МК Стальной каркас одноэтажного промышленного здания в г. Москва

МК-КП2 МОСКВА 96 12 30.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра «Строительные конструкции»
по дисциплине «Металлические конструкции включая сварку»
Стальной каркас одноэтажного промышленного здания
Исходные данные для проектирования
Компоновка схемы каркаса
1 Размещение колонн в плане
2 Компоновка поперечных рам ..
4 Фахверк и конструкции заполнения проемов
Назначение разрушающих нагрузок и статический расчет ..
1Схемы поперечных рам
2Нагрузки действующие на раму ..
2.1 Постоянные нагрузки
2.2 Снеговые нагрузки
2.3 Нагрузки от мостовых кранов .
2.4 Нагрузки ветровые
3 Статический расчет и определение усилий от комбинаций нагрузок .
1 Определение расчетных длин колонн
2 Подбор сечения верхней части колонны ..
2.1 Компоновка сечения
2.2 Геометрические характеристики сечения .
2.3 Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента
2.4 Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ..
3 Подбор сечения нижней части колонны ..
3.1 Подкрановая ветвь ..
3.3 Проверка местной устойчивости стенки и поясных листов шатровой ветви ..
4 Расчет решетки подкрановой части колонны
5 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
6 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
6.1 Расчет монтажного шва Ш1 .
6.2Расчет монтажного шва Ш2 ..
6.3 Расчет траверсы .
7 Расчет и конструирование базы колонны
7.1 База наружной ветвинаружной ветви
7.1.1 Расчет анкерныхболтовнаружной ветви
7.1.2 Расчет анкерной плиткинаружной ветви
7.2 База подкрановой ветви
7.2.1 Расчет анкерных болтов подкрановой ветви
7.2.2 Расчет анкерной плитки подкрановой ветви
Расчет и конструирование стропильной фермы
1 Расчет усилий в стержнях фермы ..
2 Подбор и проверка сечений стержней фермы ..
3 Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к фасонкам и поясам ферм
4 Конструирование узла сопряжения фермы с колонной
4.1 Узел сопряжения нижнего пояса
4.2 Узел сопряжения верхнего пояса
5 Конструирование монтажного стыка фермы .
5.1 Конструирование монтажного стыка по низу колонны
5.2 Конструирование монтажного стыка по верху колонны .
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Таблица 1 – Исходные данные
(снеговой район –III тип местности – С)
Количество мостовых кранов
утепленное по прогонам
Материалы для колонн
Гнутые замкнутые сварные профили из стали:С255; С345 С345К
Материалы для ригеля
Листовой и фасонный прокат прокат из стали: С245; С255; С275; С285; С345; С375
Класс бетона для фундаментов
Отметка головки кранового
Грузоподъемность Q т
Режим работы кранов
КОМПОНОВКА СХЕМЫ КАРКАСА
Несущая способность поперек здания обеспечивается поперечными рамами а вдоль – продольными элементами каркаса кровельными и стеновыми панелями. Поперечные рамы каркаса состоят из колонн и ригелей.
Согласно заданию на проектирование:
)колонны – двухветвевые надкрановая часть колонны сплошная виде сварного двутавра подкрановая часть колонны – сквозная (сечение из сварного швеллера и прокатного двутавра; раскосы в виде – равнополочного уголка);
)сквозной ригель проектируем из прокатных элементов нижний и верхний пояс таврового сечения стойки и раскосы из парного уголка.
Продольные элементы каркаса – это подкрановые конструкции связи между колоннами и фермами кровельные прогоны. При одинаковом шаге колонн по всем рядам принимается наиболее простая конструктивная схема – поперечные рамы на которые опираются подкрановые конструкции а также панели покрытия прогоны.
Сопряжение ригеля с колонной жесткое. Опирание колонн на фундаменты в плоскости рам жесткое.
1 Размещение колонн в плане
Расстояния между колоннами в плане (размер пролета) по заданию 30 м. Расстояние между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) 12 м. У торцов колонны смещены на 500 мм.
Длина здания по заданию 96 м устройство температурных швов не требуется[1табл.44].
Рисунок 1 – Размещение колон
2 Компоновка поперечных рам
Компоновка начинается с установления основных габаритных размеров элементов конструкций в плоскости рамы. Размеры по вертикали привязываются к отметке уровня пола которая принимается нулевой (0000). Размеры по горизонтали привязываются к основным осям здания. Размеры принимаются в соответствии с основными положениями по унификации и другими нормативными документами.
Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса H1 (по заданию 1165 м)и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия H2 . В сумме эти размеры составляют полезную высоту цеха H0 (рисунок 2).
Размер Н2 диктуется высотой мостового крана
Н2≥ (Hk +100мм)+f = 4000 + 100 + 200 = 4300 мм (1)
где Нк +100 – расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана плюс установленный по требованиям техники безопасности зазор равный 100 мм;
f – размер учитывающий прогиб конструкций покрытия (ферм связей) принимаемый равным 300 мм.
Габарит мостового крана Нк по [2 табл. 23] для грузоподъемности 8020 т равен 40 м.
Кран 8020: Нk =4000мм В=9600мм – ширина крана .
Н2 должно быть кратно «высотному» модулю 200 мм. Принимаем: Н2= 4400 мм.
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм
Н0= 1165 + 44 = 1605м (2)
Размер Н0 необходимо принимать кратным 18 м при высоте больше 108 м из условия соизмеримости со стандартными ограждающими конструкциями.
Принимаем Н0 = 16200 мм. При этом необходимо скорректировать Н1.Принимаем:
Н1= Н0 – Н2 = 16200 – 4400 = 11800 мм.
Отметку верха головки кранового рельса увеличим до 118м.
Длина верхней (надкрановой) части колонны:
где hб=110*12м=12 м– высота подкрановой балки предварительно принимается 18–110 пролета балки (шага колонн 12 м);
hр – высота кранового рельса принимаемая предварительно равной200 мм.
Нv= 4400+ 1200 +200 = 5800 мм.
