Курсовой проект 'Проектирование стального каркаса (рамы) одноэтажного пром здания'

Колонна.dwg

Примечание: 1. Маркерровку разреза А-А см. лист КМД-1. 2. Все неоговореные сварные швы равны 6 мм. 3. Условия поставки материалов см. лист КМД-2. 4. На разрезе А-А покрытие здания из профилированного настила.
Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания

Диаграмма Максвела-кремона.dwg

ФЕРМА_24.dwg

ОГАСА ПГС-402 №99072
Проектирование стального каркаса
Отправочная марка фермы ОФ1
промышленного здания
одноэтажного однопролётного
Кафедра металлических
Материал стержней фермы- сталь марки С 285 по ТУ 14-1-3023-80.
Соединительные прокладки (22-25) ставить на равных расстояниях.
Катет сварных швов 4 мм
Болты нормальной точности М20 из стали класса 4.6 по
СО проволокой С-08Г2С диаметром d=1.4-2 мм.
Сварка полуавтоматическая. Заводские швы выполнятьв среде
ГОСТ 1759-70(с изм.).
Масса наплавляемого металла 1.5%
Монтажная схема см. на листе Км-1.
Геометрическая схема фермы
Таблица отправочных марок
Материал стержней фермы- сталь марки С 235 по ТУ 14-1-3023-80.
Соединительные прокладки (20-24) ставить на равных расстояниях.
Болты нормальной точности М20 .
Сварка ручная Э46. Заводские швы выполнять в среде
Монтажная схема см. на листе КМД-1.
Отправочная марка фермы ОФ1 (M 1:50)
узлы (М 1:10) Геометрическая схема фермы (M 1:100)
Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания
Спецификация стали на 1 штуку каждой марки
Масса наплавленного метала 1.5%
Геометрическая схема фермы (усилия в кН
размеры в мм) M 1:100
Проектирование стальн. каркаса
одноэтажного однопролетного

Эпюры.dwg

Металы ПЗ 2 семестр.docx

Исходные данные для проектирования
Исходные данные используемые при расчете:
пролет поперечной рамы каркаса - L=24 м;
шаг поперечных рам - В=12 м;
отметка верха кранового рельса – H1=84 м;
длина здания – 108м;
грузоподъемность крана - Q=50125 т;
режим работы крана - 5к;
несущие элементы кровли – Спн
утеплитель : толщина – мп 200 мм; плотность – ρ= 3 кНм3 ;
район строительства - г.Запорожье
тип местности - «III»;
материал конструкций: ферм и колонн - сталь С235;
фундаментов - бетон класса В15.
Высота крановой рейки
Высота подкрановой балки при шаге колонн
Компоновка металлических конструкций каркаса промздания
1.Определение основных размеров поперечной рамы каркаса
На основании исходных данных указанных в задании на выполнение курсового проекта используя основные положения по унификации объемно- планировочных и конструктивных решений промышленных зданий а также литературы по металлическим конструкциям принимаем конструктивные решения по выбору несущих и ограждающих конструкций и производим привязку их к разбивочным осям здания.
а)Принимаем привязку а0 наружной грани колонны к разбивочной оси.
Принимаем привязку а0 = 250 мм.
б)Определение вертикальных габаритов поперечной рамы
H2 = Hcr +100 мм + f = 3150 мм +100 мм + 150 мм = 3400 мм
где Hcr - высота мостового крана расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана;
0 мм - размер безопасного зазора между верхней точкой тележки крана и низом конструкции покрытия;
f - размер учитывающий прогиб конструкции покрытия (ферм связей); принимается равным 200 400 мм в зависимости от пролета.
Окончательно размер Н2 принимается кратным 200 мм.
Принимаем Н2 = 3400 мм - высоту от головки кранового рельса до низа несущей конструкции покрытия.
Определяем полную высоту цеха Н0 - расстояние от пола цеха до низа несущей конструкции покрытия у колонны:
Н0 = Н1+Н2= 8400 мм + 3400 мм = 11800 мм.
Размер Н0 в соответствии с требованиями унификации [4] и стандартов ограждающих конструкций (стеновых панелей) принимается кратным 12 м либо 18 м (Н0 108 м - кратность 12 м; Н0 > 108 м - кратность 18 м).
Принимаем полную высоту цеха Н0 = 12600 мм.
Длина верхней части колонны Нв. Этот размер определяется расстоянием от низа подкрановой балки до низа фермы:
Нв = Н2 + hпб + hр= 3400 мм + 1600 мм + 130 мм = 5130 мм
где hпб - высота подкрановой балки принимается согласно ГОСТа на краны hпб = 1600 мм;
hр - высота кранового рельса.
Принимаем длину верхней части колонны Нв = 5130 мм.
Длина нижней части колонны Нн определяется расстоянием от низа базы колонны до низа подкрановой балки:
Нн = Н0 –Нв + hб = 12600 мм - 5130 мм + 800 мм = 8270 мм
где hб - заглубление базы колонны ниже уровня пола цеха принимается ориентировочно равным 600 1000 мм.
Принимаем длину нижней части колонны Нн = 8270 мм.
Рис. 1.1. Схема поперечной рамы однопролетного здания
Определение высоты поперечного сечения колонны
а)Высота hв сечения верхней части колонны определяется из условия обеспечения необходимой жесткости колонны и должна быть равной не менее 112Нв. Высоту сечения верхней части колонны принимают равной 450 или 700 мм.
hв= Нв= · 5130мм= 4275 мм 450 мм
Принимаем высоту сечения верхней части колонны hв = 450 мм.
б)Высота hн сечения нижней части колонны - назначается в зависимости от грузоподъемности крана и высоты цеха не менее 120 Нн и равна:
hн = L1+ а0= 750 мм + 250 мм = 1000 мм
где L1- унифицированный размер между разбивочной осью колонны и осью подкрановой балки:
а0 - привязка наружной грани колонны к разбивочной оси.
