Проектирование металлических конструкций ОПЗ

2-2.dwg

Геометрическая схема фермы
(масштаб длин М1:40; масштаб узлов
Спецификация стали С285 ГОСТ 27772-88
Всего по чертежам 60228
Таблица отправочных марок
Укрупнительный стык верхнего пояса (М1:10)
Укрупнительный стык нижнего пояса (М1:10)
Московский государственный
строительный университет
Кафедра металлических конструкций
Болты нормальной точности М24 из стали класса 8.8
Катет угловых швов k = 6 мм
Соединительные прокладки ставить на равных расстояниях
Сварочная проволока Св-08Г2С
Условные обозначения:
- болт нормальной прочности
- заводской сварной шов
- катет углового щва
- автоматическая сварка
- полуавтоматическая сварка
- монтажный сварной шов
Заводские швы выполнять полуавтоматической сваркой в среде

Моя пояснилка 2-5.doc

4) РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ
1 Сбор нагрузок на ферму
Постоянная нагрузка.
Состав кровли был рассмотрен в табл.1.
Узловая сила от постоянной нагрузки:
Узловая сила от снеговой нагрузки:
Нагрузка от рамных моментов.
Из таблицы 2 расчетных усилий находим опорный момент:
- максимальный момент в сечении 1-1 на левой стойке (сочетание 1 2 3* 4 5*):
- соответствующий ему момент на правой стойке (сочетание 1 2 3 4* 5):
Аналогично первой комбинации получаем
Нагрузки от распора рамы.
Значения нормальных сил в ригеле слева (сочетание 1 2 3* 4 5*):
Значения нормальных сил в ригеле справа (сочетание 1 2 3* 4* 5):
Аналогично первой комбинации без учета снеговой нагрузки получаем
2 Определение усилий в стержнях фермы
Примем следующую нумерацию стержней фермы:
По результатам расчетов стропильной фермы в программном комплексе Radius составим таблицу:
Таблица 4. Расчетные усилия в стержнях ферм кН.
Усилия от постоянной нагрузки
Усилия от распора рамы
3 Подбор сечений стержней фермы
Материал конструкций фермы – сталь С285. Расчетное сопротивление растяжению сжатию изгибу по пределу текучести кНсм2. В расчетах используем коэффициент надежности по назначению и коэффициент условий работы прил.14 [1]. Толщину фасонки исходя из максимального усилия в стержнях решетки 21073 кН 1800 кН по таблице 9.2 (стр.285 [1]) принимаем равной 20 мм. Подбор сечений элементов фермы производится в соответствии с нормами [3] по сортаменту [6].
Таблица 5. Проверка выбранных сечений элементов фермы.
Получили для фермы 7 типоразмеров уголков: 50 × 5 70 × 5 75 × 6 100 × 8 140 × 9 180 × 12 200 × 14. Фасонка – 20 мм.
4. Конструирование и расчет узлов фермы
Перед конструированием узлов стропильной фермы проведем расчет швов.
Согласно п. 14.1.16 [3] расчет сварных соединений с угловыми швами при действии силы N проходящей чз центр тяжести сечения следует выполнять на срез(условный) по одному из двух сечений по формулам:
f z - коэффициенты принимаемые по таблице 39 [3];
kf – катет шва принимаемый в соответствии с табл. 38 [3].
Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08 диаметром d = 14 – 2 мм для которой по табл. Г.2 [3] находим что нормативное сопротивление металла шва
Согласно табл. 4 и табл. Г.2 [3] расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва:
где gwm = 125 - коэффициент надежности по материалу шва (прим. табл. 4 [3]).
По табл. 4 [3] и табл. Г.2 расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления:
По таблице 39 [3] для выбранного типа сварки примем соответствующие коэффициенты для расчета углового шва:
bf = 09 – по металлу шва; bz = 105 – по металлу границы сплавления.
Определим какое сечение в соединении является расчетным:
следовательно расчетным является сечение по металлу шва.
Длина сварных швов определяется по формуле:
Таблица 6. Расчет швов.
1.1. Конструирование промежуточных узлов
Проверим швы соединяющие пояс с фасонкой.
см lф = 469 = 276 см.
см lф = 4462 = 1848 см.
см lф = 4518 = 2072 см.
Из-за того что в узел сходятся два пояса различного сечения то за счет их неодноосности получается эксцентриситет приложения нормальных усилий в каждом из стержней. е = 489-378=111 см. В результате получим момент
Момент М распределяется между стержнями приходящими в узел прямо пропорционально жесткости каждого:
Таким образом получим
Разложим каждый из моментов на пару сил и скорректируем значения Nоб и Nп для каждого элемента.
Сечение накладки подберем таким образом чтобы площадь ее поперечного сечения была не менее площади обушка. Приняв толщину накладки 12 мм рассчитаем ее ширину:
Принимаем bн = 12 см;
Крепление накладок к поясным уголкам рассчитаем из условия равнопрочности.
Полное усилие которое может выдержать накладка под поясом Н-2:
Таким образом получим под поясом Н-2:
Растягивающее усилие возникающее в поясе кН.
Принимаем kw = 8 мм.