Длина нижней (подкрановой) части колонны:
Нn= Н0+ Hb – Hv = 16200 + 1000 – 5800 = 11400 мм (4)
где Hb– заглубление базы колонны (принимаем Hb= 1000 мм при Q = 80т).
Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля
H = Нn+ Hv = 11400 + 5800 = 17200 мм (5)
Высота части колонны в пределах ригеля Нф зависит от принятой конструкции стропильных ферм. При плоской кровле и фермах с элементами из спаренных уголков в соответствии с ГОСТ 23119-78 «Фермы стропильные стальные сварные с элементами из парных уголков для производственных зданий» высота Нф (по обушкам уголков) принимается равной 315 м при пролете 30 м.
Высота фонаря Нфн принимается с учетом высот типовых фонарных переплетов (2х1250 мм) равной 36м [4 лист 16].
При определении горизонтальных размеров учитываются унифицированные привязки колонн к разбивочным осям требования прочности и жесткости эксплуатационные требования.
Привязка наружной грани колонны к оси колонны а принимается равной 500 мм. Высота сечения верхней части колонны hв равна 700 мм (500+200 – унифицированная привязка наружной грани ферм к разбивочной оси [5]).что не меньше НВ 12=580012=48333 мм.
При назначении высоты нижней части ступенчатой колонны необходимо обеспечить чтобы кран при движении вдоль цеха не задевал колонну расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менее:
где b1 –размер части кранного моста выступающий за ось рельса по [2 табл. 23] он равен 400 мм.
мм – зазор между краном и колонной принимаемы по ГОСТу на краны.
0 мм – необходимое расстояние при устройстве прохода вне колонны (400 мм габарит и 50 м на ограждение).
Назначаем (кратно 250мм)
Пролет мостового крана
Ось подкрановой ветки колонны совмещена с осью подкрановой балки; в этом случае высота сечения нижней части колонны
Верхнюю часть колонны проектируем сплошной двутаврового сечения; нижнюю часть сквозной.
Рисунок 2 – Схема поперечной рамы
Связи подразделяются на связи между колоннами и связи между фермами. Система связей между колоннами обеспечивает геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении а также устойчивость колонн из плоскости поперечных рам. Эти функции выполняются одним вертикальным жестким диском и системой продольных элементов прикрепляющих колонны не входящие в жесткий диск к последнему. В жесткий диск (рисунок 3) включены две колонны подкрановая балка горизонтальные распорки и решетка обеспечивающая геометрическую неизменяемость. Решетка крестовая. По торцам здания крайние колонны соединены между собой гибкими верхними связями. Расстояние от торца здания до ближайшей вертикальной связи отапливаемого здания составляет 962 = 48 м для г. Москва с расчетной температурой наиболее холодной пятидневки равной -260С [5].Вертикальные связи между колоннами ставятся по всем рядам колонн здания между одними и теми же осями.
Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего верхнего поясов ферм и верхнего пояса фонаря. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных. Для закрепления плит от продольных смещений устраиваются связи по верхним поясам ферм которые целесообразно располагать в торцах цеха. Там где нет кровельного настила предусматриваются распорки
Рисунок 3 - Схема конструкции жесткого диска связей между колоннами: 1- колонны; 2 - распорки; 3 - подкрановые балки; СК - связи между колоннами; СВ - связи в пределах высоты ригелей
Рисунок 4 - Связи между фермами: а) - по верхним поясам; б) - по нижним поясам;
- распорка в коньке; 2 - поперечные связевые фермы; 3 -продольная связевая ферма; 4 - растяжка;
Поперечные связи закрепляют продольные а в торцах здания они необходимы и для восприятия ветровой нагрузки направленной на торец здания. В плоскости нижних поясов также устанавливаются промежуточные поперечные связи расположенные в тех же панелях что и поперечные связи по верхним поясам. Фермы обладают незначительной боковой жесткостью поэтому необходимо устраивать вертикальные связи между фермами (рис. 4 поз. 5).
Рисунок 5 - Связи между фонарями
-вертикальные связи.
Для горизонтальных связей применена крестовая решетка. Стойки связевых ферм из двух уголков (крестовое сечение) а раскосы - из одиночных уголков.
Таблица 2- Расчет элементов связей
Предельная гибкость по [7табл.20*]
Требуемый радиус инерци и см
В таблице приняты следующие обозначения: СК-1 СК-2 - связи между колоннами; СВ - вертикальная связь между фермами; СФ - связь в пространстве фонаря; РК - распорка; ГС - блок горизонтальной связи; У - уголок; - 2 уголка.
4 Фахверк и конструкции заполнения проемов
Фахверк служит для поддержания стенового ограждения и восприятия ветровой нагрузки.
Стеновые панели по заданию: 3-хслойные панели типа «сендвич» длиной 6 м по [14]. Вдоль торцовой стены фахверковые колонны устанавливаются с шагом 6 м. Панели опираются на столики колонн и стоек фахверка.
НАЗНАЧЕНИЕ РАЗРУШАЮЩИХ НАГРУЗОК И СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
1 Схемы поперечных рам
При расчете сквозные колонны и ферма заменяются сплошными эквивалентной жесткости.
Ригель принимается прямолинейным и располагается в уровне нижнего пояса ферм.
Рисунок 6 – Схемы однопролетной рамы: а – конструктивная; б – расчетная
Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести верхнего и нижнего сечений колонны. Центры тяжести у ступенчатых колонн расположены не на одной оси поэтому стойка имеет горизонтальный уступ равный расстоянию между геометрическими осями колонн.
Заделка стоек принимается на уровне низа базы ось ригеля совмещается с нижним поясом стропильной фермы.
По опыту проектирования производственных зданий известно что расстояние е определяется [1 (формула 12.2)].
е0 = 05hH - 05hB = 05 (1750 - 700) = 525 мм.(7)
Соотношения моментов инерции элементов рамы:
2 Нагрузки действующие на раму
На поперечную раму цеха действуют постоянные нагрузки – от веса ограждающих и несущих конструкций здания временные – технологические а также атмосферные (снег и ветер). Все нагрузки подсчитываются с учетом коэффициент надежности по назначению γн=0.95.
