• RU
  • icon На проверке: 11
Меню

Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания в г. Саратове

Описание

Курсовой проект - Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания в г. Саратове

Состав проекта

icon
icon Курсовой.dwg
icon ПГС.docx

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Курсовой.dwg

Курсовой.dwg
Пароизоляция (1 слой рубероида)
Плиты пенополистирольные ПСБ-35
Защитный слой (битумная мастика)
Гидроизоляция (4 слоя рубероида)
Панель профилированного настила
Стальной каркас одноэтажного промышленного здания
схемы элементов покрытия
Схема расположения элементов конструкций покрытия в уровне верхних поясов ферм
Схема расположения элементов конструкций покрытия в уровне нижних поясов ферм
Масса наплавленного металла: 34
Таблица отправочных марок
Заводские швы выполнять полуавтоматической сваркой
Диаметры отверстий 26 мм
Все конструкции для защиты от коррозии обработать
краской УР-17-ПГ по СНиП 2.03.11-85
Геометрическая схема фермы (усилия - кН; размеры - мм)
Отправочная марка фермы Ф-1
геомерическая схема фермы
спецификация металла
Спецификация металла (на одну отправочную марку)

icon ПГС.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
Кафедра «Промышленное и гражданское строительство»
Расчетно-пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине
«Металлические конструкции включая сварку»
Проектирование стального каркаса
одноэтажного промышленного здания в г. Саратове
студент гр. ПГС- 52Иржанова Д.Р
Компоновка поперечной рамы
Сбор нагрузок на поперечную раму
Статический расчет поперечной рамы
Определение расчетных усилий в стойках рамы
Проектирование колонны
Определение расчетных длин
Подбор сечения верхней части
Подбор сечения нижней части
Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей
Расчет и конструирование базы
Проектирование стропильной фермы
Подбор сечения элементов
Расчет соединений стержней в узлах
Расчет укрупнительного стыка
Расчет сопряжения с колонной
Проектирование подкрановой конструкции
Список использованной литературы
Район строительства – г. Саратов.
Пролет здания L=24 м.
Длина здания l=96 м.
Отметка верха колонны (полезная высота цеха) H0=144 м.
Грузоподъемность крана Q=10020 т.
Режим работы мостовых кранов: 6К.
Температурно-влажностный режим: отапливаемое.
Подкровельные несущие конструкции: профнастил.
Компоновка рамы заключается в определении всех необходимых размеров:
Полезная высота цеха:
где – расстояние от уровня пола до головки кранового рельса;
– расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия:
где – габарит крана плюс установленный по требованиям техники безопасности зазор между этой точкой и стропильными конструкциями равный100мм;
f – размер учитывающий прогиб конструкций покрытия и принимаемый равным 200–400 мм в зависимости от пролета.
Далее устанавливаем размеры верхней части колонны и нижней части .
где – высота подкрановой балки принимается равной шага колонн принимаем ;
– высота кранового рельса.
где (600 1000) – заглубление опорной плиты башмака колонны ниже уровня нулевой отметки пола.
Общая высота колонны рамы (от низа базы до низа ригеля):
Привязка к оси принимается равной .
Высота сечения верхней части ступенчатой колонны:
Принимаем ( принимается 450 или 700 мм).
Расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менее:
где – размер части кранового моста выступающей за ось рельса;
мм – зазор между краном и колонной принимаемый по требованиям безопасности.
Принимаем ( принимается кратным 250 мм).
Высота сечения нижней части колонны:
Принимаем расчетную схему рамы с жестким сопряжением элементов.
Изначально задаемся величинами:
– размер уступа колонны
– соотношение моментов инерции элементов рамы принимаются приближенно в зависимости от нагрузок и размеров рамы
Производим сбор нагрузок равномерно распределенных по длине ригеля рамы включающих нагрузки от всех слоев кровли конструкций фермы и связей.
Состав покрытия зависит от заданной конструкции покрытия: с прогонами или без них.
В случае беспрогонного покрытия непосредственно на стропильные фермы укладывают крупноразмерные плиты или панели шириной 15 или 3 м и длиной6и12м совмещающие функции несущих и ограждающих конструкций.
Нормативная нагрузка
Коэффициент надежности по нагрузке
Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием)
Гидроизоляционный ковер (4 слоя рубероида)
Утеплитель (плиты пенополистирольные ПСБ-35 )
Пароизоляция (слой рубероида)
Оцинкованный профилированный настил
Стальная рама панели покрытия
Данные взяты из табл. 1 [4] и табл. 11.3 [3].
Тогда линейная нагрузка на ригель рамы:
где – коэффициент надежности по назначению.