4.2. Конструирование и расчет опорных узлов
Определим количество болтов прикрепляющих фланец к поясу колонны. Примем болты нормальной точности М24 класса 8.8 по прил. Г [3]. Для них определяем: площадь нетто Аbn = 352 см2 (табл. Г.9 [3]) (табл. Г.5 [3]).
Требуемая площадь сечения болтов:
Примем количество болтов n=4 тогда
В узле крепления верхнего пояса сила N стремится оторвать фланец от колонны и вызывает его изгиб. Момент при изгибе фланца определим как в защемленной балке пролетом b равным расстоянию между болтами:
Требуемая толщина фланца
следовательно принимаем толщину фланца tфл = 25 мм.
Напряжения во фланце:
Катет шва крепления фланца к фасонке:
Примем kf = 8 мм (по табл. 38 [3]).
Для стали класса С285 по табл. В.5 [3] находим что временное сопротивление разрыву для листового проката (t = 11 – 20 мм) равно Run = 38 кНсм2.
По табл. 2 [3] расчетное сопротивление проката смятию торцевой поверхности
В торец фланца действует реактивная сила F = 7332.
Зададим ширину фланца bф = 180 мм. Тогда толщина фланца
см принимаем tф = 12 мм.
Болты ставятся конструктивно (без расчета).
Высота фланца определенная графически равна hфл = 600 мм.
Эксцентриситет приложения силы Н:
Момент вызванный эксцентриситетом силы Н:
Прочность соединения по металлу шва проверим в точке действия наибольших результирующих напряжений (нижняя точка сварного соединения фланца) по формуле
Зададим катет шва kf = 6 мм тогда
Высота опорной стенки определяется длиной сварного шва прикрепления ее к полке колонны (зададим kf = 12 мм):
Максимальная длина шва
Примем высоту опорной стенки hст = 30 см.
4.3. Конструирование и расчет укрупнительных узлов
Верхний укрупнительный стык.
На пояс В-9 действует продольная сила N=20613 кН. Отсюда определим что:
Сечение накладки подберем таким образом чтобы площадь ее поперечного сечения была не менее площади обушка. Приняв толщину накладки 16 мм рассчитаем ее ширину:
Принимаем bн = 18 > 175;
Полное усилие которое может выдержать накладка:
Зададим катет шва kf = 8 мм. Тогда см.
Зададим высоту накладки на фасонку hн.ф. = 300 мм.
Из-за несоосности сечения верхнего пояса и накладки на фасонку усилие передается через нее с эксцентриситетом. В результате центр эпюры нормальных напряжений в накладке смещается т.е. появляются дополнительные усилия от внецентренной нагрузки.
Найдем центр тяжести сечения фасонки. Для его определения в качестве вспомогательной оси выберем ось фасонок О1х1. Тогда получим
Момент от эксцентриситета приложения силы
Проверим прочность соединения по металлу шва:
Зададим катет шва kf = 12 мм тогда
Растягивающее усилие возникающее в стойке кН.
Принимаем kw = 6 мм.
Нижний укрупнительный стык.
Расчет данного узла производится аналогично верхнему укрупнительному стыку.
Для пояса Н-8 определяем N=21073:
Сечение накладки такое же как и в верхнем укрупнительном стыке.
Зададим катет шва kf = 8 мм. Тогда
Проверим прочность соединения по металлу шва:
Зададим катет шва kf = 14 мм тогда
Растягивающее усилие возникающее в раскосе кН.
кН кН. Принимаем kw = 6 мм.
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ
Для верхней части колонны в сечении 1-1 N = -7184 кН; М = -17359 кНм; Q = -403 кН. В сечении 2-2 при том же сочетании нагрузок (1 2 3* 4 5*) М = - 7126 кНм.
Для нижней части колонны N1 = -26966 кН; М1 = -25024 кНм (изгибающий момент догружает подкрановую ветвь) N2 = -15506 кН; М2 = 35434 кНм (изгибающий момент догружает наружную ветвь); Qmax = -2612 кН.
Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны
1.Расчетные длины колонны
то значения коэффициентов m1 и m2 находим по табл. 14.1 (стр. 395 [1]):
Расчетные длины колонны в плоскости рамы:
- для нижней части колонны
- для верхней части колонны
Расчетные длины колонны из плоскости рамы:
2.Подбор сечения верхней части колонны
Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой h = 700 мм. Для симметричного двутавра по учебнику принимаем
В таком случае условная гибкость верхней части колонн в плоскости рамы
Относительный эксцентриситет:
По табл. Д.2 [3] находим что коэффициент влияния формы сечения в первом приближении
Тогда приведенный относительный эксцентриситет
По табл. Д.3 [3] находим что коэффициент jе = 00945.
Требуемая площадь сечения
2.1.Компоновка сечения
Предварительно примем толщину полки tf = 20 мм тогда высота стенки:
Требуемую толщину стенки подберем из условия ее местной устойчивости. По табл. 23 [3] предельная условная гибкость стенки двутаврового сечения (при т > 1 и > 20) равна:
следовательно принимаем tw = 12 мм.
Требуемая площадь сечения одной полки двутавра:
Так как ранее принятая толщина полки tf = 20 мм ширина полки
окончательно примем bf = 600 мм.
Согласно п. 9.4.7 [3] устойчивость полки обеспечена так как
Получим следующее сечение
Рис. 46. Сечение верхней части колонны.
