МК Одноэтажное промышленное здание с металлическим каркасом

Чертеж2.cdw

заводские швы выполнять полуавтоматической
Диаметры отверстий 30 мм
Все конструкции для защиты от коррозии
обрабатывать эмалью ФП по СП 28.13330.2012
Схема расположения элементов конструкций покрытия в уровне нижних поясов
Схема расположения элементов конструкций покрытия в уровне верхних поясов
Пароизоляция (битумные мембраны)
Утеплитель(плиты из пеностекла)
Стальная панель с проф.настилом
Гидроизоляция(ПВХ-мембрана)
План расположения колонн
фахверковых стоек и связей по колоннам

Чертеж.cdw

Масса наплавленного металла 1%:
Таблица отправочных марок
Спецификация металла
Геометрическая схема фермы (размеры мм
Заводские швы выполнять полуавтоматической сваркой
Диаметры отверстий 23 мм
Все конструкции для защиты от коррозии обработать
эмалью ФП по СП 28.13330.20125

ПЗ металлы.docx

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Саратовский государственный
технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Кафедра: «Теория сооружений и строительных конструкций»
Пояснительная записка к курсовому проекту
«Одноэтажное промышленное здание с металлическим каркасом»
По дисциплине: «Металлические конструкции включая сварку»
Исходные данные для проектирования12
Характеристики крана12
Сбор нагрузок на поперечную раму13
1. Постоянная нагрузка13
2. Снеговая нагрузка14
3. Крановая нагрузка15
4. Ветровая нагрузка16
5. Учет пространственной работы каркаса.19
Статический расчет рамы12
Определение расчетных усилий в стойке рамы.15
Проектирование колонны.18
2. Подбор сечения верхней части колонны19
Конструирование и расчет стропильной фермы.34
1. Исходные данные.34
2. Сбор нагрузок на ферму.34
3. Подбор сечения элементов фермы36
4. Расчет сварных швов39
5. Расчет укрупнительного стыка фермы.39
Конструирование и расчет подкрановой балки.43
1.Нагрузки на подкрановую балку.43
2.Определение расчетных усилий.44
3.Подбор сечения балки.45
Список использованных источников50
Выполнение курсового проекта «Каркас одноэтажного промышленного здания» по дисциплине «Металлические конструкции включая сварку» направлено на усвоение знаний полученных при изучении теоретической части этой дисциплины и на выработку практических навыков расчета и проектирования металлических конструкций.
В курсовом проекте рассматриваются особенности размещения конструктивных элементов каркаса в плане и по высоте схемы связей между колоннами горизонтальных и вертикальных связей по покрытию компоновка поперечной рамы правила определения величин и характера действующих на каркас различных нагрузок – постоянной временных.
Расчет стальных конструкций производится по методу предельных состояний в соответствии с положениями СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» и согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».
Исходные данные для проектирования
Отметка верха колонны ..144м
Грузоподъемность крана .8020
Режим работы мостовых кранов .3К
Район строительства город Белгород
Температурно-влажностный режим отапливаемое здание
Подкровельные несущие конструкции профнастил
Несущие конструкции покрытия .. фермы из широкополочныхтавров
Коэффициент надежности по назначению
Характеристики крана
Пролет моста крана .. .22м
Тип кранового рельса КР-100
Нагрузка на колесо крана
Масса крана .. ..97 т
Компоновка поперечной рамы
Высота цеха Н0 определяется расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса Н1 и расстоянием от головки кранового рельса до низа стропильных конструкций Н2 т.е.
Расстояние Н0=144м приводится в задании на проектирование промышленного здания а расстояние Н2 вычисляется по формуле
где Нк – высота мостового крана которая принимается по стандарту на мостовые краны;
f – размер учитывающий прогиб ферм (f=200..400мм);
0 – зазор (в мм) между верхом тележки крана и фермой.
Н2=(3700+100)+200=4000(мм);
Н1= Н0-Н2=14400-4000=10400(мм).
Высота верхней части колонны (от ступени до низа фермы)
где hб – высота подкрановой балки которая принимается равной 17..19 пролета балки (шага колонн);
hр – высота кранового рельса по стандарту на мостовые краны hр=150мм.
НВ=4000+1000+150=5150(мм).
