Проектирование и расчет стального каркаса одноэтажного промышленного здания

1 лист.dwg

Материалы Бетон класса В30
Каркас пространственный КП-1
Спецификация на плиту П-2
Плита перекрытия П-2
Ведомость расхода стали на элемент
Изделие закладное М-4
Спецификация элементов на фундамент Ф-1
Групповая спецификация на фундамент Ф-1
Групповая спецификация на колонну К-1
Изделие закладное М-5
Изделие закладное соед. МС-1
Изделие закладное соед. МС-2
Дополнительные сборочные еденицы
Изделие закладное М-1
Изделие закладное М-2
Изделие закладное М-3
Спецификация железобетонных основных элементов
Спецификация элементов на колонну К-1
Групповая спецификация на стропильную ферму ФБС-1
Спецификация элементов на стропильную ферму ФБС-1
Каркас пространственный КП-4
Каркас пространственный КП-3
Каркас пространственный КП-2
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине "Металлические конструкции
Ферма стропильная ФБС-1.
Промышленное одноэтажное
КП МК 080501.0844.084088.2017
КП МК 080501.0844.084088.2018
Проектирование и расчет стального каркаса одноэтажного промышленного здания
Поперечный разрез здания
Схема связей по верхним поясам ферм
Схема связей по нижним поясам ферм
Соединение колонн с фермой на болтах нормальной точности
отверстия под болты
Длина катетов швов по расчету
В уровне верхнего и нижнего пояса фермы в колонне установлены
дополнительные ребра жесткости толщиной 16мм

Титульники.docx

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО
УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОГО И ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по дисциплине: Металлические конструкции
на тему «Проектирование и расчет стального каркаса одноэтажного
промышленного здания»
Специальность 08.05.01.

Лист задания на КП.doc

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »
Кафедра промышленного и гражданского строительства
На курсовой проект по дисциплине «Металлические конструкции»
Студенту 4 курса 0844 группы очной формы обучения Исаеву А.В.
Учебный шифр 084088
Специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений»
Тема курсового проекта: «Расчет и проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания»
Шаг поперечных рам 12 м
Район строительства г. Москва
Здание неотапливаемое
Класс бетона фундамента В15
Высота до головки рельса 21 м
Режим работы крана средний
Грузоподъемность крана 100 т
Курсовой проект выполняется в виде расчетно-пояснительной записки и двух листов чертежей формата А-1. Расчетно-пояснительная записка состоит из следующих разделов:
Компоновка конструктивной схемы каркаса здания
Расчетно-конструктивная часты
1. Сбор нагрузок на раму
2. Статический расчет поперечной рамы
3. Расчет и конструирование колонны
4. Расчет и конструирование сквозного ригеля (фермы)
Список использованных источников
В расчётно-пояснительной записке обязательно должны быть представлены:
) Расчетные схемы схемы конструктивных элементов и т.п. отражающие методику расчета и основные результаты.
) Основные выводы по каждому разделу по результатам выполненных расчетов.
Пояснительная записка должна выполняться в соответствии с требованиями ЕСКД и СПДС (ГОСТ 21.501-93) т.е. листы оформляются рамками нумерация страниц представляется в правом нижнем углу. Пояснительная записка выполняется чернилами черного или синего цвета лучше гелевыми стержнями четким разборчивым почерком с высотой шрифта не менее 3.5 мм. Рекомендуется выполнять ПЗ на ЭВМ (WordWindows): шрифт - «12» интервал - «1.5».
Чертежи должны выполняться в соответствии с требованиями ЕСКД и СПДС.
На первом листе вычерчивается поперечный разрез каркаса одноэтажного промышленного здания с
детальной проработкой узлов (базы колонны сопряжения ригеля с колонной сопряжения верхней н нижней
части колонны). Система горизонтальных и вертикальных связей.
На втором листе вычерчиваются ферма и основные её узлы. Составляется спецификация на справочную
Задание выдал: ст. преп. кафедры ПГС_Карпушина Н.Н.

2 лист.dwg

Марка отправочного элемента
КП МК 080501.0844.084088.2018
Ферма стропильная Ф-1
Проектирование и расчет стального каркаса одноэтажного промышленного здания
Геометрическая схема фермы
Спецификация на ферму Ф-1

Курсовая МК.docx

Компоновка каркаса здания . 5
Компоновка поперечной рамы .. .6
Расчет подкрановой балки ..9
1 Подбор сечения балки . 11
2 Проверка прочности сечения балки .. 15
Расчет поперечной рамы производственного здания .19
1 Сбор нагрузок на поперечную раму .. 20
1.1 Постоянные нагрузки .20
1.2 Снеговая нагрузка ..22
1.3 Нагрузка от вертикальных и горизонтальных усилий мостовых кранов 23
1.4 Ветровая нагрузка ..26
2 Статический расчет поперечной рамы .30
2.1 Расчет на постоянную нагрузку 30
2.2 Расчет на снеговую нагрузку 39
2.3 Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов 45
2.4 Расчет на горизонтальное воздействие мостовых кранов ..53
2.5 Расчет на ветровую нагрузку 58
1 Определение комбинаций усилий в сечениях стойки рамы 63
2 Разбор комбинаций усилий по сечениям .65
Расчет ступенчатой колонны 66
1 Исходные данные 66
2 Определение расчетных длин колонны 68
3 Подбор сечения верхней части колонны ..70
3.1 Геометрические характеристики сечения 72
3.2 Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента ..72
3.3 Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента 73
4 Подбор сечения нижней части колонны .. 75
4.1 Определение требуемой площади ветвей колонны и компоновка сечения ..75
4.2 Проверка устойчивости ветвей колонны из плоскости рамы относительно оси у (подкрановая ветвь) 78
4.3 Проверка устойчивости ветви колонны относительно оси у (наружная ветвь) 78
4.4 Расчет решетки подкрановой части колонны .79
4.5 Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента как единого целого 81
4.6 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны . 83
5 Расчет и конструирование базы колонны 88
5.1 Расчет анкерных болтов 91
Расчет стропильной фермы 92
1Конструирование узла фермы . 92
2 Расчет опорного узла .100
2.1 Прикрепление нижнего пояса фермы к колонне ..100
3 Расчет узла соединения двух отправочных элементов 103
3.1 Укрупнительный стык верхнего пояса. Расчет горизонтальной накладки .. 103
3.2 Укрупнительный стык нижнего пояса. Расчет горизонтальной накладки ..104
Список используемых источников
Металлические конструкции благодаря своим высоким технико-экономическим качествам применяются во всех отраслях народного хозяйства. Широкое использование в строительстве металлических конструкций позволяет проектировать сборные элементы зданий и сооружений сравнительно малой массы организовывать поточное производство конструкций на заводах и поточно-блочный монтаж их на строительной площадке ускорять ввод объектов в эксплуатацию.
