• RU
  • icon На проверке: 17
Меню

МК Проектирование каркаса промышленного одноэтажного здания с мостовыми кранами

Описание

Курсовой проект - МК Проектирование каркаса промышленного одноэтажного здания с мостовыми кранами

Состав проекта

icon
icon Металлы 1.cdw
icon Металлы 2.cdw
icon Пояснительная Металлы.docx

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Металлы 1.cdw

Металлы 1.cdw
Для стальных конструкций применить сталь:
для колонн и для фермы - С285
Сварку выполнить сварочной проволокой Св-08Г2С;
Катет сварных швов принять - kf=8мм;
Антикоррозионную защиту выполнять пентафталевой
эмалью ПФ115 за 2 раза по грунтовке ГФ-0119;
Отверстия под болты грубой точности принять
Анкерные болты принять нормальгой точности
Проектирование каркаса
одноэтажного промышленного
здания с мостовыми кранами
Поперечный разрез; Схема связей по колоннам;
Схема связей по нижнемуверхнему поясам ферм;
Колонна; Подкрановая балка; Вид: А
СХЕМА СВЯЗЕЙ ПО КОЛОННАМ
СХЕМА СВЯЗЕЙ ПО НИЖНЕМУ ПОЯСУ ФЕРМ
СХЕМА СВЯЗЕЙ ПО ВЕРХНЕМУ ПОЯСУ ФЕРМ
Упругая прокладка 20 мм

icon Металлы 2.cdw

Металлы 2.cdw
Для стальных конструкций применить сталь С 285.
Сварку выполнить сварочной проволокой Св-08Г2С.
Катет сварных швов принять k=4 мм
Болты нормальной точности
Антикоррозионную защиту поверхностей стальных конструкций выполнить
окраской пентафталевой эмалью ПФ-133 за 2 раза по грунтовке
Проектирование каркаса
одноэтажного промышленного
здания с мостовыми кранами
Ферма Ф-1; Вид А; Вид Б;
Геометрическая схема фермы;
Узел 1; Спецификация металла
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ФЕРМЫ
Масса Ф-1 с учетом сварки
СПЕЦИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛА

icon Пояснительная Металлы.docx

Компоновка конструктивной схемы стального каркаса одноэтажного производственного здания5
1 Выбор типа поперечной рамы5
2 Разбивка сетки колонн5
3 Компоновка поперечной рамы8
5 Разработка схемы связей по каркасу.14
Расчет поперечной рамы каркаса производственного здания16
1 Расчетная схема рам16
2 Нагрузки действующие на раму16
2.1 Усилия от постоянной нагрузки17
2.2 Определение усилий от снеговой нагрузки19
2.3 Определение усилий от ветровой нагрузки21
2.4 Определение усилий от давления и торможения крана26
3.5 Статический расчет поперечной рамы28
Расчет ступенчатой колонны производственного здания31
2 Определение расчетных длин колонны31
3 Подбор сечений верхней части колонны32
3.1 Компоновка сечений33
3.2 Геометрические характеристики сечения34
3.3 Проверка устойчивости в плоскости действия момента35
3.4 Проверка устойчивости из плоскости действия момента36
4 Подбор сечений нижней части колонны37
4.1 Проверка устойчивости ветвей41
4.2 Расчет решетки подкрановой части колонны42
4.3 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня43
5 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней части колонны44
6 Расчет и конструирование базы колонны47
Расчет подкрановой балки53
2 Нагрузки на подкрановую балку53
3 Определение расчетных усилий53
4 Подбор сечения балки54
5 Проверка прочности сечения56
Расчет стропильной фермы61
2 Сбор нагрузок на ферму61
3 Расчет усилий в элементах фермы63
4 Расчет элементов стропильной фермы63
5 Расчет сварных швов66
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ69
Тема курсового проекта: Проектирование каркаса промышленного одноэтажного здания с мостовыми кранами.
Целью проектирования является приобретение практических навыков самостоятельного пользования и применения теоретических основ и соответствующей нормативной базы при решении конкретной технической задачи.
Одноэтажные промышленные здания в России составляют 80% от общего числа промышленных зданий. Этим определяется важность изучения конструкций и методики расчета этих сооружений что необходимо при строительстве.
Каркас т.е. комплекс несущих конструкций воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций технологического оборудования атмосферные нагрузки и воздействия нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые подвесные консольные краны) температурные технологические воздействия и т.п
Расчёту и конструированию подлежат:
Поперечная рама каркаса;
подкрановые конструкции;
стропильная ферма покрытия;
Компоновка конструктивной схемы стального каркаса одноэтажного производственного здания
1 Выбор типа поперечной рамы
Поперечную раму принимаем в зависимости от действия нагрузок в виде однопролётной рамы со стойками и ригелем разной жёсткости. Опирание колонны на фундамент в связи с наличием крана принято жёсткое сопряжение ригеля с колонной – шарнирное.
