• RU
  • icon На проверке: 17
Меню

МК Стальной каркас одноэтажного промышленного здания

Описание

Курсовой проект - МК Стальной каркас одноэтажного промышленного здания

Состав проекта

icon
icon МК.dwg
icon МК.docx

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon МК.dwg

МК.dwg
планы на отм. 22.950
Горизонтальные связи
Спецификация монтажных элементов
Технические условия 1. Материал конструкций - марка стали для рам 09Г2 по ГОСТ 82-70; марка стали для подкрановых балок -ВСт3Гпс по ГОСТ 82-70. 2. Монтажные швы выполняют ручной электродуговой сваркой Э42 ГОСТ 5264-80. 3. Все заводские швы варить полуавтоматической сваркой в защитном газе ГОСТ 14771-76 сварочной проволокой Св-08Г2С ГОСТ 2246-70* 4. Все неоговоренные швы к=7мм 5. Все отверстия диаметром 30мм
все болты диаметром 28мм нормальной точности класса 5.6
класса прочности 5.8 ГОСТ 7798-70*
Пароизоляция (1 слой рубероида)
Утеплитель (пенопласт 100 мм)
Гидроизоляция (3 слоя рубероида)
Защитный слой гравий
Монтажный план нижних поясов ферм.
Монтажный план верхних поясов ферм.
Геометрическая схема фермы
Спецификация металла
Технические условия: 1. Материал стропильных ферм - сталь 09Г2 по ГОСТ 82-70; марка стали для подкрановых балок - Вс3Гпс по ГОСТ 82-70. 2. Сварка полуавтоматическая ГОСТ 8713-79* электродом типа Э50А ГОСТ 9466-75*. 3. Все неоговоренные швы к=7 мм. 4 Все отверстия ø30 мм.
Спецификация металлических конструкций
Стальной какркас одноэтажного производственного здания
Поперечный разрез ОПЗ. Схема связей. Рядовая колонна. Монтажный стык колонны.База. Подкрановая балка. Узлы.
Ферма ФС-1. Узлы. Геометрическая схема фермы. Спецификация металла.

icon МК.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО – СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра металлических конструкций
и испытания сооружений
на тему: “Стальной каркас
одноэтажного промышленного здания”
Целью проектирования является приобретение студентом практических навыков самостоятельного пользования и применения теоретических основ и соответствующей нормативной базы при решении конкретной технической задачи. В данном проекте предусматривается разработка стального каркаса одноэтажного производственного здания по исходным данным. При этом данные: стены - самонесущие; группа режимов работы мостовых кранов - 5 К (см. приложение 1 [2]); количество кранов в пролёте - 2; краны с гибким подвесом груза; здание отапливаемое следует принять для всех вариантов.
Расчету и конструированию подлежат:
подкрановые конструкции;
стропильная ферма покрытия;
ступенчатая внецентренно-сжатая колонна.
Грузоподъемность крана 5012.5 т
Отметка верха кранового рельса 13.8 м
Несущая конструкция кровли – профилированный настил
Класс бетона фундамента В10
Место строительства Екатеринбург
Утеплитель пенопласт
Марка стали для рам ВСт3пс
Марка стали для подкрановых балок ВСт3Гпс
Компоновка конструктивной схемы каркаса.
При проектировании каркас производственного здания обычно расчленяется на две системы - поперечную и продольною работа каждой из них под нагрузкой принимается независимой. В состав этих систем включают конструкции работа которых является определяющей для данной системы.
1 Поперечная система каркаса.
В поперечную систему - раму включают только колонны и ригели покрытия. Рама образуется двумя жестко заделанными в фундамент ступенчатыми колоннами и ригелем – жестко опертой стропильной фермой (рис. 1). Стропильная ферма - ферма с параллельными поясами (при использовании в качестве несущих конструкций кровли профилированного настила и прогонов) или трапециевидная (при использовании крупноразмерных железобетонных ребристых плит).
При компоновке поперечной рамы сначала следует определить вертикальные размеры рамы и ее элементов привязывая размеры к уровню чистого пола.
Размер h1 =13800 мм – отметка верха кранового рельса.
Размер h2 – диктуется вертикальными габаритами мостового крана:
где: hс = 3150 мм. – габаритный размер крана от верха подкранового рельса до верхней точки тележки мостового крана; 100мм – зазор между этой точкой и низом стропильной фермы; а = 200-400мм – возможный прогиб конструкции.
h2 = (3150 + 100) + 350 = 3600мм.
Полезная высота цеха:
H = h1 + h2 = 13800 + 3600 = 17400мм.
Высота верхней части колонны:
где hb = 1200 мм – высота подкрановой балки; hr = 130 мм – высота рельса.
hu = 1200 + 130 + 3600 = 4930мм
Высота нижней части колонны:
hd = H – hu + (500-800мм)
hd =17400 – 4930 + 500 = 12970 мм.
Общая высота колонны:
h = hu + hd = 4930 + 12970 = 17900 мм
Размер hf =3150 мм – высота колонны у опоры ригеля.
Далее устанавливаем горизонтальные размеры с привязкой их к разбивочным осям. Привязка наружной грани колонны к разбивочной оси – b0 = 250мм.
Ширина верхней части колонны назначается из конструктивных соображений:
bu = b0 + 200мм = 250 + 200 = 450 мм
Ширина верхней части колонны из условия обеспечения необходимой изгибной жесткости:
Расстояние от оси колонны до оси подкрановой балки.
B1 + (bu - b0) + (60-75мм)
где B1 = 300мм – часть кранового моста выступающая за ось рельса; 60-75 мм – зазор между краном и колонной.
0 + (450 – 250) + 75 = 575мм
Ширина нижней части колонны:
bd = + b0 = 750 + 250 = 1000 мм
2 Продольная система каркаса.
В продольном направлении здание расчленяется на 2 температурных блока длиной 126м каждый. Каркас каждого температурного блока является самостоятельным.
