Расчет металлических конструкций однопролетного промышленного здания

Листики.dwg

Стальные конструкции одноэтажного промышленного здания
Курсовой проект по дисциплине "Металлические конструкции
Геометрическая схема и расчетные усилия фермы
Отправочная марка Ф1 М1:50
Узел опирания фермы на колонну М1:25
Схема связей по верхним поясам ферм
Схема связей по нижним поясам ферм
Схема вертикальных связей между колоннами
Защитный слой из гравия
втопленного в мастику 15 мм
Водоизоляционный ковер из трех слоев рубероида
Пароизоляция из одного слоя рубероида
Профилированный настил 1 мм
Стальной каркас комплексной панели
Металлические конструкции покрытия
Отправочная марка Ф1 М1:25

Испр. МК Бабенко В. А. 17-СБ-СТ1.docx

Курсовой проект содержит 57 страницы 22 рисунка 7 таблиц. 7 источников графическая часть – 2 листа формата А1.
ФЕРМА ПОПЕРЕЧНАЯ РАМА ОТСЕК ОДНОСТУПЕНЧАТАЯ КОЛОННА ДВУХВЕТВЕВАЯ КОЛОННА БАЗА МОСТОВОЙ КРАН РЕШЕТЧАТАЯ КОЛОННА УЗЕЛ СОПРЯЖЕНИЯ.
Приведены расчеты связанные с проектированием стальных конструкций одноэтажного промышленного здания.
Рассчитана ферма из круглых труб поперечная рама одноступенчатая колонна. На основании расчета произведен подбор сечения и размеров колонны фермы.
Разработана отправочная марка на ферму.
1 Дополнение к заданию для расчета фермы9
3 Определение усилий в элементах фермы10
4 Определение расчетных длин стержней фермы11
5 Подбор сечений элементов11
6 Расчет узлов фермы13
6.1 Промежуточный узел фермы с заводским стыком верхнего пояса13
6.2 Укрупнительный стык нижнего пояса фермы на монтажной сварке14
6.4 Монтажный стык верхнего пояса15
РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ С ШАРНИРНЫМ ПРИКРЕПЛЕНИЕМ РИГЕЛЯ К КОЛОННАМ16
2 Нагрузки действующие на раму18
2.1 Постоянные нагрузки18
2.2 Нагрузки от стенового ограждения19
2.3 Снеговая нагрузка19
2.4 Нагрузки от мостовых кранов19
2.5 Горизонтальное давление от торможения крановой тележки21
2.6 Ветровая нагрузка21
4 Статический расчет25
4.1 Постоянная линейная нагрузка от покрытия26
4.2 Снеговая нагрузка26
4.3 Вертикальное давление кранов28
4.4 Горизонтальное давление кранов на раму30
4.5 Ветровая нагрузка32
РАСЧЕТ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТОЙ КОЛОННЫ37
2 Расчетные длины участков колонны37
3 Расчет надкрановой части колонны39
4 Расчет подкрановой части колонны43
4.1 Расчет ветвей подкрановой части43
4.2 Расчет решетки47
4.3 Проверка устойчивости колонны в плоскости рамы как единого сквозного стержня47
5 Расчет узла сопряжения верхней и нижней частей колонны48
5.1 Проверка прочности шва 149
5.2 Расчет швов 2 крепления ребра к траверсе49
5.3 Расчет швов 3 крепления траверсы к подкрановой ветви50
5.4 Проверка прочности траверсы как балки загруженной N M D50
6 Расчет и конструирование базы колонны51
6.1 База подкрановой ветви52
6.2 База наружной ветви53
6.3 Расчет анкерных болтов 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 57
Для металлургической машиностроительной легкой и других отраслей промышленности возводят одноэтажные каркасные здания. Конструктивной и технологической особенностью таких зданий является оборудование их транспортными средствами – мостовыми и подвесными кранами. Мостовые краны перемещаются по специальным путям опертым на колонны; подвесные краны и перемещаются по путям подвешенным к элементам покрытия.
Покрытия одноэтажного производственного здания может быть балочным (из линейных элементов) или пространственным (в виде оболочек).