Ригель принят в виде стальной стропильной фермы которая в расчётной схеме заменяетя эквивалентным ригелем.
Стойка с учётом опирания подкрановых балок применяется ломаного сечения с жёсткими узлами.
Для размещения подкрановых балок под мостовые краны колонны принимаем стального типа.
Рисунок 1 – Расчетная схема поперечной рамы здания
2 Назначение огрождающих конструкций и разбивка сетки колонн
Тип и размеры ограждающих конструкций принимаем из следующих условий:
)Кровля - беспрогонный тип кровли с покрытием по железобетонному настилу;
Таблица 1 - Сбор нагрузок от конструкции покрытия
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
Трехслойный рубероидный ковер =003м ρ=8кНм3
Выравнивающая ЦП стяжка =003м ρ=18кНм3
Минераловатные плиты
Пароизоляция из водоотталкивающей мембраны
Железобетонные плиты:
Стропильная стальные фермы L=24м
)Мостовой кран принимаем грузоподъемностью Q=100т. Количество кранов - 2. Подробные характеристики крана представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Характеристики мостового крана
Характеристики рельса типа КР-100 представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Характеристика рельса типа КР-120
Схема мостового крана представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема мостового крана
Разбивка сетки колонн принимается для однопролетного здания с шагом колонн 6 и 12м. Привязка колонн в торцах здания равна 500мм. Привязка наружной грани колонны к продольной оси определяется по расчету.
Рисунок 3 - Схема сетки колонн с шагом 6 метров
Рисунок 4 - Схема сетки колонн с шагом 12 метров
3 Компоновка поперечной рамы
Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса . Расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия (). Размер определяется в зависимости от высоты мостового крана:
где – расстояние от головки кранового рельса до верхней точки тележки крана равное 3150 мм плюс установленный по требованиям безопасности зазор между этой точкой и стропильными конструкциями равный 100 мм;
– размер учитывающий прогиб конструкций покрытия (фермы) принимаемый равным: 200 – для 18м.
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных конструкций:
гдеН1 – наименьшая отметка головки кранового рельса.
Устанавливаем размеры верхней части колонны:
гдеhб – высота подкрановой балки
hр – высота кранового рельса принимается 170 мм.
Устанавливаем размеры нижней части колонны:
где – заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола
Нзагл.=06м для шага L=6м;
Нзагл.=1м для шага L=12м.
Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля:
Высота сечения верхней части колонны:
где – привязка ферм к разбивочной оси (по ГОСТ 23119-78);
а – привязка колонны к разбивочной оси . Если условие не выполняется принимаем .
Определяем высоту сечения нижней части колонны:
где В1 – размер части кранового моста выступающего за ось рельса(400 мм);
– зазор между краном и колонной по требованиям техники безопасности.
Для обеспечения жёсткости цеха в поперечном направлении высоту сечения нижней части колонны назначают не менее
Верхняя часть колонны сплошная двутаврового сечения нижняя часть колонны сквозная.
Для выбора окончательного варианта производим технико–технологическое сравнение двух возможных компоновочных решений для этого определяем расход стали на 1м2 площади здания для шага колон 6 м и12 м.
Масса подкрановой балки:
где (для сварных балок);
– для двутавровых сечений;
– высота подкрановой балки при шаге при шаге
– строительный коэффициент для сварных балок;
– расчетное сопротивление стали для стали С255;
– пролет подкрановой балки м;
– расчетный изгибающий момент для разрезной подкрановой балки;
– эквивалентная нагрузка от мостовых кранов.
Для кранов грузоподъемностью 100т;
Масса фермы и связей по покрытию кг:
где – суммарная нормативная распределенная нагрузка наплана покрытия от собственной массы покрытия и снега
где – расчетные усилия на верхнюю и нижнюю ступени внецентренно сжатой колонны
– Высота верхней и нижней ступеней колонны м;
– расчетное сопротивление стали марки С255 ;
где – максимальное давление крана кН
- коэффициент надежности по нагрузки для крановых нагрузок:;
- коэффициент сочетания при учете двух кранов ;
- нормативное вертикальное давление колеса крана для крана с грузоподъемностью принимаем ;
- сумма ординат линий влияния.
Рисунок 4 – Схема определения вертикальной крановой нагрузки
Максимальное давление крана:
Расчетные усилия на нижнюю ступень колонны:
Масса колонны равна:
Расход стали на площади цеха определим для каждого варианта
где - соответственно количество подкрановых балок ригелей и колонн; - пролет и длина здания .
Таблица 2 – Сравнение вариантов
Для дальнейшего расчета принимаем шаг колонн –6м в связи с тем что расход стали меньше чем у шага 12 м на 164%.
5 Определение схемы связей по каркасу
В проекте предусматривается горизонтальные и вертикальные связи. Горизонтальные связи размещаются по верхнему и нижнему поясам ферм. Горизонтальные связи по верхнему поясу устраиваем в торцевых отсеках и посередине здания.