2.1 Постоянные нагрузки
Постоянные нагрузки на ригель рамы принимаем равномерно распределенными по длине ригеля величина расчетной постоянной нагрузки на 1 м 2 покрытия g кр определяем в табличной форме (табл. 3).
Таблица 3- Постоянная поверхностная распределенная нагрузка от покрытия
Защитный слой (рубероид с крупнозернистой
Гидроизоляция (рубероид 4 слоя)
Утеплитель (пенопласт) γ=70 кгм3 t=50 мм
Пароизоляция (полиэтиленовая пленка)
Стальной прогон с профилированным настилом
Собственный вес металлических конструкцийшатра[6(т.12.1)]
Нагрузки подсчитываются с учетом коэффициента надежности по назначению.
Уровень ответственности принимаем II.
) Расчетная равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы определяется
Нагрузка от покрытия (за исключением веса фонаря):
qкр` = (qкр -nqфон)γн= (1016 -105·015)·095 = 082 кНм 2
Вес фонаря учитываем в местах фактического опирания фонаря на ферму.
q1фон - вес каркаса фонаря на единицу площади горизонтальной проекции фонаря
qкр - постоянная нагрузка на 1 м2 покрытия;
q б.ст - вес бортовой стенки и остекления на единицу длины стенки
N2=N3=N9= N10 = qкр`Bd = 082123 = 2952 кН;
N4=N8=qкр`Bd+(q1фонB·05d+qб.стB)γн=082·12·3+(015·12·05·3+4·12)·095=77685 кН
N5=N6=N7=qкр`B15d+(q1фонB15d)γн=08212153+(01512153)095=51975 кН
N1 N11 - прикладываются к колоннам поэтому в расчете фермы они не учитываются
) Расчетный вес верха колонны по [6 табл.12.1] составляет 20%:
Нижняя часть (80% всего веса колонны)
Поверхностная масса стен с учетом стеновых панелей (по ГОСТ 31310-2005 «Панели стеновые трехслойные железобетонные с эффективным утеплителем» Серия 1.432.1-26) по заданию из железобетонных панелей типа весом 27525 кг для парапетных панелей (F 1 – верхняя часть колонны) и 25435 кг для рядовых панелей (F 2 – нижняя часть колонны) с учетом веса остекления 310 кг (площадь 18х60 м 2 ) и 219 кг (площадь 12х60м 2 ) по Серии 1.436.4-20 вып.0 «Окна с переплетами из алюминиевых сплавов для произв. зд.»
F1 = 095*(12*27525*981+11*219*981)+12682 = 541634 Н(12)
F2 = 095*(12*25435*981+11*(219+310)*981)+42273 = 76141 Н(13)
Рисунок 7 – Схема постоянной нагрузки на раму
2.2 Снеговые нагрузки
Расчет снеговой нагрузки на единицу площади покрытия выполнен в программе ВЕСТ(приведен в приложении А).
Рисунок 8 – Схемы снеговой нагрузки
Узловые силы: F = q снBd.(14)
)Снеговая первый вариант:
N1=N11=2.001*15*12=36.02 кН
N2=N3= N9=N10=2.001 *12*3=72.04 кН
N4=N8=(2.001+1.413)*15*12=61.45 кН
N5=N6= N7=1.413*3*12=50.87Кн.
) Снеговая второй вариант:
N1=N11=15*12*1.766 =31.79кН
N2=N10=3*12*1.776=63.58кН
N3= N9=15*12*1.766+15*12*4.415=111.26кН
N4=N5=N6= N7=N8=15*12*4.415=79.47 Кн.
2.3 Нагрузки от мостовых кранов
При движении колеса мостового крана на крановый рельс передаются силы трехнаправлений (рис. 9 а).
Рисунок 9 — К определению крановых нагрузок
Вертикальные усилия от мостовых кранов (рисунок 9). База крана АК=9.6м [2табл.23] ширина крана В=4.6м количество кранов в пролете по заданию – 2. Расчетное усилие Dmax передаваемое на колонну колесами крана можно определяется по формуле
где n –коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок для кранов группрежима6К n=1 [8 п 4.8];
nc – коэффициент сочетаний принимаемый равным095 для двух кранов;
y – ордината линии влияния;
Gн = 350 Нм 2 – нормативный вес подкрановых конструкций определяемый по [6 табл. 12.1];
gн – полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке (15 кНм2);
bт – ширина тормозной площадки 1400 мм; b – шаг колонн 12 м.
а – коэф. учитывающий влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозных балках равный: для балок пролетом 12 м-105;
На другой ряд колонны также будут передаваться усилия D min
где Q – грузоподъемность крана 8020т;
QК – масса крана с тележкой 39+134 т [2 табл.3];
n0 – число колес с одной стороны крана 4;(17)
Силы Dmax и Dmin приложены по оси подкрановой части колонны и поэтому не только сжимают нижнюю часть колонны но и передают на нее изгибающие моменты.
где – расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжестисечения подкрановой части колонны.
Горизонтальная сила Tк возникает из-за торможения тележки распирания колес
Где Q –грузоподъемность крана 8020 т по заданию;
G–вес тележки 39 т [2 табл. 3];
n0 – число колес с одной стороны крана 4.
Расчетная горизонтальная сила Т передаваемая на колонну подкрановыми балками определяется при том же положении мостового крана т.е.
Рисунок 10 – Нагрузки от мостового крана
2.4 Нагрузки ветровые
Ветровая распределенная нагрузка определена при помощи программы Вест ПВК SCAD Office [10]. Ветровая нагрузка действующая от низа ригеля до наиболее высокой точки здания заменяется сосредоточенной силойприложенной в уровне низа ригеля рамы. Величина этой силы определяется по формуле:
Рисунок 11 – Схемы ветровой нагрузки
3 Статический расчет и определение усилий от комбинаций нагрузок
Расчет производится с использованием МКЭ на ПВК SCADOffice [10]. Результаты расчета и вычисления усилий от комбинаций представлены в приложении В.