Принимаем высоту сечения нижней части колонны hн = 1000 мм.
Рис. 1.2. Сечения верхней и нижней частей колонны
2.Расчетно-конструктивная часть
Расчет поперечной рамы каркаса промышленного здания состоит из следующих этапов:
составление расчетной схемы;
определение нагрузок действующих на раму и статический расчет рамы - определение усилий в элементах рамы (колоннах и ригеле) от действующих нагрузок;
определение расчетных усилий в колонне рамы в соответствии с возможными сочетаниями действующих нагрузок;
расчет колонны рамы;
расчет решетчатого ригеля рамы т.е. стропильной фермы.
2.1.Определение нагрузок действующих на раму
Сбор нагрузок от покрытия
Коэффициент надежности по нагрузке
(1 = 30 мм р = 21 кНм3)
(И = 200 мм р = 3 кНм3)
Пароизоляция из одного слоя рубероида
Профилированный настил
Собственный вес металлоконструкций шатра (стропильных ферм фонарей и связей)
Всего с учетом коэффициента надежности по назначению уп = 095
Расчетная нагрузка на единицу длины ригеля будет равна:
Предельное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия (конструкции) вычисляется по формуле:
где - коэффициент надежности по предельному расчетному значению снеговой нагрузки = 104;
- характеристическое значение снеговой нагрузки определяемое в зависимости от снегового района строительства по карте
С - коэффициент определяется по формуле:
- коэффициент перехода от веса снегового покрова на поверхности земли к снеговой нагрузке на покрытие определяется в зависимости от формы кровли и схемы распределения снеговой нагрузки. В данном примере ц принимаем равным 1;
- коэффициент учитывающий влияние режима эксплуатации на накопление снега на кровле (очистку таяние и т.п.) и устанавливается заданием на проектирование. В курсовом проекте принят равным 1;
- коэффициент учитывает высоту Н (в километрах) размещения строительного объекта над уровнем моря = 1 (при Н 05 км).
При расчете рамы рассматривают раздельно ветровую нагрузку на колонны рамы и на ригель рамы.
)Ветровая нагрузка на колонны рамы передается панелями стенового ограждениями как равномерно распределенная.
Предельное расчетное значение равномерно распределенной ветровой нагрузки на колонну рамы определяется по формуле:
Рис.1.3. Эпюра воздействия ветра
где - коэффициент надежности по предельному расчетному значению ветровой нагрузки принимаем = 1035;
- характеристическое значение ветрового давления которое определяется в зависимости от ветрового района строительства по карте;
С - коэффициент определяемый по формуле:
Саег - аэродинамические коэффициенты [2] определяется в зависимости от формы сооружения Се1 = 08 с наветренной стороны Се2 = 06 с заветренной стороны: эти коэффициенты учтены в программе статического расчета рамы поэтому Саег принимаем равным 1.
- коэффициент высоты сооружения учитывающий увеличение ветровой нагрузки в зависимости от высоты конструкции или рассматриваемой ее части над поверхностью земли (Z) и типа окружающей местности.
=188 (для отметки низа фермы Н0 = 126 м);
= 214(для отметки верха(конька) шатра Н0+Нш=126 м+333м=1593 м);
Высота над поверхностью земли Z м
- коэффициент географической высоты учитывает высоту Н (в километрах) размещения строительного объекта над уровнем моря при Н 05 км = 1;
- коэффициент рельефа = 1 за исключением случаев когда объект расположен на холме или склоне;
- коэффициент направления который учитывает неравномерность ветровой нагрузки по направлениям ветра и как правило принимается равным единице;
- коэффициент динамичности который учитывает влияние пульсационной составляющей ветровой нагрузки и пространственную корреляцию ветрового давления. В курсовом проекте может быть принят равным 1;
в) Ветровая нагрузка на шатер каркаса
Ветровая нагрузка расположенная выше нижнего пояса стропильных ферм приводится к сосредоточенной силе условно приложенной к нижнему поясу фермы определяется по следующей формуле:
где і=15% - уклон поясов фермы;
Нф - высота фермы Нф = 315 м;
Рис.1.4. Схема размещения четырехколесных кранов
3.Расчетные предельные значения нагрузок на колонну от мостовых кранов:
а)максимальное давления крана Dтах:
где - коэффициент надежности по предельному расчетному значению крановой нагрузки определяется в зависимости от заданного среднего периода повторяемости Т =11 :
- коэффициент сочетаний крановых нагрузок:
у = 085 - для групп режимов работы кранов 1К - 6К;
- характеристическое значение вертикальной нагрузки передаваемой колесами крана на балки кранового пути максимальное вертикальное давление колеса крана –
- характеристическое значение вертикального давления на колесо на более нагруженной стороне крана;
- сумма ординат линии влияния.
б)минимальное давление крана :
- минимальное вертикальное давление колеса крана;
Q - грузоподъемность крана кН (т.1.2);
- масса крана с тележкой кН (т.1.2);
пк - количество колес крана на одном крановом рельсе.
в)горизонтальная поперечная нагрузка Hm от боковой силы крана:
где - характеристическое значение боковой силы от одного крана наиболее неблагоприятного по воздействию из кранов расположенных на одном крановом пути; для четырехколесных мостовых кранов определяется как и :
характеристическое значение горизонтальной нагрузки четырехколесных мостовых кранов направленной поперек кранового пути и вызываемой перекосами мостовых электрических кранов и непараллельностью крановых путей (боковая сила) для колеса крана:
а - коэффициент принимаемый равным 003 при центральном приводе механизма передвижения;
В L - соответственно база и пролет крана (В=К L=Lcr из ГОСТ стандарта на краны);
- сумма ординат линии влияния опорных реакций подкрановых балок от одного четырехколесного крана;
(или = 01 - в случае когда это более невыгодно).