Основными достоинствами металлических конструкций по сравнению с конструкциями из других материалов являются: надежность легкость непроницаемость индустриальность а так же простота технического перевооружения ремонт и реконструкция. Недостатками же является их подверженность коррозии и сравнительно маленькая огнестойкость. Но не смотря на это при грамотном проектировании и соответствующей эксплуатации отмеченные недостатки не представляют опасности для выполнения конструкцией своих функций но приводят к повышению начальных и эксплуатационных затрат.
Целью курсового проекта является обобщение и закрепление знаний теоретического курса а также приобретение навыков самостоятельного решения задач связанных с проектированием и расчетом стального каркаса одноэтажного производственного здания.
Пролет здания L=18 м
Шаг поперечных рам B=12 м
Район строительства г. Москва
Здание неотапливаемое
Тип кровли – холодный
Режим работы крана – средний
Грузоподъемность крана Q=100 т
Высота до головки рельса H1=21 м
Класс бетона фундамента В 15
Компоновка каркаса здания
Проектирование производственного здания начинается с компоновки конструктивной схем. Исходными данными является технологическое задание согласно которому дается расположение и габариты здания число кранов режим работы грузоподъемность район строительства условия эксплуатации.
Таблица 1 – Характеристика на мостовой кран грузоподъемностью до 100 т
Максимальное давление колонн кН
Вес крана с тележкой
Высота подкрановой балки
При компоновки конструктивной схемы решается размещение колонн в плане решается система связей по колоннам и шатру здания. Размещение колонн в плане принимается по модульной сетке разбивочных осей и определяется размерами пролета L=18 м и длины здания (96 м). Привязка колонн нулевая у торцов здания колонны следует сместить на 500 мм для использования типовых стеновых панелей.
Для пролета 18 м ширина фонаря составляет 6 м
Нфон=1250+1000=2250 мм
В продольных направлениях жесткость обеспечивается вертикальными и горизонтальными связями которые устанавливаются в соответствии с размерами здания (вертикальные – между колоннами горизонтальные – по покрытию).
Компоновка поперечной рамы
Компоновку поперечной рамы начинают с установления габаритных основных размеров элементов конструкций в плоскости рамы. Размеры по вертикали привязывают к отметке уровня пола принимая ее нулевой. Размеры по горизонтали привязывают к продольным осям здания.
Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстояниями от уровня пола до головки кранового рельса H1 и от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия H2 .
где H2 диктуется высотой мостового крана и определяется как:
Н2 = (HK + 100) + f (1)
где HK + 100 – расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана (100 мм – установленный по требованиям техники безопасности зазор между этой точкой и строительными конструкциями)
f – размер учитывающий прогиб конструкций покрытия (ферм связей) и принимаемый равным 200÷400мм в зависимости от пролета здания (для пролета 18 м принимаю f = 200мм
Тогда по формуле (1):
Н2 = (3700 + 100) + 200 = 4000 мм – значение должно быть кратно 200.
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм определяем по формуле (2):
где H1 – наименьшая отметка головки кранового рельса (по заданию).
Тогда по формуле (2):
Ho = 4000 + 21 000 = 25 000 мм
Т.к. значение Ho>10800 мм то оно должно быть кратно 1800 или 1200 мм из условия соизмеряемости со стандартными ограждающими конструкциями.
Увеличиваем размер H1 c 21000 до 21200 мм.
Следовательно Ho = 4000 + 21 200 = 25 200 мм.
Высоту верхней части колонны (от верхней грани консоли до низа фермы) определяют по формуле (3).
Hв = hб + hp + H2 (3)
где hб – высота подкрановой балки принимается по таблице 1
hp - высота кранового рельса принимается по таблице 1
Подставляя значения в формулу (3) получаем:
Hв = 1600 + 170 + 4000 = 5770 мм
Окончательно уточняют значение Нв после расчета подкрановой балки.
Размер нижней части колонны определяем по формуле (4).
Нн = Но - Нв +Hзаглуб. (4)
где Нзаглуб. – принимаемое заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола 600÷1000 мм (принимаю 800 мм).
Нн = 25 200-5770 +800 =20 230 мм
Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля:
H = 5770 + 20 230 = 26 000мм
При определении горизонтальных размеров учитываются привязки колонн к разбивочным осям требования прочности и жесткости предъявляемые к колоннам эксплуатационные требования.
Так как здание одноэтажное шаг колонн 12 м оборудовано кранами грузоподъемностью 100 т то принимаем привязку к рабочей оси: а =500 мм.
Ширину верхней части колонныпринимаем 700 мм = 500+200мм так как при
Q= 100 т а = 500мм. ( 200 – высота привязки фермы к разбивочной оси)
– условие выполняется
Ширина нижней части колонны hн определяется по формуле (6).
где L1 – расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны
L1 ≥ В1 + (hв - а) +75
B1 – размер части кранового моста выступающий за ось рельса B1=400 (таблица 1)
мм – зазор между краном и колонной по требованиям безопасности принимаемый по ГОСТУ на краны;
L1 ≥ 400 + (700 - 500) +75
L1 = 675 мм. Необходимо что бы расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны было кратно 250 мм.
Принимаем L1 = 750 мм
Подставляем значения в формулу (6):
Должно выполнятся условие (7):
Увеличиваем L1. Принимаем L1 = 1000
Условие выполняется.
В результате расчетов были получены следующие размеры поперечной рамы:
Hн = 20230 мм – высота нижней части колонны
Нв = 5770 мм – высота верхней части колонны
Н1 = 21200 мм – высота от уровня пола до головки кранового рельса
Н2 = 4000 мм – расстояние от головки кранового рельса до низа несущей конструкции
Н = 26000 мм – общая высота колонны (включая заглубление)
Н0 = 25200 мм – полезная высота цеха
hн = 1500 мм – ширина нижней части колонны
hв = 700 мм – ширина верхней части колонны
Нк = 3700 мм – расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана
hб = 1600 мм – высота подкрановой балки
hр = 170 мм – высота кранового рельса.
Расчет подкрановой балки
Подкрановую балку принимаем сплошного сечения в виде сварного двутавра из 3-х листов. Выполняем из стали С-245 Ry=24 кНсм2. Расчетная схема балки – однопролетная. Режим работы крана – средний пролет подкрановой балки равен шагу поперечных рам В=12 м. Максимальное давление колеса Fk=439 кН вес тележки Gт=363 кН тип кранового рельса КР-120 К=4600 мм В2=9350 мм
Поперечное горизонтальное усилие на колесе определяется по формуле для среднего и легкого режима работы крана:
где Gт – вес тележки крана Gт = 363 кН
n0 – число колёс одного крана n0 = 4
= (005*(98*100 + 363)) 4 = 168 кН.