Расчёт и конструирование колонны
1 Определение расчётных длин верхней и нижней части колонны
Расчетные усилия для верхней части колонны в сечении 1-1 N=-808338 кН M=13278 кН*м Q=-12766 кН; в сечении 2-2 при том же сочетании нагрузок (1 2 5 6 9) N=-560703 кН M=-158251кН*м; для нижней части колонны в сечении 3-3 N=-2572224 кН M=977269 кН*м; в сечении 4-4 при том же сочетании нагрузок (1 2 4 7 9) N=-2572224 кН M=-761235 кН*м; Qmax=156399кН.
Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определим по формулам: .(24)
Рисунок 12 – Расчетная схема для определения коэффициентов расчетной длины m1 и m2 для одноступенчатых колонн с неподвижным верхним концом закрепленных от поворота
Так как ==58114=05106 и =2572224808338=318>3 значения коэффициентов 1 и 2 определяем по [7 табл.14.1].
В однопролетной раме с жестким сопряжением ригеля с колонной верхний конец колонны закреплен только от поворота: =2; =3.
Расчетные длины колонны в плоскости рамы:
-для нижней части колонны: =2*1140см=2280 см;(25)
-для верхней части колонны:=3*580см=1740 см.(26)
Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей равны соответственно: =1140см; 580см-120см=460 см.
- высота подкрановой балки.
2 Подбор сечения надкрановой части колонны
Сечение проектируется в виде сварного двутавра высота сечения
Для симметричного двутавра(27)
Условная гибкость стержня:
Исходя из того что нагрузки действующие на здание могут проявляться в различных сочетаниях расчёт ведём по 1 наиболее неблагоприятным из них то есть при максимальном изгибающем моменте и максимальном значении продольной силы возникающих в сечении колонны.
Расчётное сечение колонны — 1-1;
Относительный эксцентриситет:
Коэффициент влияния формы сечения примем в первом приближении тогда по (прил. Дтабл. Д2 [1]):
Приведенный относительный эксцентриситет:
По(прил.Д табл.Д3 [1])
Требуемая площадь сечения:
2.1 Компоновка сечения
(принимаем предварительно толщину полок а толщину стенки
Определим предельную гибкость:
Не допускается местная потеря устойчивости стенки условная гибкость не должна превышать предельной:
Условие выполняется.
Требуемая площадь полки:
Конструктивно примем ширину пояса
Потеря местной устойчивости полки недопустима то есть необходимо выполнение условия:
— условие выполнено(37)
где — ширина свеса; (38)
2.2 Геометрические характеристики сечения
Рисунок 13 - Сечение верхней части колонны
Полная площадь сечения:
*bп*tп +tст *hст=2*38*2+66*12=2312см2;
расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки:
=2*38*2+2*085*(12 см)2 *=22371 см2;
Осевые моменты инерции:
Момент сопротивления относительно оси Х-Х:
Расстояние до ядровой точки:
2.3 Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента
гдеплощади полки и стенки соответственно
Значение коэффициента определяем по (прил.Д табл.Д2[1] ):
по (прил.Дтабл.Д3[1])
2.4 Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента
Расчёт устойчивости ветви из плоскости рамы ведётся исходя из условия:
– по (формуле 111 [1]); (45)
Для определения необходимо определить изгибающий момент. Согласно (п.9.2.6[1] ) за расчётный момент следует принимать максимальный момент в средней трети стержня но не менее половины от максимального значения момента по всей длине стержня. Следовательно анализируя эпюру изгибающих моментов для расчётного сочетания усилий принимаем:
по (прил.Д табл.Д3[1]) (47)
3 Подбор сечения нижней части колонны
Сечение нижней части колонны сквозное состоящее из двух ветвей соединенных решеткой. Высота сечения 1750 мм. Ветви колонны принимаем из широкополочного двутавра и швеллера. (48)
Для расчёта подкрановой части колонны необходимы 2 сочетания усилий в расчётном сечении 4-4:
Определим ориентировочное положение центра тяжести колонны:
Усилия действующие в ветвях колонны:
–В подкрановой ветви:
Рисунок 14 – К расчету подкрановой части колонны
3.1 Подкрановая ветвь
Определяем требуемую площадь подкрановой ветви и назначаем сечение:
По сортаменту подбираем двутавр50Б2по ГОСТ 26020-83:
Проверка устойчивости ветвей из плоскости рамы:
по (прил.7[6]); (53)
– по (формуле (7) [6]); (56)
Требуемая площадь наружной ветви:
Высота стенки ветви:
где — высота двутавра подкрановой ветви
Толщину стенки шатровой ветви принимаем для удобства ее соединения встык с полкой надкрановой части колонны.
Из условия местной устойчивости полки швеллера .
Принимаем ширину полки а толщину
Геометрические характеристики ветви рассчитаны в программе Консул пвк «Scad»:
Геометрические характеристики
Площадь поперечного сечения
Момент инерции относительно центральной оси Y1 параллельной оси Y
Момент инерции относительно центральной оси Z1 параллельной оси Z
Радиус инерции относительно оси Y1
Радиус инерции относительно оси Z1
Минимальный радиус инерции
Определим фактическое положение центра тяжести сечения:
Определим фактические усилия в ветвях:
Так как то выполним повторную проверку устойчивости шатровой ветви.
Рисунок 15 – Сечение нижней части колонны
3.3 Проверка местной устойчивости стенки и поясных листов шатровой ветви
Согласно пункту (п.7.3 [1]) для центрально-сжатых сплошных сечений необходимо производить проверку местной устойчивости стенки.
Согласно (п. 7.3.2 [1]) расчёт производится из условия:
где – условная гибкость стенки;
– предельно допустимая гибкость определяемая по формулам(табл.9 [1]);
– параметр сечения принимается согласно рис.5 [1];
Условие выполняется местная устойчивость стенки обеспечена.