Геометрические характеристики сечения:
- площадь поперечного сечения
- момент инерции сечения относительно оси х-х
- момент инерции сечения относительно оси у-у
- радиус инерции сечения относительно оси х-х
- радиус инерции сечения относительно оси у-у
- момент сопротивления
Гибкости стержня верхней части колонны:
По табл. 23 [3] предельная условная гибкость стенки (при т > 1 и > 20) определяется как
2.2.Проверка устойчивости в плоскости действия момента
Отношение площадей полки и стенки:
По формулам табл. Д.2 [3] находим что коэффициент влияния формы сечения h = 136. Тогда приведенный относительный эксцентриситет равен:
По таблице Д.3 [3] находим что коэффициент jе = 01046.
Проверим устойчивость
Устойчивость верхней части колонны в плоскости действия момента обеспечена.
2.3.Проверка устойчивости из плоскости действия момента
Эту проверку выполним по формуле:
где jу – коэффициент устойчивости при = 109 по табл. Д.1 [3] (сечение b) j у = 0939;
с – коэффициент учитывающий влияние изгибающего момента Мх при изгибно-крутильной форме потере устойчивости.
Для определения тх используем максимальный момент при сочетании нагрузок 1 2 3* 4 5*.
Т.к. 5 >тх >10 то согласно стр. 397 [1] коэффициент c определяют как:
где abn - коэффициенты определяемые по прил. 12 [1];
jb – коэффициент снижения расчетного сопротивления при потере устойчивости балок. jb=10.
При mx =5 a = 065 + 005mx = 065 + 0055 = 09
При`l=109 314 b = 1.
Так как mef 20 и верхняя часть колонны не имеет ослабления сечения то нет необходимости в проверке несущей способности колонны.
3.Подбор сечения нижней части колонны
Подкрановую ветвь колонны принимаем из прокатного двутавра с параллельными гранями полок а наружную ветвь – в виде сварного швеллера.
Предварительно примем что ось симметрии наружной ветви отстает от торца на z0 = 5 см. Тогда расстояние между центрами тяжести ветвей
Положение центра тяжести сечения нижней части колонны определим по формуле:
- в подкрановой ветви
3.1.Компоновка сечения
Для фасонного проката толщиной до 20 мм расчетное сопротивление растяжению сжатию изгибу по пределу текучести Ry = 26 кНсм2. В первом приближении коэффициент j = 07.
Для подкрановой ветви:
По сортаменту [7] принимаем двутавр 70Б1 с АВ1 = 1647 см2 ix1 = 526 см iy = 2765 см.
Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же как в подкрановой ветви (660 мм). Толщину стенки для удобства ее соединения встык с полками верхней части колонны принимаем tw = 20 мм а ширину стенки из условия размещения швов hw = 700 мм.
Требуемая площадь полок
Из условия устойчивости полок bf tf 15. Принимаем bf = 20 см tf = 14 см. Тогда
Геометрические характеристики наружной ветви:
- площадь поперечного сечения:
- ордината центра тяжести:
- момент инерции относительно оси 2-2:
- момент инерции относительно оси у-у:
- радиус инерции сечения относительно оси 2-2:
- радиус инерции сечения относительно оси у-у:
Уточним положение центра тяжести сечения нижней части колонны:
Отличие от первоначально принятых размеров мало поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.
Рис. 47. Сечение нижней части колонны.
3.2.Проверка устойчивости ветвей
По табл. Д.1 [3] интерполируя находим (сечение b) что коэффициент j = 0747.
По табл. Д.1 [3] интерполируя находим (сечение c) что коэффициент j = 0696.
Принимая угол наклона раскосов решетки α = 45 и разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей n=6 определяем lB1 = 295 см см.
Проверим устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей х1-х1 и х2-х2).
- для подкрановой ветви:
- устойчивость обеспечена.
- для наружной ветви:
3.3.Расчет решетки подкрановой части колонны
Поперечная сила в сечении колонны Qmax = 2612 кН.
По формуле 18 п.7.27 [3] определим условную поперечную силу:
Для стали С285 по табл. 8.2 [1] допускается определять приблизительное значение:
кН Qmax = 2612 кН следовательно расчет решетки проводим на действие Qmax. Угол наклона раскоса a = 45о поэтому усилие в раскосе:
Зададимся коэффициентом устойчивости при продольном изгибе j = 06. Тогда требуемая площадь сечения раскоса:
Принимаем равнополочный уголок 1108 для него Ad = 172 см2 imin = 219 см.
Тогда максимальная гибкость:
По табл. Д.1 [3] для сечения типа c находим что коэффициент j = 0484. Получим
3.4.Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
Геометрические характеристики всего сечения:
Из табл. 8 [3] выпишем формулу (15) для определения приведенной гибкости:
где Ad1 – площадь сечения раскосов в одном сечении равняется 2Ad = 2172 = 344 см2;
a - коэффициент определяемый по формуле
здесь d b и l – размеры определяемые по рис. 3 и рис. 4 [3]. Получим:
Для комбинации усилий догружающую наружную ветвь N2 = -15506 кН; М2 = 35434 кНм:
По табл. Д.2 [3] находим что коэффициент влияния формы сечения
где h5 – коэффициент для аналогичного двутаврового сечения
тогда приведенный относительный эксцентриситет: .
