Стальной каркас одноэтажного однопролётного здания

Kursovoy_proekt_po_metallicheskim_konstruktsiam.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»
Кафедра строительных конструкций
Направление 08.03.01 – Строительство
Профиль Промышленное и гражданское строительство
по дисциплине: Металлические конструкции включая сварку
(наименование дисциплины)
на тему: Стальной каркас одноэтажного однопролётного здания
(тема курсового проекта)
(подпись дата расшифровка подписи)
Курсовой проект: 59 с. 22 рис. 9 табл. 6 источников иллюстративная часть – 1 листа формата А1 1 листа формата А2.
ФЕРМА ПОПЕРЕЧНАЯ РАМА ОТСЕК ОДНОСТУПЕНЧАТАЯ 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.
3 Определение расчетных длин стержней фермы 10
4 Подбор сечений элементов 10
4.1 Расчет стержней верхнего пояса10
4.2 Расчет стержней нижнего пояса11
4.3 Расчет раскосов12
5 Расчет узлов фермы 18
5.1 Промежуточный узел фермы18
5.2 Укрупнительный стык нижнего пояса19
5.3 Стык верхнего пояса20
Расчет поперечной рамы цеха22
1 Компоновка рамы 22
2 Нагрузки действующие на раму 24
2.1 Постоянные нагрузки 24
2.2 Снеговая нагрузка 25
2.3 Вертикальные нагрузки от мостовых кранов 26
2.4 Горизонтальное давление от торможения крановой тележки 28
2.5 Ветровая нагрузка 28
3 Определение соотношений моментов инерции элементов рамы30
4 Статический расчет рамы 31
4.1 Постоянная линейная нагрузка от покрытия 31
4.2 Снеговая нагрузка 32
4.3 Расчет на нагрузки приложенные к стойкам 33
4.4 Вертикальное давление кранов и крановые моменты34
4.5 Горизонтальное давление кранов на раму 36
4.6 Ветровая нагрузка 37
Расчет стальной одноступенчатой колонны 42
1 Дополнительные данные для расчета колонны 42
2 Расчетные длины участков колонны 42
3 Расчет надкрановой части колонны 42
4 Расчет подкрановой части колонны 46
4.1 Расчет ветвей подкрановой части 46
4.2 Расчет решетки 49
4.3 Проверка устойчивости колонны в плоскости рамы50
5 Расчет узла сопряжения верхней и нижней частей колонны 50
5.1 Проверка прочности шва 151
5.2 Расчет швов 2 крепления ребра к траверсе 52
5.3 Расчет швов 3 крепления траверсы к подкрановой ветви 52
5.4 Проверка прочности траверсы как балки53
6 Расчет и конструирование базы колонны 53
6.1 База подкрановой ветви 54
6.2 База наружной ветви 55
6.3 Расчет анкерных болтов 57
Список использованных источников59
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.
Режим работы кранов средний
Грузоподъемность мостовых кранов 1000200 кН
Отметка головки рельса 14 м
Расчетная снеговая нагрузка 24 кПа
Нормативная ветровая нагрузка 085 кПа
Шаг колонн в продольном направлении 6 м
Характер покрытия холодное
Тип ферм из круглых труб
В настоящем курсовом проекте использованы ссылки на следующие нормативные документы:
СП 20.13330.2017 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85.
СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81* (с Изменением N 1).
СП 53-102-2004 Общие правила проектирования стальных конструкций.
ГОСТ 7.9-95 СИБИД. Реферат и аннотация. Общие требования
ГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы величин.
ГОСТ 21.101.97 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации.
- пролет здания L=24 м (однопролетное безфонарное):
- шаг стропильных ферм b=6 м
- материал конструкции. группа конструкций - 2; пояса – сталь класса С345 (09Г2С) гр. I фас. t=11-20 мм ; решетка - сталь класса С245 (ВСт 3 пс6) гр.I фас. t=4-10 мм ;
- сопряжение ригеля с колонной - шарнирное.
Рисунок1 – Расчетная схема фермы из круглых труб для L = 24 м.