Горизонтальная поперечная нагрузка Нт включает в себя боковые силы Нк и Нс приложенные к соответствующим колесам крана.
Для расчета поперечной рамы выбраем из возможных схем приложения боковых сил Ни и Нс наиболее невыгодную схему загрузки линии влияния .
Для приведенной предельная расчетная горизонтальная нагрузка на колонну от боковых сил равна:
-где - ординаты линии влияния опорных реакций подкрановых балок;
4.Исходные данные для статического расчета рамы на ЭВМ
Наименование величины
Длина подкрановой части колонны
Длина надкрановой части колонны
Высота сечения подкрановой части колонны
Высота сечения надкрановой части колонны
Постоянная нагрузка на ригель
Снеговая нагрузка на ригель
Максимальное давление кранов на колонну
Минимальное давление кранов на колонну
Горизонтальная поперечная нагрузка
Ветровая равномерно распределенная нагрузка
Ветровая сосредоточенная нагрузка
Расчетное сопротивление материала конструкции
Рис. 1.5.1 Эпюры усилий возникающих в сечениях рамы
Рис. 1.5.2 Эпюры усилий возникающих в сечениях рамы
5.Определение расчетных усилий в колонне рамы
Одноступенчатые колонны рамы состоят из двух частей: надкрановой и подкрановой. Так как наибольшие усилия M и N от различных загружений рамы возникают по концам указанных частей колонн (см. эпюры на рис. 1.5.1 и рис.1.5.2) определение расчетных усилий производят:
- для подкрановой части колонны:
– на уровне сопряжения колонны с фундаментом;
– на уровне опирания подкрановой балки;
- для надкрановой части колонны:
– на уровне сопряжения надкрановой и подкрановой частей колонны;
– на уровне нижнего пояса фермы.
Расчетные усилия для подбора сечений верхней и нижней части колонны:
для верхней части колонны:
для нижней части колонны:
Подбор сечения колонны производим по расчетным усилиям M и N полученным из статического расчета рамы. При этом предварительно определяем расчетные длины участков колонны в плоскости и из плоскости рамы в зависимости от принятой конструктивной схемы каркаса здания.
Расчет колонны рамы выполняется в такой последовательности:
1Определение расчетных длин подкрановой и надкрановой частей колонны
Устойчивость сжато-изогнутого стержня колонны рамы зависит от соотношения погонных жесткостей и усилий от геометрических длин надкрановой и подкрановой частей колонны и условий закреплений ее концов которые учитываются при определении расчетных длин стержня колонны коэффициентами и .
Коэффициент расчетной длины нижнего участка колонны для принятой расчетной схемы рамы (рис. 1.3) определяется по таблице 3 Приложения (т. Т.2 Приложения [1]) в зависимости от двух параметров " и " которые определяются по следующим формулам:
моменты инерции подкранового и надкранового участков колонны (по результатам статического расчета) см4;
геометрические длины подкранового и надкранового участков колонны (рис. 1.12)см;
продольные усилия в верхнем и нижнем участках колонны (из выбранных расчетных комбинаций усилий кН;
Коэффициент расчетной длины для верхнего участка колонны определяется из соотношения:
Таким образом расчетные длины надкранового и подкранового участков колонны в плоскости рамы (в плоскости действия расчетных изгибающих моментов) будут соответственно равны:
Расчетные длины участков колонны из плоскости рамы принимаем равными геометрическим расстояниям между закреплениями этих участков колонны от их смещения из плоскости рамы. Для рассматриваемого нами случая расчетные длины колонны из плоскости рамы для нижнего и верхнего участков соответственно равны:
2Подбор сечения верхней части колонны
Подбор сечения верхней части колонны производится в такой последовательности:
а)определение требуемой площади сечения колонны;
б)компоновка сечения колонны из двутавра и определение его геометрических характеристик;
в)проверка устойчивости колонны в плоскости рамы;
г)проверка устойчивости колонны из плоскости рамы;
а) Определение требуемой площади поперечного сечения колонны.
Требуемую площадь поперечного сечения колонны можно ориентировочно определить по формуле:
эксцентриситет приложения расчетной продольной силым;
расчетные усилия для верхней частей колонны соответственно в кН и кН·м;
коэффициент условий работы определяется по таблице4 Приложения (т.1.1.1 [1]);
высота сечения составного двутавра верхней части колонны в м (принималась при компоновке рамы см. рис. 1. 6);
расчетное сопротивление стали в кНсм2 принимается по таблице 5 Приложения (т. Е.2 Приложения [1])
Рис. 2.1. Схема сечения сварного двутавра
б)Компоновка поперечного сечения колонны
При компоновке размеров поперечной рамы каркаса сечение верхней части колонны принимается из сварного двутавра составленного из трех листов (рис. 2.1).Для определения размеров листов сечения сварного двутавра используем приведенные в Приложении МУ (табл. 6) сечения составных двутавров с номинальной высотой . Тогда процесс компоновки сечения колонны сводится к подбору из таблицы Приложения 6 с площадью сечения ближайшей большей по величине к ориентировочно требуемой и с радиусами инерции и сечения не меньшими чем вычисленными по формулам:
предельная гибкость колонны при сжатии принимается :
коэффициент который принимается не менее 05; на предварительном этапе принимаем .
Принимаем двутавр 45 № 16:A = 176см2 hw×tw = 420× 8 bf×tf = 360 мм · 20 мм Ix = 67819 см4 Wx = 3083 см3 ix = 196 см iy = 94 см.
Определим гибкость колонны:
в)Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости рамы
Проверка устойчивости внецентренно сжатых колонн в плоскости действия момента совпадающего с плоскостью симметрии и большей жесткости сечения выполняется по формуле:
Коэффициент определяют по таблице 9 Приложения (т.К.3 [1]) в зависимости от значений условной гибкости и приведенного относительного эксцентриситета который вычисляется по формуле:
коэффициент влияния формы сечения;
относительный эксцентриситет;
момент сопротивления сечения вычисляемый для наиболее сжатого волокна;
Дляпринимаемпо по таблице 9 Приложения (т.К.3Приложения [1]) интерполируя.
