• RU
  • icon На проверке: 3
Меню

Компоновка каркаса, статический расчёт поперечной рамы

  • Добавлен: 25.10.2022
  • Размер: 13 MB
  • Закачек: 1
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Компоновка каркаса, статический расчёт поперечной рамы

Состав проекта

icon
icon
icon
icon МК Милана конец.docx
icon индивидуальное задание 1.png
icon МК мое конец.dwg
icon МК ЛИСТ 1 А1.pdf
icon индивидуальное задание 2.png
icon МК мое конец.dwl
icon Section1.sec
icon таблицы мк.xlsx
icon Чертеж1.dxf
icon acad.err
icon МК мое конец.dwl2
icon МК ЛИСТ 2 А3.pdf
icon схема скад.SPR
icon МК Милана конец.pdf
icon
icon Характеристики мостового крана.jpg
icon Определение расчетных сочетаний усилий для сечения.jpg
icon МК ЛИСТ 2 А2.jpg
icon МК ЛИСТ 1 А1.jpg
icon МК ЛИСТ 2 А3.jpg
icon Расчет нижней части ступенчатой сквозной колонны.jpg
icon Определение коэффициента расчетной длины для верхней части колонны.jpg
icon Снеговая нагрузка.jpg
icon Определение средней составляющей ветровой нагрузки.jpg
icon МК ЛИСТ 2 А2.pdf

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon МК Милана конец.docx

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СПбГАСУ)
Строительный факультет
Кафедра: металлических и деревянных конструкций
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ ОДНОЭТАЖНЫХ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
Компоновка каркаса статический расчёт поперечной рамы
Студентка группы 3-С-4
Сальникова Милана Андреевна
Преподаватель кафедры МК
Ковалевский Антон Владимирович
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ4
1. Выбор типа поперечной рамы4
2. Разбивка сетки колонны4
3. Разбивка схемы связей жесткости7
4. Компоновка фахверка8
РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ КАРКАСА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ9
1. Расчетная схема рамы10
2. Определение нагрузок действующих на раму10
3. Определение предварительных размеров сечений элементов расчетной схемы19
4. Определение расчетных сочетаний усилий (РСУ) в колоннах рам22
5. Определение расчетных сочетаний усилий (РСУ) в колоннах рам24
РАСЧЕТ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ КОЛОНН РАМ29
1. Выбор невыгоднейших комбинаций усилий в колонне рамы31
2. Определение расчетных длин колонн в плоскости рамы32
3. Определение расчетных длин колонн из плоскости рамы34
РАСЧЕТ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ СТУПЕНЧАТОЙ СПЛОШНОЙ КОЛОННЫ36
1 Подбор сечения колонны36
2. Проверка колонны на устойчивость в плоскости действия момента39
3. Проверка местной устойчивости полок и стенки40
4. Проверка колонны на устойчивость из плоскости действия момента42
РАСЧЕТ НИЖНЕЙ ЧАСТИ СТУПЕНЧАТОЙ СКВОЗНОЙ КОЛОННЫ45
1. Подбор сечения и расчет сквозной колонны как фермы с параллельными поясами46
2. Расчет стержней соединительной решетки колонны50
3. Расчет колонны на устойчивость в плоскости действия момента как сквозного внецентренно – сжатого стержня52
4. Проверка соотношения значений моментов инерции верхней и нижней частей колонны54
5. Расчет базы сквозной колонны54
6. Конструкция и расчет сопряжения верхней и нижней частей колонны65
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕШЕТЧАТОГО РИГЕЛЯ РАМЫ69
1. Определение расчетных сочетаний усилий (РСУ) в стержнях ферм при расчете поперечной рамы каркаса производственного здания в программном комплексе70
2. Определение РСУ в стержнях ферм при расчете поперечной рамы каркаса производственного здания методом перемещений71
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ82
Назначение здания – стальной каркас одноэтажного промышленного здания.
Район строительства – г. Санкт-Петербург:
oСнеговой район – 3;
oВетровой район – 2.
Характеристики здания:
Количество этажей – 1;
Количество пролетов – 1;
Длина здания В = 72 м;
Пролет здания L = 30 м;
Шаг колонн (рам) в продольном направлении
Конструктивные характеристики:
Тип ригеля рамы – сквозной;
Тип колонны рамы – одноступенчатая;
Сопряжение ригеля с колонной – жесткое;
Сечение верхней части колонны – сплошное;
Сечение нижней части колонны – сквозное.
Характеристики кранового оборудования:
Количество мостовых опорных кранов – 2;
Грузоподъемность кранов №1 и №2 – Q1 = Q2 = 1600 кН;
Режим работы кранов – 6к;
Отметка головки кранового рельса dr = 127 м;
Тип подвеса – гибкий.
Ограждающие конструкции:
Стеновое ограждение – трехслойные стеновые сэндвич-панели весом 22 кгм2;
Настил покрытия – монолитный железобетонный весом 220 кгм2.
Дополнительные данные:
Материал балок и колонн – сталь малоуглеродистая.
Материал фундаментов – бетон класса В20.
Коэффициент надежности по ответственности – 1.
Вариантное проектирование – не предусмотрено.
За отметку 0000 принимаем уровень пола 1-го этажа.
КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ
1.Выбор типа поперечной рамы
При грузоподъемности мостовых кранов 500 кН и более колонны рам принимаются ступенчатыми защемленными в фундаментах.
Сопряжение ригелей с колоннами принимается жестким. Жесткое сопряжение ригеля с колоннами применяется при наличии значительных по величине горизонтальных воздействий от мостовых кранов (поперечные инерционные силы от торможения тележки) возникающих как правило при грузоподъемности кранов с гибким подвесом 1250 кН и более при кранах с тяжелым режимом работы при кранах с жестким подвесом и т. п. и при высоте здания более 20 м.
2.Разбивка сетки колонны
В соответствии с основными положениями по унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий пролеты и шаги колонн назначаются кратными 6 м. Шаг однопролетных зданий принимается равным 60 м. Разделение здания на температурные отсеки производится в соответствии с указаниями табл. 44 [1]. При стенах из сборных панелей колонны у торцов здания смещаются с разбивочной оси на 500 мм для осуществления сопряжения стеновых панелей в углах здания (Рис. 1).
Рис. 1. Схема колонн
Привязку размеров по вертикали производят относительно отметки пола d0 принимая ее нулевой а по горизонтали – разбивочных осей А и Б (Рис. 1).
Характеристики мостового крана:
Грузоподъемность кранов: Qкр = 1600 кН;
Пролет мостового крана: ;
Масса тележки Gт = 470 кН;
Масса крана с тележкой Gкр = 1680 кН;
Тип рельса – КР 120:
hр = 170 мм; В = 170 мм; в = 120 мм; Iр = 6351 см4;
масса 1 м рельса = 11347 кг
Минимальные зазоры между мостовым краном и конструкциями каркаса – вертикальный Δв + Δдоп и горизонтальный Δг устанавливают:
oΔв + Δдоп = 100 мм + 300 мм = 400 м
где 300 мм – зазор обеспечивающий безопасность; 300 – прогиб ферм и связей при пролете ферм 30 м;
Размеры колонны по вертикали устанавливаются в соответствии с исходными параметрами с учетом габаритов крана и требований унификации.
Требуемая отметка низа ригеля:
dр = dr +Нкр + (Δв + Δдоп) = 127 + 48 + (01 + 03) = 179 = 18 м.
Отметка ригеля должна быть кратной 06 м при панельных стенах.
Длины нижней части lн и верхней lв ступенчатой колонны устанавливаются следующими:
lв = (dр – dr) + (hпб + hр) = (18 – 127) + (102 + 017) = 649 м
где hпб – высота подкрановой балки определяемая расчетом или по типовым проектам (прил. табл.3) hпб = h + 30 мм = 990 + 30 = 1020 мм;
hр – высота подкранового рельса (прил. табл.2) hр = 170 мм;
dф – отметка верхнего обреза фундамента dф = –06 мм.
Привязка наружной грани колонны к разбивочным осям А и Б принимается по правилам унификации: предварительно принимаем а = 025 м и hв = 05 м.
Ширина нижней части колонны:
ohн = λ + а = 1 + 025 = 125 м – должно быть кратно 025 м;
o – требуемая минимальная ширина нижней части колонны по условию жесткости.
Принимаем hн = 125 м с привязкой наружной грани колонны к разбивочной оси а = 025 м.