Определим расчетное усилие на колесе с учетом коэффициента надежности γn=0.95
Определяем расчетное усилие на колесе крана и расчетное поперечное горизонтальное усилие по формулам( 9) и (10) соответственно.
где k1 k2 - коэффициенты динамичности учитывающий ударный характер нагрузки при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов для среднего режима работы крана k1 = k2 = 1;
- коэффициент надежности по назначению здания - для здания второго класса;
n - коэффициент надежности по крановой нагрузке n = 1.1;
– коэффициент сочетания при учете работы двух кранов
Подставляя значения в формулы (9) и (10):
Определяем расчетное значение моментов от вертикальных и горизонтальных нагрузок. Для этого строим линию влияния момента на которой устанавливают 2 крана таким образом чтобы сумма ординат (У) линий влияния была максимальна.
Рис. 1 – Схема и размеры мостового крана грузоподъёмностью 100 т
Рис. 2 – Линия влияния момента (2 крана)
У = y1+y2+y3+y4+y5 = 3+255+025+1525+1075 = 84
где α – коэффициент учитывающий влияние веса подкрановых конструкций для шага рам 12 м α = 105
Мх=1.05*38994*84 = 343927 кН*м
Мy=Tk*Σy = 1492* 84 = 1253 кН*м
Рис. 3 – Линия влияния поперечной силы от загружения 2 кранами
У = y1+y2+y3+y4+y5+y6 = 1+0.925+0.514+0.47+0.22+0.15 = 3.306
Qx = α ·Fк·Σy = 105*38994*3306 = 13536 кН
Qy = Tк·Σy = 1492 * 3306 = 4933 кН
1 Подбор сечения балки
Принимаем подкрановую балку симметричного сечения в виде двутавра с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t=6-8 мм швеллера № 27-36 при В=12м.
Влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжение в верхнем поясе учитывает коэффициент :
где hт – ширина тормозной конструкции. ht = 1500 мм.
hб – высота балки предварительно задается (16÷110) *В = (16÷110)*12
Определяем Wхтр = Мх· Ry
Wхтр = (343927·102·1072)24 = 1536207 см3
Определяем оптимальную высоту балки:
Задаемся значением :
Тогда по формуле (17):
Определяем минимальную высоту балки по формуле (18):
- максимальный прогиб подкрановых конструкций зависящий от режима работы крана:
для среднего режима
Мн – момент от загружения балки одним краном и определяется по формуле (15).
Подставляя полученные значения в формулу (18) получаем:
Принимаем высоту балки hб = 120 см.
Задаемся толщиной полки:
Из условия работы стенки на срез определяем толщину стенки по формуле (16):
Rs = 058·Ry = 0.58·24 = 13.92 кН·см2 Расчетное сопротивление сдвигу
Тогда по (20) имеем:
Определяем размеры поясных листов:
Общий момент инерции
Момент инерции стенки
Момент инерции полки
Принимаем bf с запасом bf =520 мм (ГОСТ 82-70)
Проверяем местную устойчивость пояса по формуле (17):
Тогда по формуле (17) :
7 ≤ 14.65 – условие выполняется.
Рис.4 – Размеры подкрановой балки
2 Проверка прочности сечения балки
Рис. 5 - Схема подкрановой конструкции
Определяем геометрические характеристики принятого сечения в которое входит швеллер № 30 тормозной лист (лист стальной t=7 мм) верхний пояс двутавра.
Fлиста – площадь сечения листа
t листа = 7 мм=0.7 см
lлиста - длина листа
lлиста = 1500-30-60-215=1195 мм=1195 см
Fлиста = 07 1195=8365 см2
Fшвел – площадь швеллера №30 по сортаменту = 405 см2.
b = 1500-30-255 = 14448 см
Iшвел – по сортаменту для [ №30
Тогда по формуле (26):
Подставляя получение данные в формулу (21) получаем:
Тогда по формуле (20):
Проверяем нормальное напряжение в верхнем поясе (точка А) должно выполняться условие (23):
Тогда по (27) имеем:
69 ≤ 25.26 - условие выполняется оставляем расчетные размеры.
Прочность стенки на действие касательных напряжений обеспечена так как tw больше чем tw на срез. Жесткость балки обеспечена так как hб > hmin. Проверяем прочность балки на действие местных напряжений по формуле (24).
где – коэффициент увеличения нагрузки на колесе крана
l0 – условная расчетная длина зависит от жесткости пояса рельса и сопряжения пояса со стенкой находим по (25):
где с – коэффициент учитывающий податливость сопряжения стенки с полкой для сварных балок с=3.25
Ip1 – сумма собственных моментов инерции пояса и кранового рельса и определяется по формуле (26):
где Ip(Ix) – момент инерции кранового рельса КР-120 Ip=4924 см4
Подставляя все полученные данные в (24) имеем:
Проверяем прочность стенки на совместное действие нормальных касательных и местных напряжений на уровне верхних поясных швов по формуле (31):
где = 1.3 – для однопролетных балок
Тогда по (28) имеем:
Подставляя все полученные значения в (27) имеем:
4 312 Условие выполняется.
Расчет поперечной рамы производственного здания
Для однопролетного одноэтажного производственного здания принимаем расчетную схему с жестким закреплением ригеля с колонной. При небольших уклонах пояса ферм ригель принимается прямолинейным и расположенным в уровне нижнего пояса ферм. При горизонтальных нагрузках и изгибающих моментах можно пренебречь малыми углами поворота верхних узлов рамы то есть принять ригель абсолютно жестким. Известно что расстояние между центрами тяжести верхнего и нижнего участков колонн определяется по формуле (33):
Тогда по (33) имеем:
Для статического расчета рамы задаются отношением моментов инерции элементов рамы а не их абсолютными значениями :
где Iн Iв Iриг – моменты инерции нижнего и верхнего участков колонны и ригеля.
1 Сбор нагрузок на поперечную раму
1.1 Постоянная нагрузка
Таблица 2 – Постоянная нагрузка на раму
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности f
Расчетная нагрузка кНм
Защитный слой (битумная мастика)
=21 кНм3 толщина 10 мм
Гидроизоляция (4 слоя рубероида)
Стальная панель с профилированным настилом
Собственный вес металлических конструкций шатра (ферма связи)
Расчетная равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы определяется по формуле (30).
где В – шаг ферм (В = 12 м);
так как ферма имеет маленький уклон ( 0).
По формуле (34) имеем:
Так как стены по заданию приняты самонесущими нагрузку от стенового ограждения не учитываем.