Условие не выполняется принимаем двутавр с большей площадью поперечного сечения.
Принимаем двутавр 45 № 17 :A = 184 см2 hw×tw = 400 × 8 bf×tf = 380 ×20 Ix = 71349 см4 Wx = 3243см3 ix = 197 см iy = 100 см.
Дляпринимаемпо таблице 9 Приложения (т.К.3Приложения [1]) интерполируя.
Условие устойчивости колонны в плоскости рамы выполняется принимаем двутавр 45 № 17 : A = 184 см2 hw×tw = 400 × 8 bf×tf = 380 ×20 Ix = 71349 см4 Wx = 3243см3 ix = 197 см iy = 100 см.
г)Проверка устойчивости колонны из плоскости рамы
Проверка устойчивости внецентренно сжатых колонн из плоскости действия момента выполняется по формуле:
коэффициент устойчивости при центральном сжатии;
Коэффициент с определяется в зависимости от относит. эксцентриситета mx :
коэффициенты определяемые по т. 2.2.2 [1];
Схема сечения и эксцентриситет
Значения коэффициентов
коэффициент устойчивости при изгибе;
Коэффициент (таблица П.1 Приложения [1]) при для составных сварных двутавров со сварными поясными соединениями
расстояние между осями поясов;
необходимо определить при;
необходимо определить при ;
максимальный изгибающий момент который возникает в границах средней трети геометрической длины рассчитываемого участка колонны (рис. 2.2) который должен быть не менее половины в кН·м;
Рис. 2.2. Определение момента в средней трети длины колонны
максимальный расчетный момент в сечении 4-4 колонны;
изгибающий момент в сечении 3-3 колонны от суммарного действия тех же загружений от которых получено значение момента
Коэффициент принимаем по таблице 11 Приложения (т.К.1Приложения [1])
Условие устойчивости колонны из плоскости рамы выполняется.
3Подбор сечения нижней части колонны сквозного сечения
При высоте сечения колонны (высоте сечения) ее выполняют сквозного сечения состоящей из двух ветвей связанных между собой раскосной решеткой.
На рис. 2.3 показан вариант поперечного сечения внецентренно нагруженной колонны из составного швеллера (из двух равнобоких уголков и листа по сортаменту ГОСТ 8239-89 или ГОСТ 26020-83) и двутавра. Подкрановую ветвь колонны проектируют из прокатного двутавра а внешнюю ветвь из составного швеллера.
Рис. 2.3. К расчету колонны:
а) конструктивная схема; б) сечение нижней части колонны
Колонна сквозного сечения при соединении ветвей с помощью уголковой решетки рассматривается как ферма с параллельными поясами. От действующих в колонне усилий M и N в ее ветвях возникают только продольные силы. Поперечная сила Q в сечениях колонны полностью воспринимается решеткой колонны.
Порядок расчета колонны сквозного сечения:
а) определение расчетных продольных усилий в ветвях колонны;
б) подбор сечения подкрановой ветви колонны и проверка ее устойчивости из плоскости и в плоскости рамы;
в) подбор сечения наружной ветви колонны и проверка ее устойчивости из плоскости и в плоскости рамы;
г) расчет соединительной решетки ветвей колонны;
д) проверка устойчивости колонны как единого стержня в плоскости рамы;
е) проверка соотношений жесткостей (моментов инерции сечений) нижней и верхней частей колонны с полученными в результате статического расчета.
а)Определение расчетных усилий в ветвях колонны
Расчетные продольные усилия в наружной и подкрановой ветвях колонны (и) находим из полученных в табл. 1.5.2 комбинаций усилий M и N в сечениях колонны для которых получается значение суммы наибольшим для каждой ветви в отдельности .
Такими комбинациями усилий M и N являются:
для проверки устойчивости колонны как единого стержня
Поскольку сечение колонны несимметричное необходимо определить положение центра тяжести сечения колонны.
расстояние между центрами тяжести сечений ветвей колонны
(размер z2 сначала принимается ориентировочно равным 3 4 см а при сечении наружной ветви из прокатного двутавра – 10 см);
Тогда расчетные значения усилий в ветвях колонны будут равны:
- для подкрановой ветви
- для наружной ветви
б)Подбор сечения подкрановой ветви колонны
Подкрановая ветвь колонны принимаем из прокатного двутавра и рассчитываем на устойчивость как центрально сжатый стержень сначала из плоскости рамы (относительно оси y-y рис. 2.3) а затем в плоскости рамы относительно оси x1-x1.
Определяем ориентировочно требуемую площадь ветви колонны:
коэффициент устойчивости которым сначала следует задаться ориентировочно в пределах 06 08;
Принимаем двутавр принимаем двутавр № 55: A = 118 см2Ix = 55962 см4 Iу = 1356 см4 ix = 218 см iy = 339 см.
Определяем гибкость принятого сечения подкрановой ветви колонны из плоскости рамы.
Условная гибкость стержня
Коэффициент устойчивости определяется интерполяцией по таблице 11 Приложения (т.К.1Приложения [1]). Для тип кривой устойчивости “b” принимаем интерполируя.
Предельно допустимая гибкость
Проверяем устойчивость подкрановой ветви колонны из плоскости рамы:
Проверка устойчивости принятого сечения двутавра в плоскости рамы.
Она зависит от назначаемого расстояния lв (рис. 2.3) между узлами присоединения элементов соединительной решетки колонны. Тогда гибкость подкрановой ветви колонны в плоскости рамы:
Условная гибкость стержня .
Проверяем устойчивость подкрановой ветви колонны в плоскости рамы:
Проверки выполняются однако сечение подобрано неэффективно – с запасом 18% прочности.