Высота нижней части колонны (от фундамента до ступени):
где 700 – заглубление (в мм) опорной плиты базы колонны.
Нн=14400-5150+700=9950(мм).
Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля:
Н=5150+9950=15100 мм.
Стропильная ферма принимается типовой поэтому высота фермы равна Нф=315м.
Привязка а=250 мм высота сечения верхней части колонны h=450 мм .
l 1=В1 =(hв - а)+75=400+75+(450-250)=675мм
Принимаем l 1=1000 мм (из конструктивных соображений)=1000мм
h н = l 1+а=1000+250=1250мм.
Сбор нагрузок на поперечную раму
1. Постоянная нагрузка
Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием
Гидроизоляция (4 слоя рубероида)
Утеплитель (минераловатные плиты повышенной жесткости) ρ=175 кгм3 t=140 мм
Пароизоляция (1 слой рубероида)
Стальная панель с профилированным настилом
Собственная масса металлических конструкций шатра (фермы связи)
Равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы равна:
Опорная реакция ригеля:
Нагрузку от собственного веса колонн стенового ограждения и заполнения оконных проемов представляем в виде сосредоточенных сил F1и F2 приложенные к стойкам соответственно в уровне уступа и в узле сопряжения с ригелем.
Расчетный вес колонны.
Верхняя часть (20% веса)
Нижняя часть колонны (80% веса):
2. Снеговая нагрузка
Расчетная снеговая нагрузка Sq=18 кПа.
Снеговую нагрузку на ригель рамы принимаем равномерно распределенной равной
3. Крановая нагрузка
Крановая нагрузка учитывается в виде вертикальных сил приложенных к противоположным стойкам:
Величина изгибающих моментов определяется по формулам:
Горизонтальное давление одного колеса определяется по формуле
где n =4– число колес крана с одной стороны.
Расчетное значение горизонтальной силы равно:
4. Ветровая нагрузка
Ветровая нагрузка изменяется по высоте и ее расчетное значение вычисляется по формуле:
где - коэффициент надежности по ветровой нагрузке;
w - нормативное значение ветровой нагрузки вычисленное по формуле
где w0 – давление ветра принимается в зависимости от ветрового района - 03кПа;
– коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте - 085;
c – аэродинамический коэффициент 08;
где - коэффициент пульсации давления ветра.
v=0.61 - коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра.
Ветровая нагрузка с наветренной сторны:
Ветровая нагрузка с заветренной стороны:
Сосредоточенная силы от ветровой нагрузки:
Эквивалентные линейные нагрузки
5. Учет пространственной работы каркаса.
Каркас промышленного здания представляет собой пространственное сооружение все рамы которого связаны между собой продольными элементами. Эти элементы при загружении отдельных рам местными нагрузками вовлекают в работу соседние рамы.
Поэтому при действии нагрузок приложенных к одной или нескольким поперечным рамам необходимо учитывать пространственную работу каркаса здания.
H=15.1м – высота колонны;
– шаг поперечных колонн;
– коэффициент привидения ступенчатой колонны к эквивалентной по смещению колонне постоянного сечения при
Коэффициент пространственной работы:
– число колес кранов на одной нитке подкрановых балок.
Статический расчет рамы
Статический расчет рамы выполнен с помощью программы основой алгоритма которой служит метод конечных элементов.
Расчет рамы со стойками переменного сечения и шарнирным сопряжением ригеля с колоннами. Усилия в сечениях левой стойки рамы.
Определение расчетных усилий в стойке рамы.
По изгибающим моментам и нормальным силам от каждого вида загружения составляем наиболее невыгодные сочетания. При составлении сочетаний рассматриваются три основных сочетания нагрузок:
постоянная нагрузка плюс одна временная с коэффициентом сочетания nc=1;
Нагрузка и комбинация усилий
Проектирование колонны.
Проектирование ступенчатой колонны выполняется раздельно для верхней и нижней частей. Материал – сталь С245 бетон класса В15.
Для верхней части колонны N=25348кН M=28458кН*м
Для нижней части колонны N1=-128247кН М1=-75858кН*м
N2=-13569кН М2=75612кН*м
1. Определение расчетных длин колонны
Расчетные длины в плоскости поперечной рамы определяются для нижней части (lx1) и нижней частей (lx2).