К элементам конструкции одноэтажного каркасного здания с балочным покрытием относятся: колонны заделанные жестко в фундаментах; ригели покрытия опирающиеся на колонны; плиты покрытия уложенные по ригелям; подкрановые балки; световые и аэрационные фонари. Основная конструкция каркаса – поперечная рама образованная колоннами и ригелями.
В настоящем курсовом проекте использованы ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ 2.101-2006 ЕСКД. Основные надписи
ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы
ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам
ГОСТ 2.113-75 ЕСКД. Групповые и базовые конструкторские документы
ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы
ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы
ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей технических требований и таблиц
ГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы величин
ГОСТ 21.101-97 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации
ГОСТ 21.110-95 СПДС. Правила выполнения спецификации оборудования изделий и материалов
ГОСТ 21.501-93 СПДС. Правила выполнения архитектурно-строительных чертежей
СП 16.13330.2017 "Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*" (с Поправкой)
СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*
Шаг колонн в продольном направленииB = 12 м
Пролет здания L = 24 м
Режим работы кранов средний
Отметка головки рельса12 м
Грузоподъемность мостовых кранов300 кН
Снеговая нагрузка 12 кПа
Ветровая нагрузка 048 кПа
Характерпокрытия холодное
Тип ферм из круглых труб
Расчетные сопротивления проката и принимаются в соответствии с выбранным классом стали по СП 16.13330.2017 "Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*" (с Поправкой).
Расчетные сопротивления стали сдвигу и смятию торцевой поверхности соответственно равны Rs = 058 Rp = Ru.
Коэффициенты условий работы во всех случаях условно принять равными γс = 1.
Модуль упругости стали E = 206·104 кНсм2 = 206·105 МПа.
Шаг стропильных ферм b = 12 м; Пролет L=24 м.
Материал конструкций – группа конструкций – 2; пояса – сталь марки 09Г2С гр. 1 фас. t = 4-10 мм Ry = 335 МПа; решетка – сталь марки ВСт 3 пс: гр. 1 фас. t = 4-10 мм Ry = 230 МПа;
Ферму выполняют из электросварных труб.
Рисунок 1 - Геометрическая схема фермы из труб для L = 24 м
Постоянные нагрузки на 1м2 от массы конструкций покрытия приведены в таблице 1.
Таблица1 - Сбор нагрузок
Нормативная нагрузка
Коэфф-т надежности по нагрузке
Защитный слой 15мм из гравия втопленного в мастику
Водоизоляционный ковер из трех слоев рубероида
Пароизоляция из одного слоя рубероида
Профилированный настил t = 1 мм
Стальной каркас комплексной панели
Собственная масса металлической конструкции фермы и связей
Итого общая нагрузка:
Узловая нагрузка от веса конструкций покрытия:
Временная узловая нагрузка от массы снегового покрова:
Снеговая нагрузка по заданию р0=12 кНм2.
где с=1 т.к. i=15%.
2. Определение усилий в элементах фермы
Рассмотрим определение усилия в панели верхнего пояса В3:
- от постоянной нагрузки - NB3=B3·F1= -95·3924= -37278 кН;
- от снеговой нагрузки - NB3=B3·F2= -95·12096= -114912 кН;
Где B3 - усилие в панели от загружения вертикальной единичной силой (по справочной таблице 14 [3]).
Таблица2 – Расчетные усилия в элементах фермы
Обозначение стержней
Усилия от загружений кН
3. Подбор сечений элементов
Расчет сжатых элементов: Ry·γc ;
Расчет растянутых элементов: Ry·γc;
Где φ – коэффициент продольного изгиба в первом приближении задается: для поясов - 08 элементов решетки - 06;
γс – коэффициент условий работы равный для верхнего пояса – 1 для нижнего пояса и всех растянутых раскосов 095; для сжатых раскосов и стоек при λ>60 – 08.
Подбор сечений в панели В3 (Ry=335 МПа=335 кНсм2):
По сортаменту (табл. 17 [3]) принимаем сечение труб
0х55 A=232 см2 ixy=476 см.
Проверка принятого сечения:
λ= [λ]=120; (по табл. 25[3]);
Аналогично производим подбор сечений всех остальных стержней. Конечные результаты записываем в табличной форме – см. табл. 3.