Согласно пункту 7.3.8 [1] для центрально-сжатых сплошных сечений необходимо производить проверку местной устойчивости поясных листов и полок.
Расчёт производится из условия:
где – условная гибкость свеса пояса (полки);
– предельно допустимая гибкость определяемая по формулам
Согласно (п.7.3.8 [1]) условно принимаем
4 Расчет решетки подкрановой части колонны
Схема решетки подкрановой части колонны представлена на рисунке 15.
Определим число ветвей на подкрановой ветви:
где — высота траверсы; (76)
— расчетная длина нижней части колонны;
где — гибкость и радиус инерции подкрановой ветви относительно собственной оси;
Определим теоретическое число панелей:
Определим фактическое расстояние между узлами решетки:
Рассчитаем угол крепления раскоса относительно ветвей:
Из конструктивных соображений принимаем
Фактическое расстояние между узлами решетки:
Поперечная сила в сечении колонны
Геометрические характеристики всего сечения:
Гибкость сечения колонны:
Условная гибкость колонны:
Коэффициент устойчивости при центральном сжатии
Условная поперечная сила:
где N — продольное усилие в сквозном стержне.
Условная поперечная сила приходящаяся на одну плоскость решетки:
где α1 — коэффициент принимаемый равным 10 для рассчитываемой решетки.
Требуемая площадь раскоса:
Максимальная условная гибкость уголка:
Минимальный коэффициент устойчивости при центральном сжатии раскоса:
Устойчивость раскоса:
Условие выполняется окончательно примем уголоккак сечение раскоса
Рисунок 16 – Схема решетки подкрановой части колонны
5 Расчет устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
Приведенная гибкость:
Проверка устойчивости подкрановой части как единого стержня производится для двух комбинаций усилий:
Для комбинации усилий догружающих подкрановую ветвь:
Для комбинации усилий догружающих шатровую ветвь:
Устойчивость колонны как единого стержня:
Устойчивость колонны обеспечена.
6 Конструирование и расчет сопряжения верхней и нижней частей колонны
Конструктивное решение узла сопряжения нижней и верхней частей колонны представлено на рисунке 17
Рисунок 17-Узел сопряжения надкрановой и подкрановой частей колонны.
6.1 Расчет монтажного шва Ш1
Монтажный стыковой шов Ш1 располагается в пределах сечения наружной полки и стенки надкрановой части колонны. При этом напряжения в стыковом шве Ш1 определяются от продольного усилия N расчетной площадью сечения шва полки A'f от изгибающего момента М+ — моментом сопротивления сечения надкрановой части колонны W'хв.
Площадь и момент сопротивления шва:
где —высота надкрановой части колонны;
— толщина стенки надкрановой части колонны;
— высота стенки надкрановой части колонны;
— толщина полки надкрановой части колонны
— ширина полки надкрановой части колонны
Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом:
)М=-508214кН·м N=-226589кН(загружение 1+4+6+9);
)М=-186658кН·м N=-808338кН(загружение 1+2+3+9);
Усилие от кранов Dmax =19466 Кн.
Прочность стыкового шва ш1 проверяется в крайней левой точке сечения надкрановой части для принятой конструкции монтажного стыка с накладкой (рисунок).
где Rwy=085* R=085*240МПа=204МПа – расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию растяжению и изгибу по пределу текучести по табл.4 [1];γn=1-коэффициент условия работы по табл.1 [1].
6.2 Расчет монтажного шва Ш2
При расчете монтажного углового шва Ш2 допустимо считать в запас прочности что усилия N и M- (сечение 2-2) передаются только через полки надкрановой части колонны.
Рассмотрим 2 комбинации нагрузок в сечении 2-2:
Примем первую комбинацию нагрузок для дальнейшего расчета.
Сталь С245 тип электрода Э50.
Согласно (таблице Г.2 [1]) расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу шва:
Согласно (п. 6.4 [1]) и (табл. В.5 [1]) расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу границы сплавления:
Сварка ручная согласно (табл. 39 [1])
Согласно (табл. 38 [1]) примем катет углового шва
В этом случае согласно (п. 14.1.16 [1]) расчет сварного соединения с угловыми швами следует выполнять на срез (условный) по металу шва:
Длина нахлёстки вертикального ребра траверсы:
Конструктивно примем толщину плитыШирина подкрановой балки:
где— высота подкрановой балки.
Ширина сминаемого участка траверсы:
Сталь С245 по (табл. В.6 [1]) расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности стали
Из конструктивных соображений примем толщину траверсы равной 13 мм.
Опорная реакция траверсы на подкрановой ветви колонны для двух комбинаций нагрузок в сечении 3-3:
где =09- коэффициент учитывающий две и более временные нагрузки в сочетании (стр.367 [6]).
Расчетное сопротивление металла срезу:
где Rs=058Rу=058*240=1392МПа – расчетное сопротивление стали срезу по табл.В3[1].
Проверим прочность траверсы как балкинагруженной усилиями NMDmax. Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 440х13мм верхние горизонтальныеребра-из двух листов 150х13мм [10].
Рисунок 18– Сечение траверсы и результаты расчета в программе конструктор сечений
Геометрические характеристики ветви рассчитаны в программе Конструктор сечений пвк «Scad»:
Максимальный момент сопротивления относительно оси U
Минимальный момент сопротивления относительно оси U
Максимальный момент сопротивления относительно оси V
Минимальный момент сопротивления относительно оси V
Пластический момент сопротивления относительно оси U
Геометрические характеристики траверсы.
=4626смIx=314313.405см4Wmin= Ix=314313.405(105-4626)= 5350.93см3
Проверим сварные швы Ш3 крепления стенки траверсы к стенке подкрановой ветви на усилие
Условия выполняются.
Сечение стенки траверсы необходимо проверить на срез в месте опирания ее на стенку подкрановой ветви колонны на максимальную поперечную силу определяемую по формуле: М=-508214кН·м N=-226589кН
Qтрmax==кН где k=12- коэффициент учитывающий неравномерную передачу усилия Dmax.