Опорная реакция ригеля рамы:
Далее найдем расчетный вес колонны при этом будем считать что вес верхней части составляет 20% от общего веса колонны а нижней – 80%.
где – расход стали на колонну
где 80 – расход стали на колонну здания (по табл. 12.1 [3]).
К колонне привешиваются стеновые и панели и панели остекления полностью передающие свой вес на колонну. Чтобы рассчитать этот вес необходимо расположить панели по высоте здания принять высоту парапета. Высота панелей: 600 900 1200 1300 1500 1800 2100 3000 мм. Длина панели соответствует шагу колонн.
По периметру наружных стен зданий следует предусматривать ограждение на кровле. При высоте парапета менее 06 м следует дополнять решетчатым ограждением до высоты 06 м от поверхности кровли.
Так как высота здания от уровня пола до верха парапета составляет 150 м принимаем следующую схему раскладки панелей (рис. 2.2)
При этом на верхнюю часть колонны приходится 1087 м панелей из которых 36 м – переплеты с остеклением. На нижнюю часть – 413 м из них 18 м – переплеты с остеклением.
Подсчитаем нагрузку и принимая во внимание что поверхностная масса стеновых панелей переплетов с остеклением – .
где – коэффициенты надежности по нагрузке стеновых панелей и переплетов остекления соответственно;
– высоты стеновых панелей и переплетов с остеклением соответственно приходящихся на верхнюю и нижнюю части колонны.
Момент возникающий в верхней части колонны:
Нормативная снеговая нагрузка зависит от снегового района и принимается в соответствии с [2] для г. Саратова (район III): .
Расчетная линейная нагрузка от снегового покрова на ригель рамы определяется по формуле:
Момент возникающий от действия снеговой нагрузки:
Нагрузки от мостовых кранов
Расчетное усилие передаваемое на колонну колесами крана можно определить по линии влияния опорных реакций подкрановых балок при невыгоднейшем расположении кранов на балках. Такое расположение возникает при приближении вплотную двух ходовых частей мостовых кранов. Необходимо построить линии влияния при наезде каждого из колес крана на стык подкрановых балок посчитать сумму ординат выбрать максимальное значение этой величины которая и будет характеризовать невыгоднейшее расположение.
где – коэффициент сочетаний нагрузок от двух кранов зависит от режима работы мостовых кранов для среднего и легкого режимов (группы 1К–6К);
– нормативное вертикальное усилие колеса
где – грузоподъемность крана;
– масса крана и крановой тележки тонн;
– число колес с одной стороны ходовой части крана.
Вес подкрановой балки:
где – расход стали на подкрановую балку
где 80 – расход стали на подкрановую балку здания (по табл. 12.1 [3]).
Тогда расчетные усилия:
Расстояние от оси подкрановой балки до оси проходящей через центр тяжести нижней колонны:
Найдем изгибающие моменты передаваемые силами колонне:
Нормативное значение горизонтальной силы возникающей из-за перекосов крана торможения тележки распирающего воздействия колес при движении по рельсам для кранов с гибким подвесом груза равно:
Расчетная горизонтальная сила передаваемая подкрановыми балками на колонну от сил :
Нормативная ветровая нагрузка зависит от района строительства и принимается в соответствии с [2] для г. Саратова (район III): также зависит от высоты над поверхностью земли. Изменение нормативной ветровой нагрузки в зависимости от высоты проектируемого здания учитывается коэффициентом (табл. Х [2] или прил. 3 [3]).
Расчетная линейная ветровая нагрузка передаваемая на стойку рамы в какой-то точке по высоте определяется по формуле:
где – коэффициент надежности по ветровой нагрузке;
с – аэродинамический коэффициент принимаемый для вертикальных стен – с наветренной стороны – для противоположной стороны (отсоса).
По формуле для построим эпюру давления ветра по высоте стены здания. Для наветренной стороны (активного давления):
Для противоположной стороны (отсоса):
Промежуточные значения находят интерполяцией.
Ветровая нагрузка действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания заменяется сосредоточенной силой приложенной в уровне низа ригеля рамы.
где – значения ветрового давления на уровне низа ригеля и верха парапета соответственно активного давления и отсоса;
– расстояние между точкой низа ригеля и точкой верха парапета.
Получив по эпюре давления ветра величины найдем:
Изгибающий момент от действия ветрового давления:
где – высота колонны
– эквивалентная нагрузка равномерно распределенная по всей высоте заменяющая фактическую линейную в виде ломаной прямой равная
где находится по формуле:
где – коэффициент у поверхности земли;
– коэффициент на отметке ;
Тогда эквивалентная нагрузка:
Найдем изгибающие моменты равные
Учет пространственной работы каркаса
Учесть пространственную работу каркаса можно определив смещение рамы в системе пространственного блока состоящего из 5–7 плоских поперечных рам соединенных в уровне ригеля и пространственных конструкций продольными элементами конечной жесткости.