по прил.131=227 и принимаем 2=3. Т.о.
Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей колонны равны соответственно: ly1=Нн=995м ly2=Нв-hб = 515-4 = 115 м. = 1150 см.
2. Подбор сечения верхней части колонны
Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой hв=450мм.N=25348кН M=217кН*м.
Условная гибкость (для стали С245 толщиной до 20мм ).
Значение коэффициента определяем по т.73.
Тогда =14 mef =*mx=1.4*5.44=По т. 74 определяем значение е = 0196
Задаемся предварительно толщиной полок tп=14мм и определяем высоту стенки по формуле hw=56-2·14=53.2 см.
По т. 22 СП 16.13330.2011 при 1≤mx≤10 и 2 находим условную гибкость стенки =13+015·=13+015·2.982=2.6
Из условия местной устойчивости определяем минимальную толщину стенкиtwмм. Назначаем толщину стенки tw=8мм и включаем в расчетную площадь сечения колонны только устойчивую часть стенки т.е два участка шириной h примыкающие к полкамсм
Ad=A – (hef – hd)·tw=56 – (532 – 65)·08=6544 см2
Тогда требуемая площадь полки:
Из условия устойчивости bf =
Принимаем bf= 280мм.
Согласно СП 16.13330.2011 п.9.4.7. устойчивость поясов (полок) следует считать обеспеченной если условная гибкость свеса пояса (полки) не превышает значений предельной условной гибкости.
(СП 16.13330.2011 табл.23)
где (СП 16.13330.2011 табл.10)
Геометрические характеристики сечения
Полная площадь сечения: A0=2·28·07+08·68=9408 см2.
Предельная условная гибкость стенки
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента
В соответствии с Сп 16.13330.2011 приложение Д табл. Д.2
При по интерполяции =149.
В соответствии с Сп 16.13330.2011 приложение Д табл. Д.3
Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента:
Двутаврому сечению соответствует тип кривой устойчивости «в» при
Максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня:
Принимаем Mx=54436 кН·м
По Сп.16.13330.2011 табл.21
Так как ослабления отсутствуют и mef20 проверка прочности не требуется.
3. Подбор сечения нижней части колонны
Сечение нижней части колонны сквозное состоящее из двух ветвей соединенных решеткой. Высота сечения hн=1250мм. Подкрановую ветвь принимаем из широкполочного двутавра профиля наружную – составного сечения из трех листов.
N1=-13569кН; M1=75612кНм.
N2=-13569кН; M1=75612кНм.
Определим примерное положение центра тяжести сечения. Принимаем z0=50мм; h0=h – z0=1250 – 50=1200мм.
Усилия в ветвях определим по формулам:
Определяем требуемую площадь каждой ветви и назначаем сечение.
Для подкрановой ветви задаемся λ=60 =2048. По СП 16.13330.2011 приложение Д табл.Д.1 определяем φ=08сталь С245 R=230МПа.
По сортаменту выбираем двутавр 45Б2:
По СП 16.13330.2011 приложению Д табл.Д.1
Проверку на устойчивость делаем как центрально сжатый элемент:
Швеллер составного сечения.
Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем такими же как в подкрановой ветви (421 мм). Толщину стенки швеллера для удобства ее соединения встык с полкой подкрановой части колонны принимаем tст=12 мм; высота стенки из условия размещения сварных швов hст =480 мм.
Из условия местной устойчивости полок (СП 16.13330.2011)
Принимаем bf=15 см=150 мм.
Геометрические характеристики ветви:
Уточняем положение центра тяжести сечения колонны
Проверка устойчивости ветвей.
. (тип кривой устойчивости «в» СП 16.13330.2011 табл.Д.1)
Устойчивость обеспечена.
. (тип кривой устойчивости «с» СП 16.13330 табл.Д.1)
– расстояние между узлами решетки.
4. Расчет и конструирование базы колонны
Ширина нижней части колонны превышает 1 м поэтому проектируем базу раздельного типа. Материал базы – сталь марки С245 (расчетное сопротивление R=230МПа=23кНсм2); бетон марки В15.
Расчет базы подкрановой ветви.
М2= 75612 кН·м; N2= - 13569 кН.