7 Конструирование и расчет базы колонны
Высота сечения сквозной колонны 1 м базы под каждую ветвь проектируются раздельно.
Расчетное сечение 4-4.
Расчетные комбинации усилий:
Расчётные усилия на шатровой ветви:
Расчётные усилия на подкрановой ветви:
–Определим фактические усилия в ветвях:
7.1 База наружной ветви
Для фундаментов используется бетон класса В10. Согласно табл.6.7 [11] расчетное сопротивление бетона осевому сжатию
Требуемая площадь плиты:
где — расчетное сопротивление бетона смятию;
– коэффициент принимаемый для класса бетона ниже В25.
коэффициент принимаемый согласно [11]
— коэффициент учитывающий распределение усилий под плитой [11].
По конструктивным соображениям свес плиты С2 должен быть не менее 40 мм. Тогда ширина плиты:
где — ширина колонны;
Свес плиты в плоскости рамы принимаем:
Примем толщину траверсы
Расстояние между траверсами в свету:
Свес плиты в плоскости рамы принимаем конструктивно:
Тогда из конструктивных соображений длина плиты:
Фактическая площадь колонны:
Среднее напряжение под плитой:
Определим значения моментов в различных участках плиты.
Рисунок 19 – Швеллер на плите
Для консольного участка №1:
консольный свес с = с1 = 43см
Для консольного участка №2:
консольный свес с = с2 = (В- bk)2=(58см-496см)2=42см
Для участка плиты №3 опертого на четыре стороны в направлении короткой и длинной сторон соответственно:
плита оперта на четыре стороны; ba = 456мм80мм = 57> 19; α = 025-коэффициентзависящий от отношения более длинной стороны к более короткой по табл.8.6 [6]
Для участка плиты №4 опертого на четыре стороны в направлении короткой и длинной сторон соответственно:
плита оперта на четыре стороны; ba=45618=254; α = 0124
где — вылеты консольных участков;
— меньшие стороны расчетных участков;
— коэффициенты зависящие от условий опирания и отношения размеров сторон участка плиты и принимаемые согласно (таблице 86 [6]).
Максимальный изгибающий момент:
Задавшись максимальным моментом рассчитываем толщину плиты:
Принимаем tпл = 35 мм (2 мм – припуск на фрезеровку)
Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилия в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Применяя ручная сварку проволокой Св-08 d1.4 мм. Назначаем kш = 12 мм-катет шва по табл.38 [1]; f – коэффициент учитывающий глубину проплавления шва по табл. 39 [1] f=07; z – коэффициент учитывающий границы сплавления шва по табл. 39 [1] z=10; γf – коэффициент условий работы шва по п.14 [1] γf=1;
γz – коэффициент условий работы шва по п.14 [1] γz=1;
γс – коэффициент условий работы по табл. 1 [1] γс=1.
Требуемая длина шва определяется:
lш.тр = Nв24kш(Rусвγусв)m (127)
Тогда высота траверсы равна:
Нагрузкой на траверсу является отпор фундамента:
Интенсивность нагрузки на траверсу:
Максимальный момент в среднем сечении траверсы:
Требуемая толщина траверсы:
Предварительно выбранная толщина траверсы удовлетворяет данному условию оставим толщину траверсы без изменений.
7.1.1 Расчет анкерных болтов наружной ветви
Расчет анкерных болтов производится на сочетание нагрузок дающее минимальное значение продольной силы в ветви и соответствующий изгибающий момент. В это сочетание нагрузок входят постоянная и ветровая нагрузки.
Расчетные усилия колонны для наружной ветви:
Усилие в анкерных болтах:
Согласно (по табл.3 [12]) расчетное сопротивление растяжению анкерных болтов из стали С345:
Требуемая площадь сечения болтов:
Примем 2 анкерных болта диаметром 30мм по табл.Г9 [1] и площадью сечения
Сварные швы прикрепляющие ветви траверсы к ветви колонны следует проверить на усилие в анкерных болтах и момент от него.
Предварительная ширина анкерной плитки:
Результирующее напряжение по металлу шва:
Проверка прочности траверсы на изгиб:
Проверка прочности траверсы на срез:
7.1.2 Расчет анкерной плитки наружной ветви
Рассчитаем анкерную плитку. Её пролет равен:
Усилие на плитку от одного болта:
где — число болтов с одной стороны базы ветви колонны.
Длину анкерной плитки принимаем равной:
Ширина анкерной плитки с учетом ослабления отверстием:
где —диаметр отверстия.
Максимальный момент действующий в анкерной плитке:
Толщина анкерной плитки:
7.2 База подкрановой ветви
Для фундаментов используется бетон класса В10. Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию
– коэффициент принимаемый согласно [11]
Примем ширину плиты Принимаю
где — ширина полки двутавра.
Рисунок 20 – Двутавр на плите
плита оперта на четыре стороны; ba = 496мм954мм = 52> 19; α = 023-коэффициентзависящий от отношения более длинной стороны к более короткой по табл.8.6 [6]
— меньшая сторона расчетного участка;
— коэффициенты зависящие от условий опирания и отношения размеров сторон участка плиты и принимаемые согласно (таблице 8.6 [6]).
Принимаем толщину плиты
Высота траверсы определяется по длине шва крепления траверсы к ветви колонны.
В запас прочности все усилие в ветви передается на траверсу через четыре угловых шва. Требуемая длина шва при заданном катете kf:
7.2.1 Расчет анкерных болтов подкрановой ветви
Расчетные усилия колонны для внутренней ветви:
Так как величина отрицательна то анкерные болты принимаю конструктивно
Примем 2 анкерных болта диаметром 20мм по табл.Г9 [1] и площадью сечения
7.1.2 Расчет анкерной плитки подкрановой ветви
Толщину анкерной плитки принимаю соотвественно как у шатровой ветви.