По табл. Д.3 [3] выполнив двойную интерполяцию определяем коэффициент jе = 0255
Для усилий догружающих подкрановую ветвь N1 = -26966 кН; М1 = -25024 кНм:
тогда приведенный относительный эксцентриситет
По табл. Д.3 [3] находим что коэффициент jе = 0452.
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять нет необходимости т.к. она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
4.Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
Расчетные комбинации в сечении над уступом:
)M = 6511 кНм; N = -4400 кН (загружение 1 3 4 5).
)М = -7126 кНм; N = -7430 кН (загружение 1 2 5*).
Давление кранов Dmax = 2225 кН.
Прочность стыкового шва (Ш1) проверяем в крайних точках сечения надкрановой части.
Первая комбинация М и N (сжата наружная полка):
Вторая комбинация М и N (сжата внутренняя полка):
Прочность шва обеспечена с большим запасом.
Толщину стенки траверсы определяем из условия ее смятия:
где Rp – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности по табл. 2 [3] Rp = Rungm
Run – временное сопротивление стали разрыву по табл. В.5 [3] принимаем Run = 38 кНсм2;
gm – коэффициент надежности по материалу по табл. 3 [3] gm=1025.
lef – определяемая по формуле:
где bо.р. – ширина опорных ребер балок;
tпл – толщина плиты принимаем равной 25 мм.
Учитывая возможный перекос опорного ребра примем толщину стенки траверсы tw = 20 мм.
При второй комбинации М и N усилия во внутренней полке:
Для сварки применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08 d = 14 – 2 мм для которой по табл. Г.2 [3] находим что нормативное сопротивление металла шва
По табл. 4 Г.2 [3] расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва:
где gwm = 125 - коэффициент надежности по материалу шва по примечанию табл. Г.2.
Согласно таблицам 4 и Г.2 [3] расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления:
По табл. 39 [3] для выбранного типа сварки соответствующие коэффициенты:
bf = 09 – по металлу шва;
bz = 105 – по металлу границы сплавления.
В соответствии с п. 14.1.7 и таблицей 38 [3] принимаем катет шва kf = 6 мм. Тогда длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (Ш2):
В стенке подкрановой ветви делаем прорезь в которую заводим стенку траверсы.
Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (Ш3) составляем комбинацию усилий дающую наибольшую опорную реакцию траверсы. Такой комбинацией будет сочетание 1 2 3 4 5*: N = -7430 кН М = -7126 кНм.
Рассчитаем швы Ш3 на усилие:
Примем катет шва kf = 12 мм тогда требуемая длина шва:
Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы определим высоту траверсы hтр по формуле:
где tw1 – толщина стенки двутавра подкрановой ветви по сортаменту tw1=12 мм;
RS – расчетное сопротивление стали сдвигу по табл. 2 и В.5 [3] находится по формуле:
Принимаем высоту траверсы hтр = 50 см
Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов возникает при комбинации усилий 1 2 3 4 5*:
Здесь k = 12 – коэффициент учитывающий неравномерную передачу усилий Dmax.
Проверим на срез стенку подкрановой ветви в месте крепления траверсы:
5.Расчет и конструирование базы колонны
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4-4):
)М1 = -25024 кНм; N1 = -26966 кН (для расчета базы подкрановой ветви).
)М2 = 31545 кНм; N2 = -29186 кН (для расчета базы наружной ветви);
База наружной ветви. (Расчет бетона ведем в соответствии с п. 6.2.43 и п. 6.2.44 [5]).
Требуемая площадь плиты базы наружной ветви колонны
где y - коэффициент зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия при равномерно распределенной нагрузке y = 1;
Rbloc – расчетное сопротивление смятию:
где Rb– расчетное сопротивление тяжелого бетона для предельных состояний первой группы на осевое сжатие для бетона класса В15 Rb = 085 кНсм2;
a - коэффициент для расчета на изгиб зависящий от характера опирания плит для бетонов класса ниже В25 a =1;
принимают не более 25 и не менее 10 принимаем jb = 12.
По конструктивным соображениям с2 должен быть не менее 4 см. Тогда
принимаем B = 80 см. Тогда с2=5см.
принимаем L = 48 см. Тогда
см2 > Aтр = 36717 см2.
Среднее напряжение в бетоне под плитой
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно см. Примем толщину траверсы 12 мм тогда см.
Рис. 51. К расчету базы наружной ветви колонны.
Плита работает на изгиб как пластинка опертая на соответствующее число сторон. Нагрузкой является отпор фундамента. В плите имеются 4 участка.
Участок 1 – плита работает как консоль со свесом с = с1 = 47 см. Изгибающий момент:
Участок 2 – консоль со свесом с = с2 = 50 см. Изгибающий момент:
Участок 3 – работает по схеме – пластинка опертая на четыре канта. Соотношение сторон
Т.е плиту можно рассматривать как однопролетную балку свободно лежащую на двух опорах.
Изгибающий момент: кН×см.
Участок 4 – плита работает как пластинка опертая на три канта. Соотношение сторон:
т.е. плиту можно рассматривать как однопролетную балку свободно лежащую на двух опорах.
Требуемая толщина плиты подбирается по максимальному изгибающему моменту принимая материал плиты – сталь С285 для которой расчетное сопротивление Ry = 27 кНсм2
см принимаем толщину базы tf =35 мм.