В продольную систему каркаса входят колонны подкрановые балки вертикальные связи и те из продольных элементов которые выполняют роль связевых обеспечивая устойчивость и неизменяемость каркаса в продольном направлении. В продольной системе колонны проектируются шарнирно опёртыми на фундамент при этом геометрическая неизменяемость обеспечивается постановкой по колоннам вертикальных связей. Вертикальные связи по колоннам проектируются двух типов: основные располагаемые по всей высоте колонны от верхнего конца до фундаментов; верхние располагаемые в пределах верхних участков колонн от верха подкрановых балок.
Основные связи следует располагать в средней части здания или температурного блока здания. Предельное расстояние от температурного шва или торца здания до оси ближайшей основной связи см. табл. 42 [1]. При наличии в одном температурном блоке или здании двух основных связей расстояние между последними в осях - см. табл. 42 [1].
Верхние связи устанавливают по краям здания или температурного блока а также в тех местах где расположены поперечные горизонтальные связи между ригелями покрытия.
Рекомендуется применение связей с обычной крестовой решёткой. Примыкание связей к колоннам осуществляется по оси колонны при условии что ширина колонны не превышает 600мм. При большей ширине колонны и при сквозных колоннах применяются парные связи примыкающие к каждой полке или к каждой ветви колонны.
Связи по покрытию предусматриваются: в уровне верхних поясов стропильных ферм; в уровне нижних поясов стропильных ферм; вертикальные связи между стропильными фермами.
Связи по верхним поясам стропильных ферм состоят из продольных элементов - распорок и горизонтальных поперечных связевых ферм. Последние помещают по торцам здания или температурного блока. При длине здания или блока более значения оговорённого в п.13.18. [1] (144м) предусматриваются промежуточные поперечные связевые фермы располагаемые в середине. Узлы связевых ферм должны совпадать с узлами стропильных ферм. Коньковые узлы раскрепляются распорками.
Связи по нижним поясам стропильных ферм состоят из горизонтальных поперечных и продольных связевых ферм. Поперечные связевые фермы по нижним поясам ставятся под поперечными связевыми фермами по верхним поясам стропильных ферм.
Вертикальные связевые фермы располагают в местах установки поперечных связевых ферм.
1. Статический расчет рамы.
За геометрические оси ступенчатых колонн в расчётной схеме рамы принимают линии проходящие через центры тяжести сечений верхней и нижней частей колонны. Решётчатый ригель заменяется эквивалентным сплошным ось которого совмещается с осью нижнего пояса ригеля (рис 11).
Рама является статически неопределимой системой для расчета которой как известно необходимо знать хотя бы соотношения жёсткостей стержней её составляющих.
Соотношения жесткостей:
Расчетная схема рамы приведена на рис 11.
2. Нагрузки на раму.
При расчете рамы устанавливаем расчетные постоянные нагрузки от массы ограждающих и несущих конструкций расчетные временные технологические и атмосферные нагрузки в соответствии с [2].
2.1. Расчетные постоянные нагрузки
Нагрузка от массы всех ограждающих и несущих конструкций покрытия принимается равномерно распределенной по длине ригеля. Величину этих нагрузок определим в табличной форме. В таблице 1 приведен перечень конструктивных элементов вес которых составляет эту нагрузку.
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка
Гидроизоляционный ковер из 3х слоев рубероида и одного слоя пергамента
Пароизоляция из одного слоя рубероида
Стальной проф. настил
Расчетная постоянная погонная нагрузка на ригель рамы:
2.2. Расчетная снеговая нагрузка.
При расчете рамы нагрузка от веса снега принимается равномерно распределенной по длине ригеля. Нормативное значение снеговой нагрузки на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия определяют по [2]
2.3. Нагрузка от мостовых кранов.
Вертикальное давление подкрановых конструкций на рассматриваемую раму определяют от двух сближенных кранов при их невыгодном для колонны положении (рис. 12). Считается что грузовые тележки с грузом на обоих кранах максимально приближены к одной стороне рамы.
Наибольшее расчетное вертикальное давление на колонну рамы ближайшую к грузовым тележкам определяется по формуле:
;; вес подкрановых конструкций определяемый по ранее установленным размерам поперечного сечения
Наименьшее расчетное вертикальное давление на противоположную колонну рамы
вертикальная нормативная сила минимального давления крана на рельс
2.4. Ветровая нагрузка.
Расчетные значения статической составляющей ветровой погонной нагрузки с наветренной и подветренной сторон на колонны рамы (см. рис. 13) определяют по формулам
где: коэффициент надежности по нагрузке для ветровой нагрузки см. пункт 6.11. [2] ; нормативное значение ветрового давления принимаемое по данным таблицы 5 [2] в зависимости от района строительства ; коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте принимаемый по указаниям пункта 6.5 [2]; и аэродинамические коэффициенты для наветренной и подветренной сторон соответственно принимаемые по указаниям пункта 6.6 и приложения 4 [2] (см. номер схемы 1 ).
Расчетные значения статической составляющей ветровой погонной нагрузки с наветренной и подветренной сторон на колонны рамы определяют по формулам:
где: коэффициент надежности по нагрузке для ветровой нагрузки; нормативное значение ветрового давления принимаемое в зависимости от района строительства[3]; коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте принимаемый по [3]; се=08; се'=05- аэродинамические коэффициенты.