Уменьшаем № дутавра принимаем двутавр № 50: A = 100 см2Ix = 39727 см4 Iу = 1043 см4 ix = 199 см iy = 323 см.
Проверяем устойчивость подкрановой ветви колонны из плоскости:
Условия устойчивости подкрановой ветви колонны в плоскости и из плоскости рамы выполняется.
в)Подбор сечения наружной ветви колонны
Наружная ветвь колонны как и подкрановая рассчитывается как центрально сжатый стержень.
Определяем ориентировочно требуемую площадь сечения ветви колонны.
Компонуем сечение наружной ветви колонны из листа по таблицам 16 а 16 б Приложения и двух равнополочных уголков по таб. 17 Приложения (рис. 2.4.) при условии что их общая площадь сечения больше либо равна требуемой.
Ширину листа bл принимаем на 50 мм меньше высоты сечения двутавра подкрановой ветви.
Рис. 2.4 Схема компоновки сечения наружной ветви колонны
Принимаем лист с размерами сечения:
Определяем требуемую площадь поперечного сечения уголков:
Принимаем два равнополочных уголка № 125 х 12: Aуг = 289 см2
Ix = 422 см4 Iу = 1744 см4 z0 = 353 см. ix = 382 см.
Определяем скомпонованную площадь сечения наружной ветви колонны:
Уточняем привязку оси x2 (рис. 2.4) наружной ветви колонны к её наружной грани:
Определяем моменты инерции сечения наружной ветви колонны относительно осей Y и X2:
Вычисляем радиусы инерции ветви колонны:
Определяем гибкости ветви колонны:
Проверяем устойчивость наружной ветви колонны:
Коэффициент устойчивости определяется интерполяцией по таблице 11 Приложения (т.К.1Приложения [1]). Для тип кривой устойчивости “c” принимаем интерполируя.
Условия выполняются устойчивость наружной ветви колонны в плоскости и из плоскости рамы обеспечена.
г)Расчет соединительной решетки ветвей колонны
Раскосы соединительной решетки воспринимают поперечную силу значение которой определяется по табл. 1.5.1 в сечении 1-1 колонны. Для этого выбираем комбинацию нагрузок при которой поперечная сила в колонне будет максимальной.
определяется по табл. 1.5.1 в сечении 1-1 колонны ;
Такая комбинация нагрузок обычно состоит из постоянной нагрузки и четырех переменных (снеговой ветровой а также вертикальной и боковой крановых).
Расчет элементов соединительной решетки стержней составного сечения необходимо выполнить как для элементов и плоских ферм.
подбор элементов решетки выполняем по.
Для решетки (рис. 1.4.2. [1]) усилия в раскосе определяется по формуле:
Условная поперечная сила приходящаяся на одну плоскость решетки ;
коэффициент для треугольной решетки =1
сечение нижней части колонны;
Находим требуемую площадь сечения раскоса:
коэффициент условий работы определяется по таблице4 Приложения (т.1.1.1 [1]) ;
задается в пределах 07 09;
Исходя из требуемой площади раскоса принимаем его сечение из равнополочного уголка. Из сортамента выписываем его площадь сечения Aр и радиус инерции imin (относительно оси у0 в сортаменте уголка).
Принимаем равнополочный уголок № 160 х 12:Ad = 374см2iy0 = 317 см4.
Определяем расчетную длину раскоса гибкостьраскоса и условную гибкость раскоса:
Производим проверку устойчивости раскоса:
Проверка выполняется.
Стойки соединительной решетки (рис. 2.3) рассчитываем на условную поперечную силу .
Определяем требуемый радиус инерции сечения стойки:
По значению требуемого радиуса инерции из сортамента выбираем равнобокий уголок при условии что радиус инерции уголка .
Принимаем равнополочный уголок № 40 х 4:А = 308 см iy0 = 078 см.
д)Проверка устойчивости колонны как единого стержня в плоскости рамы
Определение геометрических характеристик всего сечения колонны (рис. 2.3):
- площадь всего сечения колонны
- момент инерции сечения колонны относительно оси Х-Х
- радиус инерции сечения колонны
уточненное положение центра тяжести всего сечения колонны (привязка оси Х-Х к осям ветвей колонны);
уточненное расстояние между ветвями колонны с учетом вычисления z2по формуле (2.42);
Находим гибкость стержня колонны относительно свободной оси Х-Х:
Тогда приведенная гибкость стержня колонны с учетом податливости решетки по таблице 18 Приложения (табл. 1.4.2. [1]):
коэффициент зависящий от угла наклона раскосов решетки:
Определяем условную приведенную гибкость колонны:
Вычисляем относительный эксцентриситет для комбинации усилий вызывающих наибольшее сжатие в одной из ветвей колонны. Обычно наиболее сжатой ветвью является наружная ветвь колонны (см. табл. 1.5.1 1.5.2). По этой комбинации усилий Mн и Nн производим определение относительного эксцентриситета mx и проверку устойчивости сечения колонны в целом.
Относительный эксцентриситет для наружной ветви колонны находим по формуле:
Затем производим проверку устойчивости колонны как единого стержня в плоскости рамы:
коэффициент который определяется по таблице 19 Приложения (т. К.4 Приложения [1]);
Для принимаем интерполируя.
Условие устойчивости колонны как единого сжатого стержня в плоскости рамы выполнено.
е)Проверка соотношения жесткостей (моментов инерции сечений) нижней и верхней частей колонны
- принято по результатм статического расчета рамы;
- фактические полученные при подборе сечений колонны Iх.в – из табл. 6 или 7 Приложения) Iх.н – по формуле 2.52.
Расхождение значений и составляет:
Проверка соотношений жесткостей нижней и верхней частей колонны выполнена.
4Расчет и конструирование базы колонны
База колонны – нижняя часть колонны передающая нагрузку от стержня колонны на фундамент имеет в своем составе такие основные элементы: опорную плиту траверсы и ребра жесткости анкерные болты.