Конфигурация связей принимается в зависимости от шага колонн.
Рисунок 5 - Схема связей по верхнему поясу для шага колонн метров
Горизонтальные связи по нижнему поясу ферм устраиваются в торцевых отсеках в середине здания и вдоль продольных стен здания.
Связи выполняются из треугольных ферм состоящих из одинаковых равнополочных уголков.
Рисунок 6 - Схема связей по нижнему поясу ферм
В состав горизонтальных связей включены распорки которые устраивают в коньковой части фермы по верхнему поясу.
Вертикальные связи предусмотрены между фермами между фермами и подкрановыми балками в торцевых отсеках и середине здания.
Вертикальные связи в середине здания дополнительно включают вертикальные связи между колоннами и представляют собой жесткий связевой диск.
Рисунок 7 - Схема вертикальных связей каркаса
Расчет поперечной рамы каркаса производственного здания
1 Расчетная схема рамы
Рисунок 8 – Компоновочная расчетная схема поперечной рамы каркаса
При расчете рамы учитываем следующие допуски:
- Пролет рамы L в расчетной схеме принимаемравным пролету в конструктивной схеме;
- Заделку колонны в фундамент считают на уровне обреза фундамента;
- Решетчатый ригель заменяется эквивалентным ось которого совмещается с осью нижнего пояса ригеля.
При статическом расчете задаются отношением моментов инерции:
Jн: Jв= 5..10 принимаем 8;
Jн: Jр= 2..6 принимаем 6;
2 Нагрузки действующие на раму
При сборе нагрузок на поперечную раму учитываютпостоянные нагрузки от массы ограждающих и несущих конструкций здания временные – технологические от мостовых кранов а также атмосферные от воздействия снега и ветра.
2.1 Усилия от постоянной нагрузки
Равномерно распределенная нагрузка от веса покрытия (шатра) приложенная к ригелю рамы:
где - расчетная нагрузка на покрытия в зависимости от принятогошага рам;
Рисунок 9 – Схема загружения рамы постоянной нагрузки от веса кровли
При шарнирном сопряжении ригеля с колонной необходимо учесть внецентренноеприложение нагрузки от фермы на колонну в результате чего возникает сосредоточенный момент.
где - опорная реакция ригеля.
е – эксцентриситет приложения опорной реакции.
В месте изменения сечения колонны возникает момент
гдее1- эксцентриситет приложения опорной реакции Fш равный смещению центров тяжести верхней и нижней части колонны
Рисунок 10 – Схема загружения рамы постоянной нагрузкой
Рисунок 11 – Грузовая эпюра
2.2 Определение усилий от снеговой нагрузки
Определяем равномерно распределённую снеговую нагрузку приложенную к ригелю рамы:
где - коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов принимаемый в соответствии с пунктом 10.5-10.9 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»;
принимается по таблице 11.2 для типа местности B СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» = 085 по интерполяции;
термический коэффициент принимаемый в соответствии с пунктом 10.10 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» принимаем 1;
коэффициент формы учитывающий переход от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие принимаемый в соответствии с пунктом 10.4 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» принимаем 1;
Нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2горизонтальной поверхности земли для снегового района I– 05 кНм2;
Расчетное значение :
ккоэффициент надежности по нагрузке для снеговой 14;
Расчетная постоянная равномерно распределенная нагрузка определяется по формуле:
где В шаг колонн 6м;
При шарнирном сопряжении ригеля с колонной учитываем внецентренное сопряжение формы с колонной из-за чего возникает сосредоточенный момент.
где Fs – опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки;
е – эксцентриситет приложения опорной реакции;
Ms=189×0225=426 кН·м;
В месте изменения сечения возникает момент:
где е’ – эксцентриситет приложения опорной реакции ригеля от снеговой нагрузки;
Ms’=189×0275=52 кН·м;
Рисунок 12 – Эпюра от снеговой нагрузки
2.3 Определение усилий от ветровой нагрузки
Рисунок 13 – Схема приложения ветровой нагрузки
Определяем нормативное значение ветровой нагрузки в зависимости от эквивалентной высоты над поверхностью земли в соответствии с СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». Нормативное значение основнойветровой нагрузкиследует определять как сумму среднейи пульсационнойсоставляющих:
Нормативное значение средней составляющей основнойветровой нагрузкивзависимости от эквивалентнойвысотынад поверхностью земли следует определять по формуле:
где=023 кНм2 – нормативное значение ветрового давления для I ветрового района (по таблице 11.1) ;
k(zе) – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления в зависимости от высоты(по таблице 11.2 для типа местности В) определяем по интерполяции для высот 5 10 1405166 20 м;
с – аэродинамический коэффициент принимаемый в соответствии с СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» с учётом направления ветра (приложение В 1.2 таблица В.2):
с =08 – с наветренной стороны здания;
с = – 05 – с подветренной стороны здания;
При z≤5 м коэффициент kz5=05;
При z=10 м коэффициент kz10=065;
При z=20 м коэффициент kz20=085;
При z= H0=1345 м коэффициент kzH0= 0719;
При z=H0+315=166 м коэффициент kzH0+315=0782.