Нагрузка действующая на участке hf от низа ригеля до наиболее высокой точки цеха заменяется сосредоточенными силами приложенными в уровне низа ригеля:
*************************************************************************************************
* ПРОГРАММА СТАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КАРКАСА *
* ОДНОЭТАЖНОГО ОДНОПРОЛЕТНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ *
* Разработана на кафедре металлических конструкций *
* и испытания сооружений КГАСУ *
Нижняя часть колонны Верхняя часть колонны Ригель
Высота (пролет) [м] 1297 493 36
Момент инерции 7 1 30
Нагрузка от собственного веса шатра (qс.в.= 2166 кНм)
M 323034 - 100734 - 209589 - 370666 - 370666 - 209589 - 100734 323034
N - 389880 - 389880 - 389880 - 389880 - 389880 - 389880 - 389880 - 389880
Q - 32673 - 32673 - 32673 - 32673 32673 32673 32673 32673
Снеговая нагрузка (qснег = 252 кНм)
M 375829 - 117197 - 243843 - 431246 - 431246 - 243843 - 117197 375829
N - 453600 - 453600 - 453600 - 453600 - 453600 - 453600 - 453600 - 453600
Q - 38013 - 38013 - 38013 - 38013 38013 38013 38013 38013
Ветровая нагрузка (Fветр.= 1063 кН qветр.= 412 кНм)
M - 513321 30244 31727 92910 - 104225 - 21944 - 20461 482960
N 5394 5394 5394 5394 - 5394 - 5394 - 5394 - 5394
Q 63284 20535 20535 4286 10596 22783 22783 54845
Вертикальная крановая нагрузка (Dmax = 164811 кН Dmin= 58425 кН)
M - 5286 - 476748 183339 4133 - 107972 71234 - 161622 309841
N - 1645043 - 1645043 3067 3067 - 3067 - 3067 - 587317 - 587317
Q - 36350 - 36350 - 36350 - 36350 36350 36350 36350 36350
Горизонтальная крановая нагрузка (T= 5667 кН)
M 378190 - 102029 - 102758 - 5910 90905 - 5943 - 6671 - 261461
N - 2649 - 2649 - 2649 - 2649 2649 2649 2649 2649
Q 19645 19645 19645 19645 - 19645 - 19645 - 19645 - 19645
8*Fветр. ----> ******************************************* ----> 0.6*Fветр.
--> * Dmax Dmin * -->
--> 2-** ---- T **-7 -->
8*qветр. --> ** ** --> 0.6*qветр.
Схема сечений и приложения нагрузок к раме
Принятые правила знаков и единицы измерений внутренних усилий -
М+ растянутые волокна элемента расположены внутри контура рамы (в кНм)
N+ растягивает элемент (в кН)
Q+ вращает отсеченную часть элемента по часовой стрелке (в кН).
2.5. Определение расчетных внутренних усилий.
Статический расчет фермы произведен с использованием ЭЦВМ.
При статическом расчете рамы на ЭВМ были получены следующие данные:
Таблица расчетных усилий
Сочетания загружений.
Вертикальное крановое давление Dmax слева
Вертикальное крановое давление Dmax справа
Поперечное торможение Tk у левой колонны вправо
Поперечное торможение Tk у левой колонны влево
Поперечное торможение Tk у правой колонны вправо
Поперечное торможение Tk у правой колонны влево
Первое основное сочетание
Комбинация загружений
-Nmax(+M Q – соотв.)
-Nmax(-M Q – соотв.)
Сочетания для расчета анкерных болтов
Расчет внецентренно сжатой колонны.
1 Определение расчетных длин участков ступенчатой колонны.
Для одноступенчаты колонн одноэтажных пром. зданий жестко закрепленных в фундамент при помощи анкерных болтов значения коэффициентов приведения расчетной длины в плоскости рамы определяются раздельно: для нижнего и верхнего участков колонны. Коэффициент следует принимать в зависимости от отношения погонных изгибных жесткостей участков:
и величины отношения критических сил потери устойчивости по участкам
При верхнем конце колонны закрепленном от поворота и возможности его свободного смещения вдоль рамы коэффициент определяется по табл. 68 [1]
Коэффициент расчетной длины для верхнего участка колонны следует определять по формуле
Из плоскости рамы колонны считаем закрепленными шарнирно и поэтому коэффициенты приведения расчетной длины и принимаются равными единице.
Расчетные длины участков колонны в плоскости рамы определяются по :
2 Расчет и конструирование надкрановой части колонны.
Предварительный подбор сечения верхней части колонны произведем по приближенной формуле Ясинского:
расчетное продольное усилие.
эксцентриситет действия продольной силы. расчетный изгибающий момент
высота сечения колонны
Компонуем верхнюю часть колонны из трех листов которые соответствуют ГОСТ 82-70*
Геометрические характеристики принятого поперечного сечения:
Определяем гибкости и условные гибкости стержня верхней части колонны в плоскости и из плоскости рамы:
Для проверки устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента предварительно находят приведенный относительный эксцентриситет:
коэффициент влияния формы сечения определяется по табл. 73 [1] зависит от условной гибкости
относительный эксцентриситет
В зависимости от и по табл. 74 [1] определим коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии . Проверка обеспечения устойчивости колонны в плоскости рамы выполним по формуле:
Перенапряжение 3.26%5%
Устойчивость обеспечена.
Устойчивость верхней части колонны из плоскости рамы проверим по формуле:
где определяется по табл. 72 [1]
Проверим местную устойчивость полок колонны:
тогда должно выполняться условие
Условие выполняться следовательно местная устойчивость полок колонны обеспечена.
Проверим местную устойчивость стенки колонны:
Т.к. то предельное отношение ограничивается значением
Условие выполняться следовательно местная устойчивость стенки колонны обеспечена.
следовательно стенка не требует укреплений парными поперечными ребрами жесткости.
Т.к. то проверку прочности принятого сечения верхней части колонны выполнять не требуется.
Катет угловых сварных швов прикрепляющих стенку к поясам верхней части колонны принимаем конструктивно по табл. 38* [1].
3 Расчет и конструирование нижней части колонны.
Принимаем сечение нижней части колонны сквозным (рис. 18).
Расчетные значения внутренних усилий для наружной ветви колонны:
Расчетные значения внутренних усилий для подкрановой ветви колонны:
Находим предварительные продольные усилия в подкрановой ветви колонны принимая и :
Находим предварительные продольные усилия в наружной ветви колонны:
Находим ориентировочную требуемую площадь подкрановой ветви колонны:
Находим ориентировочную требуемую площадь шатровой ветви колонны:
Далее назначаются сечения ветвей колонны. В качестве подкрановой ветви примем двутавр №50 по сортаменту со следующими геометрическими характеристиками:
h = 500мм A = 100см2; b=170мм; d=10мм; t=15.2мм;
Jy = 1043см4; Wy = 123см3;
В качестве наружной ветви принимаем сварное сечение в виде швеллера.