Ширина верхней части колонны:
o – требуемая минимальная ширина верхней части колонны по условию жесткости.
Назначаем hв = 05 м с учетом требований унификации.
Шаг решетки принимаем 18 м.
Высота траверсы назначается в пределах:
× hн ≤ hтр ≤ 12 – 09 м;
25 ≤ hтр ≤ 12 – 09 м.
Принимаем hтр = 07 м.
Решетчатый ригель для рамы с жестким сопряжением ригеля с колонной принят трапецеидального очертания с уклоном верхнего пояса i = 010.
Рис. 2. Схема решетчатых ригелей рам
oна опоре (по обушкам поясных уголков): h0 = 22 м;
oпо середине пролета:
Решетка ригелей разбита в соответствии с размерами сборных железобетонных настилов (60 х 30 х 03 м).
Фахверк продольных стен отсутствует.
Стеновые ограждения приняты из «сэндвич» – панелей толщиной t = 200 мм.
Отметка парапета +21600.
Рис. 3. Поперечная рама
3.Разбивка схемы связей жесткости
Пространственная жесткость одноэтажных промышленных зданий обеспечивается рамно-связевой схемой. При такой схеме нагрузки и воздействия в поперечном направлении воспринимаются рамами а в продольном направлении – связями. В однопролетных производственных зданиях оборудованных мостовыми кранами предусматривают связи по покрытию и вертикальные связи между колоннами (Рис. 4).
Рис. 4. Схема связей жесткости
4.Компоновка фахверка
Схема фахверка зависит от конструкции стен. Наиболее широко для производственных зданий применяются:
сборные легкобетонные плоские стеновые панели со следующими характеристиками: толщина 016-030 м длина 60 и 120 м ширина 12 и 18 м;
сэндвич – панели: толщина 005-025 м длина 25-120 м ширина 12 и 18 м.
При навесной конструкции стен применяется обычно ленточное остекление. Панели ленточного остекления имеют такие же размеры как и стеновые панели.
При шаге колонн поперечных рам равном длине стеновых панелей фахверк продольных стен не требуется.
В данной курсовой работе шаг колонн поперечных рам равен длине стеновых панелей (6 м) следовательно фахверк продольных стен не требуется.
Рис. 5. Схема торцевого фахверка
РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ КАРКАСА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ
В настоящее время при проектировании строительных конструкций в проектных организациях значительная часть расчетов выполняется на персональных компьютерах с помощью специальных проектно-вычислительных комплексов (ПВК) таких как «SCAD» «Лира» «Ing+» и др. Алгоритмы численных расчетов в этих программах в основном строятся на методе конечных элементов (МКЭ).
1.Расчетная схема рамы
В процессе разработки компоновочной части проекта была установлена конструктивная схема поперечной рамы. Для определения усилий в элементах рамы сначала выполняется сбор нагрузок и на основе конструктивной схемы строится расчетная схема.
Переход от конструктивной схемы к расчетной начинается с замены реальных стержней поперечной рамы конечными элементами (КЭ) которые совмещаются с линиями проходящими через центры тяжести поперечных сечений стержней. Моделирование примыкания фермы сбоку к колонне и уступов ступенчатых колонн осуществляется абсолютно жесткими вставками или стержневыми элементами имеющую большую жесткость. Контур расчетной схемы выделен толстой линией и приведен на Рис. 6.
Рис. 6. Расчетная схема поперечной рамы с жестким
сопряжением ригеля с колонной
2.Определение нагрузок действующих на раму
На поперечную раму каркаса действуют постоянные и временные (в нашем случае только кратковременные) нагрузки.
Определение нагрузок на раму рационально разделить на два этапа: на первом этапе определяется интенсивность нормативных и расчетных распределенных и сосредоточенных нагрузок (табл. 4) на втором этапе производится сбор расчетных нагрузок приложенных к поперечной раме.
ПОДСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ НАГРУЗОК
Виды нагрузок. Вычисления
Коэф. надежности по нагрузке γf
Ограждающие конструкции покрытия (прил. табл. 4)
Железобетонная плита покрытия размером 60 × 30 × 03 весом 220 кгм2
Пароизоляция из одного слоя битумной мастики.
(нижний теплоизолирующий слой).
(верхний теплоизолирующий слой).
Гидроизоляция из ПВХ мембраны t = 00012 м.
Собственный вес стропильных ферм L × × k = 30 × 0009 × 12 = 0324
Ограждающие конструкции стен (прил. табл. 5)
«Сэндвич» – панели шириной 12 и 18 м длиной 12 м и t = 02 м весом 022 кгм2.
Переплеты остекления.
Подкрановая балка с рельсом
По принятому сечению балки (прил табл. 3) определяем ее вес
(грузоподъемность 1600 кН пролет крана – 280 м):
γпб = (045 × 0018 + 028 × 0014 + 099 × 001) × 785 = 172
где 785 кНм3 – объемный вес прокатной стали.
Вес рельса КР-120 (прил табл. 2) – γр = 11347
Итого: gнпб = (γпб + γр) × k = (172 + 11347) × 13 = 371
ВРЕМЕННЫЕ (КРАТКОВРЕМЕННЫЕ) НАГРУЗКИ
(СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* приложение Е):
Место строительства:
г. Санкт-Петербург III район (табл. Е.1) tmin = – 30°C (прил. Е карта 4)
tmax = + 30°C (прил. Е карта 5) тип местности В.
По формуле 10.1 [2] определяем нормативное значение снеговой нагрузки:
S0 = се × ct × × Sg = 0918 × 10 × 10 × 15 = 1377 кНм2
S0 = 15 кНм2 (табл. 10.1 т.к. III снег. район);
= 10 (табл. Б.1) т.к. α ≤ 30°C.
так как уклон проектируемого однопролетного здания i = 01 коэффициент сноса снега ce вычисляем по формуле 10.2 [2]:
где k = 08775 – коэффициент принимаемый по табл. 11.2 путем интерполяции в зависимости от высоты здания и типа местности;
h = 222 м (верх парапета);
b = 30 м – ширина покрытия (пролет) принимаемая не более 100 м.
где l = 72 м (длина здания).
Проектируемое здание имеет утеплённую кровлю термический коэффициент принимаем равным ct = 10 (п.10.10) так как принимаем что не будет наблюдаться стаивания снега.
Вертикальные давления колес крана:
–максимальное (табл. 1)
где Q – грузоподъемность крана;
Gкр – вес крана с тележкой (табл. 1);
n0 – число колес на одной стороне крана.
Горизонтальные давления колес крана:
где 005 – для кранов с гибким подвесом груза;
Gт – масса тележки (табл. 1).
Определение средней составляющей ветровой нагрузки wm
Ветровой район по давлению ветра в г. Санкт-Петербург (см. задание) – II район (прил. E СП карта 2г).
Нормативное значение ветрового давления – w0 030 кПа (табл. 11.1).
Так как h = 222 м l = 720 м то эквивалентную высоту здания ze принимаем: ze h 222 м.
Коэффициент распределения давления по высоте k (ze 222) (табл. 11.2 интерполяция): k 08775.
Аэродинамический коэффициент c (табл. В.2)
-для наветренной стороны c1 08;
-для подветренной стороны c2 = – 05.
По формуле 11.2 вычисляем нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки:
-для наветренной стороны:
wm1 = w0 × k (ze) × с1 = 030 × 08775 × 08 = 021 кПа;
-для подветренной стороны:
wm2 = w0 × k (ze) × с2 = 030 × 08775 × (– 05) = – 013 кПа.
Определение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wp
Коэффициент пульсации давления ветра (ze 222 тип местности В) (табл. 11.4 интерполяция): 09068.
Основной координатной плоскостью параллельно которой расположена расчетная поверхность (продольная стена здания) является плоскость ZOY (рис. 11.2) в соответствии с этим по табл. 11.7 находим коэффициенты:
По табл. 11.6 путем двойной интерполяции определяем коэффициент пространственной корреляции – 062558.
3.Вычисляем пульсационную составляющую ветровой нагрузки по формуле 11.5
wр1 = wт1 × (ze) × v = 021 × 09068 × 062558 = 012 кПа;
wр2 = wт2 × (ze) × v = (– 013) × 09068 × 062558 = – 007 кПа.