Нормативная ветровая нагрузка с наветренной стороны:
= 023×05×08=0092 кНм2;
= 023×065×08=01196 кНм2;
H0= 023×0719×08=01323 кНм2;
H0+315= 023×0782×08=01439 кНм2;
Нормативная ветровая нагрузка с подветренной стороны:
’= 023×05×(–05)= –00575кНм2;
’= 023×065×(–05)= –00748 кНм2;
H0’= 023×0719×(–05)= –00827 кНм2;
H0+315’= 03×0782×(–05)= –00899 кНм2;
Нормативное значение пульсационной составляющей основной ветровой нагрузкина эквивалентной высоте определяется по формуле:
где – коэффициент пульсации давления ветра принимаемый по таблице 11.4;
коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. пункт 11.1.11 таблица 11.6);
При z≤5 м коэффициент 5=122;
При z=10 м коэффициент 10=106;
При z=20 м коэффициент 20=092;
При z= H0=1345 м коэффициент H0= 10117;
При z=H0+315=166 м коэффициент H0+315=09676;
96 по интерполяции при 72м и = 18м.
Нормативная пульсационная нагрузка с наветренной стороны:
р5= 0092×122×0696=00781кНм2;
р10= 01196×106×0696=00882 кНм2;
рH0= 01323×10117×0696=00932 кНм2;
рH0+315= 01439×09676×0696=00969 кНм2;
Нормативная пульсационная нагрузка с подветренной стороны:
р5’= –00575×122×0696= –00488кНм2;
р10’= –00748×106×0696= –00552 кНм2;
рH0’= –00827×10117×0696= –00582 кНм2;
рH0+315’= –00899×09676×0696= –00605 кНм2;
Нормативное значение основной ветровой нагрузки с наветренной стороны:
= 0092+00781= 01701 кНм2;
= 01196 +00882= 02078 кНм2;
H0= 01323+00932 = 02255кНм2;
H0+315= 01439+00969=02408 кНм2;
Нормативное значение основной ветровой нагрузки с подветренной стороны:
’= –00575–00488= –01063 кНм2;
’= –00748–00552 = –013 кНм2;
H0’= –00827–00582= –01409 кНм2;
H0+315’= –00899–00605 = –01504 кНм2;
Расчетное значение основной ветровой нагрузки с наветренной стороны:
= 01701*14 = 02381 кНм2;
= 02078*14 = 02909 кНм2;
H0= 02255*14 = 03157кНм2;
H0+315= 02408*1.4 = 03371 кНм2;
Расчетное значение основной ветровой нагрузки с подветренной стороны:
’= –01063*14 = –01488 кНм2;
’= –013*14 = –0182 кНм2;
H0’= –01409*14= –01973 кНм2;
H0+315’= –1504*14 = –02106 кНм2;
Распределенная ветровая нагрузка различной интенсивности от нижнего пояса ригеля до уровня пола заменяется эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой определяемой по формуле:
где коэффициент для H 20 11
Ветровая нагрузка действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания заменяется сосредоточенной силой приложенной в уровне низа ригеля рамы. Определяем сосредоточенную ветровую нагрузку:
Fw=( H0+315+ H0)2 *hр*В
Fw’=(’ H0+315+ ’ H0)2 * hр*В
Fw=(03157+ 03371)2*315*6 = 617 кНм2;
Fw’=(01973+ 02106)2*315*6 = -386 кНм2;
Рисунок 14 – Расчетная схема действия ветровой нагрузки.
Mw1 =617*1405+192*140522= 2762 кН·м;
Mw2 =617*(466+9392)+ 192*( (466+9392)2)2= 14174кН·м;
Mw3 = Mw4 = 617*466+192*46622 = 496 кН·м;
Mw5 =617*(4662)+192*((4662)2)2= 1959 кН·м;
Mw8 =386*(4662)+12*((4662)2)2= 1225кН·м;
Mw9 =Mw10=386*466+12*46622 = 3102 кН·м;
Mw11 = 386*(466+9392)+12*((466+9392)2)2=8862 кН·м;
Mw12 =386*1405+12*140522 = 17267 кН·м;
Рисунок 15 – Эпюра отдействия ветровой нагрузки
2.4 Определение усилий от давления и торможения крана
Вертикальная нагрузка на колонны определяется от двух наиболее неблагоприятных по воздействию кранов. Расчётное усилие передаваемое на колонну колёсами крана определяется путём загружений линий влияния опорного давления подкрановых балок при наиневыгоднейшем расположении кранов на балках.