Далее определяются точные геометрические характеристики сечений ветвей и всего сечения колонны.
Определим точные значения продольных усилий в ветвях колонны:
В подкрановой ветви:
Произведем проверку устойчивости каждой из ветвей из плоскости рамы по формулам:
и ; где и - коэффициенты продольного изгиба при центральном сжатии соответственно для подкрановой и шатровой ветвей определяемые по таблице 72 [1] в зависимости от гибкостей этих ветвей из плоскости рамы:
Для данного случая согласно таблице 6 [1]. Тогда
Из соображений равноустойчивости каждой из ветвей в плоскости и из плоскости рамы определяем максимально возможное расстояние между узлами соединительной решетки:
Выбираем систему соединительной решетки между ветвями и расстояние между ее узлами так чтобы высота нижней части колонны за вычетом высоты соединительной траверсы была кратна этому расстоянию. При этом угол наклона раскоса решетки следует назначать близким к 45 а самый верхний и самый нижний раскосы подходили к верхнему и нижнему узлам подкрановой ветви. Исходя из этих условий принимаем при этом угол наклона раскоса решетки будет 45.
Проверяем устойчивость каждой из ветвей колонны в плоскости рамы в предположении что ветви работают на центральное сжатие с расчетной длиной по формулам:
и где и - коэффициенты продольного изгиба при центральном сжатии соответственно для подкрановой и шатровой ветвей определяемые по таблице 72 [1] в зависимости от гибкостей этих ветвей в плоскости рамы:
Расчет раскосов решетки.
Раскосы решетки рассчитывают на большую из поперечных сил - действующую при комбинации загружений 123610
Найдем продольное усилие в раскосе (рис 19) из условия что поперечная сила распределяется поровну между решетками по формуле:
где α – угол наклона раскоса.
Определим требуемую площадь раскоса выполненного из одиночного уголка по формуле:
где из табл. 6 [1] п. 10.
По сортаменту ГОСТ 8509 – 93 «УГОЛКИ СТАЛЬНЫЕ ГОРЯЧЕКАТАНЫЕ РАВНОПОЛОЧНЫЕ» подбираем подходящее сечение раскоса - № 5 ()
Расчетная длина и максимальная гибкость определим по формулам:
Проверяем устойчивость раскоса как центрально сжатого стержня:
Гибкость стержня нижней части колонны относительно свободной центральной оси X – X:
Приведенная гибкость сквозной нижней части колонны при соединении ветвей раскосной решеткой:
где определяется по табл. 7 [1].
Устойчивость нижней части колонны.
Условная приведенная гибкость
Проверим устойчивость нижней части колонны как единого стержня в плоскости действия момента:
Для групп внутренних усилий вызывающих наибольшее сжатие в подкрановой ветви:
Для групп внутренних усилий вызывающих наибольшее сжатие в шатровой ветви:
Определяем и по табл. 75 [1]
Проверка устойчивости нижней части колонны как единого стержня в плоскости действия момента для групп внутренних усилий вызывающих наибольшее сжатие в подкрановой ветви:
Проверка устойчивости нижней части колонны как единого стержня в плоскости действия момента для групп внутренних усилий вызывающих наибольшее сжатие в шатровой ветви:
Устойчивость сквозной колонны из плоскости действия момента как единого стержня очевидно обеспечена так как обеспечена устойчивость отдельных ветвей из плоскости рамы.
4 Расчет и конструирование стыка верхней части колонны с нижней.
Сопряжение нижней части колонны с верхней осуществляется через траверсу.
Определим толщину стенки траверсы .
Из условия смятия давлением распределенным на длине где ширина опорного ребра подкрановой балки толщина верхней полки траверсы принимаемая предварительно ; .
Тогда где расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности .материала стенки траверсы.
Толщина нижней полки траверсы предварительно примем
Расчетная схема траверсы приведена на рис. 20
и определяются по табл. 1 для сечения 3 – 3. со знаком «–» без действия кранового давления.
Высота сечения траверсы определим из условия несущей способности сварных швов и (см. рис. 21).
Сварные швы должны воспринимать усилие
По табл. 38 [1] принимаем
По границе сплавления:
Сварные швы должны быть способны воспринять максимально возможную опорную реакцию. Поэтому
Здесь усилие передаваемое внутренней полкой верхней части колонны на траверсу при предыдущей комбинации загружений с добавлением и поперечного торможения которое дает максимально возможный изгибающий момент в сечении 3–3 со знаком«–».
где момент при действии момент от поперечного торможения.
Окончательно принимаем
Тогда полная высота траверсы
Проверим прочность траверсы при ее работе на изгиб в сечении 1 – 1 (рис 22). Для этого определим положение центральной оси Х – Х и относительно нее момент инерции сечения траверсы .
Максимальный изгибающий момент в этом сечении
Уровень максимальных нормальных напряжений в сечении траверсы
Прочность обеспечена.
В сечении 2 – 2 (рис. 23) прочность траверсы необходимо проверить при ее работе на сдвиг. Найдем максимально возможную перерезывающую силу:
здесь коэффициент 12 учитывает неравномерную передачу давления.
Уровень максимальных усредненных касательных напряжений в стенке траверсы:
5. Расчет и конструирование баз колонны.
Конструкцию базы внецентренно сжатой сквозной колонны принимается раздельной и ее расчет производится так же как расчет центрально сжатой колонны.
Расчет базы шатровой ветви колонны.
Исходя из класса бетона фундамента (для бетона класса В15 ) определяем расчетное сопротивление материала фундамента осевому сжатию:
где для базы колонны рассчитываемой до проектирования фундамента.
Назначаем ширину опорной плиты:
где высота стенки шатровой ветви ; ; толщина траверсы базы шатровой ветви колонны ; свес плиты.
Вычислим длину опорной плиты:
Из конструктивных соображений принимаем
Определим реактивное давление фундамента:
Опорная плита расчленяется на участки (рис. 24): 1 – консольные; 2 – опертые по четырем сторонам; 3 – опертые по трем сторонам.