Т а б л и ц а 1 – Поверхностная нагрузка на 1 м2 покрытия
Защитный слой 15 мм 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 металлических конструкций фермы и связей
Временная нагрузка от массы снегового покрова ;
Расчетная узловая нагрузка от снега на узлы фермы.
где - нормативная снеговая нагрузка на 1м² горизонтальной проекции покрытия.
Определение усилий в элементах фермы
В качестве примера рассмотрим определение усилия в панели верхнего пояса В4:
От постоянной нагрузки
От снеговой нагрузки
где - усилие в панели от загружения вертикальной единичной силой
Аналогично выполнено определение остальных усилий.
Результат расчетов сведён в таблицу 2.
Т а б л и ц а 2 – Определение расчетных усилий стержней фермы
Обозначение стержней
Усилия от отдельных загружений кН
4 Определение расчетных длин стержней фермы
Определение расчетных длин стержней фермы произведено в табличной форме (см табл. 2 ).
5 Подбор сечений элементов
Расчет сжатых элементов:
Расчет растянутых элементов:
где - коэффициент продольного изгиба в первом приближении задается: для поясов 07÷08 - элементов решетки 05÷06;
- сжатые верхний пояс и опорный раскос;
5 - растянутые элементы фермы;
- сжатые элементы решетки;
Подбор сечения в панели B4 (Ry= 335 МПа = 335 кНсм2) 10
Первое приближение. Зададимся коэффициентом продольного изгиба .
По сортаменту принимаем сечение О159x45 мм А=218 см2 i=547см.
Подбор сечения в панелях B2 и B3 (Ry= 335 МПа = 335 кНсм2) 10
По сортаменту принимаем сечение О152x4 мм А=186 см2 i=524см.
но т.к. меньших размеров сечения среди труб внешним диаметром 152 мм нет оставляем данное сечение.
Подбор сечения в панели H3 (Ry= 335 МПа = 335 кНсм2) 095
По сортаменту принимаем сечение О140x45 мм А=190 см2 i=480см.
Подбор сечения в панели H2 (Ry= 335 МПа = 335 кНсм2) 095
По сортаменту принимаем сечение О133x45 мм А=186 см2 i=455см.
Подбор сечения в панели H1 (Ry= 335 МПа = 335 кНсм2) 095
По сортаменту принимаем сечение О133x4 мм (в целях неизменяемости внешнего контура сечений нижнего пояса фермы выбор труб происходил среди труб с наружным диаметром 95мм) А=162 см2 i=457 см.
но т.к. меньших размеров сечения среди труб внешним диаметром 133 мм нет оставляем данное сечение.
Подбор сечения в опорном раскосе Р1 (Ry= 335 МПа = 335 кНсм2) 10
Второе приближение. Зададимся коэффициентом продольного изгиба
По сортаменту принимаем сечение О133x5 мм А=201 см2 i=453 см.
что недопустимо. Увеличиваем размер сечения.
По сортаменту принимаем сечение О140x5 мм А=212см2 i=478см.
Подбор сечения в раскосе Р2 (Ry= 230 МПа = 23 кНсм2) 095.
По сортаменту принимаем сечение О95x45 мм А=128 см2 i=32 см.
lef=lx=ly=42009=378 см.
Подбор сечения в раскосе Р3 (Ry= 230 МПа = 23 кНсм2) 08.
По сортаменту принимаем сечение О121x4 мм А=147 см2 i=414см.
lef=lx=ly=42709=384 см.
Подбор сечения в раскосе Р4 (Ry= 230 МПа = 23 кНсм2) 08.
По сортаменту принимаем сечение О76x35 мм А=797 см2 i=257см.
lef=lx=ly=43009=387 см.
что недопустимо. Выберем большее сечение. По сортаменту принимаем сечение О83x35 мм А=874см2 i=282 см.
но т.к. меньший размер сечения недопустим ввиду чрезмерной гибкости оставляем данное сечение.
Подбор сечения стойки со сплющенными концами.
Задаемся сечением стойки 76x35 мм:
По сортаменту подбираем профиль: О83x35 мм . Так как концы сплющены:
Задаемся сечением стойки О76x35 мм:
По сортаменту подбираем профиль: О 76x35 мм
. Так как концы сплющены
но т.к. данное сечение имеет наименьшие возможные размеры оставляем данное сечение.