Рисунок 16 – Линия влияния для шага колонн 6 метров
Максимальное давление крана определяется:
где - коэффициент надёжности по нагрузке для кранов среднего режима работы по СП20.13330.2011 и следует принимать равным 11;
- коэффициент сочетаний при учёте двух кранов по СП20.13330.2011 для групп режимов работы кранов принимаем =085;
Fк – нормативно-вертикальное давление колеса крана для крана с грузоподъёмностью Q=10020 тFk=431 кН;
- сумма ординат линий влияния с шагом колонн 6 м
Gn – нормативный вес подкрановой конструкции
–полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке
вт – ширина тормозной площадки
где - нормативное вертикальное давление крана которое определяется по формуле:
гдеQ – грузоподъемность крана 100т;
Qк – масса крана с тележкой Qк=107т;
n – число колес одной стороны крана n=4.
Определяем изгибающие моменты от действия крановых усилий Dmax и Dmin.
гдеeк – расстояние от оси подкрановой балки до оси проходящей через центр тяжести нижней части колонны
Расчетная горизонтальная сила Т передаваемая подкрановыми балками на колонну:
где- горизонтальная сила возникающая при торможении на колесе крана.
где – для кранов с гибким подвесом груза;
Определим изгибающий момент действующий на стойку рамы от горизонтальной силы.
Рисунок 17 - Эпюра от крановой нагрузки
Рисунок 18 – Эпюра моментов орт тормозного усилия крана
2.5 Статический расчет поперечной рамы
Расчет выполняем с использованием комплексной программы RM2.
Для составления матрицы податливости задаемся жесткостью участков колонны: Jн = 8Jв = 8J.
Для нижней части колонны матрица будет иметь вид:
Для верхней части колонны матрица будет иметь вид:
Главная диагональ матрицы податливости будет иметь вид:
В= 0196;0783;0196;0777;3107;0777;0777;3107;0777; 0196; 0783; 0196
Расчет производился при помощи программы SK RM2. Результаты расчета оформлены в Таблица 3.
Таблица 3 - Таблица расчётных усилий в сечениях левой стойки рамы
Нагрузки и комбинации усилий
Расчет ступенчатой колонны производственного здания
Расчетные усилия для верхней части колонны в сечении 1-1:
В сечении 2-2 при том же сочетании нагрузки:
М=-213821кН.м N=143077 кН
Расчетные усилия для нижней части колонны:
Подкрановая ветвь 3-3:
Соотношение жесткостей верхней и нижней колонны
Бетон фундамента: В15.
Коэффициент надежности по назначению n=095.
2 Определение расчетных длин колонны
Расчетная длина для верхней и нижней части колонны в плоскости рамы определяются по формулам
Так как условие не выполняется длины и считаем.
По формулам расчетные длины равны:
Расчетная длина из плоскости рамы для нижней части колонны равна:
для верхней части колонны равна:
3 Подбор сечений верхней части колонны
Сечение верхнейчасти колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой 450 мм.
Требуемую площадь сечения определяем по формуле:
гдеN – продольное усилие в колонне N=19489;
– коэффициент для проверки устойчивости внецентренно сжатых сплошных стержней в плоскости действия момента;
Ry – расчетное сопротивление стали для стали марки С285 толщиной до 20 мм
–коэффициент условий работы
Длясимметричногодвутавраи Условная гибкость верхней части колонны определяется:
Относительный эксцентриситет:
Значение колеблется в пределах 12-17 . Примем в первом приближении
Приведенный относительный эксцентриситет:
Требуемая площадь сечения:
3.1 Компоновка сечений
Принимаем предварительно толщину полок: тогда высота сечения равна:
При из условий местной устойчивости
Определяем толщину стенки:
Поскольку сечение с такой толстой стенкой неэкономично
принимаем толщину стенкии включаем в расчетную площадь сечения колонны два крайних участка стенки шириной по:
Тогда требуемая площадь полки см2:
где - величина свеса полки.
3.2 Геометрические характеристики сечения
Полная площадь сечения равна:
Предельная условная гибкость стенки:
3.3 Проверка устойчивости в плоскости действия момента
Проверку осуществляем по формуле:
гдеN - продольное усилие в колонне;
- коэффициент для проверки устойчивости внецентренно сжатых сплошных стержней в плоскости действия момента;
Ared–площадь с учетом только устойчивой части стенки.
Проверка устойчивости в плоскости действия момента
при: по интерполяции
Условие выполнено – устойчивость обеспечена.
3.4 Проверка устойчивости из плоскости действия момента
Для определения найдем максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня при сочетании нагрузок 1+2+3*+4*(-)*+5*.
Определяем по формуле:
При коэффициент с определяем:
В запас несущей способности в расчет включаем редуцированную площадь .
Проверку устойчивости выполняем по формуле:
4 Подбор сечений нижней части колонны
Сечение нижней части колонны сквозное состоящее из двух ветвей соединенных решеткой. Высота сечения hн=1000мм. Определяем ориентировочное положение центра тяжести.