Считаем что усилие на плиту передается только через швы прикрепляющие ствол колонны к траверсам и не учитываем швы соединяющие ствол колонны непосредственно с плитой базы. Это упрощение идет в запас прочности. Траверса работает на изгиб как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной. Рассчитаем угловые швы на условный срез.
Принимаем катет шва kf = 12 мм. Тогда требуемая длина шва:
Принимаем окончательно высоту траверсы hтр = 50 см.
База подкрановой ветви.
Считая что В останется тем же что и для базы наружной ветви получим
принимаем конструктивно L = 40 см.
см2 > Aтр = 28864 см2.
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
Так как значение отпора бетона фундамента и линейные размеры всех расчетных участков плиты базы подкрановой ветви меньше соответствующих величин для базы наружной ветви то нет причины подбирать фундаментную плиту заново. Примем толщину плиты tf = 35 мм.
Расчет анкерных болтов крепления подкрановой ветви (по п. 14.2 [3]).
Расчетные нагрузки: М = 24885 кНм; N = -6815 кН.
Усилие в анкерных болтах:
По прил. Г примем анкерные болты класса точности В и класса прочности 8.8. По табл. Г.5 определим что расчетное сопротивление болтов растяжению Rbt = 450 кНсм2.
По табл. Г.9 принимаем болты М36 с площадью поперечного сечения нетто Аbn = 816см2.
Подбор сечения накладки под анкерные болты подкрановой ветви.
Представим накладку в виде шарнирно опертой балки на которую действуют две сосредоточенные силы (F = 139212 = 69605 кН):
Требуемый момент сопротивления балки настила:
По условию Wx>Wтр принимем 2 стальных горячекатаных швеллера №16Л(Wx=8298см3)[8].
Расчет анкерных болтов крепления наружной ветви.
Расчетные нагрузки: М = -21451 кНм; N = -6815 кН.
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ
Пролет подкрановой балки 12 м. Материал балки – сталь класса С285.
По табл. В.5 [3] находим что расчетное сопротивление растяжение сжатию и изгибу по пределу текучести при t 20 мм равняется Ry = 26 кНсм2.
По табл. 2 [3] расчетное сопротивление сдвигу:
1.Сбор нагрузок на подкрановую балку
По прил. 1 [1] на мостовые краны находим что нормативное значение максимального давления колеса крана FКn = 489 кН. Вес тележки GT = 363 кН. Тип кранового рельса – КР-100.
Для кранов режима работы 6К металлургического производства поперечное горизонтальное усилие на колесе при расчете подкрановых балок:
Расчетные усилия на колесе крана:
Здесь ki – коэффициент динамичности зависящий от режима работы и пролета подкрановой балки и принимаемый по табл. 15.1 [1].
2.Определение расчетных усилий
Максимальный изгибающий момент будет при расположении тележек по центру пролета
Расчет на ПК «Балка» показал что кН; кН.
Расчетный момент от вертикальной нагрузки
здесь a - коэффициент учитывающий влияние собственного веса подкрановых конструкций;
Максимальная поперечная сила - при расположении тележек на опоре.
Вертикальные реакции балки:
Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил:
3.Подбор сечения подкрановой балки
Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6 мм и швеллера № 36.
Влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжение в верхнем поясе подкрановой балки можно учесть коэффициентом b:
здесь высоту балки принимаем hb = 18м; а ширину сечения тормозной конструкции hТ = hН.
Требуемый момент сопротивления:
Зададимся гибкостью стенки подкрановой балки
Оптимальная высота балки
Минимальная высота балки
Принимаем hb = 180 см.
Задаемся толщиной полок tf = 30 мм тогда
Из условия среза стенки силой Qх запишем:
Из условия устойчивости:
Принимаем tw = 14 мм.
Размеры поясных листов определим по формулам:
Требуемая площадь полки:
Принимаем пояс из листа сечения 30360 мм т.е. Аf = 3036 = 108 см2.
Устойчивость пояса обеспечена так как
Компонуем сечение подкрановой балки:
Рис. 55. Сечение подкрановой балки.
4.Проверка прочности сечения
Определяем геометрические характеристики принятого сечения относительно оси х–х:
а затем геометрические характеристики тормозной балки относительно оси у – у (в состав тормозной балки входят: верхний пояс тормозной лист и швеллер):
Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения:
Проверим нормальные напряжения в верхнем поясе:
Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена т.к. принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.
Жесткость балки также обеспечена т.к. принятая высот балки .
Проверим прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесами крана:
где - коэффициент увеличения нагрузки на колесе (стр. 435 [1]);
(15.10 [1]) – расчетная длина действия нагрузки где
- коэффициент учитывающий степень податливости сопряжения пояса и стенки. Для сварных балок ;
- сумма собственных моментов инерции пояса и кранового рельса или общий момент инерции при приварке рельса швами обеспечивающими совместную работу рельса и пояса.
- момент инерции рельса КР-100 по ГОСТ [9].
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Металлические конструкции. Кудишин Ю.И. М.: Академия 2006.
СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. М.: ФГУП ЦПП 2011.
СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. М.: ФГУП ЦПП 2011.
Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81*). ЦНИИСК им. Кучеренко. М.: Госстрой России 2003.
СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: Госстрой РФ 2003.
ГОСТ 8509-93. Уголки стальные горячекатаные равнополочные.
ГОСТ 26020-83. Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Сортамент. М.: Госстандарт России 2002.
ГОСТ 8240-97. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент.
ГОСТ 4121-96. Рельсы крановые. Технические условия.
СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. М.: Госстрой России 2003.

Титульник.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ «Промышленное и гражданское строительство»
КАФЕДРА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАЛЬНОГО КАРКАСА
ОДНОЭТАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ
Сведения об исполнителе:
Картлыков М.Р. ПГС-4-3
Сведения о научном руководителе:

Моя пояснилка 1-5.doc

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Наименование показателя:
Грузоподъемность крана т
Отметка головки рельса м
Материал конструкций:
)КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ.
1)Выбор шага колонн.
Принимаем шаг колонн 12 м в продольном направлении.
Рис.1. Компоновка здания в плане.
Выбор типа ограждающих конструкций покрытия.
Поскольку проектируемое здание является отапливаемым принимаем утепленные стальные панели размером 312 м.
Рис.2. Утепленная стальная панель 3х12 м.
2)Выбор схемы и определение основных размеров поперечной рамы
Вертикальная компоновка
Рис.3. Схема поперечной рамы.
Размер Н2 диктуется высотой мостового крана
где Hк – расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана для крана грузоподъемностью 100 т и при пролете здания 36 м равняется 4000 мм;
0 мм – зазор между верхней точкой тележки и строительными конструкциями установленный по требованиям техники безопасности;
f – размер учитывающий прогиб конструкций покрытия принимается 200 ÷ 400 мм в зависимости от ширины пролета (для 36 м принимается равным 270 мм).
Окончательно принимаем значение Н2 кратное 200 мм Н2=4400мм
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм
где Н1 – наименьшая отметка головки кранового рельса принятая по заданию 20000 мм.
Исходя из условия соразмерности со стандартными ограждающими конструкциями размер Н0 принимается кратным 06 м т.е. получим
Высота верхней части колонны Нв:
где hб – высота подкрановой балки для здания с шагом рам 12 м и краном грузоподъемностью 100 т принимается 1800 мм (прил. 1)
hр – высота кранового рельса примем КР-100 (высота – 170 мм база – 120 мм).
Высота нижней части колонны
(600÷1000) мм – заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола.
Общая высота колонны от низа базы до низа ригеля
Высота торца стропильной фермы Нф принимается согласно ГОСТ 23119–78 при пролете здания 36 м:мм.
Горизонтальная компоновка
Рис. 4. Схема для определения горизонтальных размеров поперечной рамы.
Привязка колонны к оси а = 500 мм. Таким образом высота сечения верхней части колонны
Для обеспечения жесткости поперечной рамы необходимо чтобы
Привязка подкрановой балки (рельса) к оси колонны
l1 ³ В1+ (hв-a) + 75+c=400+(700-500)+75=675 ммгде
В1 =400 – размер части кранового моста выступающей за ось рельса;
0 мм – привязка верхней части колоны;
мм – минимальный зазор между краном и колонной по требованиям безопасности;
Так как пролеты кранов Lкр имеют модуль 500 мм то размер l1 должен быть кратным 250 мм. Примем ближайшее большее:мм.
Высота сечения нижней части колонны
Выполним проверку жесткости поперечной рамы:
Пролет мостового крана
Сечение верхней части колонны назначаем сплошностенчатым двутавровым
нижней – сквозным двухветвевым.
3) Выбор схемы связей здания
Связи между колоннами
Рис. 5. Расположение связей между колоннами.
Вертикальные связи по колоннам воспринимают продольные силы действующие на каркас здания (ветер продольные силы торможения крана и другие технологические нагрузки). Подкрановый связевой блок (жесткий диск) по колоннам устраивают в середине здания для того чтобы температурные деформации были бы симметричными.
Связи по верхним поясам ферм
Рис. 6. Расположение связей по верхним поясам ферм.
Связи по нижним поясам ферм
Рис. 7. Расположение связей по нижним поясам ферм.
Вертикальные связи между фермами
Рис. 8. Вертикальные связи между фермами.
) РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ЗДАНИЯ
На рис. 10 показана расчетная схема однопролетной рамы с жестким защемлением ригеля в ступенчатых колоннах. Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести верхнего и нижнего сечений колонны. В ступенчатых колоннах крайних рядов центры тяжести верхней и нижней частей расположены не на одной оси поэтому стойка рамы имеет горизонтальный уступ равный расстоянию между геометрическими осями колонн. Заделка стоек принимается на уровне базы ось ригеля совмещается с нижним поясом стропильной фермы.
Рис.9. Расчетная схема поперечной рамы здания.
Расстояние между центрами тяжести верхнего и нижнего участков колонн
Запишем соотношение моментов инерции:
поэтому если положить IВ = 1 то IН = 5 и IР = 20.
Сопряжение ригеля с колонной назначаем жестким.
Расчетные и нормативные нагрузки определяем по СП 20.13330.2011 (актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*).
2) Постоянная нагрузка
Постоянная нагрузка на поперечную раму складывается из веса конструкций покрытия (ограждающих конструкций кровли несущих элементов кровли металлических конструкций покрытия) и собственного веса колонн и стеновых ограждающих конструкций.