Конечные результаты записаны в табличной форме (см. табл. 4).
6 Расчет узлов фермы из круглых труб
Стержни раскосов решетки из круглых труб прикрепляют непосредственно к поясам впритык сварным швам с проверкой их несущей способности (N- усилие в раскосе). Стойки имеющие сплющенные концы прикрепляют к поясам угловатыми швами.
6.1 Промежуточный узел фермы с заводским стыком верхнего пояса.
Рисунок2 – Узел фермы с заводским стыком верхнего пояса М 1:10
Т а б л и ц а 4 - Исходные данные
Расчетные характеристики:
Сварка полуавтоматическая
Прочность шва прикрепляющего раскоса без разделки кромок к верхнему поясу по приближенной формуле равна:
=* = 0904485718085 = 26752 кН > N=1602 кН
где = 085 – коэффициент условий работы шва;
=d=314121 (= 4857 см
= 105 – при dD=121152=08 определяется по табл. 5.
=04 см – принимается равным толщине стенки раскоса.
Прочность шва прикрепляющего стойку С2 к верхнему поясу равна:
= = 0903525051808 = 11363 кН > N=3204 кН
Заводской стык верхнего пояса выполняют стыковым швом с применением подкладного кольца. Расчет шва не производится так как он работает на сжатие.
6.2 Укрупнительный стык нижнего пояса на высокопрочных болтах
Рисунок3 – Стык нижнего пояса на высокопрочных болтах М 1:10
Определим необходимое количество болтов. Во всех случаях соединение выполняют на высокопрочных болтах диаметром 24 мм из стали 40Х с наименьшим временным сопротивлением
=1100 МПа и усилением предварительного натяжения каждого болта 23кН. Количество болтов в соединении может быть: 4 6 8 12.
Расчетная несущая способность одного болта:
где = 352 - площадь сечения болта нетто;
= 07* = 07*1100 = 770 МПа = 77 кН.
Проверим несущую способность угловых швов прикрепляющих фланец к трубе и ребрам:
*** [ * * В + * 2 * n (10-5) ] ≥ N
где n – количество ребер;
*20*[08*314*14+08*2*4* (10-5) ] = 1209024 кН > 60075 кН.
Прочность обеспечена.
6.3 Стык верхнего пояса
Рисунок4 –Стык верхнего пояса М 1:10
Монтажный стык верхнего пояса осуществляется с помощью фланцев на болтах. Торцы труб перед установкой фланцев фрезеруют. Соединительные угловые швы назначают минимальной толщины. Расчет стыка не производят.
Вычислим какая нагрузка приходится на одну ферму:
Опорная реакция F = 64082=3204 кН воспринимается опорным фланцем. Проверка опорного фланца на смятие:
Рисунок5 – Опорный узел М 1:10
РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ЦЕХА
Здание однопролетное отапливаемое с мостовыми кранами грузоподъемностью 1000200 кН среднего режима работы характеристики крана: hк=3700 мм B1=400мм B2=9350мм k=4600мм P1=41тс P2=45тс вес тележки – 41тс вес крана с тележкой – 125тс тип подкранового рельса КР-120 hр=170мм.
Уровень головки рельса - УГР = 14 м.
Определяем размеры рамы по вертикали: h1 h2 H hb hн h hоп hш.
h1 = УГР = 14 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
где hк=3700 мм – вертикальный габарит крана;
0 мм – зазор установленный по требованиям техники безопасности;
a=300 мм – размер учитывающий прогиб конструкции покрытия;
h2 =(3700+100)+300=4100мм принимаем h2 =4200мм.
Внутренний габарит цеха
H=h1+h2=14 000+4200=18 200 мм.
Принимаем H=19 800 мм (кратно 18 м) тогда отметка головки кранового рельса h1=H-h2=19 800-4200=15 600мм
Высота верхней части стойки
hв =h2+hп.б.+hр=4200+1500+170=5870 мм = 587 м
где hп.б.=1500 мм – из расчета подкрановой балки;
hр=170 мм – высота кранового рельса КР-70 (по ГОСТ – табл. 2.5 [4]).
hн=H-hв+(600 ÷ 1000)=19 800 – 5870 + 750=14 680мм = 1468м.
h=hв+hн=5870 + 14680=20550мм = 2055м.