Определение нормативного значения ветровой нагрузки wн
По формуле 11.1 [2] вычисляем нормативное значение ветровой нагрузки
wн1 = wт1 + wр1 = 021 + 012 = 033 кПа;
wн2 = wт2 + wр2 = (– 013) + (– 007) = – 02 кПа.
СБОР НАГРУЗОК НА РАМУ
Распределенная нагрузка на ригель:
где α – угол уклона верхнего пояса ригеля; принято cosα = 10.
Сосредоточенная нагрузка в узле фермы:
Сосредоточенные нагрузки на колонну:
Сосредоточенная нагрузка от веса балок:
Распределенная нагрузка на ригель:
Вертикальная крановая нагрузка
Давление от двух кранов:
где – коэффициент сочетаний нагрузок при учете двух кранов:
= 085 – для групп режимов работы кранов 1К-6К;
Горизонтальная крановая нагрузка
Горизонтальное усилие от двух кранов:
Расчетное значение распределённой ветровой нагрузки:
Для наветренной стороны:
Для подветренной стороны
3.Определение предварительных размеров сечений элементов расчетной схемы
Для статического расчета поперечной рамы необходимо назначить жесткость элементам рамы следовательно необходимо определить их предварительные размеры сечений. Определение размеров поперечных сечений производится по их геометрическим характеристикам которые вычисляются в соответствии с зависимостями п. 2.2.3 [3] а также исходя из опыта проектирования.
Площадь поясов стропильной фермы определяется по формуле:
– расстояние между центрами тяжести поясов фермы;
расчетное сопротивление стали 255 с толщиной проката 10-20 мм;
= 07 – коэффициент учитывающий уклон верхнего пояса и деформативность решетки ферм (при i = [18 110]).
где L – пролет фермы.
Требуемая площадь одного уголка пояса:
Принимаем сечение – 2 125×125×12 (ГОСТ 8509-93) с площадью поперечного сечения для верхнего и нижнего пояса для раскосов для стоек 2 70×70×5 с .
Размеры сечений как нижней части так и верхней части колонн на данном этапе определяют исходя из опыта проектирования по приближенным формулам ориентируясь на ширину колонны определенной в ходе компоновке конструктивной схемы каркаса (п. 2.5).
Нижняя часть колонны
Ширина колонны: hн = 125 (п. 2.2.);
Высота сечения: 04 × hн = 04 × 125 = 05 м.
Далее по сортаменту (ГОСТ Р 57837-2017) определяют № двутавра ориентируясь на высоту сечения. В рассматриваемом примере для нижней части составной колонны принят прокатный двутавр №50Б1.
Верхняя часть колонны
Ширина колонны: hв = 05 (п. 2.2.);
Высота сечения: 05 × hв = 05 × 05 = 025 м;
4.Определение расчетных сочетаний усилий (РСУ) в колоннах рам
После того как исходные данные для расчета поперечной рамы сформированы выполняют статический расчет. Результаты статического расчета оформляются в виде сводной таблицы усилий найденных в характерных сечениях (сечения 1 2 34) колонны (рис. 7) от всех видов загружений (табл.2). Затем производится определение расчетных сочетаний усилий в соответствии с правилами изложенными далее. Положительные направления усилий в стержнях приняты как показано на рис. 8.
Рис. 7. Разбивка левой колонны рамы на прямолинейные
участки постоянной жесткости
Рис. 8. Положительные направления усилий
В приведенном примере расчета рамы рассматривается случай когда воздействие ветра двух мостовых кранов и снеговая нагрузка относятся к категории кратковременных нагрузок.
Следовательно для определения расчетных усилий в колонне рамы необходимо рассмотреть основные сочетания нагрузок состоящие из постоянных и кратковременных (п.6.2 [2])
5.Определение расчетных сочетаний усилий (РСУ) в колоннах рам
Усилия в левой колонне рамы с жестким сопряжением ригеля с колонной
Вертикальная крановая нагрузка (тележка крана слева)
То же тележка справа
Поперечное торможение у левой колонны вправо
То же у левой колонны влево
То же у правой колонны влево
То же у правой колонны вправо
Определение расчетных сочетаний усилий для сечения 1
Коэффициент сочетаний t1 = 10
Коэффициент сочетаний t2 = 09
Коэффициент сочетаний t3 = 07
Усилия в ветви колонны
Расчетные сочетания усилий для расчета колонный (сечение 1)
– Nmax пв (+ M и – N соотв.)
Cт = №1 + (№3 + №5) × 10 + №9 × 09
– Nmax нв (+ M и – N соотв.)
Cт = №1 + (№3 + №6) × 10 + №10 × 09 + №2 × 07
Расчетные сочетания усилий для расчета анкерных болтов (сечение 1)
Cт = 082 × №1 + №9 × 10 + (№4 + №5) × 09
Подкрановая ветвь (пв)
Cт = №1 + (№4 + №6) × 10 + №10 × 09 + №2 × 07
Определение расчетных сочетаний усилий для сечения 2
Расчетные сочетания усилий для расчета колонный (сечение 2)
Cт = №1 + (№3 + №5) + №9 × 09 + №2 × 07
Cт = №1 + №2 + (№4 + №7) × 09 + №10 × 07
Определение расчетных сочетаний усилий для сечения 3
Расчетные сочетания усилий для расчета колонный (сечение 3)
Cт = №1 + №9 + №2 × 09
Cт = №1 + (№3 + №7) + №10 × 09 + №2 × 07
Определение расчетных сочетаний усилий для сечения 4
Расчетные сочетания усилий для расчета колонный (сечение 4)
Cт = №1 + (№4 + №6) + №2 × 09
РАСЧЕТ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ КОЛОНН РАМ
Внецентренно сжатым (рис. 9 а) называют элемент продольная сила в котором смещена относительно центра тяжести поперечного сечения на величину эксцентриситета е. В сжато- изгибаемом элементе одновременно действуют два независимых силовых фактора: продольная сила N и изгибающий момент M (рис. 9 б). Это могут быть внешние силы или внутренние усилия например нормальная сила и изгибающий момент в элементе рамы. При выполнении практических расчетов сжато-изгибаемые стержни заменяют внецентренно сжатыми опираясь на формальную аналогию напряженных состояний в расчетном сечении так как в обоих случаях элемент находится под действием продольной силы с изгибом. Вместо заданного для сжато- изгибаемого стержня момента М и нормальной силы N при расчете учитывают только эту силу но приложенную с эксцентриситетом . Так при расчете сжато-изгибаемого стержня его заменяют внецентренно сжатым прикладывая силу N с эксцентриситетом .
Рис. 9. Внецентренно сжатый (а) и сжато-изгибаемый (б) элементы
Поперечные рамы одноэтажных производственных зданий оборудованных мостовыми электрическими кранами грузоподъемностью Q ≥ 500 кН проектируются обычно со ступенчатыми колоннами. Подкрановые балки располагают при этом на уступе колонны.
Верхняя часть колонн проектируется чаще сплошной двутаврового симметричного сечения из сварного или широкополочного прокатного двутавра (рис. 10 а).
Нижняя часть колонн при высоте сечения более 10 м проектируется обычно сквозной. Ветви сквозных колонн при ширине сечения b > 04 м выбираются из балочных прокатных двутавров (рис. 10 б) а при меньшей ширине – наружная ветвь выбирается из холодногнутого швеллера подкрановая ветвь из балочного прокатного двутавра (рис. 10 в). Решетка сквозных колонн проектируется из одиночных уголков. Разбивка решетки колонн производится при компоновке поперечной рамы (рис. 3).
Нижняя часть колонн также может иметь сплошное сечение. В этом случае подкрановая ветвь выполняется из прокатного двутавра (широкополочного или нормального профиля) а наружная ветвь – из листа (рис. 10 г).
Расчет внецентренно – сжатых колонн рам производится в следующем порядке:
выбор невыгоднейших комбинаций усилий из таблицы расчетных усилий рамы;
определение расчетных длин верхней и нижней частей колонны;
компоновка сечений верхней и нижней частей колонны;
проверка сечений колонны на прочность или на устойчивость проверка местной устойчивости полок и стенки колонн сплошного сечения.
Рис. 10. Поперечные сечения колонны: а – верхняя часть колонны; б в г – нижняя часть колонны
1. Выбор невыгоднейших комбинаций усилий в колонне рамы
Невыгоднейшие комбинации усилий для расчета колонн определяются сравнением расчетных комбинаций усилий приведенных в табл. 3.1-6.1.