Усилия в подкрановой и наружной ветвях определяем по формуле:
Требуемая площадь сечения для подкрановой ветви:
Принимаем двутавр № 30Б1: А=4192см2 ix=305см iy=1229см.
Требуемая площадь сечения для наружной ветви:
Толщину стенки швеллера для удобства ее соединения в стык с полкой подкрановой части колонны принимаем tw =14мм.
Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок швеллера составляет 296 мм. Высота стенки из условия расположения сварных швов при прикреплении полок равна
Требуемая площадь полок определяется по формуле:
Из условия местной устойчивости полки швеллера принимаю bf=15см tf=14см.
Геометрические характеристики ветви:
(примечание только для расчёта
4=z0-tw2 436=bf2+tw)-z0 155=l св2 +tf2)
Уточняем положение центра тяжести колонны:
Так как у1 и у2 отличаются от первоначальных размеров: > 2см усилие в ветвях пересчитываются.
) Усилия в подкрановой и наружной ветвях определяем по формуле:
Принимаем двутавр № 30Б1: А=4192см2 ix=305см iy=1229см
Требуемая площадь полок:
Отличия от первоначально принятых размеров меньше 2 см поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.
4.1 Проверка устойчивости ветвей
Устойчивость ветвей из плоскости колонны проверяем по формуле:
гдеN - продольное усилие в колонне
- коэффициент продольного изгиба определяемый в зависимости от гибкости ветви
– площадь сечения ветви;
Расчетная длина ly=939см.
Расчетная гибкость для подкрановой ветви равна:
По приложению φе=0683 тогда по формуле:
По приложению φе=0617 тогда по формуле:
Устойчивость ветвей в плоскости колонны обеспечена.
Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:
Для подкрановой ветви:
4.2 Расчет решетки подкрановой части колонны
Поперечная сила в сечении колонны Qmax=402кН.
Условная поперечная сила для стали С285 принята по таблице
Расчет производим по.
Усилия в сжатии в раскосе:
где- угол наклона раскоса;
- высота сечения нижней части колонны
Задаемся гибкостью раскоса .
Требуемая площадь раскоса:
где для сжатого уголка прикрепленного одной полкой.
По сортаменту принимаем : Ad=613 см2
Напряжение в раскосе:
4.3 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
Геометрические характеристики всего сечения:
А=АВ1+АВ2=4192+896=13152см2;
Приведенная гибкость:
Для комбинации усилий догружающих наружнюю ветвь:
= 604336 кНм = 558888кН.
Для комбинации усилий догружающих подкрановую ветвь:
=463015кНм =953744кН
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
Проверим соотношение жесткостей нижней и верхней части колонны
Отличие от принятого не превышает 30% поэтому статический расчёт рамы уточнять не требуется.
5Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней части колонны
Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом:
)M=129347кНм;N=12863кН
)M=-213821кНм; N=141077кН;
Давление краном Dmax=11177кН.
Прочность стыкового шва проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения подкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны.
Прочность стыкового шва (ш1) проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны:
комбинация M и N (сжата наружная полка):
Прочность проверяем по формуле:
Для внутренней полки:
комбинация (сжата внутренняя полка):
Прочность шва обеспечена.
Толщину траверсы принимаем из условия смятия:
где- максимальная нагрузка от крана
где b- высота полки подкрановой балки b=300мм
- толщина опорного листа принимаем 2см
Rр – расчетное сопротивление стали смятию торцовой поверхности принимаем Rр=37 кНсм2;
Учитывая возможный перекос опорного ребра балки принимаем
Усилие внутренней полке верхней части колонны (2-я комбинация):
Длина шва крепления ребра траверсы к ее стенке (ш2):
где kf - катет углового сварного шва;
wf wz - коэффициенты учитывающие глубину проплавления шва и границы сплавления в зависимости от условий сварки;
Rwf - расчетное сопротивление металла углового шва кНсм2;
Rwz - расчетное сопротивление металла шва по границе сплавления кНсм2;
γwf=1 γwz=1 - коэффициенты условия работы сварного шва.
Принимаем полуавтоматическую сварку проволокой марки Св-08Г2С диаметром 2 мм. Расчетные сопротивления по металлу границе сплавления.
Rwz=0.45Run=0.4538=171кНсм2
гдеRun - временное сопротивление стали разрыву Run = 38кНсм2.
При нижнем положении шва и катете шва kf=6мм значения коэффициентов wf=09 wz=105.
Расчет ведем по металлу границы сплавления.
В стенке подкрановой ветви делаем прорезь в которую заводим стенку траверсы.
Для расчета шва креплений траверсы к подкрановой ветви (ш3) составляем комбинацию усилий дающую наибольшую опорную реакцию траверсы.
Для сечения 2-2: M = -213821кНм;N = 141077кН.
Опорная реакция траверсы:
где =09 -коэффициент учитывающий что усилия N и M приняты для 2-го основного сочетания нагрузок.