Высота фермы на опоре
hоп=3150 мм - для типовых ферм с i = 15%
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=500мм т.к. Q≥ 750 кН.
Ширина верхней части колонны
Необходимо чтобы ; имеем
Чтобы кран при движении вдоль цеха не задевал колонну расстояние от оси колонны до оси подкрановой балки - λ должно быть
b1=400 - часть кранового моста выступающего за ось подкранового пути (принимается по ГОСТ на краны см. табл.2.5);
bв - b0=500-расстояние от разбивочной оси до внутренней грани верхней части колонны;
мм-зазор между краном и колонной. Устраивается по требованиям техники безопасности принимается по ГОСТ на краны см. табл.25.
λ=400+500+60=960мм принимаем λ=1000мм (кратно 250) т.к. Q≤1250кН.
Ширина нижней части колонны
bн=b0+λ=500+1000=1500мм=15м.
Условие необходимой жесткости колонны:
Габарит безопасности движения крана
00-400-(1000-500)=100) ≥75мм - условие свободного прохода крана обеспечивается.
Конструктивная схема рамы показана на рис.6.
Рисунок6 – Конструктивная схема рамы
2 Нагрузки действующие на раму
2.1 Постоянные нагрузки
Покрытие принято утепленное из стальных панелей 3х6 м.
Т а б л и ц а 6– Распределенная поверхностная нагрузка от покрытия
Постоянная линейная нагрузка на ригель
где α – угол ската кровли. Для покрытий промышленных зданий 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 (рис. 7) e=(15-1)2=025 м.
Нагрузки от стенового ограждения при расчете рамы не учитывается т.к. стены приняты из ребристых панелей толщиной 300мм. Нагрузка от них передается на фундаментные балки.
2.2 Снеговая нагрузка
Расчетная поверхностная снеговая нагрузка на покрытие S0=24 кНм2
Расчетная линейная снеговая нагрузка на ригель
Расчетное давление на колонну от снеговой нагрузки
Расчетный сосредоточенный момент в уровне уступа
Рисунок 7 – Колонна и подкрановая балка М 1:20.
2.3 Вертикальные нагрузки от мостовых кранов
Вертикальное давление на среднюю колонну продольного ряда определяется от действия двух сближенных кранов Q=1000 кН с помощью линий влияния опорного давления (см.рис.8).
Ординаты линий влияния
y1=0342 y2=0475 y3=1 y4=0867 y = 2684
Пролет крана Lкр=L-2
Lкр=L-2λ=24-21=22 м.
По ГОСТ на краны Q=1000 кН: масса крана с тележкой mкр = 125т сила тяжести Gкр=1250 кН. Для расчета можно принять среднее максимальное давление колеса Fmax = (410+450)2=430 кН.
Рисунок 8 – Размещение катков двух сближенных кранов для нахождения максимального давления на колонну
Нагрузка от подкрановых конструкций определяется приближенно по данным табл. 2.2 [3]. gпк=05 кНм2 площади пола.
Gпк=gпкAгруз.поля=05612=36 кН.
Расчетное максимальное давление на колонну
где – коэффициент сочетаний для двух кранов легкого и среднего режимов работы Fmax – наибольшее давление колеса крана
– сумма ординат линии влияния опорного давления на колонну (см.рис.8) Gпк – давление подкрановых конструкций.
Расчетное минимальное давление на колонну
Минимальное давление колеса крана на подкрановый путь
Расчетное минимальное давление на колонну:
где eкр – эксцентриситет принимаемый предварительно
eкр= 045bн=04515=0675 – для крайних ступенчатых колонн.
2.4 Горизонтальное давление от торможения крановой тележки
Горизонтальное давление от торможения крановой тележки действует поперек цеха и определяется по формуле:
Масса тележки mт=41т сила тяжести Gт=410 кН.
Число колес с одной стороны моста крана n0=4 для крана Q=1000200 кН.