Таблица 1. Нагрузки от веса ограждающих конструкций .
Нормативная нагрузка кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
Ограждающие элементы кровли
Слой битума с гравием
Гидроизоляционный ковер (3 слоя рубероида на битумной мастике)
Цементная стяжка(20 мм)
Утеплитель( пенопласт 150 мм)
Пароизоляция (1 слой рубероида)
Несущие элементы кровли
Стальной профилированный настил
Металлические конструкции кровли
Каркас стальной панели 3x12 м
Несущие элементы. Вес ферм и связей
Расчетная равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы
здесь gn – коэффициент надежности по назначению равный 095 для сооружений II-го класса.
Расчетный вес колонны.
По примерному расходу стали примем погонный вес колонн 06 кНм2. Тогда
- вес верхней части (20% веса):
- вес нижней части (80% веса):
Определим расчетный вес стенового ограждения:
Опорная реакция ригеля
Рис.10. Расчетная схема рамы. Постоянная нагрузка.
3) Снеговая нагрузка
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия следует определять по формуле: S0 = 07 ce ct m Sg (п.10.1 [2]) где се - коэффициент учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов; ct - термический коэффициент; m - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие; Sg - вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли по табл. 10.1.
Для г. Краснодар (II снеговой р-он по карте 1 прил. Ж) Sg = 12 кПа.
ce =10 (п. 10.9 а и карта 5 прил. Ж); ct=10 (п. 10.10); m=10 (п. 10.4 и табл. Г.1 прил. Г).
S0=0710101012=084 кПа
Расчетная нагрузка на покрытие от снега S= S0gf =0841412 кПа где gf =14 - коэффициент надежности по снеговой нагрузке (п. 10.12).
Линейно распределенная нагрузка от снега на ригель рамы:
Опорная реакция ригеля кН.
Рис. 11. Расчетная схема рамы. Снеговая нагрузка.
4) Крановые нагрузки
Определяются согласно п.9 [2] с использованием прил. В.
Вертикальные крановые нагрузки
Для мостового крана грузоподъемностью 100 т рекомендована следующая тележка:
Рис. 12. Тележка заданного мостового крана.
По прил. 1 [1] на мостовые краны находим что нормативные значения максимальных давлений колес мостового крана будут следующими: FК1n = 469 кН FК2n = 489 кН.
Нормативное усилие колеса на наиболее загруженной стороне
Вес крана с тележкой GК = 1401 кН.
Из условия равновесия
где – нормативные усилия передаваемые колесами наименее нагруженной стороной крана;
n – количество колес с одной стороны тележки.
По нормам расчетный крановый пояс состоит из 2-х максимально сближенных кранов с тележками в крайних положениях с наибольшим грузом на крюках и движущихся с максимальной скоростью. Это маловероятно и поэтому вводится коэффициент сочетания нагрузки y который для двух кранов работающих в режимах 6К равен 085 (п. 9.19 [2]).
Для определения расчетных усилий со стороны крана построим линию влияния:
Рис.13. Линия влияния опорных реакций подкрановых балок.
Расчетное усилие передаваемое на колонну колесами крана:
где gn – коэффициент надежности по назначению для зданий II-ой категории ответственности равен 095;
gf – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок равен 11; для нагрузок от собственного веса – 105; от полезной нагрузки – 12;
у – ордината линии влияния;
Gпкп – нормативное значение собственного веса подкрановых конструкций;
Gпкп =06 12 246=1772 ( кН )
Сумма ординат линий влияния
Подставив все величины получим
Силы Dmax и Dmin приложены по оси подкрановой балки и поэтому не только сжимают нижнюю часть колонны но и передают на нее изгибающие моменты:
где ек – расстояние от оси подкрановой балки до оси проходящей через центр тяжести нижней части колонны ек = (045÷055)hн=051500=750мм = 075 м.
Рис.14. Расчетная схема рамы. Вертикальные крановые нагрузки.
Горизонтальные нагрузки от торможения тележки крана
Рис.15. Усилия возникающие при торможении тележки крана.
Нормативная нагрузка от торможения тележки с грузом
где GТ – вес тележки для крана грузоподъемностью 100 т по ГОСТ равен 412 кН;
m=005– коэффициент трения стали по стали для кранов с гибким подвесом груза;
п – количество колес тележки с одной стороны крана.
Расчетная горизонтальная сила Т от торможения тележки с грузом передаваемая подкрановыми балками на колонну от сил Ттел определяется при том же расположении мостовых кранов что в п. 3.2.3 (рис. 15) то есть
Сила Т может передаваться равновероятно на любую из сторон крана с равновероятным направлением (влево или вправо).
Рис.16. Расчетная схема рамы. Горизонтальные крановые нагрузки.
5) Ветровая нагрузка
Определяется согласно п. 11 [2] c использованием прил. Ж. gf =14.(п. 11.1.12).
Нормативное значение ветрового давления (IV ветровой р-он) wо = 048 кНм2 (табл.11.1).
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли
где k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте определяемый в зависимости от типа местности. Примем тип местности А;
с – аэродинамический коэффициент принимаем равным 08 для вертикальных стен с наветренной стороны и 06 – с подветренной.
Рис.17. Схема ветровой нагрузки на раму.