Нижняя часть колонны (сечение 1 2)
Для внецентренно сжатых колонн сплошного несимметричного относительно оси X сечения за невыгоднейшие комбинации усилий следует принимать не менее двух комбинаций которые создают максимальное сжатие в крайних относительно оси X волокнах сплошной колонны.
Для внецентренно сжатых колонн сквозного сечения за невыгоднейшие комбинации усилий следует принимать не менее двух комбинаций которые создают максимальное сжатие в ветви колонны.
В нашем случае для расчета нижней части сквозной колонны выбираем наибольшее значение – Nmax пв и – Nmax нв по табл. 3.1-4.1.
Верхняя часть колонны (сечение 3 4)
Для внецентренно сжатых колонн сплошного симметричного сечения за невыгоднейшую комбинацию усилий принимается такая комбинация при которой возникает максимальное сжатие в крайних волокнах одной из полок двутавра.
В нашем случае для расчета верхней части колонны выбираем наибольшее значение (– Nmax пв или – Nmax нв) по табл. 5.1-6.1.
В данном курсовом проекте наиболее невыгодными комбинациями усилий будут (табл. 3.1-6.1 [5]):
Верхняя часть колонны:
M = 28007 кН×м; N = – 37485 кН (сечение 4 – Nmax пв).
Нижняя часть колонны:
-комбинация для подкрановой ветви (№1) колонны
M = 116462 кН·м; N = –162748 кН; Nmax пв = 182602 кН (сечение 1 – Nmax пв)
-комбинация для наружной ветви (№2) колонны
M = – 65199 кН·м; N = –174464 кН; Nmax нв = 143902 кН (сечение 1 – Nmax нв).
2. Определение расчетных длин колонн в плоскости рамы
Для жесткой однопролетной рамы ступенчатая колонна рассматривается как отдельный стержень защемленный внизу и закрепленный наверху от поворота но свободный от смещения при действии сил Nв и Nн имеющих максимальное значение в концевых сечениях верхнего и нижнего участков колонны (рис. 11 а).
Рис. 11. Расчетная схема ступенчатой колонны: а) при жестком сопряжении ригеля с колонной
Расчетные длины lef колонн (стоек) постоянного сечения или отдельных участков ступенчатых колонн следует определять по формуле (140 [1])
– коэффициент расчетной длины.
Коэффициент расчетной длины для одноступенчатых колонн принимается в соответствии с прил. И [1] и в общем случае зависит от
-условий закрепления рассматриваемой колонны;
-соотношения моментов инерции сечений (верхняя и нижняя части колонны);
-соотношения длин колонны (длины верхнего и нижнего участков колонны);
-соотношения продольных усилий (усилия возникающие в верхней и нижней частях колонны);
Определение коэффициента расчетной длины для нижней части колонны н
Коэффициент расчетной длины н для защемленного в основании нижнего участка одноступенчатой колонны и при закреплении верхнего конца от поворота но при возможности его свободного смещения следует определять по табл. И4 [1] а при верхнем конце колонн свободном от закреплений по табл. И3 [1].
В приведенных выше таблицах обозначено
Nн = – 174464 кН (сечение 1)
Cт = №1 + (№3 + №6) × 10 + №10 × 09 + №2 × 07;
Nв = – 36717 кН (сечение 3)
Cт = №1 + №9 + №2 × 09.
Определение коэффициента расчетной длины для верхней части колонны в
Коэффициент расчетной длины для верхнего участка одноступенчатой колонны во всех случаях следует определять по формуле
По табл. И4 [1] применяя линейную интерполяцию определяем н = 204.
Определяем расчетную длину нижней части колонны в плоскости рамы
Коэффициент расчетной длины для верхней части колонны:
Определяем расчетную длину верхней части колонны в плоскости рамы
3. Определение расчетных длин колонн из плоскости рамы
Закрепление колонны из плоскости рамы осуществляется при помощи вертикальных связей между колоннами и продольных элементов – подкрановых балок и распорок (рис. 12). В местах прикрепления продольных элементов закрепление считается шарнирным.
Закрепление колонны на уровне базы зависит от:
конструкции самой базы;
сопоставления возникающих усилий с сечением колонны (необходимо для того чтобы оценить работу соединения).
В нашем случае закрепление на уровне базы считается жестким для сквозной колонны и шарнирным для сплошной колонны.
Рис. 12. Закрепление колонны из плоскости рамы
Определение расчетной длины колонны из плоскости рамы для рассматриваемого случая
РАСЧЕТ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ СТУПЕНЧАТОЙ СПЛОШНОЙ КОЛОННЫ
1 Подбор сечения колонны
Сплошное сечение верхней части ступенчатой колонны представлено на рис. 13.
Рис. 13. Сечение верхней части колонны
Материал колонны принимаем в зависимости от группы конструкции и расчетной температуры воздуха по табл. В.1 [1]. В нашем случае принимаем сталь С245 т.к. расчетная температура для г. Санкт – Петербург равна t = –33° C (п. 2.5 [5]) группа конструкции 3 (прил. В). Расчетное сопротивление определяем по табл. В.5 [1] для С245 при t = 2 – 20 мм принимаем Ry = 240 Нмм2. Модуль упругости Е = 206 × 105 Нмм2 (табл. Г.10 [1]).
Высота сечения колонны hв = 05 м установлена при компоновке поперечной рамы (п. 2.5 [5]).
-в плоскости рамы (п. 1.2);
-из плоскости рамы (п. 1.3).
Расчетная комбинация усилий M = 28007 кН·м; N = – 37485 кН (п. 1.1).
Расчетные характеристики предварительно принятого сечения
Радиус ядра сечения –
Условная гибкость –
Эксцентриситет приложения силы N –
Относительный эксцентриситет –
Приведенный относительный эксцентриситет –
где – коэффициент влияния формы сечения определяется по табл. Д.2 [1] в нашем случае – тип сечения 5 отношение площадей предварительно принимаем
В соответствии с п. 9.1.2 [1] при значении ≤ 20 расчет внецентренно-сжатых стержней производится на устойчивость следовательно требуемую площадь сечения определяем исходя из расчета на устойчивость в плоскости рамы.
Требуемая площадь сечения колонны при расчете на устойчивость в плоскости действия момента:
где определяется по табл. Д.3 [1] путем интерполяции при и ; – для стали принимаем по табл.1 [1].
Принимаем сварной двутавр со следующем сечением:
подбор сечения стенки
a)из условия местной устойчивости стенки
где – предельная гибкость стенки определяемая по табл. 22 [1] в нашем случае при 1 mx = 425 10 и 2 тогда
b)из условия среза стенки
где – поперечная сила в сечении 4 определяемая по табл. 2 [5]
c)из условия корродирования стенки
Толщину стенки принимаем высота стенки
подбор сечения полки
Ширину полки принимаем bf = 20 см толщина полки tf = 1 см Af = 20 см2.
Вычисленные размеры сечения увязываем с прокатом по ГОСТ 82-70 «Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный».
Расчетные характеристики принятого сечения:
Площадь сечения: A = 384 + 2 × 20 = 784 см2
Радиус ядра сечения:
Соотношение площадей:
Относительный эксцентриситет:
Приведенный относительный эксцентриситет:
где – коэффициент влияния формы сечения определяется по табл. Д.2 [1] в нашем случае – тип сечения 5 для значения необходимо применить интерполяцию а именно
при = 14 – 002 × = 14 – 002 × 188 =136;
при по интерполяции определяем = 125.
2. Проверка колонны на устойчивость в плоскости действия момента
Проверку на устойчивость внецентренно-сжатых (сжато-изгибаемых) элементов постоянного сечения в плоскости действия момента совпадающей с плоскостью симметрии следует выполнять по формуле:
где определяется по табл. Д.3 [1] путем интерполяции при и – принимаем по табл.1 [1].
Устойчивость обеспечена.
3. Проверка местной устойчивости полок и стенки
В соответствии с п. 9.4.7 [1] устойчивость поясов (полок) внецентренно-сжатых (сжато-изгибаемых) стержней с гибкостью следует считать обеспеченной если условная гибкость свеса пояса (полки) не превышает значений предельной условной гибкости определяемых по формулам табл. 22 [1].
В нашем случае при mx = 468 (5 468 20) и согласно примечанию табл. 23 [1] значение предельной условной гибкости следует определять линейной интерполяцией между значениями вычисленными по формуле (при m = 5) и (согласно п. 8.5.18 [1] при m = 20) соответственно (табл. 2).