Рисунок 21– К расчету базы колонны
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ
1.Расчет усилий в стержнях фермы
Расчет производится с использованием программы SCAD которая входит в программный комплекс SCADOfficе. Полученные результаты приведены в приложении Г. В соответствующие графы записываем значения внутренних усилий для соответствующих стержней фермы.
Рисунок 22 – Расчетная схема в Scadoffice
2. Подбор и проверка сечений стержней фермы
Таблица 4 – Проверка сечений фермы
3 Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек
к фасонкам и поясам ферм
Размеры фасонок определяются исходя из длин швов крепления стержней фермы к фасонкам. Расчет длин швов производим в табличной форме.
Исходя из принятой марки стали С245 с пределом текучести Ryn=245 МПа выбираем марку сварочной проволоки для поясного шва который имеет расчетное сопротивление срезу по металлу границы сплавления МПа. Сварочная проволока должна иметь расчетное сопротивление срезу по металлу шва Rwf удовлетворяющее следующим условиям:
Коэффициенты f и z в общем случае зависят от вида сварки диаметра сварочной проволоки положения шва и его катета. При полуавтоматической сварки проволоке диаметром 14-20 мм и катете 3-12 мм f=09; z=105 табл. 34 [1].
Принимаем проволоку СВ-08А с Rwf=200МПа.
Действующее в стержне усилие передаётся на обушок и перо неодинаково т.к. ось стержня смещена в сторону обушка. Следовательно на шов у обушка передаётся большая часть силы чем на шов у пера. Для равнополочных уголков распределение силы N принимается примерно так: на обушок 07N на перо 03N.
В данном случае наиболее невыгодным будет расчёт по материалу шва:
kf– принимается по [1].
Рисунок23 – К расчету фасонок
Таблица 5 – К расчету фасонок
4 Конструирование узла сопряжения фермы с колонной
4.1 Узел сопряжения нижнего пояса
Схема узла сопряжения нижнего пояса фермы к колонне и схема расположения болтов представлены на рис.24.
На столик действует вертикальная сила равная опорной реакции фермы: = N =808338 кН
Опорный столик крепится угловыми сварными швами к колонне. Толщину опорного столика принимаем равным 30 мм. Примем катет шва kf =8 мм по табл.38[1]. Согласно п.14.1.16 [6] длина шва по металлу шва:
Длина шва по металлу границы сплавления :
Высота опорного столика определяется исходя из максимальной требуемой длины шва:
hоп.с. = + 1 cм = + 1 см = 34 см. Принимаю hоп.с=340 мм.
Из РСУ (приложения Г) в 7 стержне N=373216 кН стержень растянут. Примем болты класса прочности 10.9 по ГОСТ 52627 и класса точности Вв количестве nб = 6 штук. Rbt = 560 МПа по табл. Г.5[1]. Усилие приходящееся на 1 болт:
Согласно п.14.2.9 [6] площадь одного болта
По табл. Г.9 [1]подбираем диаметры болта 16 мм и площадью Аbt157 см2.
Конструирование болтовых соединений выполняем в соответствии с табл. 40[6]Расстояние между центрами болтов:
d1 ≥ 25d = 2.5 *16= 40 мм
Расстояние от центра болтов до края фланца:
d2 ≥ 2 d = 2*16=32 мм
а = 2d1 + 2d2 = 2*40+2*32 = 144 мм
Ширину фланца принимаем равной ширине полки надкрановой части 380 мм.
Горизонтальное расстояние между болтами ( с учетом толщины фасонки):
b = B – 2d2 =380-2*32=316 мм
Примем высоту фланца равной :hф = 50 см из конструктивных соображений
lш = hф - 1 см= 50-1= 49 см
Толщину фланца примем конструктивно равной 20мм. Проверим шов крепления фасонки к фланцу по металлу шва принимая катет шва kf = 8 мм.
Проверим шов крепления фасонки к фланцу:
где = = = 1145 кНсм2
w = = 15071 МПа ≤ 200*105=210 МПа
Рисунок 24-Узел крепления нижнего пояса фермы к колонне
4.2 Узел сопряжения верхнего пояса
Схема узла сопряжения верхнего пояса фермы к колонне и схема расположения болтов представлены на рис.2526.
Усилие в горизонтальном стержне Н10= 12468
Высоту фланца примем равной высоте фасонки а=38см.
Толщину фланца примем конструктивно 20 мм при катете шва 5 мм
Длина шва: lw= a-1 cм = 38-1 = 37 см
Проверим шов крепления фланца к фасонке :
=103 ≥1 следовательно проверку выполняемпо границе сплавления.
Из РСУ (приложения Г) в 7 стержне N=12468 кН стержень растянут . Примем болты класса прочности 10.9 и класса точности В в количестве 4 шт.
Rbt =560 МПа по табл. Г.5[1].
Усилие приходящиеся на 1 болт :
По таблице Г.9[1] подбираем диаметры болтов 16 мм А =157 см2
Конструирование болтовых соединений выполняем в соответствии с табл.40[6]. Расстояние между центрами болтов:
d2 ≥ 2 d = 2*16= 32 мм
а = d1 + 2d2 = 40+2*32=84 мм
b = B – 2d2 = 380- 2*32= 316мм
Рисунок 25-Схема расположения болтов
Проверим фланец на изгиб.
Примем высоту фланца равной :hф = 38 см из конструктивных соображений
lш = hф - 1 см= 38-1=37 см
Мфл.= =12.4688*316=492Кн*см
Напряжение во фланце:
= ==194 МПа≤ 240 МПа
Рисунок 26-Узел сопряжения верхнего пояса фермы к колонне
5 Конструирование монтажного стыка фермы
Ферма состоит из 2 частей со стыком в середине так как она доставляется в разобранном состоянии.
5.1 Конструирование монтажного стыка по низу колонны
Соединение поясов ферм обеспечивается уголком L100х14 и пластиной толщиной 14мм.
Усилие в нижнем поясе N =119903 кН
N`=N2 = 1199032= 59952 кН
Уголок приваривается угловым швом к соответствующейфасонке. Катет шва примем 14 мм.