Максимальный изгибающий момент для каждого участка вычисляется по формуле:
где размер участка; коэффициент принимаемый в зависимости от соотношения сторон.
Определим требуемую толщину плиты:
Траверса работает на изгиб как консольная балка с опорами в месте прикрепления к ветвям колонны (рис. 25)
Равномерно распределенная нагрузка на траверсу от реактивного давления фундамента равна:
Изгибающий момент в траверсе составит:
Определяем высоту траверсы по условию прикрепления ее к стержню колонны сварными швами.
по границе сплавления
Катет шва назначаем исходя из минимальной толщины
свариваемых элементов. . Примем . Тогда
Условие выполняется.
Проверяем прочность траверсы по нормальным напряжениям:
Длину шва прикрепляющего траверсу к плите определяем по формуле:
Определим оптимальный катет шва:
Расчет базы подкрановой ветви колонны.
где высота подкрановой ветви ;; толщина траверсы базы шатровой ветви колонны ; свес плиты.
Согласно ГОСТ 82-70* на широкополосную универсальную сталь С2=7см
Катет шва назначаем исходя из минимальной толщины свариваемых элементов. . Примем .
Траверса работает на изгиб как консольная балка с опорами в месте прикрепления к ветвям колонны (рис. 27)
Расчет анкерных болтов.
Расчет анкерных болтов крепления подкрановой ветви
Nmin=-287.27кН М=716.51кНм
Усилие в анкерных болтах
Требуемая площадь сечения болтов из стали Вст3кп2 Rba=18.5кНcм2
принимаем четыре болта d=36мм; Аba=10.17см2
Усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше. Из конструктивных соображений принимаем такие же болты.
Расчет и конструирование стропильной фермы
Ферма представляется в виде свободно опертой шарнирно-стержневой системы отвечающей выбранной конструктивной схеме фермы.
Расчетная схема фермы.
На ригель в общем случае действуют: собственный вес покрытий ; снег ; реактивные моменты левый и правый возникающие вследствие защемления фермы в колоннах.
Равномерно распределенная по длине ригеля вертикальная нагрузка заменяется системой сосредоточенных сил приложенных к узлам верхнего пояса фермы (рис. 14)
Сосредоточенные расчетные вертикальные нагрузки в верхние узлы фермы от загружения ригеля рамы собственным весом покрытия и от загружения снегом составят:
От собственного веса:
Моменты возникающие от защемления фермы в колоннах учитываются как нагрузки приложенные на опорах свободно опертой фермы в виде пары горизонтальных сил
где момент в сечении 4-4 от действия собственного веса покрытия и от снеговой нагрузки высота фермы.
Координаты узлов (в м)
! N X Y ! N X Y ! N X Y ! N X Y !
!узла !узла !узла !узла !
! 1 000 000 ! 2 000 315 ! 3 300 315 ! 4 600 000 !
! 5 600 315 ! 6 900 315 ! 7 1200 000 ! 8 1200 315 !
! 9 1500 315 ! 10 1800 000 ! 11 1800 315 ! 12 2100 315 !
! 13 2400 000 ! 14 2400 315 ! 15 2700 315 ! 16 3000 000 !
! 17 3000 315 ! 18 3300 315 ! 19 3600 000 ! 20 3600 315 !
Расположение стержней
! N NN узлов ! N NN узлов ! N NN узлов ! N NN узлов !
! стерж. ! стерж. ! стерж. ! стерж. !
! 1 1 - 4 ! 2 4 - 7 ! 3 7 - 10 ! 4 10- 13 !
! 5 13- 16 ! 6 16- 19 ! 7 2 - 3 ! 8 3 - 5 !
! 9 5 - 6 ! 10 6 - 8 ! 11 8 - 9 ! 12 9 - 11 !
! 13 11- 12 ! 14 12- 14 ! 15 14- 15 ! 16 15- 17 !
! 17 17- 18 ! 18 18- 20 ! 19 1 - 2 ! 20 4 - 5 !
! 21 7 - 8 ! 22 10- 11 ! 23 13- 14 ! 24 16- 17 !
! 25 19- 20 ! 26 1 - 3 ! 27 3 - 4 ! 28 4 - 6 !
! 29 6 - 7 ! 30 7 - 9 ! 31 9 - 10 ! 32 10- 12 !
! 33 12- 13 ! 34 13- 15 ! 35 15- 16 ! 36 16- 18 !
Вертикальные нагрузки (в тс)
(положительное направление действия сил сверху вниз)
! N Значение ! N Значение ! N Значение ! N Значение !
! узла силы ! узла силы ! узла силы ! узла силы !
! 1 7731900 ! 3 - 1405800 ! 5 - 1405800 ! 6 - 1405800 !
! 8 - 1405800 ! 9 - 1405800 ! 11 - 1405800 ! 12 - 1405800 !
! 14 - 1405800 ! 15 - 1405800 ! 17 - 1405800 ! 18 - 1405800 !
Усилия в стержнях (в тс)
! N Усилие ! N Усилие ! N Усилие ! N Усилие !
! 1 - 7363714 ! 2 - 18074571 ! 3 - 23430000 ! 4 - 23430000 !
! 5 - 18074571 ! 6 - 7363714 ! 7 00000 ! 8 13388571 !
! 9 13388571 ! 10 21421714 ! 11 21421714 ! 12 24099429 !
! 13 24099429 ! 14 21421714 ! 15 21421714 ! 16 13388571 !
! 17 13388571 ! 18 00000 ! 19 00000 ! 20 1405800 !
! 21 1405800 ! 22 1405800 ! 23 1405800 ! 24 1405800 !
! 25 - 7731900 ! 26 10677386 ! 27 - 8736043 ! 28 6794700 !
! 29 - 4853357 ! 30 2912014 ! 31 - 970671 ! 32 - 970671 !
! 33 2912014 ! 34 - 4853357 ! 35 6794700 ! 36 - 8736043 !
Горизонтальные нагрузки (в тс)
(положительное направление действия сил слева направо)
! 1 - 3197300 ! 2 2353000 ! 19 3197300 ! 20 - 2353000 !