Сложность заключается в определении величины характеризующей отношение смещения отдельной рамы включенной в пространственный каркас к ее смещению без учета работы блока. Эта величина обозначается находится по формуле:
где – число колес кранов на одной нитке подкрановых балок ();
– сумма ординат определяемая по линиям влияния;
– коэффициенты упругого отпора зависящие от параметра (табл.12.2[3]) характеризующего соотношения жесткостей поперечной рамы и покрытия:
где – коэффициент приведения ступенчатой колонны к эквивалентной по смещению колонне постоянного сечения при жестком сопряжении ригеля с колонной:
где – коэффициент принимаемый при определении реакции от смещения стойки на ) по табл. 12.4 [3];
– отношение суммы моментов инерции нижних частей колонн к моменту инерции продольных связей по нижним поясам фермы и эквивалентного момента инерции кровли (см. п. 12.3 [3])
Из этого следует что
Определение усилий в элементах рамы
Расчет рамы выполняется отдельно на каждую из нагрузок т.к. расчетные усилия для разных элементов рамы и даже для разных сечений одного элемента рамы получаются при различной комбинации нагрузок – их невыгоднейшем сочетании.
Определение усилий в элементах рамы производится программой «Frame» основой алгоритма которой скорее всего служит метод конечных элементов. Результаты расчета рамы по каждому виду ее загружения рекомендуется сводить в таблицу.
По полученным из расчета рамы значениям строят эпюры.
Расчёт рамы со ступенчатыми стойками и с жестким сопряжением ригеля со стойками. Усилия в сечениях левой стойки рамы (табл. 3.1).
Продольные усилия определяются следующим образом.
Для постоянной нагрузки:
Для снеговой нагрузки:
Для усилий от мостовых кранов:
левой стойки (1–1 2–2): ;
правой стойки (1–1 2–2): .
Определение расчетных усилий в стойке рамы
Ниже приведены эпюры расчетных значений .
Вертикальная нагрузка от мостовых кранов на левую стойку
Вертикальная нагрузка от мостовых кранов на правую стойку
Горизонтальная нагрузка от мостовых кранов на левую стойку
Горизонтальная нагрузка от мостовых кранов на правую стойку
Ветровая нагрузка на левую стойку
Ветровая нагрузка на правую стойку
Проектирование ступенчатой колонны
Требуется подобрать сечения сплошной верхней и сквозной нижней частей колонны (сопряжение ригеля с колонной – жесткое).
Для верхней части колонны в сечении 4–4:
Для нижней части колонны:
(догружается наружная ветвь);
(догружается подкрановая ветвь).
Соотношение жесткостей нижней и верхней частей колонны материал конструкций – сталь С245 ( для листового проката толщиной10 20 мм) бетон фундамента – В20 () коэффициент надежности по назначению .
Определение расчетных длин колонны
Расчетные длины в плоскости рамы:
где – коэффициенты расчетной длины нижней и верхней частей колонны соответственно;
– геометрические длины нижней и верхней частей колонны.
Коэффициент для верхней части колонны
Для определения следует рассмотреть условия закрепления концов колонны. Нижний конец принимается защемленным верхний – закреплен только от поворота (жесткое сопряжение ригеля с колонной жесткость ригеля значительно больше жесткости колонны).
По прил. 6 [1] зависит от величин и (табл. 68).
Расчетные длины из плоскости рамы:
Подбор сечения верхней части колонны.
Сечение принимаем в виде сварного двутавра высотой .
Для симметричного двутавра предварительно принимаем величины:
Тогда условная гибкость стержня:
Приведенный эксцентриситет
где – относительный эксцентриситет ;
– коэффициент влияния формы сечения принимается по табл. 73 [1] зависит от отношения (предварительно принимаем ) условной гибкости и относительного эксцентриситета .
Далее по прил. 9 [3] при и .
Требуемая площадь сечения велика прокатный двутавр подобрать не получится поэтому приходится компоновать сечение из трех листов.
Приступаем к компоновке сечения. Высота стенки:
где предварительно .
Предельная гибкость стенки (при и ):
Требуемая толщина стенки:
но сечение с такой толстой стенкой неэкономично принимаем ().
Поскольку переход стенки в критическое состояние еще не означает потерю несущей способности стержня по СНиП допускается использование закритической работы стенки. В этом случае неустойчивую часть стенки (размер а) считают выключившейся из работы а в расчетную площадь сечения колонны включаем только устойчивую часть стенки т.е. два участка шириной примыкающие к полкам (рис. 5.4).