Усилие приходящееся на обушек уголка: 0.7
Усилие приходящееся на перо уголка: 0.3
Длина шва по обушку:
Длина шва по пластине:
Проверка прочности уголка:
условие выполняется.
Проверка прочности пластины:
Соединение нижнего пояса осуществляется при помощи пластины шириной 240мм и толщиной 14 мм
Рисунок 27-Соединение нижних поясов ферм
5.2 Конструирование монтажного стыка по верху колонны
Соединение поясов ферм обеспечивается уголком L160х11 и пластиной толщиной 14мм.
Усилие в нижнем поясе N=-1227738 кН
Уголок приваривается угловым швом к соответствующей фасонке. Катет шва примем 11 мм.
Зададимся условием что усилие распределяются равномерно между уголком и пластиной следующим образом:
Рисунок 28-Соединение верхних поясов ферм
СП 16.13330.2017 Стальные конструкции.
ГОСТ 6711-81 Краны мостовые электрические общего назначения грузоподъемностью от 80 до 500 т.
СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия.
Серия 1.464.3-19. Стальные конструкции аэрационных фонарей для производственных зданий. Разработаны ЦНИИпроекстальконструкциейим.Мельникова. Утверждены и введены в действие с 1 июня 1984г. постановлением Госстроя СССР от 27 декабря 1983г№334.
ГОСТ 23119-78 Фермы стропильные стальные сварные с элементами из парных уголков для производственных зданий.
Металлические конструкции Под ред. Беленя Е. И. – М.: Стройиздат 1986.
СТО 36554501-015-2008. Стандарт организации. Нагрузки и воздействия.
Учебно-методическое пособие по проектированию рабочей площадки промышленного здания Семенов А.А. Сафронова Е.П. - УГНТУ 2001
Карпиловский В.С. Криксунов Э.З. Маляренко А.А. Перельмутер А.В. Перельмутер М.А. Вычислительный комплекс SCAD: – М.: Издательство АСВ 2004
ГОСТ 82-70. Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный.
СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции.
Пособие к СНИП 2.09.03-85 по проектированию анкерных болтов для крепления строительных конструкций и оборудования
Расчет выполнен по нормам проектирования "СНиП 2.01.07-85* с изменением №2
Нормативное значение снеговой нагрузки
C - Городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м
Средняя скорость ветра зимой
Средняя температура января
Неутепленная конструкция с повышенным тепловыделением
Коэффициент надежности по нагрузке f
Единицы измерения : kПа
Нормативное значение
РИЛОЖЕНИЕ Б (Подветренная поверхность)
Нормативное значение ветрового давления
C - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м
Вертикальные и отклоняющиеся от вертикальных не более чем на 15° поверхности
Подветренная поверхность
Нормативное значение (kПа)
Расчетное значение (kПа)
ПРИЛОЖЕНИЕ Б(Наветренная поверхность)
Наветренная поверхность
Единицы измерений: кН м.
Загружение №1 – Постоянная нагрузка
Загружение №2 – Снеговая нагрузка 1
Загружение №3– Снеговая нагрузка 2
Загружение №4 – Вертикальная нагрузка от мостовых кранов (слева)
Загружение №5 –Вертикальная нагрузка от мостовых кранов(слева)
Загружение №6 – Горизонтальная нагрузка от мостовых кранов (слева)
Загружение №7 – Горизонтальная нагрузка от мостовых кранов (справа)
Загружение №8 – Ветровая нагрузка (слева)
Загружение №9 – Ветровая нагрузка (справа)
НовыеРСУ" савтоматическимвыборомкоэффициентов
Единицыизмерений: кН м.
Новые РСУ" с автоматическим выбором коэффициентов
Список узловэлементов: все
Список факторов: все
Сечение верхней части колонны и результаты расчета в программе консул
Габариты 700 x 380 мм
Угол наклона главных осей инерции
Момент инерции при свободном кручении
Пластический момент сопротивления относительно оси V
Максимальный момент инерции
Минимальный момент инерции
Максимальный радиус инерции
Ядровое расстояние вдоль положительного направления оси Y(U)
Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления оси Y(U)
Ядровое расстояние вдоль положительного направления оси Z(V)
Ядровое расстояние вдоль отрицательного направления оси Z(V)
Координата центра масс по оси Y
Координата центра масс по оси Z
Момент инерции относительно глобальной оси Y
Момент инерции относительно глобальной оси Z
Полярный момент инерции
Полярный радиус инерции
Полярный момент сопротивления
Сечение траверсы и результаты расчета в программе конструктор сечений
Габариты 440 x 1050 мм
Сечение шатровой ветви колонны и результаты расчета в программе консул
Габариты 02 x 0516 м
Коэффициент Пуассона 03
Условная площадь среза вдоль оси U
Условная площадь среза вдоль оси V
Секториальный момент инерции
Координата центра изгиба по оси Y
Координата центра изгиба по оси Z
Сечение нижней части колонны и результаты расчета в программе конструктор сечений
Двутавp нормальный (Б) по ГОСТ 26020-83 50Б2
Габариты 1870 x 516 мм

MK-KP2_MOSKVA_izm_21_12.dwg

Утеплитель (пенопласт)
Гидроизоляция (рубероид 4 слоя)
Защитный слой (рубероид )
Металлические конструкции
Стальной каркас одноэтажного промышленного здания в г.Москва
ОТПРАВОЧНАЯ МАРКА Ф-1
Геометрическая схема фермы (размеры в мм
СХЕМА СВЯЗЕЙ ПО ВЕРХНИМ ПОЯСАМ ФЕРМЫ
СХЕМА СВЯЗЕЙ ПО НИЖНИМ ПОЯСАМ ФЕРМЫ
Схемы расположения связей М1:500
конструктивная схема К1 М1:50
СХЕМА СВЯЗЕЙ ПО КОЛОННАМ
Геометрическая схема стропильной фермы с усилиями М1:100
отправочный элемент Ф1 М1:25
спецификация на отправочный элемент Ф1
Спецификация на отправочный элемент Ф1