Требуемая площадь плиты:
γ=12; Rb=11МПа (согласно СП 63.13330.2012 табл. 6.7)
Rф=12·11=132 МПа=132 кНсм2
По конструктивным соображениям свес плиты с2 должен быть не менее 4 см. Тогда Вbf+ 2c2=18+2·52=284 см принимаем В=30см.
Принимаем L=55 см (из конструктивных соображений)
Среднее напряжение в бетоне по плитой
Условие выполняется.
При толщине траверсы 12 мм с1=(30 – 18 – 2·12)2=48 см.
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты (согласно СП 16.13330.2011 п.8.6.2).
oУчасток 1 (консольный свес с=с1=48 см)
oУчасток 2(т.к отношение очень мало то участок рассчитываем как консольный с=515 см)
oУчасток 3 (с опиранием на 4 стороны в направлении короткой и длинной сторон соответственно)
α1=0125; α2=0037 (СП 16.13330.2011 прил.Е табл.Е.2)
Ма=0125·077·8582=699 ; Мb=0037·077·8582=209 ;
Для расчета принимаем Мmax=M2=1021 .
Требуемая толщина плиты (для стали С245 толщиной до 20 мм Ry=230 МПа)
Принимаем tпл=20мм ( 3мм – припуск на фрезеровку).
Определяем высоту траверсы:
Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой Св08Г2С d=2мм; kf=6мм f=09; z=105; Rwf=215 кНсм2; Rwz=1665кНсм2; fRwf=1505кНсм2zRwz=1665;
расчет сварного соединения с угловыми швами под действием силы N следует выполнять по металлу границы сплавления (СП 16.13330.2011 п.14.1.16)
hтр принимаем 400мм.
Расчет базы наружной ветви.
По конструктивным соображениям свес плиты с2 должен быть не менее 4 см.
Тогда см принимаем В=35см (из конструктивных соображений).
При толщине траверсы 12 мм с1=(35 – 2496 – 2·12)2=382 см.
oУчасток 1 (консольный свес с=с1=382 см)
oУчасток 2(т.к отношение очень мало то участок рассчитываем как консольный с=525 см)
α1=0125; α2=0125 (СП 16.13330.2011 прил.Е табл.Е.2)
Ма=0125·069·15 2=19 ; Мb=0037·069·152=57 ;
oУчасток 4 (с опиранием на 4 стороны в направлении короткой и длинной сторон соответственно)
Ма=0125·069·876 2=661 ; Мb=0037·069·8762=198 ;
Для расчета принимаем Мmax=Mа=19 .
Тогда требуемая толщина плиты:
Принимаем tпл=25мм ( 3мм – припуск на фрезеровку).
hтр принимаем 400мм (из конструктивных соображений).
Расчет анкерных болтов базы.
Анкерные болты рассчитываются на силу:
М=Mп·08 – Мв= 267474*08-(-317139) = 33854 кН·м
N=Nп·08= 2329*08 = 18632 кН
Согласно ГОСТ 535 принимаем болты из стали Ст3пс2 (Rba=190 Нмм2)
По СП 16.13330.2011 табл.Г.9 принимаем болты d=30мм
Требуемая площадь болтов:
Принимаем 4 анкерных болта dанк=30 мм Аbn=561 cм2.
Усилие в анкерных болтах подкрановой ветви меньше. Из конструктивных соображений принимаем такие же болты.
Конструирование и расчет стропильной фермы.
Параметры здания и нагрузки те же что в примерах компоновки и расчета рамы. Материал стержней ферм – сталь С245 Ry=230МПа=23кНсм2.
1. Сбор нагрузок на ферму.
Постоянная нагрузка.
Нагрузка от покрытия: qкр=184 кНм2
Равномерно распределенную нагрузку приводим к сосредоточенным силам приложенным в узлах фермы:
Опорные реакции: Rпр=Rлев=13248 кН.
Погонная снеговая нагрузка: qсн=2052кНм
2. Подбор сечения элементов фермы
Усилия в элементах фермы определяем отдельно для каждого вида загружения с помощью диаграммы Максвелла-Кремоны. Расчетные сочетания нагрузок и подбор сечения элементов фермы сведены в таблицы.
Усилия от постоянной нагрузки
Усилия от снеговой нагрузки
Проверка сечений стерней ферм
3. Расчет сварных швов
Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св08Г2С d=2мм; kf=8мм f=09; z=105; Rwf=215 кНсм2; Rwz=1665кНсм2.