Таблица 3 – Подбор сечений элементов фермы из труб
4. Расчет узлов фермы из круглых труб
Стержни раскосов решетки из круглых труб прикрепляют непосредственно к поясам впритык сварными швами с проверкой их несущей способности Nш≥N (N – усилие в раскосе). Стойки имеющие сплющенные концы прикрепляют к поясам угловыми швами.
4.1.Промежуточный узел фермы с заводским стыком верхнего пояса
Материалы фермы: пояса – сталь С345 элементы решетки и опорный раскос – сталь С235. Сварочная проволока – Св08А.
Расчетные характеристики:
Угловых швов – Rwf=180 МПа=18 кНсм2;
Опорного фланца – Rp= 351 МПа= 351 кНсм2;
Сварка полуавтоматическая – f=09.
Рисунок 2 - Промежуточный узел фермы с заводским стыком верхнего пояса
Прочность шва прикрепляющего раскос Р3 без разделки кромок к верхнему поясу:
Где с=085 – коэффициент условий работы шва;
Кf =045 см – принимаем равным толщине стенки раскоса.
где =1057 – определяем по табл.13[5].
- Прочность шва обеспечена.
Прочность шва прикрепляющего стойку С2 к верхнему поясу равна:
где =1021 – определяем по табл.13[5].
-Условие выполняется прочность шва обеспечена.
Заводской стык верхнего пояса выполняют стыковым швом с применением подкладного кольца. Расчет шва не производится так как он работает на сжатие.
4.2. Укрупнительный стык нижнего пояса фермы на монтажной сварке
Стык осуществляется с помощью парных накладок Толщину накладки принимают t = 10мм число лепестков – n = 4 размер лепестка – а = 140мм.
Длина сварного шва соединяющего накладки с нижним поясом:
Несущая способность шва:
= f ·Кf ··Rwf ·с = 07·07·123·18·1=108486 кН>N=7479 кН;
где f =07 – ручная сварка.
- Условие выполняется.
Рисунок 3 - Укрупнительный стык нижнего пояса на монтажной сварке
4.3. Монтажный стык верхнего пояса
Монтажный стык верхнего пояса осуществляется с помощью фланцев на болтах. Торцы труб перед установкой фрезеруют. Соединительные угловые швы назначают минимальной толщины. Расчет стыка не производят.
Рисунок 4 - Монтажный стык верхнего пояса
Рисунок 5 - Опорный узел
Опорная реакция F воспринимается опорным фланцем:
Проверка опорного фланца на смятие:
3 кНсм2 Rp =351 кНсм2
Расчет поперечной рамы с шарнирным прикреплением ригеля к колоннам
Здание однопролетное неотапливаемое с мостовыми кранами Q=300 кН среднего режима работы. Пролет цеха – ;
Уровень головки кранового рельса – 12 м.
h1=12 м– наименьшая отметка головки кранового рельса которая задается из условия необходимой высоты подъема крюка над уровнем пола
h2 – расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия:
h2= hк+100+a=2750+100+300=3150 мм = 315 м
где hк =2750 мм– вертикальный габарит крана;
0 мм– зазор установленный по требованиям техники безопасности;
а=300 мм– размер учитывающий прогиб конструкции покрытия;
Окончательно примем 32м (кратно 200 мм);
Внутренний габарит цеха:
Н= h1 + h2=12 + 32=152 м.
Принимаем Н=162 м (кратно 18 м);
Высота верхней части стойки:
hв= h2+ hпб+ hр=32+15+012=482 м;
где hпб=1500 мм– из расчета подкрановой балки;
hр=120 мм– высота кранового рельса КР-70 (по ГОСТ – табл. 2.5 [4]).
Высота нижней части стойки:
hн=Н - hв+08=162-482+08=1218м;
h = hв+ hн=482+1218=17 м;
Высота фермы на опоре:
hоп = 29 м - для типовых ферм из круглых труб с
Высота покрытия от низа ригеля до конька кровли:
Определяем размер элементов рамы по горизонтали b0 bв bн.
Привязка наружной грани колонны к разбивочной оси b0=250 мм т.к. наш пример относится ко всем остальным случаям.