Формулы для определения и ее составляющих
– напряжение в сжатом поясе;
Ry – расчетное сопрот-ие сжатого пояса
Применяя линейную интерполяцию при mx = 468 получим
Устойчивость пояса обеспечена.
Проверка местной устойчивости стенки
В соответствии с п. 9.4.2 [1] устойчивость стенок внецентренно – сжатых (сжато – изгибаемых) элементов следует считать обеспеченной если условная гибкость стенки не превышает значений предельной условной гибкости определяемых по формулам табл. 22 [1] (табл. 3).
Схема сечения и эксцентриситет
Условие применения формул
Предельная условная гибкость стенки
В нашем случае предельную условную гибкость определяем по формуле
≤ m сφу = 034 × 0371 = 0126 φе = 0211
4. Проверка колонны на устойчивость из плоскости действия момента
Расчетные характеристики принятого сечения
где М* – расчетный момент определяется в соответствии с п.9.2.6 [1] а именно для стержней с концами закрепленными от смещения перпендикулярно плоскости действия момента – максимальный момент в пределах средней трети длины но не менее половины наибольшего момента по длине стержня (рис. 14). В нашем случае в сечении 4 M4 = 28007 кН·м от комбинации нагрузок Cт = №1 + (№4 + №6) + №2 × 09 (данная комбинация была принята в п.1.1). В сечении 3 значение определяется от той же комбинации нагрузок 3 M3 = 559 + (–11767) + 404 = –10804 кН·м. В сечении на уровне верхнего пояса подкрановой балки Mпб3 = 4704 кН·м (определили исходя из соотношения моментов в концевых сечениях).
Рис. 13. К определению расчетного момента М*
M* = Mпб3 + (M4 – Mпб3) = 4704 + (28007 – 4704) = 20239 > 05 × Mmax
× Mma N = – 37485 кН.
Проверку на устойчивость внецентренно-сжатых (сжато-изгибаемых) стержней сплошного постоянного сечения кроме коробчатого из плоскости действия момента при изгибе их в плоскости наибольшей жесткости () совпадающей с плоскостью симметрии а также для швеллеров следует выполнять по формуле:
где – коэффициент устойчивости при центральном сжатии определяемый согласно п. 7.1.3 [1] и по табл. Д.1 [1] для типа сечения b (табл.7 [1]); – принимаем по табл.1 [1] c – коэффициент определяемый согласно требованиям п. 9.2.5 [1].
при (по формуле (112) [1] где при :
при : (табл. 21 [1]);
Определение коэффициента сmax по прил. Д [1]
Для составного двутавра коэффициент сmax следует определять по формуле Д.1 [1]:
где табл. Д.6 [1] h – расстояние между осями поясов А – площадь сечения.
где табл. Д.6 [1] e* – эксцентриситет приложения сжимающей силы относительно оси x–x принимаемый со своим знаком.
где – момент инерции сечения при свободном кручении – соответственно ширина и толщина листов образующих сечение включая стенку.
РАСЧЕТ НИЖНЕЙ ЧАСТИ СТУПЕНЧАТОЙ СКВОЗНОЙ КОЛОННЫ
Расчет сквозных внецентренно – сжатых колонн производится в два этапа.
На первом этапе соответствии с п. 9.3.3 [1] колонны рассчитываются аналогично фермам с параллельными поясами. Расчет отдельных ветвей выполняют
в плоскости рамы на участках между узлами решетки;
из плоскости рамы на участках между узлами связей.
Продольная сила N и момент M действующие на колонну передаются на ветви а поперечная сила Q – на решетку соединяющую ветви. По найденным усилиям центрального сжатия в ветвях и решетки подбираются их сечения.
На втором этапе в соответствии с п. 9.3.2 [1] производится проверка устойчивости внецентренно – сжатой колонны в плоскости действия момента в предположении что сквозная колонна работает как единый стержень.
1.Подбор сечения и расчет сквозной колонны как фермы с параллельными поясами
Материал принимаем сталь С245 при t = 2 – 20 мм принимаем Ry = 240 Нмм2. Модуль упругости Е = 206 × 105 Нмм2 (табл. Г.10 [1]).
Расчетная длина ветвей колонны определяются
-в плоскости рамы разбивкой решетки сквозной колонны
Расчетная комбинация усилий (п. 1.1).
Выбор типа сечения колонны зависит от величины усилия в наружной ветви . Сечение наружной ветви из холодногнутого швеллера ограничивается максимальной площадью сечения (ГОСТ 8278-83) с высотой Приближенно максимальная несущая способность ветви
В случае если усилие то сечение ветви может быть принято по рис.10 в если то по рис. 10 б.
В нашем случае следовательно принимаем сечение по рис. 10 б (2 двутавра).
Требуемая площадь сечения ветвей:
Принимаем сечение двутавра по ГОСТ Р 57837-2017 со следующими характеристиками (табл. 5 рис. 14).
Характеристики сечения
Подкрановая ветвь (№1)
Рис. 14. Нижняя часть колонны
Площадь сечения колонны
Определяем положение оси Х:
Момент инерции сечения колонны:
Радиус инерции сечения колонны
Уточняем усилия в ветвях колонны с учетом истинного положения центра тяжести колонны:
Проверка устойчивости ветвей колонны
где - коэффициент продольного изгиба при (табл. Д.1 [1]).
Устойчивость ветвей колонны обеспечена.
2.Расчет стержней соединительной решетки колонны
Согласно п. 9.3.7 [1] для расчета стержней соединительной решетки колонны определяется максимальное значение поперечной силы выбираемое из двух приводимых ниже значений Q
Согласно требованиям п. 7.2.7 [1] определяется значение условной поперечной силы:
где – максимальное продольное усилие определяемое в сечении 1 по табл. 2 [5]; определяется по табл. Д.1 [1] при
где – расчетная длина нижней части колонны в плоскости рамы;
По табл. 2 [5] в сечении 1 выбирается максимальное значение поперечной силы .
Максимальное значение поперечной силы – .
Расчетное усилие в раскосе –
Выбирается сечение стержней решетки из одиночного уголка 70×7 со следующими характеристиками сечения (ГОСТ 8509-93):
площадь сечения уголка
наименьший радиус инерции ;
Определяется гибкость – ;
Определяется по табл. Д.1 [1] коэффициент продольного изгиба – .
Проверка принятого сечения
где принимается по табл. 1 [1].
Устойчивость раскоса обеспечена.
Рис. 15. Решетка сквозной колонны
3.Расчет колонны на устойчивость в плоскости действия момента как сквозного внецентренно – сжатого стержня
Материал принимаем (как и в п.7.3.1) сталь С245 при t = 2 – 20 мм с расчетным сопротивлением (табл. В.5 [1]). Модуль упругости (табл. Г.10 [1]).
Высота сечения нижней части колонны
Расчетная длина нижней части колонны в плоскости рамы:
Расчетная комбинация усилий
-а) комбинация для подкрановой ветви (№1) колонны
M = 116462 кН·м; N = –162748 кН; Nma
-б) комбинация для наружной ветви (№2) колонны
M = – 65199 кН·м; N = –174464 кН; Nmax нв = 143902 кН.
Расчетные характеристики принятого сечения в пп. 7.3.1-7.3.2
Гибкость колонны в плоскости действия момента
Приведенная гибкость сквозной колонны (табл. 8 [1]):
Эксцентриситет приложения силы N:
при действии комбинации усилий «а»:
при действии комбинации усилий «б»:
Относительный эксцентриситет (формула 123 [1]):
при действии комбинации усилий «а» (сжата подкрановая ветвь)
где для сечения ветви из двутавра
при действии комбинации усилий «б» (сжата наружная ветвь)
Проверка устойчивости колонны в целом в плоскости действия момента
где – коэффициент продольного изгиба при и (табл. Д.4 [1]).
Устойчивость колонны в целом обеспечена.
4.Проверка соотношения значений моментов инерции верхней и нижней частей колонны
При статическом расчете жесткой рамы было принято соотношение (для сечений принятых в п. 3.4)
В результате подбора сечений верхней и нижней частей колонны жесткой рамы получено
для верхней части колонны (п. 4.1);
для нижней части колонны (п. 5.1).
По результатам подбора сечений получено отношений
Ошибка составляет 18%. В реальном проекте необходимо было бы произвести перерасчет рамы независимо от величины ошибки с корректированными значениями а в данном курсовом проекте допускается перерасчет не производить.