! 3 1405800 ! 5 1405800 ! 6 1405800 ! 8 1405800 !
! 9 1405800 ! 11 1405800 ! 12 1405800 ! 14 1405800 !
! 15 1405800 ! 17 1405800 ! 18 1405800 !
! 1 10561014 ! 2 21271871 ! 3 26627300 ! 4 26627300 !
! 5 21271871 ! 6 10561014 ! 7 - 2353000 ! 8 - 15741571 !
! 9 - 15741571 ! 10 - 23774714 ! 11 - 23774714 ! 12 - 26452429 !
! 13 - 26452429 ! 14 - 23774714 ! 15 - 23774714 ! 16 - 15741571 !
! 17 - 15741571 ! 18 - 2353000 ! 19 00000 ! 20 - 1405800 !
! 21 - 1405800 ! 22 - 1405800 ! 23 - 1405800 ! 24 - 1405800 !
! 25 7731900 ! 26 - 10677386 ! 27 8736043 ! 28 - 6794700 !
! 29 4853357 ! 30 - 2912014 ! 31 970671 ! 32 970671 !
! 33 - 2912014 ! 34 4853357 ! 35 - 6794700 ! 36 8736043 !
1. Подбор сечений стержней стропильной фермы.
В данном курсовом проекте предусмотрены стропильные фермы со всеми стержневыми элементами из парных уголков составленных в тавр.
Таблица. Расчётные усилия в стержнях фермы.
Усилия в стержнях тс
Вертикальные нагрузки
Горизонтальные нагрузки
Загружение собственным весом Fg=6498
Без учёта защемления
Подбор сечения сжатых стержней.
При подборе сечения из двух уголков составленных в тавр предварительно назначаем коэффициент продольного изгиба
Рассмотрим пример расчета стержня верхнего пояса №12.Требуемая площадь сечения центрально сжатого стержня:
для одного уголка стержня:
Из сортамента прокатной стали выбираем уголок № 200х200х16 с площадью поперечного сечения А=61.98см2. Для двух уголков составленных в тавр выписываем геометрические характеристики сечения:
исходя из расчетных длин стрежней:
определим гибкости этого элемента в плоскости и из плоскости фермы;
Для полученных значений гибкостей найдем минимальное значение коэффициента продольного изгиба:
Проверим стержень с назначенным сечением на устойчивость:
Сечения остальных сжатых стержней фермы подбираются аналогично и заносятся в таблицу.
Подбор сечения растянутых стержней.
Расчёт растянутых стержней проводится аналогично сжатым только для нахождения площади поперечного сечения используется следующая формула:
Таблица подбора сечений стержней фермы для ее левой половины:
2. Расчет узлов и конструирование стропильной фермы.
Для обеспечения совместной работы двух уголков из которых состоит сечение стержневого элемента между ними помещаются соединительные прокладки с шагом .
Длины сварных швов определяем для каждого элемента отдельно. При этом учитываем что
Требуемые длины сварных швов определяются формулами:
-по металлу границы сплавления:
Расчет длины сварных швов ведется в виде таблицы:
Расстояние от обушка до центра тяжести уголка
Коэффициенты. характеризующие глубину проплавления
Требуемая длина шва (см)
Принятая длина шва (см)
По границе сплавления
3 Укрупнительный узел верхнего пояса.
В укрупнительном узле горизонтальные накладки «1» (см. рис. 16) примем толщиной . При этом площадь поперечного сечения каждой накладки должна быть не менее площади сечения перекрываемой горизонтальной полки уголка :
Накладки «2» (см. рис. 16) примем толщиной равной толщине листовых фасонок:
Высота этих накладок определяется из условия:
где максимальное усилие в поясах.
Здесь площадь сечения каждой из вертикальных накладок должна быть не менее площади сечения вертикальной полки поясного уголка:
Усилие приходящееся на горизонтальную накладку:
Требуемая длина сварных швов прикрепляющих горизонтальную накладку к поясу есть большее из значений:
- по металлу границы сплавления:
Усилие приходящееся на вертикальную накладку:
Требуемая длина сварных швов прикрепляющих вертикальную накладку к поясу есть большее из значений:
Теперь можно конструировать узел.
Укрупнительный узел нижнего пояса.
Опорный узел нижнего пояса.
Окончательные размеры опорного узла нижнего пояса установим после проверки несущей способности двух сварных швов прикрепляющих опорные ребра к листовой фасонке () и трех сварных швов прикрепляющих опорные ребра к колонне ()
Вначале скомпонуем опорный узел исходя из требуемых длин сварных швов прикрепляющих опорный раскос и нижний пояс к листовой фасонке и нахлеста листовой фасонки на опорные ребра на 100мм. Таким образом
Произведем проверку несущей способности швов по формулам:
F – опорная реакция фермы. ; – сила обжатия нижнего пояса фермы колоннами.
Расчет и конструирование подкрановых конструкций.
К подкрановым конструкциям относятся:
вертикальные и горизонтальные связи обеспечивающие необходимую жёсткость и неизменяемость конструкции;
крановые рельсы с креплениями и упорами.
Подкрановые балки работают на подвижную динамическую нагрузку от мостовых кранов воспринимая большие сосредоточенные силы давления крановых колёс и испытывая одновременное воздействие вертикальных и горизонтальных (от торможения крановой тележки) нагрузок.
В практике проектирования существует два основных варианта компоновки подкрановых конструкций: бисимметричная двутавровая подкрановая балка в сочетании с тормозной балкой (фермой); моносимметричная двутавровая подкрановая балка с более развитым верхним поясом. В нашем курсовом проекте мы будем рассчитывать бисимметричную подкрановую балку.
1 Определение действующих нагрузок. Расчетные внутренние усилия.
Расчёт подкрановой балки произведем на совместное действие двух сближенных кранов с грузовыми тележками тормозящими вблизи балки.
Расчётные значения вертикальных и горизонтальных крановых нагрузок определим по формулам:
Схема нагрузок действующих на балку приведена на рис. 4.