Ширина верхней части колонны: bв=2 · b0=2·025=05 м;
Условие необходимой жесткости колонны:
bв≥(112)·hв 05 м≥(112)·432 м 05м≥036 м - условие соблюдается
Ширина нижней части колонны: bн= b0+λ=025+075= 1м;
где λ=750 мм т.к. Q=300 кН и нет необходимости устройства проходов в надкрановой части колонны.
bн≥(120) ·h 1м≥(120)·16 1 м≥ 08 м- условие соблюдается.
Габарит безопасности движения крана:
λ - b1 - (bв - b0) ≥ 75 мм 075-03-(05-025) ≥ 0075 м 02 м ≥ 0075 м- условие свободного прохода крана обеспечивается.
Рисунок 6 - Конструктивная схема рамы
2. Нагрузки действующие на раму
Расчётная линейная постоянная нагрузка от ригеля:
где – угол ската кровли. Для покрытий промзданий принимается сosα = 1 из-за малости угла ската.
Расчетное давление на колонну от покрытия:
Расчетный сосредоточенный момент в уровне уступа:
где – расстояние между осями надкрановой и подкрановой части колонны =;
рн= р0 · с= 12·1= 12 кНм2; (с=1 т.к. i= 15% т.е. )
Расчетная линейная снеговая нагрузка на ригель:
р= р0 · с ·f · b = 12·1·14·12= 2016 кНм2;
Расчетное давление на колонну от снеговой нагрузки:
Рисунок 7 – К определению нагрузок на раму
Вертикальная нагрузка от мостовых кранов:
Вертикальное давление на среднюю колонну продольного ряда определяется от действия двух сближенных кранов Q=300 кН с помощью линий влияния опорного давления (см.рис.8).
Рисунок 8 – Размещение катков двух сближенных кранов на одном подкрановом пути
Ординаты линий влияния:
y1=02875; y2=07125; y3=1; y4=0575;
y = y1+ y2+ y3+ y4 = 2575;
Lкр=L-2·λ=24-2·075= 225 м;
Масса крана с тележкой mкр=52 т сила тяжести Gкр=520 кН.
Нагрузка от подкрановых конструкций определяется приближенно по данным таб.2.2[6]. gпк=025 кНм2 (для Q500 кН) площади пола:
Gпк=gпк·Aгр.пола=025·144=36 кН где Aгр.пола= b·L2= 12·242= 144 м2;
Расчетное максимальное давление на колонну:
где nc =085 – коэффициент сочетаний для двух кранов легкого и среднего режимов работы;
y– сумма ординат линии влияния опорного давления на колонну;
Gпк – давление подкрановых конструкций.
Расчетное минимальное давление на колонну:
Минимальное давление колеса крана на подкрановый путь:
где eкр – эксцентриситет принимаемый предварительно eкр=05·=05·10= 05 м – для крайних ступенчатых колонн.
Горизонтальное давление от торможения крановой тележки:
Горизонтальное давление от торможения крановой тележки действует поперек цеха и определяется:
Т = nс·f ·Ткn ·y =085·11·105·2575 = 2528 кН;
Масса тележки сила тяжести .
Число колес с одной стороны моста крана =2 для крана =300 кН.
Сила Т приложена к раме в уровне верхнего пояса подкрановой балки может действовать на одну или другую колонну причем как вправо так и влево. В курсовом проекте для упрощения расчета допускаем что давление Т передается в уровне уступа т.е. в месте изменения сечения колонны.
Ветровой район: w0=048 кПа см.СП 20.13330.2016. Тип местности А.
Расчетные погонные нагрузки на стойку рамы от активного давления и отсоса:
b=12 м; c= 08; c’= 05; f =14.
Коэффициент k зависит от высоты и типа местности (см.табл. 2.6). k=10 на отметке +10000 м; k=125 на отметке +20000 м; k=155 на отметке +4000 м.
Промежуточные значения определяем линейной интерполяцией. В уровне низа ригеля на отметке +16250 м - k=1131; в уровне верха покрытия на отметке +19830 м - k=1227.