Тогда требуемая площадь полки:
Фактическая площадь полки.
Устойчивость полки обеспечена если выполняется следующее условие:
где – отношение ширины свеса к толщине для неокаймленной полки двутавра и тавра:
Условие не выполняется назначаем другие размеры сечения.
Для обеспечения устойчивости колонны из плоскости действия момента ширина полки принимается не менее .
Толщина полки толщина стенки тогда высота стенки:
Устойчивая часть стенки требуемая площадь полки.
Фактическая площадь полки .
Устойчивость обеспечена т.к. выполняется условие:
Фактические геометрические характеристики скомпонованного сечения.
Общая площадь сечения:
Моменты инерции относительно главных осей:
Радиусы инерции сечения:
Момент сопротивления:
радиус ядра сечения:
Гибкость и условная гибкость стержня:
Предельная условная гибкость стенки:
Устойчивая часть стенки:
Площадь сечения с учетом выключения из работы неустойчивой части стенки:
Проверка устойчивости в плоскости действия момента:
Для определения найдем следующие величины:
относительный эксцентриситет
отношение площади полки к площади стенки .
По табл. 73 [1] принимаем:
Проверка устойчивости:
Проверка устойчивости из плоскости действия момента:
Коэффициент продольного изгиба по прил. 8 [3] при .
Для определения найдем максимальный момент в средней трети длины стержня при том же сочетании нагрузок которое было принято для расчета верхней части колонны (1 2 3 –5 8). Момент в сечении 3–3 при этом сочетании нагрузок (): .
Получаем максимальный момент в средней трети: .
(не менее половины наибольшего по длине стержня момента).
Относительный эксцентриситет .
где – коэффициент учитывающий влияние момента при изгибно-крутильной форме потери устойчивости;
– коэффициенты определяемые по прил. 12 [3]:
Подбор сечения нижней части колонны.
Принимаем сечение из двух ветвей связанных между собой соединительной решеткой.
Высота сечения . Принимаем предварительно .
Ориентировочное положение центра тяжести всего сечения:
Задаемся . Тогда требуемая площадь ветвей:
По сортаменту принимаем колонный двутавр I 30К3:
Для наружной ветви принимаем сварной швеллер из трех листов просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же как в подкрановой ветви для удобства крепления решетки (269 мм). Толщину стенки – для удобства соединения встык с полками верхней части колонны ширину стенки из условия размещения сварных швов – .
Требуемая площадь полок
принимаем размеры и .
Из условия местной устойчивости полок проверяем .
Геометрические характеристики наружной ветви.
Расстояние от внешней грани стенки до центра тяжести:
Моменты инерции и радиусы инерции:
Уточняем положение центра тяжести всего сечения колонны:
Получили существенное отличие от принятых первоначально размеров поэтому пересчитываем усилия в ветвях:
Проверка устойчивости ветвей.
Из плоскости рамы расчетная длина .
Для подкрановой ветви:
Устойчивость также обеспечена из условия:
Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:
Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей и ).
Для подкрановой ветви:
устойчивость обеспечена.
устойчивость не обеспечивается поэтому применяем стойки для уменьшения расстояния между узлами наружной ветви .
Расчет решетки нижней части колонны.
Расчетная поперечная сила выбирается как большая из двух сочетаний составляемых для поперечной силы в сечении 4–4:
Принимаем для расчетов .
Условная поперечная сила для стали С245 может быть принята по табл.8.2[3]:
Расчет решетки производим по . Усилия сжатия в раскосе:
где – угол между вертикалью и осью раскоса.
Необходимая площадь сечения раскоса:
где – при использовании уголка прикрепленного одной полкой.
Устойчивость обеспечена т.к. выполняется условие:
Проверка устойчивости колонны как единого стержня в плоскости действия момента.
Геометрические характеристики всего сечения.
Приведенная гибкость:
Условная приведенная гибкость:
Для комбинации усилий догружающих наружную ветвь:
Тогда относительный эксцентриситет:
При расчете приведенного эксцентриситета коэффициент не учитывается поэтому .
Получаем при по прил. 8 [3]: .
Тогда устойчивость будет обеспечена из условия:
Аналогично для комбинации усилий догружающих подкрановую ветвь:
Относительный эксцентриситет:
Приведенный эксцентриситет:
Коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии при по прил. 8 [3]: .
Устойчивость обеспечивается условием:
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно т.к. она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
Проверим соотношение жесткостей нижней и верхней частей колонны:
(отличие от предварительно принятого значения составляет всего 5% статический расчет рамы уточнять не требуется).
Расчет и конструирование узла сопряжения
верхней и нижней частей колонны.