5.Расчет базы сквозной колонны
База является опорной частью колонны и служит для передачи усилий с колонны на фундамент. Конструктивное решение базы зависит от типа и высоты сечения колонны способа ее сопряжения с фундаментом принятого метода монтажа колонн. В зависимости от типа и высоты сечения колонны применяют общие и раздельные базы которые в свою очередь могут быть без траверс с общими или раздельными траверсами одностенчатыми либо двустенчатыми. Расчет и конструктивное решение вышеперечисленных типов приведен в п. 6.8.5 СП 16. В нашем случае для расчета принята конструкция раздельной базы.
Расчетные усилия для подбора сечения ветвей колонны были приняты в сечении 1 поэтому корректировка значений усилий для расчета базы колонны не требуется. Если расчетное усилие для подбора сечения ветвей принято в сечении 2 то для расчета базы необходимо взять новую комбинацию усилий в сечении 1.
Материал фундамента – бетон класса В15 с расчётным сопротивлением (табл. 5.2 [6]). Коэффициент условий работы .
Материал опорной плиты – сталь С255 толщиной св. 20-30 мм (табл. В.5 [1]) (табл. 1 [1]).
Материал траверсы – сталь С245 толщиной 2-20 мм (табл. 1 [1])
Материал и расчетные характеристики для приварки траверсы см. ниже.
Материал анкерной плитки – сталь С255 толщиной св. 20-40 мм (Табл. В.3 [1]) (Табл. 1 [1]).
Усилия сжатия для расчёта опорной плиты (п.5.1.):
●подкрановая ветвь: ;
Усилия для расчета анкерных болтов (табл. 7)
Расчет опорной плиты
Площадь опорной плиты определяется из условия локального сжатия (смятия) фундамента по формуле 6.90 [6]:
где – коэффициент принимаемый равным 10 при равномерном распределении местной нагрузки по площади смятия;
– площадь приложения сжимающей силы;
– расчётное сопротивление бетона сжатию при местном действии сжимающей силы (формула 6.91 [6]);
где – коэффициент повышения расчётного сопротивления бетона при местном сжатии принимаемый не более 25 и не менее 10 а на этапе проектирования назначается в пределах 11 12;
– площадь обреза фундамента и опорной плиты соответственно.
В нашем случае требуемая площадь опорной плиты базы:
●подкрановой ветви №1:
назначается длина плиты исходя из конструктивных соображений: тогда требуемая ширина плиты принимаем
●наружной ветви №2:
назначаем длину плиты тогда требуемая ширина плиты принимаем
Уточняется расчётное сопротивление бетона при размерах обреза фундамента 12 х 15 м (размеры обреза фундамента назначаются кратными 03 м и расстояние от края опорной плиты ветви до края фундамента должно быть не менее 10 см).
Толщина опорной плиты и размеры траверсы определяются для наиболее загруженной базы ветви колонны а размеры плиты и траверсы для другой ветви принимаются аналогичными. В нашем случае рассчитывается база подкрановой ветви (№1).
Согласно п.8.6.2. [1] толщина опорной плиты определяется из расчёта её на изгиб как пластинки опирающейся на ветвь колонны и на траверсы и загруженной отпорным давлением фундамента на единицу площади плиты:
Изгибающие моменты определяются для каждого участка отличающегося размерами и условиями опирания. В рассматриваемой плите имеются следующие участки:
●I участок – плита опёртая по трем сторонам с соотношением сторон следовательно расчет производим как для консольного участка с вылетом
●II участок – консольный с вылетом
●III участок – плита опёртая по контуру
Изгибающий момент в консольных участках определяется по формуле 102 [1] только для II участка так как а именно:
Изгибающий момент на III участке определяется по формуле 103 [1]
где определяется по табл. Е2 [1] в зависимости от отношения длинной стороны к короткой .
Расчёт плиты производится на максимальный изгибающий момент:
Требуемая толщина опорный плиты определяется из расчета ее на изгиб по формуле 101 [1]:
(ширина полосы была принята 1 см)
Высота траверсы определяется из условия расчёта сварных швов соединяющих ее с ветвями колонны. На первом этапе толщина траверсы задаётся (10 16 мм) .
Прочность траверсы проверяется как однопролётной двухконсольной балки опирающейся на ветви колонны и воспринимающей отпорное давление от фундамента.
Определение нагрузки на траверсу
Равномерно распределенная нагрузка на траверсу:
Определение усилий возникающих в траверсе
Рис. 16. Траверса: а – расчетная схема; б – эпюра М; в – эпюра Q
Определение высоты траверсы
Принимаем ручную сварку электродами Э42А (Табл. Г.1 [1]). Расчётное сопротивление углового шва и коэффициенты определяющие глубину провара составляют
●по металлу шва (Табл. Г.2 [1]) (табл. 39 [1]);
●по металлу границы сплавления (Табл. 39 [1]) (Табл. 4 [1]).
Проверяем правильность выбора марки электрода при ручной сварке:
Расчёт сварного соединения с угловыми швами производится (п. 14.1.16 [1]):
●по металлу шва при ;
●по металлу границы сплавления при .
В нашем случае расчет производим по металлу шва т.к.
Согласно п. 14.1.7 [1] Катет углового шва принимается в пределах
где (Табл. 38 [1]) при тавровом соединении с односторонними угловыми швами и при толщине более толстого из свариваемых элементов ;
Требуемая расчётная длина шва 176 [1]:
Расчётная длина шва должна удовлетворять условию:
Принимается траверса высотой:
Проверка прочности траверсы
●по нормальным напряжениям от максимального момента:
где – момент сопротивления траверсы
●по касательным напряжениям:
●по приведенным напряжениям:
Проверка прочности траверсы и сварного шва на максимальное усилие в анкерных болтах
Максимальное усилие в анкерных болтах возникает в подкрановой ветви колонны и составляет
●по нормальным напряжениям от максимального момента
●по касательным напряжениям
●по приведенным напряжениям
●прочность сварного шва
Рис. 17. Траверса: а – расчетная схема; б – эпюра М; в – эпюра Q
Расчет анкерных болтов
Подбор сечения болтов для обеих ветвей ведётся по максимальному усилию растяжения в анкерных болтах и сечение всех болтов принимается одинаковым.
Усилия растяжения в анкерных болтах:
В нашей работе производим расчёт на усилие (наибольшее усилие растяжения в анкерных болтах). Принимаем в каждой ветви по 4 болтов из стали Ст3сп4 (табл. Г.7 [5]) диаметр болтов 42 48 56).
Требуемая площадь болтов нетто (по резьбе) определяется формуле 1 прил. 2 [7]
где – коэффициент учитывающий характер изменения нагрузки во времени для статических нагрузок равен 105;
– количество болтов.
Принимаем 4 болта диаметром (Табл. Г.9 [1]).
Конструкцию болта и основные размеры принимаем по ГОСТ 24379.1-2012. Принимаем болт с анкерной плитой (глухой тип 2 исполнение 1). Анкерную плиту используем общую под 2 спаренных болта.
Минимальная глубина заделки болта согласно формуле Г.10 [7]:
где – минимальная глубина заделки для бетона В125 и стали ВСт3кп2;
– отношение расчетного сопротивления растяжению бетона В125 к расчетному сопротивлению бетона принятого класса;
– отношение расчетного сопротивления растяжению металла болтов принятой марки стали к расчетному сопротивлению стали марки ВСт3пс2.
Исходя из высоты траверсы толщины плитки под анкерные болты (30 40 мм) толщины опорной плиты глубины заделки болта и длины резьбы определяем требуемую длину шпильки:
где длина резьбы болта по ГОСТ 24379.1-2012(*) принимается 125 мм по табл. Б.1(*) принимаем шпильку длиной .
Рис. 18. Конструкция болта с анкерной плитой
Плитки под анкерные болты рассчитываются на поперечный изгиб от воздействия болтов. Анкерные болты по конструктивным соображениям устанавливаются на расстоянии от внутренней грани траверсы.
Изгибающий момент в плите:
Требуемая толщина плитки под анкерные болты:
где – длина анкерной плитки под болты
– диаметр отверстия.
Принимаем плитку под анкерные болты сечением .
Конструктивные требования
Наименьшие допустимые расстояния между осями болтов и от оси крайних болтов до грани фундамента приведены в табл. 1 прил. 2 [7].