Расчетные погонные нагрузки от ветра на стойку рамы:
- на высоте до +10000 м:
q10=14·048·08·1·12 = 64512 кНм; q’10=14·048·05·1·12 = 4032 кНм;
- в уровне низа ригеля на высоте +16250 м:
qn=14·048·08·1131·12 = 7296 кНм; q’n=14·048·05·1131·12 = 456 кНм;
- в уровне верха покрытия на высоте +19830м:
qв=14·048·08·1227·12=7916 кНм; q’в=14·048·05·1227·12= 4947 кНм;
на высоте до +2000 м:
q20=14·048·08·125·12=8064 кНм; q’20=14·048·05·125·12=504кНм;
Ветровая нагрузка действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания заменяется сосредоточенной силой приложенной в уровне низа ригеля рамы.
Рисунок9– Схема ветровой нагрузки на раму
а – по нормам проектирования;
б – приведенная к эквивалентной;
в – расчетная схема
Момент в заделке стойки от ветрового напора:
Эквивалентная равномерно распределенная ветровая нагрузка:
Ветровая нагрузка действующая на покрытие: hw=hпокр=358 м.
W’= 075·W=075· = 2185 кН;
W0= W+W’= +2185 = 5098 кН.
Таблица4 - расчетные нагрузки на раму
Обозначение нагрузки
Постоянная линейная от покрытия
Опорное давление ригеля:
от постоянной нагрузки
от снеговой нагрузки
Вертикальное давление колес мостовых кранов:
Сила поперечного торможения:
сосредоточенная сила
Определяем соотношения моментов инерции IвIн IpIн при bв=500 мм; bн=1000 мм ; hоп= 2900 мм.
Принимаем: n=0097; λ=
Вычисляем погонные жесткости ригеля:
При расчете на нагрузки приложенные к стойкам допускается принимать если выполняется условие:
Рисунок10 – Расчетная схема
4. Статический расчет рамы на отдельные нагрузки
Учитывая симметрию рамы и нагрузки пренебрегаем горизонтальным смещением верхних узлов рамы.
Определяем изгибающие моменты в колоннах от действия моментов Mq и Mp как в отдельных несмещаемых стойках.
Схема загружения рамы от воздействия равномерно распределенных нагрузок на ригель показана на рис.11.
Рисунок 11 – Схема загружения рамы
Постоянная линейная нагрузка от покрытия:
MCB= -RBhB= -2849482= -1231 кНм;
MCН= MCB + Mq = -1231+3924 = 2693 кНм;
MA= -RBh+ Mq = -284916+3924= -6344 кНм;
QA=QB= N=Aq=15696 кН;
Рисунок 12 - Эпюры M и Q от постоянной нагрузки
Эпюры M и Q от снеговой нагрузки получаем умножением ординат эпюр от постоянной нагрузки на соотношение:
Рисунок 13 - Эпюры M и Q от снеговой нагрузки
Расчет на нагрузки приложенные к стойкам:
Рисунок 14 - а) основная система рамы; б) к расчёту на нагрузки приложенные к стойкам.
Условно закрепленная рама (т.е. основная система) показана на рис14 a. В расчете принято Ip=. Определяем неизвестное смещение рамы:
где – смещающая горизонтальная сила.
Определяем моменты от единичного смещения верхних узлов рамы (см.рис.13б).
Эпюра используется в расчете на крановые и ветровые нагрузки.
Вертикальное давление крана:
На левую стойку: Dma Mma
На правую стойку: Dm Mm
Реакция Rp в дополнительной связи условно разделенной рамы:
Горизонтальная смещающая сила:
Hp= Rp (1-)= -19234(1-055)= -8655 кН;
Где – коэффициент опорного действия учитывающий пространственность системы. Для кровли со стальным профилированным настилом при наличии мостовых кранов грузоподъемностью Q=300 кН
Определяем смещение рамы в системе каркаса:
Определяем значения моментов в стойках рамы М= и строим эпюры M и Q (см.рис.15).
Рисунок 15 - Схема загружения и эпюры M и Q от кранового давления Dmax и Dmin
Горизонтальное давление кранов Т на раму:
Для упрощения расчета силу Т принимаем действующей в уровне уступа левой колонны.
Определяем реакцию связи RB и моменты в левой стойке Mp для условно закрепленной рамы.
RB=K’BТ при х==482; K’B= -05099.