Расчетные комбинации усилий в сечении 3–3 (над уступом):
Прочность стыкового шва (Ш1) проверяем в крайних точках сечения надкрановой части.
где – площадь сечения верней части колонны;
– момент сопротивления сечения верней части колонны;
– расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию растяжению и изгибу по пределу текучести согласно п. 11.4 [1]: ;
где – расчетное сопротивление стыкового шва при растяжении
Получаем что прочность шва обеспечена с запасом.
Определим толщину стенки траверсы из условия ее смятия:
где – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности для стали С255 (для проката толщиной20 40 мм) по табл. 52 [1]: ;
– длина сминаемой поверхности
где – ширина опорного ребра подкрановой балки;
– толщина опорной плиты принимается .
Получим требуемую толщину траверсы:
Учитывая возможный перекос ребра подкрановой балки принимаем .
Усилия во внешней полке (создаются максимальным из выбранных сочетаний) передаваемые на траверсу через вертикальные ребра:
Требуемая длина шва крепления вертикального ребра к стенке траверсы (Ш2) состоящая из четырех швов:
где – наименьшее из значений и
– коэффициенты принимаемые по табл. 34* [1];
– расчетные сопротивления срезу по металлу шва и металлу границы сплавления соответственно принимаются по табл. 56 [1];
– коэффициенты условий работы шва принимаемые ;
– катет сварного шва принимается в соответствии с толщиной наиболее толстого из свариваемых элементов по табл. 38 [1].
Применяем полуавтоматическую сварку в нижнем положении под флюсом сварочной проволокой Св–08ГА диаметр проволоки . При : .
где – нормативное временное сопротивление стали разрыву для стали С255 (для проката толщиной20 40 мм):.
по металлу границы сплавления:
Получим необходимую длину шва:
Максимальная длина сварного шва:
условие выполняется.
В стенке подкрановой ветви делаем прорезь в которую заводим стенку траверсы.
Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (Ш3) составляем комбинацию усилий в сечении 3–3 дающую наибольшую опорную реакцию траверсы (наибольший по модулю отрицательный момент).
При комбинация усилий 1 2 7: .
Тогда опорная реакция траверсы:
где – коэффициент сочетаний нагрузок учитывающий что усилия и приняты для 2-го основного сочетания нагрузок.
Тогда требуемая длина шва при :
Условие выполняется.
Условие прочности на срез стенки подкрановой ветви:
где – высота траверсы;
– толщина стенки подкрановой ветви для двутавра I 30К3 ;
– расчетное сопротивление стали срезу (сдвигу)
Из этого условия получим требуемую высоту траверсы:
Принимаем сечение траверсы.
Нижний пояс траверсы – конструктивно из листа 26012 мм.
Верхние горизонтальные ребра из двух листов 12012мм.
Найдем геометрические характеристики траверсы.
Положение центра тяжести сечения траверсы:
Момент инерции относительно оси х–х:
Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов при той же комбинации усилий:
где – коэффициент учитывающий неравномерную передачу усилия.
Касательные напряжения в траверсе:
Расчет и конструирование базы колонны
Ширина нижней части колонны превышает 1 м поэтому проектируем базу раздельного типа.
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 1–1):
) (для расчета базы наружной ветви);
) (для расчета базы подкрановой ветви).
Усилия в вервях колонны:
Для базы наружной ветви – требуемая площадь:
где – расчетное сопротивление материала фундамента
где – коэффициент зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия при равномерно распределенной нагрузке ;
– расчетное сопротивление бетона смятию
где – для бетонов класса ниже В25 .
– зависит от отношения площадей обреза фундамента и плиты базы принимается не более 25 для бетонов класса выше В75 и не более 15 для бетонов класса В35; В5; В75.
– расчетное сопротивление бетона на осевое сжатие (призменная прочность) зависит от класса бетона принимается по табл. 8.4 [3].
Принимаем тогда получим
Требуемая площадь плиты:
Толщина траверсы принимается конструктивно в пределах 10 16 мм высота – не более .
Принимаем свес плиты .
Получаем ширину принимаем .
Необходимая длина плиты:
Фактическая площадь плиты:
Среднее напряжение в бетоне под плитой: .
Расстояние между траверсами в свету 24 см (из условия их симметричного расположения относительно центра тяжести ветви).
Получаем свес плиты .
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты.
Участок 1 (консольный):
Участок 2 (опирание на три канта):
отношение сторон (в соответствии с табл. 8.5 [3]) 05 рассчитываем участок как консольный
Участок 3 (опирание на четыре канта):
Участок 4 (опирание на четыре канта):
Максимальный момент действует на последнем участке поэтому принимаем:
Толщина плиты базы колонны обычно принимается в пределах 20 40 мм.