Определяем опорные реакции от ригеля рамы по формуле (31).
Расчетный вес верхней части колонны (20 %) от всего веса определяем по формуле (32).
где f – коэффициент надежности по нагрузке f = 105
gi – расход стали на колонну gi = 04 кНм
Расчетный вес нижней части колонны определяем по формуле (33).
Подставляем значения в формулу (33):
Так как стены приняты самонесущими нагрузки от стенового ограждения и остекления не учитываем.
Рис. 6 - Схема распределения постоянных нагрузок
1.2 Снеговая нагрузка
Линейная распределенная нагрузка определяется по формуле (34).
где – коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1 м2 проекции кровли при уклоне L 25 = 1;
– нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли.
Sg = 18 кНм2 (III район строительства г.Москва)
Тогда по формуле (34) имеем:
Опорная реакция ригеля от снеговой нагрузки определяется по формуле (35).
Рис. 7 – Схема распределения снеговых нагрузок
1.3 Вертикальная нагрузка от мостовых кранов
Нагрузка от мостовых кранов рассчитываю от двух сближенных кранов с тележками приближенных к одному ряду колонн т.е. в положение при котором на подкрановые конструкции действуют наибольшие вертикальные силы.
Расчетное усилие передаваемое на колонну колесами крана определяется по формуле (36)
где n – коэффициент надежности по крановой n = 11;
nc – коэффициент сочетания равный при учете нагрузок от двух кранов при легком режиме работы крана nc = 085;
Fkn – нормативное вертикальное давление колеса Fkn = 439 кН;
– сумма ординат на линии влияния опорной реакции для ее определении строим линию влияния реакции опоры от загружения двумя кранами (рис. 8).
Рис. 8- Линия влияния реакции опоры
= 022+03+07+075+1+093+054+047 = 491
Gn – нормативный вес подкрановой балки.
где gn – полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке принимается gn = 15 кНм2
– ширина тормозной площадки (швеллер и лист)
Подставляя все получение значения в формулу (36) имеем:
На другой ряд колонн будут передаваться усилия но значительно меньше. Оно определяется по формуле (37).
где F’k – усилие передаваемое колесами другой стороны крана и определяется по формуле (38):
где n0 – число колес одного крана n0 = 4;
Q – грузоподъемность крана;
Qk – вес крана с тележкой Qk =1107 кН
Тогда по (37) имеем:
Силы Dmax и Dmin приложены по оси подкрановой балки и поэтому не только сжимают нижнюю часть колонны но и передают на нее изгибающие моменты.
Максимальный и минимальный моменты от вертикальных усилий определяются по формулам (39) и (40) соответственно.
где ek – расстояние от оси подкрановой балки до оси проходящей через центр тяжести нижней части колонны
По (39) и (40) получим:
Горизонтальное усилие от мостовых кранов передаваемое одним колесом определяется по формуле (41).
Расчетная горизонтальная сила передаваемая подкрановыми балками приложена к раме на уровне консоли колонны и определяется по формуле (42).
Рис. 9 – Схема распределения вертикальных и горизонтальных усилий от мостовых кранов
1.4 Ветровая нагрузка
Давление на высоте 10 м над поверхностью земли в открытой местности называется скоростным напором ветра и обозначается q0(w0). Увеличение при большей высоте учитывается коэффициентом k. За зданием (по направлению ветра) возникает зона пониженного давления и появляется нагрузка q’0 направленная также как q0. Условие обтекания ветром учитывает аэродинамический коэффициент с.
Рис. 10 - Схема ветровой нагрузки
Линейная расчетная ветровая нагрузка передаваемая на стойки рамы в какой-то точке по высоте при отсутствии продольного фахверка определяется по формуле (43).
где n – коэффициент надежности по ветровой нагрузки который равен 12
W0 = 0.23 кНм2 – ветровое давление I-ветровой район (г. Москва)
k принимается для городов с окраинами:
с – аэродинамический коэффициент. C наветренной стороны с=08; с подветренной с=06.
В – шаг поперечных рам В=12 м.
Подставляем значения в формулу (40) и находим расчетную нагрузку с наветренной стороны:
Подставляем значения в формулу (40) и находим расчетную нагрузку с подветренной стороны:
Нагрузка с учетом коэффициента k.
С наветренной стороны :
Общая высота здания: H=Hн+Hв = 2023 + 577=26 м
Нагрузка на этой высоте 26 м q2:
Высота здания с фермой и фонарем определяется: 26 + 225 + 225 = 305 м
Нагрузка на этой высоте 305 м q1:
С подветренной стороны:
На высоте 305 м q’1:
Ветровая нагрузка действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания заменяется сосредоточенной силой приложенной в уровне низа ригеля рамы. Величина этой силы от активного давления Fв и отсоса F’в определяется по формулам (44) и (45) соответственно.
Для удобства расчета фактическую линейную нагрузку (в виде ломанной прямой) заменяем эквивалентной равномерно-распределенной по всей длине по формуле (46).
где - коэффициент который принимается в зависимости от высоты здания Н =26м
– расчетная ветровая нагрузка на высоте 10 м
С наветренной стороны:
С подветренной стороны:
Тогда по формуле (41) имеем:
2 Статический расчет поперечной рамы
2.1 Расчет на постоянную нагрузку
Рис. 11 – Основная система и схема нагрузки
Определяем сосредоточенный момент из-за смещения верхней и нижней части колонны.
Сосредоточенный момент из-за смещения осей верхней и нижней частей колонн определяется по формуле (47):
Тогда по формуле (42) имеем:
Каноническое уравнение метода перемещений:
где определяем с эпюры
Для построения эпюры определяем моменты от угла поворота φ1=1.
где i – погонная жесткость
Коэффициенты ka kb kc определяем по таблице 12.4 в зависимости от значения n и α расчетной схемы:
kА = 0847 kВ = -1165 kС = -0714
Рис. 12 – Эпюра от угла поворота φ1=1
Определяем моменты от нагрузки на стойках для построения эпюры Мр. Определяем коэффициенты ka kb kc:
kА = 0398 kВ = -00475 kС = -0721
Моменты на опорах ригеля (защемленная балка постоянного по длине сечения):
Используя каноническое уравнение метода перемещений определяем угол поворота φ1:
r1p определяем по эпюре :
С эпюры вырезаем узел В.
r1p + 47628 + 318 = 0
r11 – 1165·i – 1156·i = 0
Действительный угол поворота:
Моменты от фактического угла поворота (кНм):
Строим окончательную эпюру моментов от постоянной нагрузки.
М1φ +М р = Мок = М пост (49)
Рис. 15 – Эпюра М пост
Проверка правильности построения эпюры Мпост. В точке B моменты должны быть равны то есть сумма М=0: . В точке С перепад эпюры равен внешнему моменту М: кН·м.