RB= Rр= -050992528= -1289 кН;
RB=1289482=55685 кНм = ;
RBh-Thн=128917-25281218= -8903 кНм;
С учетом пространственной работы каркаса смещающая горизонтальная сила в уровне ригеля:
Hp=Rp (1-)= -1289 (1-055)= -5801 кН;
Смещение рамы в системе каркаса:
Определяем значения моментов в стойках рамы и строим эпюру (см.рис.16) М=.
Рисунок 16 - Схема загружения и эпюры M и Q от поперечного торможения
При изменении направления силы T знаки усилий меняются на обратные поэтому в таблице усилий они вносятся со знаком ±. Продольными силами в стойках от воздействия силы Т пренебрегаем.
Определяем значения моментов Мр и реакций в дополнительной связи условно закрепленной рамы.
RлB= -K’Bqэh= -032617= -35519 кН;
RпрB= -K’Bq’эh=-0326496417= -25892 кН;
Реакция дополнительной связи:
Rр= -( RлB+ RпрB+W0)=Hp= -(35519+25892+5098)= -112391 кН;
Считаем что все рамы загружены одинаково и имеют равные смещения . Из уравнения определяем перемещение рамы.
Моменты Мр для левой стойки:
Моменты Мр для правой стойки:
Определяем значения моментов и поперечных сил Q от ветровой нагрузки. Строим эпюры M и Q (см.рис.17).
Продольными силами от воздействия ветра пренебрегаем.
Поперечная сила в сечении 1-1 может быть определена как сумма опорных реакций:
где – реакция в заделке левой стойки условно закрепленной рамы от активного давления ветра;
– реакция от смещения рамы на =1;
Правильность определения поперечных сил в заделках стоек можно проверить тождеством:
Оценим погрешность вычислений:
Поперечные силы в сечении 3-3:
Рисунок 17 - Схема загружения и эпюры M и Q от ветровой нагрузки
Далее составляем сводную таблицу усилий в левой стойке и таблицу расчетных усилий.
Т а б л и ц а 5 -Усилия в левой стойке рамы
крановое вертикаль. давление (тележка слева)
крановое вертикаль. давление (тележка справа)
торможен. (сила приложена к левой стойке)
торможен. (сила приложена к прав. стойке)
ветровая нагрузка слева
ветровая нагрузка справа
Та б л и ц а6 - Расчетные усилия для левой стойки
Основные сочетания nc= 10
Основные сочетания nc = 09
РАСЧЕТ СТАЛЬНОЙ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ КОЛОННЫ
Колонна одноступенчатая со сплошной верхней и сквозной нижней частями. Сопряжение колонны с фундаментом – жесткое с ригелем шарнирное.
Материал – ВСтЗкП2 Ry=215 мПа - для листа. Ry=220 мПа – для фасонного проката.
Геометрические размеры: H=17 м; Hв=482 м; Hн=1218 м;
bн=1 м; bв=05 м – определены при компоновке рамы;
для верхней части: N= +37451 кН; M= +25619 кНм; (сеч. 3-3)
для нижней части: N1= +109109 кН; M1= -120475 кНм; (сеч. 1-1)
N2= +109109 кН; M2= +11278 кНм; (сеч. 1-1)
и соотношение жесткостей: IвIн=0097 – из расчета рамы.
Конструктивная схема показана на рис.18.
2. Расчетные длины участков колонны
При и где 1=238; 2=
Рисунок18 – Конструктивная схема колонны
3. Расчет надкрановой части колонны
Расчетные усилия: N=+37451 кН; M=+25619 кНм; высота сечения bв=05 м.
Принимаем для верхней части колонны Двутавр №50Б1.
Его характеристики: А=9298; =1511; =1999см; =416см; b=20см; h=492см; t=12мм; d=88мм.
По требованию жесткости необходимо чтобы фактически
Местная устойчивость полок и стенки в прокатном двутавре обеспечена.