Сила поперечного торможения передаваемая на колонну
Для упрощения расчета допускаем что давление передается в уровне уступа т.е. в месте изменения сечения колонны.
2.5 Ветровая нагрузка
По заданию w0=085 кН. Тип местности В.
Расчетные погонные нагрузки на стойку рамы от активного давления и отсоса равны:
Коэффициент k зависит от высоты и типа местности .
k= 065 на отметке до +10.000 м; k=085 на отметке +20.000 м; k=11 на отметке +40.000 м. Промежуточные значения определяем линейной интерполяцией. В уровне низа ригеля на отметке +19800 м k= 0846; верха покрытия на отметке +23360 м k= 0892.
а - по нормам проектирования; б - приведенная к эквивалентной;
Рисунок 9 – Схема ветровой нагрузки на раму
Расчетные погонные нагрузки от ветра на стойку рамы:
на высоте до 10000 м:
в уровне низа ригеля на высоте 19800 м:
в уровне верха покрытия на высоте 23360 м:
Момент в заделке стойки от ветрового напора:
Эквивалентная равномерно распределенная ветровая нагрузка
Ветровая нагрузка действующая на шатер:
Таблица 7– Расчетные нагрузки на раму
Постоянная линейная от покрытия
Опорное давление ригеля:
от постоянной нагрузки
от снеговой нагрузки
Вертикальное давление колес мостовых кранов:
Сила поперечного торможения
сосредоточенная сила
3 Определение соотношений моментов инерции элементов рамы
Определяем соотношения моментов инерции IвIн IрIн при bв=1000мм bн=1500мм hоп=3150мм.
Принимаем: Iн=1 Iв=0133 Iр=284 n=017;
Вычисляем погонные жесткости:
При расчете на нагрузки приложенные к стойкам допускается принимать если выполняется условие:
Моменты инерции участков рамы показаны на рис.10.
Рисунок 10 – Моменты инерции участков рамы
4 Статический расчет рамы
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 не смещаемых стойках.
Схема загружения рамы от воздействия равномерно распределенных нагрузок на ригель показана на рис.11.
4.1 Постоянная линейная нагрузка от покрытия
Рисунок 11 – Расчетная схема рамы от вертикальной нагрузки
MCB= - RB hв=- 136587=- 798 кНм
MCН= - 798+1968=117 кНм
MA= - RB h+Mq=- 1362055+1968=-827 кНм
Рисунок 12 – Эпюры M и Q от постоянной нагрузки
4.2 Снеговая нагрузка
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
4.3 Расчет на нагрузки приложенные к стойкам
Условно закрепленная рама (т.е. основная система) показана на рис. 14:
Рисунок 14 – Основная система
В расчете принято . Неизвестное смещение рамы определяем из уравнения
где Hp – смещающая горизонтальная сила.
Определяем моменты от единичного смещения верхних узлов рамы
Рисунок 15 – К расчету на нагрузки приложенные к стойкам
Эпюра используется в расчете на крановые и ветровые нагрузки.
4.4 Вертикальное давление кранов Дmax Дmin и крановые моменты Мmax Мmin.
Определяем моменты Мр в стойках условно закрепленной рамы когда Дmax и Мmax приложены к левой стойке Дmin и Мmin к правой.
Реакция Rp в дополнительной связи условно разделенной рамы:
Горизонтальная смещающая сила
где – коэффициент опорного действия учитывающий пространственность системы при жесткой кровле.
Для кровли со стальным профилированным настилом при наличии мостовых кранов грузоподъемностью Q=1000 кН.
Определяем смещение рамы в системе каркаса
Определяем значения моментов в стойках рамы и строим эпюры M и Q (см.рис.16)
Рисунок 16 – Схема загружения и эпюры M и Q от кранового давления Дmax Дmin
4.5 Горизонтальное давление кранов на раму Т=4423 кН
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.
В правой стойке Mp=0.
С учетом пространственной работы каркаса смещающая горизонтальная сила в уровне ригеля
Смещение рамы в системе каркаса
Определяем значения моментов в стойках рамы и строим эпюру (см.рис.17).
Рисунок 17 – 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 T пренебрегаем.