Размеры элементов базы колонны определяются расчетами по максимальным усилиям в сечении 1-1 колонны. Конструктивное решение базы зависит от типа сечения колонны и должно обеспечивать удобство производства сварки всех сварных швов соединяющих ее элементы.
Рис. 2.5. Раздельная база решетчатой колонны
а)Определение максимальных усилий в ветвях колонны в сечении 1-1
Комбинации нагрузок которые дают наибольшие усилия в ветвях колонны в сечении 1-1 определяются из таблиц 1.5.1 и 1.5.2 для каждой ветви будут различными.
Наибольшее усилие в наружной ветви колонны возникает при совместном действии нагрузок которые вызывает в сечении 1-1 положительный изгибающий момент (+M догружающий наружную ветвь) а в подкрановой ветви колонны – при комбинации нагрузок вызывающий отрицательный изгибающий момент (-M догружающий подкрановую ветвь).
Максимальные усилия в ветвях колонны можно определить по следующим формулам:
б)Определение размеров опорных плит ветвей колонны
Требуемая площадь опирания плиты на железобетонный фундамент:
- для наружной ветви колонны
Здесь – расчетное сопротивление бетона фундамента смятию принимается в пределах (05 09) кНсм2.
– усилия в ветвях колонн в кН.
Компоновка размеров длины и ширины опорных плит ветвей.
Ширину опорных плит для обеих ветвей колонны принимают одинаковой и равной высоте двутавра подкрановой ветви колонны плюс два свеса " по (50 80) мм (рис. 2.5).
Длина опорных плит ветвей колонн определяется исходя из требуемой площади:
Окончательно размеры и принимаем кратными 20 мм.
Определение толщины опорной плиты базы колонны производится из условия ее работы на изгиб от действия отпора (реактивного давления) фундамента. Для этого необходимо определить максимальные изгибающие моменты на каждом участке опорной плиты (номера участков на рис. 2.5 обозначены цифрами в кружках).
Реактивный отпор фундамента под опорной плитой равномерно распределен по всей поверхности плиты на ее контакте с бетоном фундамента и равен:
Изгибающие моменты на участках опорной плиты: Участки 1 и 2.
Опорная плита на этих участках работает как консольная балка. При ширине такой условной балки 1 см
вылет консольного участка плиты определяется по таблице 20 Приложения (т. Н.1 Приложения[1]);
tл – по рис. 2.5; tтр ~16 мм
размер участка плиты определяется по таблице 21 Приложения (т. Н.2 Приложения[1]);
На этом участке опорная плита опирается на 4 стороны. Изгибающий момент определяется по формуле:
По наибольшему из полученных изгибающих моментов определяем толщину опорной плиты по формуле:
в)Расчет и конструирование траверс
Траверса работает на изгиб от реактивного отпора фундамента. При соблюдении приведенных ранее рекомендаций определения размера напряжения в траверсе от изгиба обычно невелики поэтому размеры траверс назначаются конструктивно.
Толщина траверсы принимается конструктивно в пределах (12 16) мм кратно 2 мм в зависимости от размера катета углового сварного шва приварки траверс к ветви колонны с учетом условия:
Принимаем kf = 12 мм.
коэффициент который зависит от вида сварки определяется по таблице 22 Приложения (т. 1.12.2 [1]);
расчетное сопротивление срезу по металлу шва определяется по таблице 24 Приложения (т. Ж.2 Приложения [1]);
Принимаем толщину траверсы .
г)Расчет фундаментных болтов
Фундаментные болты воспринимают растягивающие усилия возникающие в результате действия изгибающих моментов в опорном сечении 1-1 колонны. Устанавливаются анкерные болты по осям ветвей колонны.
Определяем усилие в фундаментных болтах для наиболее растянутой ветви колонны:
расстояние от растянутой ветви колонны до оси колонны (y1или у2 рис. 2.5);
усилия в сечении 1-1 колонны от сочетания нагрузок которое дает максимальную величину изгибающего момента при минимальном продольном усилии.
Эту комбинацию сочетаний нагрузок следует определить используя данные загружений колонны табл. 1.5.2 в сечении 1-1 колонны.
Определяем требуемую площадь сечения нетто одного фундаментного болта (по резьбе болта):
расчетное сопротивление фундаментных болтов на растяжение определяется по табл. 25 Приложения (т. Ж.4 Приложения [1]);
количество болтов в растянутой зоне базы колонны - 2.
Рекомендуемые диаметры фундаментных болтов приведены в приложении в таблице 26.
Принимаем болт d=64 мм Ав =252 см2.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ
Решетчатые конструкции работающие на изгиб называются фермами. Фермы состоят из отдельных стержней соединяющихся в узлах и образующих геометрически неизменяемую систему. Если ферма в целом работает на изгиб то во всех ее конструктивных элементах возникают только продольные усилия сжатия или растяжения.
Стальные фермы получили широкое применение: они служат несущими конструкциями покрытий (реже перекрытий) производственных и гражданских зданий пролетными строениями мостов и эстакад; входят в состав стволов радио и телебашен мачт стрел грузоподъемных механизмов и т. д. По расходу металла фермы экономичнее балок но более трудоемки в изготовлении. Для облегчения проектирования снижения стоимости и трудоемкости изготовления и монтажа наиболее часто применяемые в строительстве фермы унифицированы. В основу унификации положен единый размер панели верхнего пояса единая высота на опоре для ферм различных пролетов.
Пролеты ферм также подчинены единому модулю – 6000 мм. Для различных типов покрытий разработаны серии типовых проектов ферм пролетами от 18 до 36 м.
Ферма включает три основных конструктивных элемента – верхний и нижний пояса и решетку состоящую из раскосов и стоек. Расстояние между узлами поясов фермы называют панелью а расстояние между ее опорами – пролетом (см. Рис. 3.1).
Рис. 3.1. Схема типовой фермы
1.1.Определение нагрузок на ферму
Характеристические и предельные значения постоянных нагрузок (gm) приведены в таблице 3.1.