Проверка устойчивости в плоскости рамы. Определяем:
= = = 7236; = = 7234 = 212;
=(1.75-01m)-0.02(5-m)=(175-0142)-0.02(5-42)212=1296
= =1296 42=544; затем определяем
Проверяем устойчивость:
= = = 1974 кН= 1974 МПа =220МПа
Недонапряжение: 100% = 102%
Поверка устойчивости из плоскости рамы. Определяем:
= = = 9183 соответствующее =0661
= M = 25619 = 17079 кНм; = = 42 = 285;
= 9183= 314 = 314 = 961;
При и определяем α = 065+005= 065+00528 = 079.
Определяем по формуле: с= = = 031;
= = = 1966 кН=1966 Мпа 220Мпа
Недонапряжение: 100% = 1063%
4. Расчет подкрановой части колонны
4.1. Расчет ветвей подкрановой части
Принимаем и определяем
Требуемая площадь ветвей:
Подкрановую ветвь принимаем из двутавра №50Б2 его характеристики: наружную ветвь компонуем из трех листов как составной швеллер толщину его стенки и полок назначаем по требованию жесткости.
Местная устойчивость стенки обеспечена если:
Принимаем стенку из листа 530x12:
Местная устойчивость полок обеспечена т.к.
Геометрические характеристики наружной ветви:
Уточняем усилия в ветвях:
Гибкости и коэффициенты продольного изгиба:
Проверяем устойчивость ветвей из плоскости рамы (относительно оси у).
Требуемая по условию равноустойчивости длина ветви:
Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей x1 и x2).
Для подкрановой ветви:
Определим поперечную силу:
α – угол наклона раскоса к ветви.
Принимаем L90х9 Ауг = 156 см2 imin = 177см2.
Рисунок 19 - К расчету решетчатой колонны
4.3. Проверка устойчивости колонны в плоскости рамы как единого сквозного стержня
Геометрические характеристики:
А = Апв + Анв =9997 + 10095 = 20092 см2;
Проверка устойчивости:
) При N1= +109109 кН; M1= -120475 кНм;
) При N2= +109109 кН; M2= +11278 кНм;
5. Расчет узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
Расчетные усилия в сечении над уступом (сечение над уступом):
М= +25619 кНм; N= +37451 кН;
М= -16616 кНм; N= +37451 кН;
Рисунок 20 - К расчету узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
5.1. Проверка прочности шва 1
Аш=Асеч=9298 см2; W
Комбинация усилий 1:
Комбинация усилий 2:
Назначаем высоту траверсы предварительно hтр = 700 мм и толщину подкрановой площадки tпл = 20 мм.
Принимаем tст = 10 мм.
5.2. Расчет швов 2 крепления ребра к траверсе
Принята сварка полуавтоматическая проволокой СВ-08А d = 14 2 мм. Расчет выполнен по металлу шва.
5.3. Расчет швов 3 крепления траверсы к подкрановой ветви
Наибольшую нагрузку на швы 3 (их 4) дает комбинация усилий от нагрузок 1234-5 (сечение 3-3 над уступом).
где 09 – коэффициент сочетаний.
Требуемая длина шва если
Из условия прочности стенки подкрановой ветви на срез в зоне швов 3 (линия 1-1) определяем hтр:
где . для двутавра №45Б2 кНсм2;
Окончательно принимаем hтр = 500 мм.
5.4. Проверка прочности траверсы как балки загруженной N M Dmax
Нижний пояс траверсы 480х12;
Верхний пояс из двух горизонтальных ребер 200х12.
Геометрические характеристики траверсы:
Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает при Nn.max.
При загружении М= -16616 кНм; N= +37451; во внутренней полке:
Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом Dmax возникает при загружениях 1234-5 (N=37451кН M=-10941 кНм).
здесь коэффициент 12 учитывает неравномерную передачу усилия Dmax на два сечения.
6. Расчет и конструирование базы колонны
Рисунок 21 - К расчету базы колонны
Проектируем базу раздельного типа (рисунок 21). Бетон фундамента класса В-125 Rb=75 МПа. Для расчета базы принимаем комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 1-1) создающие наибольшее давление на базу каждой ветви.
Для подкрановой ветви: N1= +109109 кН; M1= -120475 кНм;
Для наружной ветви: N2= +109109 кН; M2= +11278 кНм;
(снег наружную ветвь не разгружает).