Требуемую толщину плиты определим по формуле:
Принимаем материал плиты – сталь С235 ( для листового проката толщиной20 40 мм).
Окончательно (с необходимым запасом в 2 3мм на выполнение фрезеровки) толщину плиты принимаем .
Высота траверсы находится из условия размещения сварного шва. При принятых ранее параметрах сварки и электродах с катетом шва :
Принимаем высоту траверсы .
Проверяем прочность траверсы как балки с двумя консолями.
Момент в середине пролета:
Момент сопротивления траверсы:
Тогда напряжения в траверсе:
Условие выполнено база наружной ветви сконструирована.
Для базы подкрановой ветви расчет производится аналогично расчету базы наружной ветви.
Требуемая толщина плиты:
Материал плиты – сталь С235 ( для листового проката толщиной20 40 мм).
Высота траверсы находится из условия размещения сварного шва:
Условие выполнено база подкрановой ветви сконструирована.
Расчет анкерных болтов проводят для ветви в которой действует максимальное растягивающее усилие. Для оставшейся ветви болты принимают конструктивно – такими же как в рассчитанной.
Составляется комбинация усилий для сечения 1–1: .
Такой комбинацией будет:
Знак момента означает что усилие действует в наружной ветви поэтому принимаем эту ветвь за расчетную.
Растягивающее усилие в анкерных болтах:
Требуемая площадь сечения болтов:
где – расчетное сопротивление растяжению фундаментных болтов.
Принимаем сталь болтов 09Г2С по табл. 60* [1]: (для d=24 30).
Геометрически площадь болтов:
где – количество болтов.
Выразив из этой формулы диаметр получим при :
Принимаем два болта .
В подкрановой ветви усилие меньше поэтому для нее принимаем такие же болты.
Проектируем стропильную ферму с параллельными поясами (уклон верхнего пояса 25%) из широкополочных двутавров решеткой из гнутозамкнутых профилей. Расчетная схема фермы
Сопряжение ригеля с колонной – жесткое ферма опирается на колонну сбоку.
Ферму разбиваем на две отправочные марки.
Материал поясов и решетки – сталь С245 ( для листового проката толщиной10 20 мм).
Сбор нагрузок на ферму
Постоянная нагрузка.
Нагрузка от массы покрытия .
Узловые сосредоточенные силы:
где – грузовая площадь нагрузка с которой собирается на узел;
– ширина панели покрытия.
Крайние узловые силы приложены к колоннам и в расчете фермы не учитываются.
Коэффициент учитывающий неравномерное распределение снега по покрытию и возможность образования снеговых мешков у перепадов высот (при наличии фонаря) и зависит от конфигурации кровли.
Для зданий без фонарей перепадов высот и углом наклона кровли .
Расчетная нагрузка .
Нагрузка от рамных моментов.
При жестком сопряжении ригеля с колонной в элементах фермы возникают усилия от рамных моментов на опорах. Значения опорных моментов и берут из таблицы расчетных усилий колонны для сечения 4–4 при этом взяв момент для левой опоры нужно определить опорный момент для правой опоры при том же сочетании нагрузок.
При определении опорных моментов следует учитывать первую комбинацию с максимальным по абсолютному значению моментом вызывающую наибольшее растягивающее усилие в крайней панели верхнего пояса и вторую комбинацию моментов без учета снеговой нагрузки для определения возможного сжимающего усилия в нижнем поясе.
(сочетание 1 2 3 –5 8);
Вторая комбинация (то же без учета снеговой нагрузки):
Для определения усилий от опорных моментов удобно построить диаграммы от единичного момента приложенного на левой опоре. Зеркальное отображение этих усилий дает значение усилий в стержнях фермы от единичного момента приложенного к правой опоре.
При вычерчивании фермы за расчетную высоту принимается расстояние между осями поясов. Сумму привязок осей поясов двутаврового сечения к их внешним граням можно принять равной 200 мм.
Расчетные усилия получаются путем умножения значений полученных от загружения фермы единичным моментом на соответствующие величины. Для построения диаграммы единичный момент заменяется парой сил с плечом равным расчетной высоте фермы на опоре:
Вертикальные опорные реакции фермы равны:
где – расчетная длина фермы (расстояние между опорами).
Нагрузка от распора рамы.
В стропильных фермах входящих в состав поперечной рамы возникают усилия от распора (продольная сила в ригеле). По принятому конструктивному решению узла сопряжения фермы и колонны распор рамы воспринимается нижним поясом фермы. Можно принять что усилие в нижнем поясе меняется линейно.
Вторая комбинация (то же без учета снеговой нагрузки):
Определение усилий в стержнях фермы.
Усилия определяются отдельно для каждой нагрузки с помощью построения диаграммы Максвелла-Кремоны.