4.6 Ветровая нагрузка
Определяем значения моментов Mp и реакций в дополнительной связи условно закрепленной рамы.
Реакция дополнительной связи
Считаем что все рамы загружены одинаково и имеют равные смещения . Из уравнения определяем перемещение рамы.
Определяем значения моментов и поперечных сил Q от ветровой нагрузки. Строим эпюры M и Q (см.рис.18).
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 равная .
Правильность определения поперечных сил в заделках стоек можно проверить тождеством:
49+8545=(419+314) 2055+3334
Оценим погрешность вычислений . Поперечные силы в сечении 3-3
Далее составляем сводную таблицу усилий в левой стойке и таблицу расчетных усилий.
Рисунок 18 – Схема загружения и эпюры M и Q от ветровой нагрузки
Т а б л и ц а 8– Усилия в левой стойке рамы
крановое вертикал. давление (тележка слева)
крановое вертикал. давление (тележка справа)
поперечное торможен. (сила при-ложена к лев стойке)
поперечное торможен. (сила при-ложена к пр. стойке)
ветровая нагрузка слева
ветровая нагрузка справа
Т а б л и ц а 9 – Расчетные усилия для левой стойки
Основные сочетания = 10
Основные сочетания = 09
РАСЧЕТ СТАЛЬНОЙ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ КОЛОННЫ КАРКАСА ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ
1 Исходные данные для расчета колонны
Колонна одноступенчатая со сплошной верхней и сквозной нижней частью. Сопряжение колонны с фундаментом – жесткое с ригелем шарнирное.
Материал – сталь С245 Ry=215МПа для листового широкополосного универсального проката. Ry=220 МПа – для фасонного проката. Геометрические размеры: h=2055м hв=587м hн=1468м bв=1м bн=15м – определены при компоновке рамы (см.рис.6).
для верхней части N=-29641 кН M=+52224кН (сеч.3);
для нижней части N=-130162 кН M=-94245кН (сеч. 1);
N=-130162 кН M=+121614кН (сеч.1);
и соотношение жесткостей – из расчета рамы.
Конструктивная схема показана на рис.19.
2 Расчетные длины участков колонны
При и – можно принимать коэффициенты и ; при .
3 Расчет надкрановой части колонны
Принимаем для надкрановой части колонны сварной двутавр.
Расчетные усилия: N=-29641кН M=+52224кН высота сечения bв=700мм.
Находим требуемую площадь сечения предварительно определив приближенные значения характеристик.
Для симметричного двутавра:
(для листов из стали С245 толщиной до 20 мм Ry = 215 кНсм2);
а - конструктивная схема колонны; б - сечения колонны
Рисунок 19 – Стальная одноступенчатая колонна
Минимально необходимая площадь сечения верхней части колонны:
Компоновка сечения.
Высота стенки hw= hв - 2tf = 70 — 214 = 672 см (принимаем предварительно tf = 14 см).
Предельная гибкость стенки из условия местной устойчивости:
и требуемая толщина стенки:
Поскольку сечение с такой толстой стенкой неэкономично принимаем tw = 1см (hwtw= 80÷120) включаем в расчетную площадь сечения колонны только устойчивую часть стенки - два участка шириной h1 примыкающие к полкам:
Тогда требуемая площадь полки:
Принимаем bf =26 см; Af =2614=364 см2.
Геометрические характеристики сечения:
Устойчивость полки обеспечена так как:
Определим гибкости стержня в обеих плоскостях:
Предельная условная гибкость стенки:
Проверка устойчивости в плоскости действия момента.
Проверка устойчивости из плоскости действия момента.
Двутавровому сечению соответствует тип кривой устойчивости «В» при .
Для определения mx найдём максимальный момент в средней трети расчётной длины стержня при сочетании нагрузок 1 2 3 4+ 5*:
При определим значение коэффициента с:
В запас несущей способности в расчёт включаем редуцированную площадь Ared:
Поскольку проверка прочности не требуется.
4 Расчет подкрановой части колонны
4.1 Расчет ветвей подкрановой части
Принимаем b0=bн – (3 5см)=15 – 005=145 м и определяем
Требуемая площадь ветвей
Подкрановую ветвь принимаем из прокатного двутавра 45Б2; его характеристики: Aп.в.=8596 см2 h=447 мм b=180 мм tn=13 мм Ix1=28869998 см4 Iy1=1269 см4 iy1=1832 см ix1=384 см.