Строим эпюру поперечной силы Q используя эпюру Мпост:
Находим поперечные силы при при q=0 по формуле (50):
Находим поперечные силы при при q0 по формуле (51):
По эпюре Q строим эпюру N.
Узел В (левая стойка):
ΣX = Nb-b + 0844 = 0
ΣY = Nba + 15876 = 0
Узел В (правая стойка):
2.2 Расчет на снеговую нагрузку
Эпюра такая же как для постоянной нагрузки.
Каноническое уравнение:
где r11 определяется с эпюры r11 = 12725·i (как для постоянной нагрузки).
Для определения r1p строим эпюру .
Определяем коэффициенты ka kb kc.
Для определения r1p c эпюры вырезаем узел В.
r1p + 5832 + 369 = 0
Строим эпюру от фактического угла поворота (кНм):
Рис. 19 – Эпюра М1*φ
М1φ + М р = М ок = М снег (52)
Рис. 20 – Эпюра М снег
Проверка правильности построения эпюры Мснег. В точке B моменты должны быть равны то есть сумма М=0: . В точке С перепад эпюры равен внешнему моменту М: кН·м
Находим поперечные силы при при q=0 по формуле (53):
Находим поперечные силы при при q0 по формуле (54):
Узел В (левая стойка):Узел В (правая стойка):
ΣX = Nb-b + 0793 = 0 ΣY = Nba + 1944 = 0
Nb-b = -0793 кН Nba = -1944 кН
2.3 Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов
Принимаем жесткость ригеля бесконечной проверяем по формуле:
- условие выполняется.
Так как ригель абсолютно жесткий принимаем углы поворота в точке В=0. А это значит в основной системе только одно неизвестное это линейное перемещение.
Рис. 23 – Схема нагрузок (крановых)
Каноническое уравнение для определения смещения плоской рамы :
Определяем моменты от смещения верхних углов на =1.
Строим эпюру Мр от внешней нагрузки Mmin Mmax.
Определяем коэффициенты kA kB kC n=02 α=022
Моменты и реакции на левой стойке:
Моменты и реакции на правой стойке:
Реакции верхних концов стоек:
Из канонического уравнения определяем смещение плоской рамы:
В расчете на крановые нагрузки следует учесть пространственную работу каркаса определить αпр пр по формулам (57) (58)
где n0 – число колес на одной нитке подкрановых балок n0=8.
y – сумма ординат на линии влияния реакции опор y = 491
α и α’ – коэффициенты принимаемые по таблице в зависимости от коэффициента .
при профилированном настиле
Тогда по формуле (59) получаем:
Тогда по таблице коэффициентов
Подставляя все полученные данные в формулу (59) получим:
Строим эпюру моментов с учетом смещения пр т.е.
Рис. 27- Эпюра Мкран
Проверка правильности построения эпюры Мкран. В точке С перепад эпюры на левой стойке равен моменту Мmax=15742 кНм: 111132 + 46288 = 15742 кНм а на правой стойке равно Мmin=34811 кНм: 7344 + 27467 = 34811.
Находим поперечные силы при при q=0 по формуле (49):
Поперечные силы на каждой стойке по участкам AC и BC равны:
2.4 Расчет на горизонтальное воздействие мостовых кранов
Основная система эпюра каноническое уравнение коэффициент n=02; α=022; αпр=028; такие же как при расчете на вертикальную нагрузку от мостовых кранов. Моменты и реакции в основной системе от силы Т =77 кН при
Смещение верха колонн с учетом пространственной работы определяем по формуле (60):
Тогда по формуле (54) имеем:
Моменты от фактического смещения с учетом пространственной работы рамы:
Строим окончательную эпюру от горизонтальной крановой нагрузки
Рис. 32 – Эпюра Мкран
Строим эпюру поперечной силы Q:
Находим поперечные силы при при q=0 по формуле (45):
Проверкой правильности построения эпюры Q является перепад на левой стойке в точке С должен быть равен Т: 2348 + 5409 = 7757 кН ~ Т=77 кН.
На правой стойке QAC~QBC
2.5 Расчет на ветровую нагрузку
Основная система эпюра каноническое уравнение такое же как для крановых воздействий. Для построения грузовой эпюры М р определяем коэффициенты при n=02 α=022.
С наветренной стороны: qэ = 203 кНм
С подветренной стороны qэ’ = 153 кНм
С подветренной стороны значения МА МВ МС меняем на противоположные так как ветер дует в одну сторону.
Каноническое уравнение метода перемещений определим по формуле (61):
где r11 – с эпюры крановых нагрузок r11 =.
r1p – определяем из х=0.
Выражая из формулы (55) из подставляя значения имеем:
Рис. 37 – Эпюра Мветр
Находим поперечные силы Q:
Проверка правильности расчетов:
04 + 12.89 114 + 856
1 Определение комбинаций усилий в сечениях стойки рамы
Рама симметрична поэтому таблица составляется для четырех характерных сечений одной стойки. При составлении расчетных усилий нужно найти их наиболее невыгодные сочетания которые могут быть неодинаковыми для разных сечений элементов рам. Предусмотрены основные сочетания нагрузок:
Постоянная нагрузка + одна временная с коэффициентом сочетания = 1.
Постоянная нагрузка + не менее 2 временных нагрузок умноженных каждая на коэффициент сочетания 09.
Примечания: нагрузки от вертикально и горизонтального воздействия кранов рассматриваются как одна кратковременная нагрузка. Для нижнего участка колонны кроме усилий «M» и «N» определяются значения поперечной силы Q.
Рис. 40 – Сечения стойки рамы
Таблица 3 – Результаты статического расчета. Комбинация усилий в сечениях стойки рамы.
2 Разбор комбинаций усилий по сечениям
M(+) Nсоотв сочетание нагрузок 1 3 4 5
М = -4071 + 601 + 10924 + 16563 = 28088 кН*м
М(-) Nсоотв сочетание нагрузок 1 2 3` 4 5`
М = -4071 – 4504 – 8818 – 10924 – 18114 = -46431 кН*м
N = -15876 – 17496 = -33372 кН
М = -4558 + 41659 + 17167 + 9741= 64009 кН*м
М = -4558 – 4916 + 6610 – 17167 – 8975 = -29006 кН*м
M(+) Nсоотв сочетание нагрузок 1 2 5
М = 2137 + 2082 + 974 = 1396 кН*м
М(-) Nсоотв сочетание нагрузок 1 3 4 5`
М = 2137 – 100019 – 17167 – 8975 = -124024 кН*м
N = -15876 – 188967 = -204843 кН
M(+) Nсоотв сочетание нагрузок 1 2 3 4 5`
М = 526 + 730 + 40616 + 25591 + 5859 = 126053 кН*м
N = -15876 – 17496 – 188967 = -222339 кН
М(-) Nсоотв сочетание нагрузок 1 5
М = 526 – 68514= -67988 кН*м
Qmax сочетание нагрузок 1 2 3 4
Qmax = -0844 - 071 - 7115 - 2113 = -9384 кН
В сечении IV-IV для расчета анкерных болтов составляют специальную комбинацию нагрузок которая состоит из наименьшей продольной силы с наибольшими возможными моментами. Эта комбинация усилий учитывает постоянную нагрузку с коэффициентом 08.