При вычерчивании фермы за расчетную высоту принимается расстояние между осями поясов. Сумму привязок осей поясов двутаврового сечения к их внешним граням можно принять равной 200 мм. Уклоном фермы пренебрегаем.
Для симметричных нагрузок (постоянная и снеговая) достаточно построить диаграмму усилий только для половины фермы.
Усилия от всех видов загружения сводим в таблицу расчетных усилий в стержнях фермы. Находим суммарные расчетные усилия. Усилия от распора рамы и опорных моментов учитываем только в том случае если они догружают стержень или меняют знак усилия. При учете усилий от опорных моментов снеговая нагрузка вводится с коэффициентом сочетания так как опорные моменты определены от нескольких кратковременных нагрузок.
Таблица 6.1. Расчетные усилия в стержнях фермы
Усилия от постоянной нагрузки
Усилия от снеговой нагрузки
Усилия от опорных моментов
Усилия от распора рамы
Таблица 6.2. Проверка сечений стержней фермы
Подбор сечений стержней фермы.
Результаты вычислений оформляем в виде таблицы 6.2.
Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к поясам фермы.
Сварные швы прикрепляющие стержни решетки к полкам поясов с полным проплавлением стенки профиля рассчитываем как стыковые (согласно п.п.3.1.2[8]).
Результаты вычислений сведены в таблицу 6.3.
Таблица 6.3. Результаты расчета сварных швов
Для I 30Ш1 необходимо рассчитать угловой шов.
Применяем полуавтоматическую сварку в нижнем положении под флюсом сварочной проволокой Св–08ГА диаметр проволоки . При : .
Так как ширина полки двутавра превышает требуемую длину шва принимаем .
Расчет стыковых швов производится по формуле 119 [1] и заключается в сравнении требуемой длины стыкового шва и максимально возможной длины (для данного профиля): где здесь t – толщина стенки профиля.
Расчет укрупнительного стыка фермы.
Верхний узел воспринимает лишь сжимающие усилия поэтому проектируем фланцевый стык на болтах которые принимаем конструктивно: 4 штуки 24 нормальной точности класса 5.6.
Нижний узел воспринимает лишь растягивающие усилия поэтому определим количество болтов требуемое для осуществления стыка.
Растягивающее усилие в нижнем поясе .
Необходимое число болтов:
где – несущая способность одного болта на растяжение.
Принимаем болты нормальной точности d=24 класса 5.6 с .
– расчетное сопротивление болта растяжению принимается по табл.58*[1].
Несущая способность одного болта .
Тогда необходимое число болтов:
Исходя из приемлемых габаритов фланца такое количество болтов недопустимо.
Принимаем болты d=30 класса 6.6 с .
Несущая способность одного болта: .
Принимаем 12 болтов нормальной точности d=30 класса 6.6.
Расчет опирания фермы на колонну.
В узле крепления верхнего пояса рамная сила стремится оторвать фланец от колонны и вызывает его изгиб поэтому болты крепящие фланец к колонне рассчитываем на растяжение.
где – расстояние между осями верхнего и нижнего поясов ;
– опорный момент фермы .
Линия действия силы проходит через центр фланца поэтому усилие растяжения во всех болтах одинаково а необходимое число болтов:
Принимаем 4 болта нормальной точности d=24 класса 5.6.
В нижнем узле действуют сразу несколько сил: горизонтальные силы и от опорного момента и распора рамы прижимающие фланец к колонне и опорное давление которое передается на опорный столик.
Болты крепления фланца к колонне принимаем конструктивно 4 болта нормальной точности d=24.
Принимаем опорный столик из листа давление на него:
где – опорные реакции вызванные постоянной и снеговой нагрузкой в отдельности.
Высота опорного столика принимается исходя из условия размещения сварного шва который крепит столик к колонне:
где – коэффициент учитывающий возможный эксцентриситет передачи нагрузки;
– наименьшее из значений и .
Применяем полуавтоматическую сварку в нижнем положении под флюсом сварочной проволокой Св-08ГА диаметр проволоки . При : .
условие выполняется принимаем опорный столик высотой .
Подкрановая конструкция включает подкрановую балку воспринимающую вертикальные нагрузки от кранов и тормозную балку воспринимающую поперечные горизонтальные воздействия.
Принимаем сечение подкрановой балки в виде симметричного сварного двутавра с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали и швеллера №36 (при шаге колонн 12 м).
Материал балки – сталь С255 ( для листового проката толщиной10 20 мм).
Нагрузки на подкрановую балку: .
Расчетные усилия на колесе крана определяем по формуле:
где – коэффициенты динамичности учитывающие ударный характер нагрузки при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов принимается по табл. 15.1 [3]: при режиме работы кранов 5К независимо от шага колонн;
– коэффициент надежности по нагрузке.