Требуемая длина шва по металлу шва:
Высоту траверсы определяем из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте креплений траверсы:
где tw1=58мм - толщина стенки двутавра №30Б1;
Rs=058·Ry=058·27=16кНсм2 - расчетное сопротивление срезу фасонного проката из стали С285.
Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов определяется по формуле:
где k=12 - коэффициент учитывающий неравномерную передачу усилия Dmax.
Условие прочности траверсы выполняется.
6 Расчёт и конструирование базы колонны
Ширина нижней части колонны hн=1м. Проектируем базу раздельного типа.
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны:
) M1=-463015кНм N1=953744кН(для расчета базы подкрановой ветви);
) M2=-604336кНм N2=558888кН (для расчета базы наружной ветви);
Усилия ветвях колонны определяем:
Рассчитываем базу наружной ветви:
Требуемая площадь плиты равна:
где Rф – реактивное давление фундамента находится по формуле:
где Rb=085кНсм2 - призменная прочность бетона В15;
=1 - коэффициент зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия;
α=1 - для классов бетона ниже В25.
Конструктивная ширина плиты:
Где bk – ширина подкрановой ветви равная 296см
- свес плиты принимаем
Длина опорной плиты:
Принимаем конструктивно L= 35 см.
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно:
При толщине траверсы 10 мм:
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:
Участок 1. (Консольный свес: с1= 47 см):
Участок 2. (Консольный свес: с2=47 см):
Участок 3. (плита опертая на четыре стороны):
Участок 4. (плита опертая на четыре стороны):
Принимаем для расчета Mmax=M3=2122кН·см.
Требуемая толщина плиты:
Ry=260 МПа=26кНсм2 для стали Вст3сп5-2 толщиной 21-40мм.
Принимаем tпл.= 24мм; (2 мм – припуск на фрезеровку)
Высоту траверсы определяем из условий размещения шва креплений траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через четыре угловых шва. Принимаем полуавтоматическую сварку проволокой СВ-08Г2С диаметром 2мм
Требуемая длина сварного шва:
Расчет анкерных болтов наружной ветви (N=558888кН M= 604336кН.м):
Усилие в анкерных болтах:
Найдем требуемую площадь болтов по формуле:
где Rba=185 - расчетное сопротивление болта растяжению.
Принимаем 2 болта d= 36мм Aba=2816=1632 см2.
Рассчитываем базу подкрановой ветви:
Принимаем конструктивно L= 25 см.
Участок 1. (Консольный свес: с1= 45 см):
Участок 2. (Консольный свес: с2=45 см):
Принимаем для расчета Mmax =8кН·см.
Расчет анкерных болтов наружной ветви (N=953744кН M= 463015кН.м):
Расчет подкрановой балки
Требуется рассчитать подкрановую балку крайнего ряда пролетом 6 м под два крана грузоподъемностью. Режим работы кранов – средний. Пролет здания 18 м. материал балки сталь С255 (Ry=24кНсм2 при толщине t20мм; Rs=14кНсм2)
2 Нагрузки на подкрановую балку
Для крана 10020т. при пролете 18м : Fnk1=402кНFnk2=431кН;
Расчетные значения усилий на колесе крана:
Расчетное значение горизонтальных сил определяем по формуле:
где - коэффициенты динамичности учитывающие характер нагрузки при движении крана по неровностям .
- коэффициент надежности по нагрузке
3 Определение расчетных усилий
Максимальный момент возникает в сечении близком к середине пролета. Загружаем линию влияния момента в среднем сечении устанавливая краны невыгодным образом.
Рисунок 19 – Расчётные схемы подкрановой балки
Расчетный момент от вертикальной нагрузки;
где - учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке при шаге 6 м
- ординаты линий влияния
- коэффициент сочетания;
Расчетный момент от горизонтальной нагрузки:
Расчетные значения от вертикальной поперечной силы:
Расчетные значения горизонтальной поперечной силы:
4 Подбор сечения балки
Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали и швеллера №18.
Значение коэффициента определяем по формуле:
- ширина сечения тормозной конструкции
Определяем требуемый момент сопротивления:
– коэффициент условий работы
Задаемся гибкостью стенки:
Оптимальная высота балки:
Минимальная высота балки:
где Е – модуль упругости стали
– для кранов со средним режимом работы
Окончательно принимаем hb=1м.
Задаемся толщиной полок tf=2cм тогда высота стенки будет:
Из условия среза стенки силой - определяем толщину стенки:
где - расчетное сопротивление стали срезу
Принимаем стенку толщиной
Размеры поясных листов определяем по формулам:
Момент инерции стенки:
Принимаем пояс из листа сечения 20х300мм Af=60см2.
Проверяем устойчивость пояса по формуле:
Устойчивость пояса обеспечена.