Nmin M(+)соотв max сочетание нагрузок 15*
Nmin M(-)соотв max сочетание нагрузок 15
Расчет ступенчатой колонны
Изгибающий момент со знаком «-» догружает подкрановую ветвь
В каркасах одноэтажных производственных зданий применяются колонны переменного по высоте сечения (ступенчатые) которые являются основным типом колонн при грузоподъемности кранов 50т и выше. Подкрановая балка в этом случае опирается на уступ нижнего участка колонны и располагается по оси подкрановой ветви. Генеральные размеры колонны устанавливаются при компоновке поперечной рамы. Колонны работают на внецентренное сжатие. Значения расчетных усилий определяются по результатам статического расчета рамы. Сечение ступенчатой колонны подбирают раздельно для каждого участка постоянного сечения. Расчетные длины участков колонны в плоскости и из плоскости рамы определяются в зависимости от конструктивной схемы каркаса.
2 Определение расчетных длин колонны
Сопряжение ригеля и колонны жесткое. Отношение жесткостей верхней и нижней части колонны
Выбираем материал колонны(произвольно). Выбираем С245 сталь. Бетон фундамента (по заданию) В15 коэффициент надежности 095. Расчетная длина колонны в плоскости рамы определяется отдельно для верхней и нижней частей колонны. Она зависит от формы потери устойчивости.
где – коэффициент расчетной длины зависящий от способа закрепления колонны в фундаменте и соотношения погонных жесткостей ригеля и колонны.
Сила в сечении нижней части(IV-IV):
Сила в сечении верхней части(I-I):
тогда для нижней части колонны
Коэффициент 2 для верхнего участка колонны определяется из соотношения:
Тогда для верхней части колонны
Определяем расчетную длину колонны из плоскости рамы. Эта расчетная длина равна наибольшему расстоянию между точками закрепления колонны от смещения вдоль здания. Нижний участок колонны закреплен от смещения на уровне верха фундамента и нижнего пояса подкрановой балки то есть ly1 = Hн = 2023м.
Верхний участок рамы закреплен от смещения тормозной балки нижним поясом стропильных ферм.
3 Подбор сечения верхней части колонны
Сечение верхней части колонны принимается в виде сварного двутавра hв = 700 мм.
Для верхней части колонны рассмотрим сечения I-I и II-II.
Определяем требуемую площадь сечения:
Приведенная гибкость:
Относительный эксцентриситет:
Определяем коэффициент влияния формы сечения принимаем в первом приближении По таблице 73 СНиП определяем:
Определяем коэффициент
По значениям и находим по таблице 74 СНиП
Компонуем верхнее сечение колонны:
Принимаем tf = 16 см.
Принимаем толщину стенки
Для обеспечения устойчивости колонны из плоскости действия момента ширина полки принимается:
Из условия местной устойчивости:
Условие выполняется. Окончательно принимаем
3.1 Геометрические характеристики сечения
3.2 Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента
по таблице 73 СНиП определяем
По таблице 74 СНиП определяем φвн:
3.3 Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента
тогда по таблице 72 СНиП
Рис. 41 – Схема верхней части колонны
Для определения mx находим максимальный момент в средней трети рассматриваемого сечения.
По модулю сравниваем Мх13 и Мmax2
841>23216 по большему значению определяем mx.
Коэффициент с определяется по формуле:
= 1 т.к. при λy ≤ λc 7668≤92
α = 065 + 005·mx = 065 + 005·5= 0925
с5 = 1(1+0943·5) = 01750
Проверяем устойчивость колонны из плоскости действия момента.
При mx менее 20 проверка прочности не требуется.
4 Подбор сечения нижней части колонны
Сечение нижней части колонны принимаем сквозное состоящее из двух ветвей соединенных решеткой. Ширина сечения нижней части колонны принималась при компоновке рамы.
Подкрановую ветвь колонны принимаем из балочного сортаментного двутавра наружную - составного сечения в виде швеллера сваренного из 3 листов.
4.1 Определение требуемой площади ветвей колонны и компоновка сечения
Рис. 42 – Схема нижней части колонны
Для колонн несимметричного сечения принимаем ориентировочно h0~hн
M2 догружает наружную ветвь(сечение IV-IV +Mmax Nсоотв)
М1 догружает подкрановую ветвь (сечение III-III -Mmax Nсоотв )
Определяем положение центра тяжести:
Усилия в ветвях определяем по формулам:
По найденным усилиям определяем требуемую площадь ветвей и назначаем сечения.
Для подкрановой ветви:
Принимаем балочный двутавр 60Б1; Aв1=13526 см; i h=593 мм.
Условие не выполняется принимаем балочный двутавр 80Б1; Ав1=2032 см;
Площадь сечения наружной ветви:
Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем такими же как для подкрановой ветви.
Толщину стенки швеллера для удобства ее соединения в стык с полкой надкрановой части колонны принимаем tw =2 см.
Определяем геометрические характеристики полученного сечения:
Уточняем положение центра тяжести сечения:
h0 = hн – z0 = 150 –496 = 14504 см
4.2 Проверка устойчивости ветвей колонны из плоскости рамы относительно оси у (подкрановая ветвь)
По таблице 72 СНиП Стальные конструкции:
Условие выполняется но сечение принято неэкономичное.
4.3 Проверка устойчивости ветви колонны относительно у (наружная ветвь).
По таблице 72 СНиП определяем
Условие выполняется но сечение неэкономичное. Из условия равноустойчивости в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки.
где 150 см – приблизительная высота сопряжения и траверсы нижней части колонны
По конструктивным требованиям принимаем
Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы:
По таблице 72 СНиПа:
4.4 Расчет решетки подкрановой части колонны
Поперечная сила в сечении колонны
Условная поперечная сила определяется по таблице в зависимости от расчетного
сопротивления стали.
Таблица 4 - Значение Qусл в кН.
Расчетное сопротивление Ry кНсм2
где А – площадь сечения части колонны
т.к. то расчет решетки проводим на Qусл..