Наружную ветвь компонуем из трех листов как составной швеллер толщину его стенки и полок назначаем по требованию жесткости. Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем такими же как в подкрановой ветви: 447-213=421 мм. Толщину стенки tw для удобства её соединения встык с полками верхней части колонны принимаем равной 16 мм а ширину стенки из условия размещения швов hw=480 мм.
Требуемая площадь полок
Из условия местной устойчивости полок bf tf 15. Принимаем bf =15 см; tf =18 см;
Геометрические характеристики ветви
Уточняем положение центра тяжести сечения колонны:
Отличие от первоначально принятых размеров мало поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.
Рисунок 20 – К расчету решетчатой колонны
Определим гибкости и коэффициенты продольного изгиба из плоскости действия момента:
Приведённые гибкости:
Проверим местную устойчивость стенки:
Проверим местную устойчивость полок:
Проверяем устойчивость ветвей из плоскости рамы (относительно у).
можности подбора оптимального сечения вследствие того что подкрановая ветвь принята из прокатного двутавра размеры сечения которого меняются дискретно.
Требуемая по условию равноустойчивости длина ветви:
Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы (относ. осей x1 и x2)
Для подкрановой ветви:
Поперечная сила в сечении колонны:
Qmax=12895 кH (из расчета рамы загружения 1234-5).
Условная поперечная сила может быть принята:
А = Апв + Анв = 8596+1308 = 21676 см2
Расчёт проводим по Qmax=12895 кH. Определим усилие сжатия в раскосе:
геометрическая длина раскоса
где α – угол наклона раскоса к ветви (рис. 19).
Принимаем 90х90х7 Ауг = 1228 см2 imin = 178 см2.
4.3 Проверка устойчивости колонны в плоскости рамы как единого сквозного стержня
Геометрические характеристики: А = 21676 см2
Проверка устойчивости:
При N1= -130162 кН M1= -94245 кHм:
При N2= -130162 кН M2= +121614 кHм:
5 Расчет узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
Расчетные усилия в сечении над уступом (сечение над уступом):
5.1 Проверка прочности шва 1
Прочность стыкового шва проверяем в крайних точках сечения надкрановой части. Необходимые геометрические характеристики надкрановой части:
Комбинация усилий 1.
Комбинация усилий 2.
Рисунок 21 – К расчету узла сопряжения верхней и нижней частей колонны М 1:50 (М 1:25 для сечения 4-4)
Назначаем высоту траверсы предварительно hтр = 800 мм и толщину подкрановой площадки tпл = 20 мм.
Принимаем tст = 12 мм.
5.2 Расчет швов 2 крепления ребра к траверсе
Принята сварка полуавтоматическая проволокой СВ-08А d = 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 125 (сечение 3-3).
где 09 – коэффициент сочетаний.
Требуемая длина шва если :
Из условия прочности стенки подкрановой ветви на срез в зоне швов (линия 1-1) определяем hтр.
где для двутавра 45Б2 Rср=120 МПа.
Окончательно принимаем .
5.4 Проверка прочности траверсы как балки загруженной N M Dmax
Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно 250x12 верхний пояс из двух горизонтальных ребер 100х12.
Геометрические характеристики траверсы:
Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает
При загружении +Мmax = +52224 кНм и N =-29641 кН во внутренней полке:
Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом Dmax возникает при загружениях 12345 (расчет шва 3).
здесь коэффициент 12 учитывает неравномерную передачу усилия Dmax на два сечения.
6 Расчет и конструирование базы колонны
Проектируем базу раздельного типа. 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= -130162 кН M1= -94245 кHм
Для наружной ветви: N2= -130162 кН M2= +121614 кHм
Усилия в ветвях: Nп.в.=121819 кН Nн.в.=157211 кН.