При установке спаренных болтов (например для закрепления несущих стальных колонн зданий и сооружений) следует предусматривать общую анкерную плиту с расстоянием между отверстиями равным проектному расстоянию между осями болтов или устанавливать одиночные болты с разбежкой по глубине.
Расстояния между болтами а также от оси болтов до грани фундамента допускается уменьшать на 2d при соответствующем увеличении глубины заделки болта на 5d. Расстояние от оси болта до грани фундамента допускается уменьшать еще на один диаметр при наличии специального армирования вертикальной грани фундамента в месте установки болта.
Во всех случаях расстояние от оси болта до грани фундамента не должно быть менее 100 мм для болтов диаметром 30 мм включ. 150 мм — для болтов диаметром до 48 мм и 200 мм — для болтов диаметром более 48 мм.
6.Конструкция и расчет сопряжения верхней и нижней частей колонны
Сопряжение верхней и нижней частей колонны осуществляется при помощи (рис. 19)
●монтажного стыка на листовых накладках;
●накладки соединяющей наружную полку траверсы с наружной ветвью нижней части колонны.
Монтажный стык на листовых накладках выполняется при помощи сварки на отметке выше уровня головки рельса на 500 мм и проектируется в соответствии с требованиями п. 14[1] а в курсовой работе данный стык допускается не рассчитывать.
Длина наружной накладки определяется из условия расчета сварных швов а также для равномерного распределения напряжений необходимо соблюдать соизмеримость длины и ширины накладки. Верхняя часть полунакладки приваривается к наружному поясу траверсы нижняя к наружной ветви нижней части колонны.
Траверса на которую передается воздействие верхней части колонны и половина давления подкрановой балки (вторая часть передается на наружное ребро) рассчитывается как однопролетная балка прикрепленная к ветвям колонны.
Определение длины накладки
Материал накладки – сталь С245 толщиной 2-20 мм (Табл. В.5 [1]) толщину накладки принимаем .
Для определения максимального продольного усилия в накладке выбирается расчётная комбинация усилий в сечении 3 при которой действует – М и N при :
при Cт = №1 + (№3 + №7) + №10 × 09 + №2 × 07.
Продольное усилие в накладке:
Длина полунакладки определяется длиной угловых швов при ручной сварке электродами Э42А
Согласно п. 14.1.7 [1] катет углового шва следует принимать в пределах
Требуемая расчётная длина шва (формула 176 [1]):
Расчётная длина шва должна удовлетворять условию:
●верхней части полунакладки:
●нижней части полунакладки:
●общая длина накладки .
Материал траверсы – сталь С245 толщиной 2-20 мм .
Толщину стенки траверсы определяем из условия ее смятия:
где где – ширина нижнего пояса пб.
Учитывая возможный перекос опорного ребра балки принимаем
Определяется поперечная сила (опорная реакция траверсы в месте её примыкания к подкрановой ветви колонны) с учетом действия и специальной комбинации усилий в сечении 3 колонны.
В расчетную комбинацию усилий в сечении 3 входят обязательно все постоянные нагрузки и вертикальное давление крана у левой колонны (нагрузка№3) из поперечных торможений крана (нагрузки №5678) следует выбирать ту которая имеет максимальное значение +М из остальных воздействий (нагрузки №2910) берутся такие нагрузки которые увеличивают величину Qтр то есть нагрузки со значениями усилий +М.
Высота траверсы была определена при компоновке рамы. Высота стенки траверсы за вычетом толщины горизонтальных листов составляет .
В решетчатых колоннах траверса работает как балка-стенка двутаврового сечения с пролётом равным ширине нижней части колонны. Нормальные напряжения в траверсе при как правило малы поэтому проверяем прочность траверсы на срез:
Сварные швы крепления траверсы к подкрановой ветви (ш1) вертикального ребра к стенке траверсы (ш2) а также горизонтальных листов траверсы выполняются ручной сваркой электродами Э42А .
Так как то расчёт производим по металлу шва (аналогично п. 6.5).
Предельная (расчётная) длина шва:
Проверка напряжений в сварном шве:
●напряжения в сварном шве (ш1)
●напряжения в сварном шве (ш2)
где – максимальное продольное усилие внутреннего пояса верхней части колонны определяемое в сечении 3.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕШЕТЧАТОГО РИГЕЛЯ РАМЫ
Схемы ферм из уголков применяемых для ригелей рам каркасов производственных зданий при жестком или шарнирном сопряжении ригеля с колонной представлены на рис.3[5].
Покрытие по фермам из уголков может быть беспрогонной конструкцией с железобетонными или стальными профилированными настилами (усиленные стальные настилы при шаге ферм 60 м) непосредственно по поясам ферм а также прогонной конструкцией со стальными профилированными настилами или армоцементными плитами по прогонам размещаемым в узлах ферм (с шагом 30 м).
В последние годы широко внедряются более экономичные конструкции ферм из гнутых замкнутых профилей с бесфасоночными узлами. Схемы ферм из гнутых элементов представлены на рис. 19.
Рис. 19. Схемы ферм из гнутых профилей
Особенностью конструкций покрытий ферм из гнутых профилей является применение только легкой кровли по стальным профилированным настилам так как несущая способность ферм ограничена сортаментом выпускаемых профилей. Применяются беспрогонные или прогонные конструкции легкой кровли.
Более распространенной является беспрогонная конструкция кровли по фермам из гнутых элементов (усиленные настилы при шаге ферм 60 м). Фермы по рис. 19а применяются только для ригелей шарнирных рам фермы по рис. 1б для ригелей обеих типов рам.
1.Определение расчетных сочетаний усилий (РСУ) в стержнях ферм при расчете поперечной рамы каркаса производственного здания в программном комплексе
Последовательность определения (РСУ) в стержнях ферм:
Для того чтобы упростить определение сочетаний усилий в стержнях ферм следует построить таблицу которую по строкам условно разделяем на блоки с постоянной нагрузкой и с временными (в нашем случае кратковременными) взаимоисключающими схемами загружений а по столбцам на блоки элементов ферм с различными коэффициентами сочетаний нагрузок
Заполнить таблицу со значениями усилий N полученных в каждом элементе фермы с умножением значений на соответствующие коэффициенты сочетаний нагрузок
Так как основным расчетным сочетанием для расчета элементов фермы является сочетание дающее максимальную сжимающую ( ) или растягивающую силу ( Nmax + ) то для ее определения необходимо:
Найти максимальную силу с коэффициентом сочетаний нагрузок
Сложить найденные усилия с постоянной нагрузкой
Выбрать наиболее опасное усилие для дальнейшего расчета элементов ферм.
2.Определение РСУ в стержнях ферм при расчете поперечной рамы каркаса производственного здания методом перемещений
Рассматривается пример расчета фермы L = 30 м представленной на рис. 20 жестко сопряженной с колонами рамы при беспрогонной конструкции кровли по железобетонным настилам. Расчетная схема поперечной рамы каркаса приведена на рис.7 [5]. Материал фермы - принята сталь С245 с расчетным сопротивлением Ry = 240 Мпа (t = 2-20 мм) по табл. В.5 [1].
Обозначения элементов фермы представлены на рисунке ниже.
Рис. 20. Схема фермы: a) обозначение элементов фермы б) слева (от оси симметрии) расчетные усилия в стержнях кН справа – геометрические длины стержней мм
Определение расчетной длины элементов ферм и выбор типа уголков
В соответствии с п. 10.1.1 расчетные длины сжатых элементов плоских ферм в их плоскости lx и из плоскости ly определяются по табл. 24 [1]:
В фермах стержни которых образованы из парных уголков составленных в тавр выбор типа уголков (равнополочных или неравнополочных) определяется условием обеспечения равноустойчивости стержня (λx λ y) или конструктивными соображениями.
Для верхнего пояса и опорных раскосов при lx = ly (длина верхнего пояса ly для беспрогонной конструкции кровли равна ширине плит покрытия прикрепляемых к поясам для прогонной – шагу прогонов устанавливаемых в узлах ферм и закрепленных связями т.е. равна длине панели lx) при обеспечении условия λx λy (или при lx = ly ix =iy) должны быть выбраны неравнополочные уголки соединенные широкими поясами (ixiy). Однако для повышения жесткости фермы из своей плоскости принимается сечение верхнего пояса из равнополочных уголков (ix08iy).
Для нижнего пояса раскрепленного из своей плоскости обычно более редко чем в своей плоскости наиболее рационально сечение из неравнополочных уголков соединенных узкими полками . Для стержней решетки при принимается сечение из равнополочных уголков.
