ДП. 270102. 16. 44. 09-КМД
Физкультурно-оздоровительный комплекс в легких металлических конструкциях
Отправочные элемены СФ-1 геометрическая схема фермы.
Физкультурно-оздоровительныйnкомплекс.
Таблица отправочных марок
Общий вес конструкции
Материал поясов фермы С245(Ry=24 КНсм2).n2. Материал решетки фермы С245 (Ry=24 КНсм2).n3. Сварка выполняется сварной проволокой Св-08ГАn (по ГОСТ 2246-70) n4. Все катеты сварных швов-8мм кроме оговоренных.
Спецификация отправочных элементов
Марки или наименование стали
С О Г Л А С О В А Н О
Автосалон RENAULT по ул. Кирова в м-не "Театральный
СТАЛЬ КЛАССА С255 ПО ГОСТ27772-88.
СВАРКУ ВЕСТИ ЭЛЕКТРОДАМИ Э42А ПО ГОСТ9467-75*.
ПРОГОНЫ П-3 П-3А П-4
технологии электросварки арматуры СНиП 3.03.01-87 и ГОСТ 14098-91.
Сварные соединения производить согласно указаниям по
Сталь класса С255 по ГОСТ27772-88.
Выбор типа электрода производить на основании
АНКЕРНЫЙ БЛОК АБ-1 АБ-2
ВСЕ ШВЫ h =8ММ КРОМЕ ОГОВОРЕННЫХ.
ПО ОСЯМ 3-М 4-М 45-М 45-Ж
Выпускная квалификационная работаnСпециальность 270102.65
Расчетно-конструктивная часть
Спортивно-оздоровительный комплекс с.НовыеПараты
Схема расположения колоннсвязей по колоннам фермсвязей по нижним поясам ферм
Схема расположения колоннсвязей по колоннам фермсвязей по нижним поясам ферм;разрез1-1;2-2;3-3;4-4;5-5
Схема расположения горизонтальных связей по верхним поясам фермпрогонов
Отправочный элемент ФС-24-а;геометрическая схема фермы;узлы;спецификация отправочных элементов;
Материал поясов фермы С375(Ry=365 КНсм2).n2. Материал решетки фермы С255 (Ry=24 КНсм2).n3. Сварка выполняется сварной проволокой Св-08ГАn (по ГОСТ 2246-70) n4. Все катеты сварных швов-8мм кроме оговоренных.
Схема длин элементовмм
Схема усилий фермы ФС-24-а кН
Все металлические конструкции окрасить эмалью ХВ-124 по ГОСТ10144-89*
за 2 раза по 2 слоям грунтовки ФЛ-03к по ГОСТ9109-81*
Геометрическая схема фермы
Подливка из цементного
Колонна К-1;К-2;ведомость элементов; узлы;
Ведомость элементов К1;К2