Находим усилие сжатия в раскосе::
Задаемся гибкостью раскоса (таблица 72 СНиПа)
Определяем требуемую площадь раскоса:
где γсж=0.75 (сжатый уголок приваривается одной полкой)
По требуемой площади подбираем по сортаменту равнополочный уголок 80х6 мм
Проверяем напряжение в раскосе:
Условие не выполняется.
Принимаем равнополочный уголок 90х8 мм
Условие выполняется окончательно принимаем уголок 90х8 мм.
4.5 Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента как единого целого
Определяем геометрические характеристики всего сечения:
Определяем приведенную гибкость:
- площадь сечения раскосов по 2 граням сечения колонны.
- коэффициент зависящий от угла наклона раскоса
Для комбинации усилий догружающих наружную ветвь колонны
по таблице 74 СНиП и определяем
Для комбинации усилий догружающих подкрановую ветвь колонны
Устойчивость сквозной колонны как единого целого из плоскости действия момента не проверяем так как она обеспечивается проверкой устойчивости отдельных ветвей.
4.6 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
Для расчета проверяем прочность стыкового шва для соединения верхней и нижней части колонны по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения верхней части колонны.
Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом (сечение II-II).
Рис. 43 – Схема сопряжения верха и низа колонны
Комбинация при которой сжата наружная полка.
Комбинация усилий при которой сжата внутренняя полка.
Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия:
расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности(таблица 1 СНиПа)
ширина опорного ребра подкрановой балки
толщина опорной плиты
Определяем усилие во внутренней полке верхней части колонны(по комбинации дающей наибольшие усилия) по второй комбинации.
Определяем длину шва (ш2) креплении вертикального ребра траверсы к стенке траверсы по металлу шва и по металлу границы сплавления соответственно.
по таблице 34 СНиП при ручной сварке
по таблице 56 СНиП для электродов Э60
Из двух значений выбираем минимальное. Следовательно расчет ведем по металлу границы сплавления. Катет шва принимаем в зависимости от tтр по таблице 38 СНиПа для ручной сварки. Сталь С245.
Условие выполняется. Принимаем катет шва 5мм и длину шва 1773 см.
В стенке подкрановой ветви делаем прорезь в которую заводим стенку траверсы. Для расчета крепления траверсы подкрановой ветви (ш3) составляем комбинацию усилий которые дают наибольшую опорную реакцию траверсы.
Коэффициент 09 учитывает что усилия М и N приняты для второго основного сочетания нагрузок. Принимаем значение катета шва несколько больше рассчитанного = 0.9
Требуемая длина шва:
Условие выполняется принимаем катет шва 6 мм и длину шва 448 см
Из условия прочности стенки подкрановой балки в месте крепления траверсы определяем высоту траверсы.
tw- толщина стенки двутавра подкрановой ветви 80Б1 равная 135 см
γс=11 – коэффициент условия работы
Принимаем высоту траверсы исходя из конструктивных соображений:
Вертикальный лист назначается по расчету высотой в пределах (0.5-0.8)*hн = (0.5-0.8)*1.5 = 075-12м. Назначенная высота hтр находится в этих границах. Размеры горизонтальных ребер траверсы назначаются конструктивно ширина назначается в пределах 10-14 мм. Нижний пояс траверсы назначаем 700*12 (мм) верхний пояс 200*12(мм) – 2 листа принимается конструктивно. Верхний пояс смещен от верха траверсы на 150 мм.
hтр=800 мм tл1= tл2=12 мм bl1=700 мм tтр=10 мм bl2=200 мм.
а= hтр-150- tл22 = 800-150-122=644 мм
Определяем геометрические характеристики траверсы.
Определяем центр тяжести сечения траверсы:
Определяем момент инерции сечения траверсы
Определяем прочность траверсы по нормальным напряжениям.
Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает при второй комбинации усилий.
Условие выполняется поэтому принимаем нижний пояс траверсы 700х12 мм верхние горизонтальные ребра из двух листов 200х12 мм.
Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилий от кранов возникает при той же комбинации усилий.
где к = 12 – коэффициент учитывающий неравномерную передачу усилия Dmax
Проверяем траверсу на действие касательных напряжений:
где Rs – расчетное сопротивление на срез.
Увеличиваем высоту траверсы до 100 см.
Условие выполняется. Оставляю полученные размеры траверсы:
hтр=1000 мм; tл1= tл2=12 мм; b tтр=10 мм; bl2=200 мм.
5 Расчет и конструирование базы колонны
Конструктивное решение базы зависит от типа колонны и способа ее сопряжения с фундаментом (жесткое или шарнирное). В производственных зданиях колонна имеет жесткое сопряжение с фундаментом существуют 2 типа баз: общая и раздельная. При ширине колонны больше 1000 мм принимаем раздельную базу при ширине колонны менее 1000мм принимается общая база. При hн = 1500 мм база раздельная.
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны 4-4.
- для наружной ветви
Усилия в ветвях колонны определяются по формуле:
- для подкрановой ветви
Рассчитываем базу наружной ветви.
Определяем требуемую площадь плиты:
расчетное сопротивление бетона
По конструктивным соображениям свес плиты мм.
Определяем ширину плиты:
Принимаем по ГОСТ 82-70 В = 900 мм.
0-791=109 1092=545 мм
Принимаем L пл = 50 см по конструктивным требованиям:
Определяем среднее напряжение под плитой:
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно:
Считаем расстояние между траверсами равным
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты.
Рис. 44 – Схема базы колонны
Участок 1 (консольный свес с1 =46 см)
Участок 2 (консольный свес с2=545 см)
Участок 3 (плита опертая на четыре стороны)
где α- коэффициенты для расчета на изгиб плит опертых на 2 3 или 4 канта (таблица 8.5 учебник Ю.И.Кудишин)
Участок 4 (плита опертая на четыре стороны)
Принимаем для расчета
Требуемая толщина плиты
Принимаем (2 см – 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 четыре угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Cв-08Г2C диаметром 14 мм катет шва 6 мм. Требуемая длина шва определяется по формуле:
Принимаем hтр = 32см = 320 мм.
Проверяем прочность траверсы на изгиб и срез.
Нагрузка на 1 см листа траверсы:
5.1 Расчет анкерных болтов
Анкерные болты работают на растяжение и воспринимают усилия отрывающие базу от фундамента. Усилия в анкерных болтах определяются:
Требуемая площадь сечения болтов:
по таблице 60 СНиП Rba=24 кНсм2 для стали 10Г2С1
Принимаем 4 болта диаметром 24 мм где Ab=452 см2 (таблица 62 СНиП).
Усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше из конструктивных соображений принимаем такие же болты. Расчет размеров базы подкрановой ветви не проводим принимаем их такими же как базы наружной ветви.