Зная длины швов графически определяем размеры фасонок.
4. Расчет укрупнительного стыка фермы.
Продольное усилие в нижнем поясе: Nн-5 = 2484 кН
Расчетное усилие которое может быть воспринято одним болтом следует определять по СП 16.13330.2011 п.14.2.9
Диаметр болтов принимаем d=20мм. По СП 16.13330.2011 талб.Г.9 ;
(СП 16.13330.2011 табл.Г.5. Класс прочности – 8.8 в соответствии с ГОСТ 52627);
[Сталь С245 класс точности В (СП 16.13330.2011 табл.Г.6)];
tн=7мм принимаем 10 мм (из конструктивных соображений).
Количество болтов в соединении определяем по СП 16.13330.2011 п.14.2.10:
Продольное усилие в верхнем поясе: Nв3-6 = 26496 кН
Количество болтов в соединении:
Верхний опорный узел.
Нижний опорный узел.
b=340мм (принимаем из конструктивных соображений)
(из условий прочности); =>tпринимаем 20 мм.
Конструирование и расчет подкрановой балки.
Исходные данные. Требуется рассчитать подкрановую балку крайнего ряда пролетом 6м под два крана грузоподъемностью Q=10020т. Режим работы кранов – легкие краны (3К). Пролет здания 24 м. Материал балки – сталь С255 (в соответствии с СП 16.13330.2011 табл.В.5); Ry=240 МПа=24 кНсм2. Коэффициент надежности по назначению γn=1.
1.Нагрузки на подкрановую балку.
Наибольшее вертикальное усилие на колесе ; масса тележки Gт=36 т; тип кранового рельса – КР=120.
Для кранов режима работы 3К поперечное горизонтальное усилие на колесе при расчете подкрановых балок
Расчетные усилия на колесе крана:
2.Определение расчетных усилий.
Максимальный момент возникает в сечении близком к середине пролета. Загружаем линию влиянию момента в среднем сечении устанавливая краны невыгоднейшим образом.
Расчетный момент от вертикальной нагрузки:
где α=103 – учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке yi– ординаты линий влияния.
Расчетный момент от горизонтальной нагрузки.
Для определения максимальной поперечной силы загружаем линию влияния поперечной силы на опоре:
Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил:
3.Подбор сечения балки.
Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t=6мм и швеллера №36.
Значение коэффициента :
Задаемся λw=hwtw=120.
Оптимальная высота балки см
Минимальная высота балки см
Где момент от загружения балки одним краном при
для кранов режима работ 3К
Задаемся толщиной полок тогда
Из условия стенки срезом силой Qx
В соответствии с СП16.13330.2011 табл.2 кНсм2
Размеры поясных листов определим по формулам.
Принимаем пояс из листа сечения 14х220 мм;
Определяем геометрические характеристики принятого сечения относительно оси х – х:
Устойчивость сжатых поясов следует считать обеспеченной если условная гибкость свеса пояса не превышает предельных значений (СП 16.13330.2011 п.8.5.18):
а затем – геометрические характеристики тормозной балки относительно оси y – y (в состав тормозной балки входят верхний пояс тормозной лист и швеллер:
расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения:
Нормальные напряжения в верхнем поясе (точка А):
Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена т.к. принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.
Жесткость балки также обеспечена т.к. принятая высота балки hб>hmin
Прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана:
(при кранах режима работы 3К с гибким подвесом груза);
где момент инерции рельса КР – 120; =325 – коэффициент для сварных балок.
Список использованных источников
СП 16.13330.2011 Стальные конструкцииАктуализированная редакция СНиП II-23-81*
СП 20.13330 Нагрузки и воздействия Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*
Металлические конструкцииЕ.И. Беленя В.А. Балдин и др.; под общей редакции Е.И. Беленя. - М.: Стройиздат1986.-560с.
Металлические конструкцииЮ.И. Кудишин Е.И. Беленя В.С Игнатьева и др.; под редакцией Ю.И. Кудишина. – М.: Академия 2007-688с.
Шагивалеев К.Ф. Статический расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания. – СГТУ 1995.-72 с.
Ведомость курсового проекта
Пояснительная записка