В фермах пролетом при пролетах L = 30 м сечения поясов изменяют один раз (в нижнем поясе – в первом от опоры узле в верхнем поясе – в третьем).
Определение толщины фасонки
Зазор между парными уголками определяющий толщину фасонок по всему пролету фермы назначается в зависимости от усилия N в опорном раскосе:
Для обеспечения совместной работы стержней из двух уголков ставятся прокладки (рис. 4) располагаемые по длине сжатых стержней на расстояниях растянутых – .
При этом в пределах длины сжатого элемента следует предусматривать не менее двух промежуточных прокладок.
Рис. 21. Расположение прокладок
Подбор сечения уголков
Подбор сечения сжатых уголков производят методом последовательных приближений в следующей последовательности:
Задаются гибкостью и определяют условную гибкость
По прил. Д [1] находят коэффициент продольного изгиба в зависимости от типа сечения (аbc) и условной гибкости.
Определяют требуемую площадь и радиус инерции
По двум параметрам подбирают № уголка выписывают его характеристики определяют и выполняют проверки - При выборе № уголка если несколько уголков имеют примерно одинаковую площадь отдают предпочтение более тонким уголкам. В случае если при проверке установлено недонапряжение (более 5-10%) или перенапряжение корректируют № уголка и повторяют проверку.
Подбор сечений растянутых уголков производят по требуемой площади и контролируют гибкость .
Подбор сечений стержней фермы из уголков
Предварительно выбираем уголок
для сжатых элементов (табл.32) для растянутых элементов (табл. 33)
Расчет рядовых узлов
Для расчета узлов принята ручная сварка электродами Э42А.
Материал фасонок – принята сталь С255 t=2-20 мм
Расчетное сопротивление углового шва:
по металлу шва (табл. Г.2) (табл. 39)
по металлу границы сплавления (табл. 39)
Проверяем правильность выбора марки электрода при ручной сварке (п.14.1.8)
Так как расчет производим по металлу шва.
Катет углового шва принимаем
Требуемая суммарная длина шва по формуле:
Расчетная длина шва должна быть
В таблице для каждого шва приведены 2 длины: в числителе расчетная длина в знаменателе – конструктивная (минимальная при конструировании узла).
Коэффициенты распределения длины швов по перу и обушку (для равнополочных уголков).
Расчет рядовых узлов фермы из уголков
Расчет укрупнительных узлов
Для расчета узлов принята ручная сварка электродами Э42А с .
Материал фасонок – сталь С255
Расчет произведен приближенным способом. Усилие (увеличенное в 12 раза) передается в стыке через горизонтальную накладку пояса и вертикальную фасонку. Величины усилий в накладке и фасонке пропорциональны их площадям. Стык вертикальных полуфасонок перекрывается вертикальной накладкой которая условно рассчитывается на усилие в поясе ().
Расчетная характеристика
Укрупнительный узел верхнего пояса
Укрупнительный узел нижнего пояса
Сечение уголков пояса
Расчет опорного узла
Момент раскладывается на пару сил которые передаются на верхний и нижний пояса фермы. Материал фланцев – сталь С255 Соединение фланца с фасонкой осуществляется при помощи ручной сварки электродами Э42А
Верхний опорный узел
В узле крепления верхнего пояса сила стремится оторвать фланец от колонны и вызывает изгиб.
Желательно чтобы линия действия силы Н проходила через центр фланца тогда усилие растяжения во всех болтах одинаково и определяется:
где – количество болтов.
Требуемая площадь болта:
где – расчетное сопротивление болта класса 5.6.
По табл. Г.9 [1] принимаем болты 16мм .
Исходя из условия размещения болтов установим размеры фланца:
Момент при изгибе фланца определяют как в защемленной балке пролетом b равным расстоянию между болтами:
Требуемая толщина фланца:
Напряжение во фланце:
Шов крепления фланца к фасонке работает на срез и его высоту определяют по формуле:
Принимаем . (по табл. 38 СП. 16)
Под действием опорного давления швы крепления фасонки к фланцу срезаются вдоль шва и в них возникают напряжения:
Вертикальная реакция фермы:
Усилие Н приводит к срезу шва в направлении перпендикулярном оси шва:
Поскольку центр шва может не совпадать с осью нижнего пояса на шов действует момент где – эксцентриситет приложения усилия . Под действием момента шов также работает на срез перпендикулярно оси шва:
Прочность шва или металла по границе сплавления проверяют в наиболее напряженной точке на действие результирующих напряжений:
Болты (6 шт.) назначаются конструктивно 16 мм класса 5.6 т.к. сила прижимает фланец к колонне и болты не работают.
Назначаются поперечные размеры фланца 150 х 10 мм. Напряжение смятия торца (в оперении на столик):
Опорный столик толщиной рассчитывается на усилие
Назначен шов . Остальные характеристики сварного шва приняты без изменений.
Требуемая длина шва:
Принимается длина столика 22 см.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
СП 16.13330.2011. Стальные конструкции Минрегион России. - М.: ГУП ЦПП 2011. – 172 с.
СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия Минрегион России. - М.: ГУП ЦПП 2011. – 92 с.
Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учеб. заведений [В. В. Горев Б. Ю. Уваров В. В. Филиппов Г. И. Белый и др.]. – М.: Высш. шк. 2002. – 528 с.
Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учеб. заведений [Ю. И. Кудишин Е. И. Беленя В. С. Игнатьева и др.]. – М.: «Академия» 2006. – 688 с.
Металлические конструкции одноэтажных производственных зданий. Компоновка каркаса статический расчет поперечной рамы П.А. Пяткин И.В. Астахов В.Ю. Луговцов СПбГАСУ 2014. – 95 с.
Металлические конструкции одноэтажных производственных зданий. Проектирование ступенчатой колонны рамы П.А. Пяткин И.В. Астахов В.Ю. Луговцов СПбГАСУ 2014. – 62 с.
Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81*).– М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986. –146 с.
Руководство по проектированию стальных конструкций из гнутосварных замкнутых профилей ЦНИИПроектстальконструкция – М.: 1978. – 43 с.
Ветровая нагрузка на сооружения под ред. Г.А. Савицкого. – М.: Стройиздат 1972. – 111 с.
Нагрузки и воздействия на здания и сооружения под ред. В. Н. Гордеева. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов 2007. – 482 с.
СП 131.13330.2012*. Строительная климатология Минрегион России. - М.: ГУП ЦПП 2012. – 108 с.
СП 43.13330.2012 Сооружения промышленных предприятийГосстрой СССР. – М.: ГУП ЦПП 1987. – 102 с.

icon МК мое конец.dwg

МК мое конец.dwg
Отлив из оцинкованной стали
Дерев. подокон. доска
Оконный деревян. блок
БР. 100.208 ГОСТ 6665-91
Бетонная подготовка КПВ75
Трамбованный щебень 1200ФР20-40
Керамическая плитка 20
ЦПР ГОСТ 28013-98 40
Выравнивающая стяжка 10
Бетонная подготовка 50
Черновая стяжка КЛ15 (200) 70
Асфальтобетон мелкозернистый 50
Щебень уплотненный 150
Жесткий утеплитель 100
Песок средне крупности 200
Минеральная вата 120
Воздушная прослойка 20
Минеральная вата 170
Алюминий (ГОСТ 22233-83) 8
Воздушная пройслойка 20
Гидроизоляция обмазочная
Стена бетон h=800 мм
Мостовой кран Q1=Q2=1600 кН
Связи по верхним поясам ферм
Связи по нижним поясам ферм
Ремонтная площадка крана
Рама с жестким сопряжением ригеля и колонны
опорный столик стеновой панели
ось центра тяжести нижней части колонны
ось центра тяжести верхней части колонны
оси центра тяжести стропильной фермы
Линия обреза фундамента
линия обреза фундамента
Геометрическая схема фермы ФС1 с сечениями и усилиями
Совмещенный план связей по нижним и верхним поясам ферм
Разрез 1-1 в уровне верхнего пояса ферм
Совмещенный фасад и продольный разрез в осях 1-13
Торцевой фасад и схема несущего фахверка
Схема расположения подкрановых балок и тормозных конструкций конструкций на отм. +10
Схема расположения колонн на отм. 0
Совмещенный план колонн и подкрановых балок

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 21 час 46 минут
up Наверх