6.1. База подкрановой ветви
Требуемая площадь плиты:
По конструктивным соображениям свес плиты . тогда:
Напряжение в бетоне под плитой:
Центр тяжести плиты совмещается с центром тяжести ветви. Траверсы базы крепятся сварными швами и полками ветви они делят плиту на три участка 123. Первый и второй – консольные с вылетами соответственно:
- оперт по контуру его размеры:
b= hдв-2tдв= 50-214= 472 см; а=05 (bдв-dдв)=05 (20-084)=958 см;
-толщина траверсы принята tтр=12 мм.
Изгибающие моменты на отдельных участках:
Требуемая толщина плиты:
Принимаем tпл = 20 мм.
Высоту траверсы определяем из условия размещения четырех швов креплений траверс ветви. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А d = 14 2 см Кш = 08 см.
Требуемая длина шва:
Проверка прочности траверсы на изгиб и срез не требуется т.к. вылет траверсы 5 см по отношению к высоте 45 см очень мал.
6.2. База наружной ветви
Требуемая площадь опорной плиты:
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету:
При толщине траверсы tтр =12 мм:
Участки 1 и 2 консольные с вылетами:
Размеры участков 3 и 4:
Длина участков одинаковая:
Ширина участка 3: а3 = bп.шв=12 см;
Участки 3 и 4 оперты по контуру с отношением сторон:
По наибольшему изгибающему моменту в плите базы подкрановой ветви назначаем:
Принимаем tпл = 22 мм.
Высота траверсы длина шва:
По наибольшему моменту в плите базы подкрановой ветви и наружной ветви назначаем: tпл = 22 мм. Траверсы принимаем с размерами: tтр=12 мм
6.3. Расчет анкерных болтов
Расчетное сочетание в сечении 1-1 NminMcоот:
Наибольшее усилие растяжения:
Требуемая площадь болтов нетто:
Принимаем четыре анкерных болта типа IV d = 56 мм:
В процессе выполнения проекта были рассчитаны конструкции одноэтажного промышленного здания – ферма покрытия стальная одноступенчатая колонна. Также выполнен расчет поперечной рамы.
Подкрановая балка имеет высоту 15 м.
Ферма из круглых труб пролетом 36 м. Высота 317 м. Выполнена из стали марок С345 и С245. Подобраны сечения элементов отправочной марки выполнены расчеты узлов.
Колонна выполнена одноступенчатой двухветвевой. Сечение надкрановой части – прокатный двутавр №70Б2. Подкрановая часть – сварной швеллер и прокатный двутавр №60. Имеет раздельную базу и крепится к ней с помощью 4-х анкерных болтов.
Данные для расчета колонны получены при расчете поперечной рамы одноэтажного промышленного здания.
На иллюстрированной части приведены чертежи всех конструкций.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов Е.И. Беленя В.А. Балдин Г.С. Ведеников и др.; Под общей редакцией Е.И. Беленя. – 6-е издание переработанное и дополненное – М.: Стройиздат 1986 – 560 с. ил..
Методические указания по выполнению расчета ферм студентами всех форм обучения для курсового проекта по курсу «Металлические конструкции» специальности 1202 «Промышленное и гражданское строительство». Составители: к.т.н. В.И. Островерхов ст. преп. А.К. Тарасенко асс. А.Д. Рубцов-Гравиров. Краснодар: издательство КПИ 1984 – 53 с..
Методические указания по расчету поперечной рамы стального каркаса одноэтажного промышленного здания для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство» (1202) всех форм обучения. Составители: к.т.н. В.И. Островерхов ст. преп. А.К. Тарасенко асс. А.Д. Рубцов-Гравиров. Краснодар: издательство КПИ 1985 – 53 с.
Расчет стальной одноступенчатой колонны каркаса промздания. Методические указания к курсовому проекту по металлическим конструкциям для студентов всех форм обучения специальности 1202 – Промышленное и гражданское строительство. Составители: ст. преп. А.К. Тарасенко доц. к.т.н. В.И. Островерхов. Краснодар: издательство КПИ 1988 – 57 с.
Металлические конструкции. Справочник проектировщика. Под редакцией академика Н.П. Мельникова. – М.: Стройиздат 1980.
Шерешевский И.А. Конструирование промышленных зданий и сооружений 2005.