Расчет стропильной фермы
1 Конструирование узла фермы
Усилия в узлах фермы определены с помощью программы «Кристалл». В этой же программе подобраны сечения для стержней фермы. В фермах со стержнями из 2 уголков составленных тавром узлы проектируют на фасонках которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швами. Усилия в элементе распределяются обратно пропорционально расстояниям до оси стержня по перу и обушку.
Расчет выполнен по СП 16.13330.2011
Группа конструкций по приложению В СП 16.13330.2011 2
Коэффициент надежности по ответственности n = 1
Очертание поясов фермы
Число панелей верхнего пояса
Раскрепления из плоскости
Узлы верхнего пояса: Все
Узлы нижнего пояса: Только крайние
Сечение верхнего пояса
Профиль: Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L120x10
Сечение нижнего пояса
Профиль: Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L110x7
Профиль: Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L100x7
Профиль: Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L90x7
Сечение опорных раскосов
Профиль: Уголок равнополочный по ГОСТ 8509-93 L75x5
Загружение 1 - постоянное
Коэффициент надeжности по нагрузке: 1.1
Равномерно распределенная нагрузка - кНм
Сосредоточенная сила - кН
Загружение 2 - снеговое
Коэффициент надeжности по нагрузке: 1.4
Элементы верхнего пояса
Элементы нижнего пояса
Элементы опорных раскосов
Элементы опорных стоек
Коэффициент использования
Прочность верхнего пояса
Устойчивость верхнего пояса в плоскости фермы
Устойчивость верхнего пояса из плоскости фермы
пп. 10.1.1-10.1.4 10.4.1
Гибкость верхнего пояса
Прочность нижнего пояса
Гибкость нижнего пояса
Устойчивость стоек в плоскости фермы
Устойчивость стоек из плоскости фермы
Устойчивость раскосов в плоскости фермы
Устойчивость раскосов из плоскости фермы
Прочность опорных раскосов
Гибкость опорных раскосов
Коэффициент использования 0.997 - Прочность опорных раскосов
Таблица 1.10 - Рекомендуемые толщины фасонок
Максимальное усилие в стержнях решетки кН
Размеры фасонок определяют по необходимой длине швов крепления элементов. Стремятся к простейшим очертаниям фасонок чтобы упростить их изготовление и уменьшить количество обрезков целесообразно унифицировать размеры фасонок и иметь на ферму не более одного-двух типоразмеров. Фермы пролетом 18-36 метров разбивают на два отправочных элемента с укрупнительными стыками в средних узлах. Для обеспечения совместной работы уголков их соединяют прокладками. Расстояние между прокладками должно быть не более 40i для сжатых уголков и 80i для растянутых уголков где i- радиус инерции уголка относительно оси параллельной прокладке. Необходимую длину швов крепления к фасонке стержней ферм определяют по формуле:
где N – усилие в стержне фермы (по программе «Кристалл»). Если расчет по обушку то 07 N если по перу 03 N.
kf – катет шва принимаемый в зависимости от толщины уголка (толщина уголка т.е. сечение стержня в программе «Кристалл») принимаемый в см.
Таблица 5 – Значения катетов швов
Т.к. z·Rwz = 1·165 = 165 кНсм2 f·Rwf = 07·24 = 168 кНсм2 расчет швов выполняем по металлу границы сплавления (·Rw)min = 165 кНсм2.
Все фасонки выполняем в виде прямоугольников толщиной 8 мм.
Полученные по расчету длины швов округляют в большую сторону и округляют до 10 мм если по расчету длина шва меньше 50 мм то длину шва принимают 50 мм. В одном узле желательно иметь не более двух типоразмеров швов. Расчет швов обычно выполняют в табличной форме.
Таблица 6 – Длины швов прикрепления поясов раскосов и стоек к фасонкам
По полученным длинам швов определяем размеры фасонки. Для удобства изготовления применяют фасонку прямоугольной формы. Элементы решетки не доводим до пояса на расстояние 40-50 мм.
Рис. 45 – Обозначение узлов фермы Рис. 46 – Узел А
Рис. 47 – Узел ВРис. 48 – Соединительные прокладки (планки). Принимаем конструктивно.
2 Расчет опорного узла
2.1 Прикрепление нижнего пояса фермы к колонне
Размеры торцевого листа или опорного столика прикрепляющего нижний пояс фермы к колонне определяем используя суммарную длину швов прикрепляющих лист к полке колонны по формуле (69):
где реакции опор ригеля при нагружении постоянной и снеговой нагрузкой.
Рис. 49 – Схема нагрузки ригеля
По таблицам СНиПа 3438 и 56 определяем:
для ручной сварки электродами Э60 Св-10Г2:
Подставляя значения в формулу (69) получаем:
Высота листа определяется по формуле (143):
Тогда по (70) имеем:
Высоту листа округляем до 10 мм по конструктивным соображениям h = 20 см.
Ширина листа принимается в зависимости от размещения болтов. Принимаем болты конструктивно нормальной точности диаметром 20 мм. Расстояние от края >2d. Болты в 2 ряда по вертикали.
Рис. 50 – Схема листа
Проверяем лист на срез по формуле (77):
где – расчетное сопротивление на срез.
tw – толщина полки двутавра верхней части колонны
где ширина полки уголка сечения нижнего пояса.
– толщина полки этого же уголка.
– расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности.
Подставляем значения в формулу (72):
Тогда по (71) имеем:
Прикрепление верхнего пояса к колонне принимаем конструктивно.
3 Расчет узла соединения двух отправочных элементов
3.1 Укрупнительный стык верхнего пояса. Расчет горизонтальной накладки
Ширина накладки определяется по формуле:
где –ширина двух соединённых уголков.
Площадь накладки определим по формуле (74):
где – толщина накладки.
Тогда по формуле(74) получаем:
Усилие в накладке определим по (75):
Длину шва определим по формуле (76):
Подставляя значения в формулу (76) получаем:
Длину накладки найдем по формуле (77) :
Подставляем значения в формулу (77) и получаем:
3.2 Укрупнительный стык нижнего пояса. Расчет горизонтальной накладки
Определяем длину шва:
Находим длину накладки:
По конструктивным соображениям в связи с небольшой разницей между горизонтальными накладками принимаем одинаковые горизонтальные накладки по расчету укрупнительного стыка верхнего пояса.
Список использованной литературы
Е.И.Беленя и др. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов – М: Стройиздат 1986
А.А.Васильев Металлические конструкции.: Учеб. пособие для техникумов – М: Стройиздат 1979
СНиП II-23-81* – «Стальные конструкции»
ГОСТ 82-70 – «Стальной листовой прокат».
СНиП 2.01.07-85* - Нагрузки и воздействия