Определяем расчетные усилия. Строим линии влияния момента и поперечной силы возникающих от действия мостовых кранов установленных в невыгоднейшем положении при этом максимальный момент будет определяться по правилу Винклера.
Максимальный момент возникает в сечении близком к середине пролета (поэтому можно определять значение пользуясь линией влияния момента в середине пролета при этом погрешность не превысит 2%).
Расчетный момент от вертикальной нагрузки:
где учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке;
– коэффициент сочетания .
Расчетный момент от горизонтальной нагрузки:
Для определения максимальной поперечной силы загружаем линию влияния поперечной силы на опоре.
Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил:
Подбор сечения балки.
По принятому ранее сечению рассчитаем требуемую высоту подкрановой балки.
Из условия общей прочности выразим требуемый момент сопротивления:
где – коэффициент учитывающий влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжение в верхнем поясе подкрановой балки определяется так:
где – высота подкрановой балки принятая ранее при компоновке поперечной рамы ;
– ширина сечения тормозной конструкции .
Тогда требуемый момент сопротивления:
Так как на экономичность сечения большое влияние оказывает соотношение между высотой и толщиной стенки то задаемся гибкостью стенки балки и по зависимости оптимальной высоты балки от заданной гибкости стенки найдем:
Минимальную высоту балки найдем из условия предельного прогиба (жесткости):
где – момент от загружения балки одним краном определяется по линии влияния момента:
где – сумма ординат линии влияния при нагрузке от одного крана.
– предельно допустимый прогиб подкрановой балки для кранов режима работы 1–6К принимается по табл. 19 [2].
Значение минимальной высоты балки:
Наиболее целесообразно принимать высоту балки близкой к поэтому принимаем (кратно 10 см).
Задаемся толщиной полок .
Тогда высота стенки:
Из условия среза стенки силой требуемая толщина стенки:
Принимаем стенку толщиной гибкость .
Размеры поясных листов
Принимаем пояс из листа сечения 48020.
Фактическая площадь пояса .
Устойчивость пояса будет обеспечена из условия
По полученным данным скомпонуем сечение балки.
Проверка прочности сечения.
Определяем геометрические характеристики принятого сечения относительно оси х–х.
Момент инерции и момент сопротивления:
Геометрические характеристики тормозной балки (в состав тормозной балки включаются верхний пояс подкрановой балки тормозной лист и швеллер) относительно оси у–у.
Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести:
Нормальные напряжения в верхнем поясе (точка А):
Прочность обеспечена так как выполняется условие:
Прочность стенки на действие касательных напряжений обеспечена так как принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.
Жесткость балки также обеспечена принятой высотой .
Проверяем прочность балки от действия местных напряжений под колесом крана:
где – коэффициент увеличения нагрузки на колесе учитывающий возможное перераспределение усилий и динамический характер нагрузки принимается для кранов нормального режима ;
– условная расчетная длина распределения усилия зависит от жесткости пояса рельса и сопряжения пояса со стенкой определяется как:
где – коэффициент учитывающий степень податливости сопряжения пояса и стенки принимается для сварных балок ;
– сумма собственных моментов инерции пояса и кранового рельса
где – момент инерции рельса (по табл. 2 ГОСТ 4121-96).
Получаем условную длину:
Также стенку подкрановой балки следует проверить на совместное действие нормальных касательных и местных напряжений на уровне верхних поясных швов:
где – при расчете разрезных балок.
Касательные напряжения найдем по формуле:
Тогда общее напряжение:
СНиП II–23–81*. Стальные конструкции. Введ. 01.01.82 М.: Стройиздат 2010.–96 с.
СНиП 2.01.07–85*. Нагрузки и воздействия. Введ. 01.01.87 М.: Стройиздат 2010.–36 с.
Кудишин Ю.И. и др. Металлические конструкции учебник под ред. Ю.И.Кудишина. М.: издательский центр «Академия» 2010. –688 с.
Шагивалеев К.Ф. Статический расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания учебное пособие. – СГТУ 1995. –72 с.
Сычев И.И. Шагивалеев К.Ф Компоновка каркаса одноэтажного производственного здания методические указания. – СГТУ 1983. –32 с.
Сахновский М.М. Легкие конструкции стальных каркасов зданий и сооружений К.: «Будiвельник» 1984. –160 с.
Нилов А.А. и др. Стальные конструкции производственных зданий справочник. – К.: «Будiвельник» 1986.– 272 с.
Руководство по проектированию стальных конструкций из гнутосварных замкнутых профилей Госстрой СССР М.: Стройиздат 1978.–44 с.
up Наверх