Характеристи-ческая нагрузка кНм2
Предельная расчетная нагрузка кНм2
(t= 30 мм ρ = 21 кНм3)
(h= 100 мм ρ = 6 кНм3)
Пароизоляция из одного
Собственный вес ме-таллоконструкций шатра (стропильных ферм фонарей и связей)
Всего с учетом коэффи-циента надежности по назначению
Предельное расчетное значение постоянной нагрузки на единицу длины фермы:
Предельное расчетное значение снеговой нагрузки на единицу длины фермы:
– панель верхнего пояса фермы.
1.2. Определение усилий в элементах фермы
Вычерчиваем геометрическую схему фермы вычисляем длины всех стержней и обозначаем место приложения нагрузок указываем их величины и направления. Опорные реакции фермы определяем по формуле:
где количество узловых нагрузок.
Распределение усилий в стержнях фермы
Рис. 3.2. Построение диаграммы продольных сил в стержнях фермы.
1.3 Определение расчетных длин стержней фeрмы
Различают геометрические l и расчетные (в плоскости фермы) и (из плоскости фермы) длины стержней. Так как стержни могут потерять устойчивость (деформироваться) в двух направлениях – в плоскости фермы и из плоскости фермы при подборе их поперечных сечений нужно определить расчетные длины стержней в этих же плоскостях. Расчетная длина стержней зависит от степени защемления концов стержня в узлах что учитывается коэффициентом приведения геометрической длины к расчетной –
Расчетные длины стержней в плоскости фермы принимаются:
для верхнего пояса (сжат):
l– геометрическая длина элемента (т.е. расстояние между центрами узлов).
для нижнего пояса (растянут):
(т.е. расчетная длина равна геометрической).
для сжатых раскосов:
По теореме Пифагора находим длину раскоса .
где: высота фермы на опоре;
панель верхнего пояса фермы.
для опорного раскоса:
для растянутых раскосов:
Расчетные длины стержней из плоскости фермы:
Расчетная длина стержня из плоскости фермы – это расстояние между узлами закрепленными от смещения из плоскости фермы.
расчетная длина определяется в зависимости от расположения горизонтальных связей по верхнему поясу.
(для фермы длиной 30м.) расчетная длина определяется в зависимости от расположения горизонтальных связей по нижнему поясу.
Элементы решетки закреплены в верхнем и нижнем поясах.
для опорных раскосов:
1.4. Подбор сечения верхнего сжатого пояса
Определяем требуемую площадь сечения:
– коэффициент устойчивости при центральном сжатии определяется в зависимости от условной гибкости и типа кривой устойчивости.
Условная гибкость стержня определяется по формуле:
где: гибкость стержня.
Гибкость стержня определяется для двух вариантов:
из плоскости фермы:
где ix и iy – радиусы инерции сечения стержня.
Типы кривой устойчивости определяются в зависимости от типа поперечного сечения.
Для первоначального определения необходимо задаться гибкостью стержня: для поясов и опорных раскосов для элементов решетки
N – расчетное усилие в рассматриваемом элементе кН;
коэффициент условий работы.
Задаемся гибкостью равной 100. Отсюда условная гибкость:
Затем по таблице 11 Приложения (т.К1 Приложения [1]) интерполируя получим коэффициент устойчивости для кривой устойчивости «с» и определим требуемую площадь сечения:
Из сортамента выбираем тавр Т30ШТ2
Определяем гибкости и Так как расчетные длины для элементов верхнего пояса одинаковы в обеих плоскостях гибкость определяется по меньшему радиусу инерции
Предельно допустимая гибкость для сжатого верхнего пояса:
Производим проверку устойчивости:
Устойчивость обеспечена.
1.5. Подбор сечения нижнего растянутого пояса
Из сортамента выбираем тавр Т15ШТ3
Предельную гибкость для растянутого нижнего пояса
Производим проверку прочности по формуле:
Прочность обеспечена.
1.6 Корректировка высоты фермы и определение геометрических длин раскосов и стоек
Генеральными размерами ферм являются расчетный пролет (длина фермы) – L0 и высота фермы – h.
После определения сечения поясов корректируем высоту фермы:
расстояние от оси до внешней грани полки тавра верхнего пояса;
расстояние от оси до внешней грани полки тавра нижнего пояса.
Принимаем h = 306 см.
Геометрическая длина раскосов
Расчетная длина сжатых стержней в плоскости фермы:
промежуточных раскосов:
Расчетная длина растянутых раскосов:
Опорный раскос а – б (стержень сжат)
Раскос б – в (стержень растянут)
Раскос г – д (стержень сжат)
Раскос д – е (стержень растянут)
Стойка 2 – а(стержень сжат)
Стойка в – г (е – ж)(стержень сжат)
Таблица подбора сечений стержней ферм
1.7 Расчет сварных швов
Исходные данные: сварка полуавтоматическая; сварочная проволока
Св – 08Г2С диаметром
(Таблица 30 Приложения (т.1.3.3 [1]))
(Таблица 22 Приложения (т.1.12.2 [1]).
Элементы решетки в сварных фермах крепятся к поясам и фасонкам сварными угловыми швами (рис 3.2.4) рассчитываемыми на прочность при условном срезе по металлу шва и металлу границы сплавления. Швы выполняются полуавтоматической или ручной сваркой. Типы сварочной проволоки и электродов принимаются соответственно выбранной марки стали по таблице 29 Приложения (Приложение т.Ж1 [1]).
Рис. 3.3 Крепление элементов решетки в фермах к поясам
и фасонкам сварными швами
Максимальное усилие в стержнях
Толщина узловых фасонок для ферм с поясами из тавров принимается равной толщине стенки поясов. Допускаются в фермах фасонки двух толщин в пределах отправочной марки. Допустимая разница в толщинах фасонок смежных узлов не более 2 мм.