Здесь Fn =453 кН – нормативная сила вертикального давления колеса крана на рельс; f = 1.1 – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок; n = 0.95 – коэффициент надежности по ответственности; kd1 =1.1 и kd2 =1 – коэффициенты динамичности; = 0.85 – коэффициент сочетаний; Tn – нормативная горизонтальная нагрузка приходящаяся на одно колесо крана; T0 – полная нормативная горизонтальная нагрузка вызываемая торможением тележки крана; n0 = 2 – число колес с одной стороны крана. T0 определяется по следующей формуле:
где = 0.05; Q = 500 кН – грузоподъемность крана G = 135 кН – полный вес крана с тележкой.
T0 = 0.05 (500 + 135) = 3175кН
Tn = 3175 2 = 159 кН
F = 453*1.2*1*1.2*0.85 = 55447 кН
T = 159*1.2*1*12*0.85 = 19.431 кН
Максимально возможные внутренние усилия в подкрановой балке.
Максимально возможный изгибающий момент в разрезной балке нагруженной системой взаимосвязанных подвижных грузов возникает в том случае если равнодействующая этой системы грузов и ближайший к ней груз равноудалены от середины пролёта балки. Максимальный изгибающий момент возникает в этом случае в сечении расположенном под этим грузом (правило Винклера) рис. 5.
Для определения максимально возможной перерезывающей силы в балке от вертикальной нагрузки краны располагают таким образом чтобы одно из колёс (один из грузов; находилось непосредственно над опорой а остальные - как можно ближе к ней (рис. 5).
Расчётные внутренние усилия в балке от действия вертикальных крановых нагрузок с учётом собственного веса подкрановых конструкций и по формуле:
Расчётные изгибающий момент и перерезывающая сила от горизонтальной нагрузки вызываемой торможением тележки определяются формулами:
2 Подбор сечения бисимметричной сплошной подкрановой балки. Компоновка сечения тормозной конструкции.
Подбор сечения начинаем с определения требуемого момента сопротивления крайних фибр
где в ; по табл. 6* [1].
Назначим ориентировочно размеры и (см. рис. 6)
Устанавливаем минимальную толщину стенки из условия среза:
Толщина стенки должна удовлетворять условиям:
Исходя из этих условий принимаем
Определим ориентировочную площадь поясного листа балки:
Размеры полки должны удовлетворять условиям:
Минимальная ширина полок определяется типом применяемого кранового рельса и способом его крапления к подкрановой балке. Так при мостовых кранах грузоподъёмностью до 30т и сплошной тормозной конструкции при креплении рельса на планках (стр. 184185 [5]) . Параметры полок назначаем в соответствии с ГОСТ 82-70* «Сталь широкополосная универсальная»
Принимаем ; при этом выполняется условие:
В состав тормозной конструкции (балки) входят верхний пояс подкрановой балки горизонтальный лист поддерживающий швеллер (рис. 6).
Тормозные балки при ширине до 1.25-1.5м (расстояние от оси подкрановой балки до грани поддерживающего швеллера) обычно проектируют со стенкой из рифленого листа (ГОСТ 8568-57* «Сталь листовая рифленая») толщиной с рёбрами жёсткости из полосовой стали расположенными через 15м по длине балки (ширина ребра не менее 65мм толщина не менее 6мм). Ширина тормозной балки назначается из конструктивных соображений. Поддерживающий швеллер №30 при шаге колонн 12м обычно располагается наружной гранью стенки по наружной грани колонны (если не предусматриваются фахверковые стойки).
3 Проверка принятого сечения бисимметричной сплошной подкрановой балки.
По назначенным размерам сечения подкрановой конструкции вычисляем фактические геометрические характеристики поперечного сечения подкрановой балки.
Площадь поперечного сечения:
Статический момент полусечения относительно оси х – х:
Статический момент верхнего пояса относительно оси х – х:
Момент инерции сечения нетто относительно оси х – х:
Момент сопротивления крайних фибр сечения нетто относительно оси х – х:
Фактический момент инерции сечения тормозной балки относительно центральной оси Y1 – Y1. Для определения положения центральной оси Y1 – Y1 вычислим :
Для упрощения последующих расчётов несколько в запас прочности общепринято условно считать что на восприятие вертикальных крановых нагрузок работает только подкрановая балка а на восприятие горизонтальных крановых нагрузок - только тормозная конструкция.
Расчет по первой группе предельных состояний.
) Проверка уровня максимальных нормальных напряжений в верхнем поясе подкрановой балки: при бисимметричной балке в крайних от колонны фибрах (точка А рис. 6)
) Проверка уровня максимальных касательных напряжений у опор балки:
расчетное сопротивление сдвигу материала определяемое при фактической ее толщине.
) Проверка уровня максимальных касательных напряжений у опор балки
где RS = кНсм2 – расчетное сопротивление сдвигу материала стенки определяемое при фактической её толщине.
) Проверка уровня местных вертикальных нормальных напряжений в стенке под колесом крана
где γf1 = 1.1 – дополнительный коэффициент надежности учитывающий возможное перераспределение нагрузки между колёсами и повышенную динамичность в местах стыков рельсов;
- расчетная сила вертикального давления колеса без учета коэффициентов динамичности и сочетаний;
F’ = 453*1.1*0.95 = 473.385 кН
= 35.58см – условная длина распределения местного давления здесь J1f – сумма моментов инерции сечений верхнего пояса балки и кранового рельса относительно собственных горизонтальных центральных осей.
где Ir = см4 – момент инерции рельса КР80.
) Проверку уровня приведенных напряжений в стенке в уровне верхнего поясного шва следует производить в двух сечениях при соответствующих положениях кранов: в опорном с в пролётном с Mmax. При кранах с группами режимов работы до 6К включительно:
- в пролётном сечении
где: x – нормальные напряжения изгиба в стенке на уровне верхнего поясного шва для бисимметричной балки:
- нормальные напряжения перпендикулярные оси балки.
- среднее касательное напряжение в стенке
QM =739.296кН – поперечная сила в сечении с максимальным изгибающим моментом Mma
здесь Ry и Rs – расчетные сопротивления определяемые при фактической толщине стенки;
в опорном сечении аналогично при x =0
здесь - среднее касательное напряжение в стенке в опорном сечении.