6.1 База подкрановой ветви
Требуемая площадь плиты
По конструктивным соображениям свес плиты
Напряжение в бетоне под плитой:
Центр тяжести плиты совмещается с центром тяжести ветви. Траверсы базы крепятся сварными швами к полкам ветви они делят плиту на три участка 123. Первый и второй – консольные с вылетами соответственно
третий оперт по контуру его размеры:
Данные для расчета длин участков взяты из характеристик двутавра 45Б2 толщина траверсы принята 12 мм.
Изгибающие моменты на отдельных участках:
Требуемая толщина плиты
Предварительно принимаем tпл =30 мм (2мм – припуск на фрезеровку).
Высоту траверсы определяем из условия размещения четырех швов креплений траверс ветви. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А d =2 см kf = 08 см.
Требуемая длина шва:
Предварительно принимаем hтр=30 см.
Проверка прочности траверсы на изгиб и срез не требуется т.к. вылет траверсы 5 см по отношению к высоте 30 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 равно
При толщине траверсы 12 мм:
Размеры участков 3 и 4:
длина участков одинаковая:
ширина участка 3: а3 = 15 см
Участки 1 и 2 консольные с вылетами участки 3 и 4 оперты по контуру с отношением сторон
По наибольшему изгибающему моменту в плите базы подкрановой ветви назначаем:
Предварительно принимаем hтр=25 см.
Рисунок 22 – К расчету базы колонны М 1:20
Анализируя полученные результаты окончательно выбираем большие из полученных значений: принимаем tпл = 30 мм. Траверсы принимаем с размерами: tтр=12 мм hтр=25 см.
Проверка прочности траверсы на изгиб и срез не требуется т.к. вылет траверсы 5 см по отношению к высоте 25 см очень мал.
6.3 Расчет анкерных болтов
Расчетное сочетание в сечении 1-1 NminMcоот:
Наибольшее усилие растяжения:
Требуемая площадь болтов нетто:
Принимаем два анкерных болта из стали Вст3кп2 d =48 мм с
В процессе выполнения проекта были рассчитаны такие конструкции одноэтажного промышленного здания как подкрановая балка ферма покрытия стальная одноступенчатая колонна. Также выполнен расчет поперечной рамы.
Подкрановая балка имеет высоту 15 м.
Ферма из круглых труб пролетом 24 м. Высота 315 м. Выполнена из стали марок С345 и С245. Подобраны сечения элементов отправочной марки выполнены расчеты узлов.
Колонна выполнена одноступенчатой двухветвевой. Сечение надкрановой части – сварной двутавр высотой 700 мм. Подкрановая часть – сварной швеллер и прокатный двутавр. 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
СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81* (с Изменением N 1) – М.: 2017.
СП 20.13330.2017. Нагрузки и воздействия. – М.: 2017.
Методические указания к курсовому проекту
по дисциплине «Металлические конструкции включая сварку»
для студентов всех форм обучения и МИППС направления
03.01 (270800.62) – Строительство 2015.
Ю. И. Кудишин. Металлические конструкции
А. П. Мандриков. Примеры расчета металлических конструкций. – М.: 2012.
Г. А. Нехаев. Проектирование стального каркаса одноэтажного производственного здания. – М.: 2008.
А. А. Абаринов. Составление детализированных чертежей металлических конструкций. – М.: 1977.

курсач МК.dwg

Геометрическая схема
отправочная марка Ф-1
Металлические конструкции одноэтажного промышленного здания
Геометрическая схема фермы М1:100
Отправочная марка Ф-1 длин М1:50сечений М1:20
Примечание: Неоговоренные сварные швы 6мм Неоговоренные отверстия 23мм Торцы опорных позиций фрезеровать Сварку производить полуавтоматическую с электродами Э42А
Спецификация металла Ф-1
Металлические конструкции покрытия
Каркас комплексной панели 3х6 м
Плоский стальной настил
Пароизоляция из слоя рубероида
Слой из гравия на мастике 15 мм
Построение диаграммы Максвелла-Кремоны
Расчётная схема фермы М1:125
Данный лист читать совместно с листом 1
Данный лист читать совместно с листом 2
Анкерные болты 48 мм
Схема связей по верним поясам ферм М1:400
Схема связей по нижним поясам ферм М1:400
Схема вертикальных связей по колоннам М1:400