Принимаем что в проектируемой ферме пояса выполняют из широкополочных тавров а элементы таврового сечения из равнобоких уголков в тавр.
Опорный раскос (а-б):
Толщина фасонки 14 мм так как N= 605.7кН.
Толщина уголков 14мм;
Максимальные катеты по обушку и перу уголка:
Длина шва по обушку:
– количество швов для парных уголков
Толщина фасонки 12мм так как N = 43264кН.
Толщина уголков 7 мм
Толщина фасонки 6мм так какN = 1245кН
Толщина уголков 5 мм.
Толщина фасонки 10мм так как N = 25958кН.
Толщина уголков 7мм.
Толщина фасонки 6мм так как N = 86.53кН.
Толщина уголков 4 мм.
Нижний пояс (крайняя опорная панель). Толщина фасонки14 мм.
Результаты расчетов швов сводим в таблицу 3.5
1.8.Определение количества соединительных прокладок для элементов решетки.
Элементы ферм составленные из двух уголков соединяются между собой прокладками что дает возможность считать это сечение работающим совместно. Расстояния между прокладками назначают: для сжатых элементов не более 40і для растянутых не более 80і гдеі радиус инерции одного уголка относительно оси параллельной плоскости прокладок. Прокладки устанавливают в элементе на равных расстояниях. Для сжатых элементов количество прокладок назначается не менее двух на элемент.
Размеры прокладок принимаются: толщина прокладки tп равна толщине фасонки или толщине стенки тавра в бесфасоночном узле; ширина прокладки
bn= (0.5 0.8)b но не менее 50 мм; длина прокладки ln= b + 30 мм (где b – ширина полки уголка).
Опорный раскос а – б
Стержень сжат 100 х 14 ix = 3 см геометрическая длина l0 = 428см.
Количество прокладок:
Так как опорный раскос делится распоркой надвое принимаем по одной прокладке на каждой половине стержня а –б.
Раскос б – в: (стержень растянут)
х 7 ix = 214см геометрическая длина l0= 428см
Стойка в – г (стержень сжат)
х 5 ix = 231смгеометрическая длина l0= 306см.
0 х 7 ix = 34см геометрическая длина l0= 428см.
Раскос д – е: (стержень растянут)
х 4 ix = 122 смгеометрическая длина l0= 428см.
Раскос ж – з:(стержень сжат)
х 8 ix = 230см геометрическая длина l0= 428см.
Центральная стойка e – e’
Сечение 63 х 5 стержень сжат. Радиус инерции
Определяем количество прокладок:
Соединительные прокладки располагаются равномерно по длине рассмотренных стержней.
2 ОСНОВНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ФЕРМ
Оси стержней ферм должны быть центрированы во всех узлах. При вынужденной расцентровке необходимо дополнительно вводить в расчет сечений и швов узловые изгибающие моменты возникающие в этом случае. Центрирование стержней в сварных фермах производится по центрам тяжести сечений (с округлением до 5 мм). Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах сварных ферм с фасонками принимают равным а = 6t-20 мм но не более 80мм (і-t фасонки в мм). Между торцами стыкуемых элементов поясов ферм перекрываемых накладками следует оставлять зазор 50мм. Сварные швы прикрепляющие элементы решетки к фасонкам выводить на торец элемента на длину 20мм. В узлах ферм с поясами из тавров крепления фасонок к стенкам поясов встык осуществлять с проваром на полную толщину фасонки. Уголки решетки в фермах с поясами из тавров следует доводить (по возможности) до центра тяжести тавра.
Для обеспечения жесткости при транспортировке и монтаже для элементов ферм принимаются уголки с размерами полки не менее 40мм и толщиной не менее 4 мм.
Проверка на смятие торцевого листа
Торцевой лист принимаем толщиной 20 мм и шириной 180 мм.
Рис. 3.4 Опорный узел
Напряжение смятия у торца:
таблица 31 Приложения (т.1.3.2 [1]).
Проверяем опорную фасонку на срез
Проверяем сварные швы прикрепляющие опорную фасонку к торцевому листу на срез от опорной реакции RA.
расчет сварного соединения в плоскости наплавленного металла
Предельная расчетная длина шва:
Прочность шва обеспечена.
Опорный столик принимаем из листа толщиной 30 мм шириной 200 мм и длиной 450 мм. Определяем требуемый катет шва для прикрепления столика к колонне:
Уменьшаем длину столика до 400 мм.
Принимаем катет шва 6 мм.
Укрупнительный узел верхнего пояса (коньковый)
Листовую накладку принимаем увязывая с сортаментом листовой стали на 20мм шире и на 5мм толще пояса принятого тавра. Сечение накладки принимаем 340 х 25 мм.
Рис. 3.5. Коньковый узел
Проверяем прочность ослабленного сечения стыка по формуле:
площадь полки тавра.
Усилие в листовой накладке:
Суммарная длина швов (с одной стороны) прикрепляющих накладку к верхнему поясу из тавров при толщине швов 12 мм составляет:
ДБН В.2.6–163:2010 «Сталеві конструкції. Норми проектування виготовлення і монтажу». Мінрегіонбуд України. – К.: 2011. – 202 с.
ДБН В.1.2-2: 2006 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. Киев Минстрой Украины 2006
Нилов А.А. Пермяков В.А. «Стальные конструкции производственных зданий» 2010
Нилов А.А. Пермяков В.А. Прицкер А.Я. «Стальные конструкции производственных зданий» (справочник). Киев «Будівельник» 1986 – 272 с.
Трепененков Р.И. Альбом чертежей конструкций и деталей промышленных зданий. М. Стройизат 1980 г.
Металлические конструкции. Под общей редакцией д.т.н. проф. Беленя Е.Н. М. Стройиздат 1986 г.
Клименко Ф.. Барабаш В.М. Стороженко Л.. «Металеві конструкції» Львів Видавництво «Світ» 2002 р.