) Проверка обеспечения общей устойчивости бисимметричной подкрановой балки
при наличии тормозной конструкции не производится (общая устойчивость обеспечена) если ширина тормозной конструкции (расстояние от внутреннего края верхнего пояса балки до наружной грани поддерживающего швеллера) h1 = 85см >B16 (B – пролёт балки).
) Проверка обеспечения местной устойчивости элементов сечения подкрановой балки производится так же как для обычных балок. Отличие состоит в том что при решении вопроса
об устойчивости стенки необходимо рассматривать несколько положений кранов (грузов) на балке наихудшим образом загружающих рассматриваемые отсеки.
Местная устойчивость верхнего сжатого пояса обеспечена и не требует специальной проверки. Перед решением вопроса об устойчивости стенки нужно убедиться в необходимости постановки поперечных основных рёбер жёсткости а также в необходимости проведения самой проверки устойчивости. Условная гибкость стенки
поэтому её не следует укреплять поперечными основными рёбрами жёсткости кроме того
поэтому требуется проверка обеспечения местной устойчивости стенки a=2*hw=2*=360см
Принимаем шаг ребер a=300см
Ширина выступающей части парных симметричных рёбер
Толщина парных симметричных рёбер
По требованию пункта 4.8. [2]. при проверке местной устойчивости стенки подкрановой балки расчетной силой вертикального давления колеса крана на рельс является где по указаниям пункта 4.8 [2]
Как правило местная устойчивость стенки проверяется в отсеках: приопорном при положении кранов по рис 7; пролетном на который попадает сечение с при положении кранов для определения (рис. 8). В данных случаях в приопорном отсеке нет местных напряжений .
Рис.7. Проверка местной устойчивости в приопорном отсеке.
M2=Ra*a=978.412кН*3м=2935.24кН*м где
Ra=978.412-реакция под опорой определяется из расчета строительной механики
Устойчивость стенки в приопорном отсеке для бисимметричной балки устанавливается по формуле:
сжимающее нормальное напряжение на верхней границе стенки среднее в пределах отсека усреднённое по высоте стенки касательное напряжение среднее в пределах отсека
критическое нормальное напряжение потери устойчивости стенки в пределах отсека при отсутствии местных напряжений; коэффициент принимаемый по таблице 21 [1] в зависимости от параметра . отражает отношение моментов инерции сечений пояса и стенки при чистом кручении (коэффициент принимаемый по таблице 22 [1])
критические касательные напряжения потери устойчивости стенки в пределах отсека; где отношение большей стороны отсека к меньшей условная гибкость стенки в пределах отсека меньшая сторона которого равна
Условие выполняется устойчивость стенки в приопорном отсеке обеспечена.
В последней формуле и средние значения внутренних усилий в пределах отсека. При этом: если длина отсека больше высоты стенки то средние значения М и вычисляются для боле напряжённого участка с длиной равной этой высоте; а если пределах отсека какое-либо внутреннее усилие меняет знак то его среднее значение определяется на участке отсека где это внутреннее усилие имеет один знак.
В пролётном отсеке (см. рис. 8) устойчивость стенки здесь для бисимметричных балок устанавливается по формуле
Рис.8. Проверка местной устойчивости в пролетном отсеке.
Определим отношение:
согласно табл. 24 [1]. Следовательно
где коэффициент принимаемый по табл. 23 [1] при
Устойчивость стенки балки обеспечена.
Рис.9. Расположение крана и эпюры внутренних усилий для
определения прогиба и расчета на выносливость.
Проверку выносливости верхней зоны стенки сварной подкрановой балки производят при действии на неё нагрузок только от одного крана располагаемого по правилу Винклера таки образом чтобы в одном из сечений балки появлялся максимально возможный изгибающий момент. Пример реализации этого правила для данного случая когда на балке умещаются об колеса крана представлен на рис. 3.5. Кроме этого при расчётах на выносливость вертикальная сила давления колеса на рельс определяется с пониженным нормативным значением по формуле F’’’ = Fнf1nk=453*11*1*0.5=249.15кН где; Fн = 453кН и f1 =11;n =1; k=0.5 коэффициент понижения нормативного значения нагрузки для К6 работы крана
Выносливость верхней зоны стенки подкрановой балки для кранов с группами режимов работы до 6К включительно проверяется по формуле где: –максимальные сжимающие напряжения у верхней границы стенки при изгибе
=2344.63*1.1*1*0.5=1289.55кН*м
=2344.63кН*м– наибольший возможный изгибающий момент в балке от нормативной вертикальной крановой нагрузкиРис.9.
-коэффициент учитывающий количество циклов нагружений и принимаемый в зависимости работы крана для К6 ; R = 75 МПа (7.5кНсм2) - расчетное сопротивление усталости для всех марок стали.
- коэффициент отражающий вид напряжённого состояния и асимметрию цикла характеризуемую коэффициентом асимметрии ρ (для разрезных подкрановых балок ρ = 01)
Вывод: Выносливость верхней зоны стенки подкрановой балки обеспечена.
Расчет по второй группе предельных состояний заключается в определении наибольшего
прогиба подкрановой балки при действии на неё вертикальных крановых нагрузок от одного
где: Mnma ; - предельный относительный прогиб равный 1400;
Список использованной литературы.
СП 16.13330.2017. «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*» Издание официальное - Москва -2011. – 177 с.;
Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учеб. Заведений[Ю.И. Кудишин Е.И. Беленя В.С. Игнатьева и др.]; под ред. Ю.И. Кудишина. – 9-е изд. стер. – М.: «Академия» 2007.–688 с.;
ГОСТ 19903-74. «Прокат листовой горячекатаный. Сортамент»;
ГОСТ 82-70*. «Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный. Сортамент»;
ГОСТ 103-76. «Полоса стальная горячекатаная. Сортамент»;
ГОСТ 8239-89. «Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент»;
СП 20.13330.2017 Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»;
СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87» 2012. – 196 с.
up Наверх