5 Проверка прочности сечения
Определяем геометрические характеристики принятого сечения:
Геометрические характеристики тормозной балки относительно оси у-у (в состав тормозной балки входят: верхний пояс тормозной лист и швеллер).
Рисунок 20 – Сечение подкрановой балки.
Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения:
Проверяем нормальные напряжения в верхнем поясе (точка А):
Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена так как принятая толщина стенки больше определяемой из условия среза.
Жесткость балки также обеспечена так как принятая высота балки
Проверяем прочность балки от действия местных напряжений под колесом крана по формуле:
гдe- коэффициент увеличения нагрузки на колесо учитывающий возможное перераспределение усилий между колесами и динамический характер нагрузки принимаем равным 14.
- условная (расчетная) длина распределения усилия Fk рассчитываемая по формуле:
где – коэффициент учитывающий степень податливости сопряжений пояса и стенки для сварных балок
- сумма собственных моментов инерции в случаи приварки рельса швами обеспечивающими совместную работу рельса и полки;
где - момент инерции рельса КР-120;
Проверка приведенных напряжений:
где краевое сжимающее напряжение в стенке:
- cреднее касательное напряжение в стенке:
Условие выполняется.
Проверка местной устойчивости стенки:
где cr - критическое напряжение кНсм2;
сcr - коэффициент определяемый согласно пункту 8.5.4-8.5.6 СП 16.13330.2016 «Стальные конструкции»;
γс - коэффициент условия работы;
- коэффициент применяемый по таблице 13 СП 16.13330.2016 «Стальные конструкции»;
с1 с2 - коэффициенты определяемые согласно пункту 8.5.5 СП 16.13330.2016 «Стальные конструкции»;
hef - расчетная высота стенки принимаемая согласно требованиям 7.3.1 СП 16.13330.2016 «Стальные конструкции»;
cr - критическое напряжение кНсм2;
d - меньшая из сторон стенки (hef или а) см;
а - расстояние между опорами.
Местная устойчивость обеспечивается.
Расчет стропильной фермы
Расчёт стропильной фермы выполняю как стержневого элемента с узловым приложением нагрузок. Расчёт выплняю по двум нагружениям определяя наименее выгоднейшее сочетание нагрузок от веса кровли собственного веса фермы и снеговой нагрузки.
Стропильная ферма относится к второй группе конструкций. Материал стержней ферм по ГОСТ 27772 – 88 принимаем сталь марки С285.
Для стали С285 при толщине элемента Пояса из тавров с параллельными гранями полок; решетка из уголков.
2 Сбор нагрузок на ферму
Узловые усилия от постоянной нагрузки вычисляются по формулам:
где d1 d2 - расстояние до узла м.
Узловые нагрузки от снеговой нагрузки определяются по формулам:
Таблица 4 – Узловые нагрузки
F4=F1ш+075Fs1=612625
F7=F1ш+125Fs1=643075
Определение усилий производилось с использование программного комплекса STR 30.
Рисунок 21 – Схема приложения нагрузок по I и II загружению.
3 Расчет усилий в элементах фермы
Таблица 5 – Расчет усилий в элементах фермы.
4 Расчет элементов стропильной фермы
Расчет сжатых элементов выполняем по формулам:
Требуемый радиус инерции:
По сортаменту определяем профиль детали конструкции.
Проверяем устойчивость:
Расчет растянутых элементов выполняем по формулам:
Проверяем прочность:
Результаты расчета заносим в таблицу 6.
Таблица 6 – Расчёт элементов стропильных ферм
5 Расчет сварных швов
Применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* диаметром d= 2 мм. ;;.
Сварное соединение рассчитываем на срез по двум сечениям для стали С285:
)по границе сплавления:
Несущая способность определяется прочностью по границе сплавления.
Катеты швов на обушке и пере уголков принимаются одинаковыми. Различная величина катетов усложнит изготовление конструкции так как будет необходимо менять режимы сварки.
Длину шва определяем по формуле:
Расчет по металлу шва сводим в таблицу 7.
Таблица 7 –Расчет швов
Для стержня 1-8 принимаем длину шва 6см для стержней 1-73-73-85-8 принимаем 4см и для 5-9 принимаем 5см – по обушку.
Для всех стержней по перу принимаем длину шва 4см.
При разработке курсового проекта было приобретено большое количество практических навыков самостоятельного пользования и применения теоретических основ и соответствующей нормативной базы при решении конкретной технической задачи.
Полученный в результате работы над разработкой каркаса промышленного одноэтажного здания опыт станет незаменимым инструментом в понимании проектирования металлических конструкций.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Свод правил: СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. - Москва: Минстрой России 2016 - 80с.
Свод правил: СП 16.13330.2016. Стальные конструкции Актуализированная редакция СНиП 2-23-81* - Москва: Минстрой России 2016 - 154с.
Металлические конструкции: учебник под ред. Ю.И. Кудишина. - 13-е изд. испр. - Москва: Академия 2011. - 688с.
up Наверх