Найдем эквивалентные действию ветра равномерно распределенные нагрузки по формуле:
где gf – коэффициент надежности по ветровой нагрузке равный 14;
В –ширина расчетного блока.
Найдем эквивалентную распределенную нагрузку от действия ветра qэ:
- с наветренной стороны:
- с подветренной стороны: .
Находим моменты с помощью графического метода ( эпюры и ' ):
M=484246123+(645-484) 146173+(806-645)46223+05(645-484)5833+05(806-645)101667+05(845-806)462307= =146449+40665+16515+3353+13419+2069= 222472225 (кНм)
M’=363246123+(484-363) 146173+(605-484)46223+05(484-363)5833+05(605-484)101667+05(634-605)462307= =109837+30562+12412+252+10085+1539= 1669551670 (кНм)
Вычисляем величину силы от активного давления (в виде сосредоточенной силы):
с наветренной стороны
с подветренной стороны
Перенесем найденные нагрузки на расчетную схему
Рис.18. Расчетная схема рамы. Ветровая нагрузка.
) СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ
1) Расчет на постоянную нагрузку
Расчетная схема рамы на постоянную нагрузку приведена на рис.10.
Из-за смещения осей нижней и верхней частей колонн в месте изменения сечения колонны появляется сосредоточенный момент:
С учетом этого составим расчетную схему для расчета рамы на постоянную нагрузку.
Рис.19. Упрощенная расчетная схема. Постоянная нагрузка.
Эпюры изгибающих моментов поперечных и продольных сил
Рис.20. Эпюры M Q N. Постоянная нагрузка.
Проверкой служит равенство моментов в узле В (41334 = 41334) равенство перепада эпюры моментов в точке С:
внешнему моменту а также равенство поперечных сил на верхней и нижней частях колонны:
2) Расчет на действие снеговой нагрузки.
Расчетная схема рамы на снеговую нагрузку приведена на рис.11.
Из-за смещения осей нижней и верхней частей колонн в месте изменения сечения колонны появляется сосредоточенный момент
На основании этого составим расчетную схему для расчета рамы на постоянную нагрузку.
Рис.21. Упрощенная расчетная схема. Снеговая нагрузка.
Эпюры изгибающих моментов поперечных и продольных сил будут следующими
В результате статического расчета рамы изображенной на рис. 21 построим эпюры
Рис.22. Эпюры M Q N. Снеговая нагрузка.
Проверкой служит равенство моментов в узле В (23281= 23281) равенство перепада эпюры моментов в точке С:
3) Расчет поперечной рамы на действие вертикальной нагрузки от мостовых кранов.
Расчетная схема рамы на вертикальную крановую нагрузку приведена на рис.14.
Проведем проверку возможности считать ригель абсолютно жестким:
Проверка показала что ригель можно считать абсолютно жестким.
Получим следующую упрощенную расчетную схему для вертикальных крановых нагрузок:
Рис.23. Упрощенная расчетная схема. Вертикальные крановые нагрузки.
В результате статического расчета рамы изображенной на рис.23 построим эпюры MQN.
Эпюры изгибающих моментов поперечных и продольных сил будут следующими:
Рис. 24. Эпюры M Q N. Вертикальные крановые нагрузки.
Проверкой может служить значения перепада моментов в месте изменения жесткости стойки:
4) Расчет поперечной рамы на действие горизонтальной нагрузки от мостовых кранов.
Расчетная схема рамы на горизонтальную крановую нагрузку приведена на рис.16.
Составляем упрощенную расчетную схему для горизонтальной крановой нагрузки:
Рис.25. Упрощенная расчетная схема. Горизонтальные крановые нагрузки.
Рис.26. Эпюры M Q N. Горизонтальные крановые нагрузки.
Разница в значении нормальной силы у левого и правого концов ригеля получилась из-за передачи горизонтальных сил на соседние рамы вследствие учета пространственной работы каркаса.
Проверка – равенство перепада в эпюре поперечных сил на левой стойке и величины приложенной нагрузки Т:
5 Расчет поперечной рамы на действие ветровой нагрузки.
Расчетная схема рамы на ветровую нагрузку приведена на рис.18.
Составляем упрощенную расчетную схему для ветровой нагрузки:
Рис.27. Упрощенная расчетная схема. Ветровая нагрузка.
Рис.28. Эпюра M. Ветровая нагрузка.
Рис.29. Эпюры Q N. Ветровая нагрузка.
Из условия что сумма всех горизонтальных нагрузок должна равняться сумме реакций опор (сумме поперечных сил в нижних сечениях колонн) проведем проверку:
Составление таблицы расчетных усилий в сечениях рамы
Усилия в поперечной раме определенные в п. 3 занесем в табл. 2 в соответствии с принятой нумерацией сечений.
Рис.30. Принятая нумерация сечений левой стойки поперечной рамы.
Составим таблицу усилий в расчетных сечениях. Так как расчетная рама симметрична таблица составляется для одной стойки.
Таблица 2. Усилия в расчетных сечениях.
Вертикальная крановая
Таблица 3. Сочетания расчетных нагрузок.

1-2.dwg

СХЕМА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ М1:200
Гравий на битумной мастике 20мм
По верхним поясам ферм
По нижним поясам ферм
Схема вертикальных связей по колоннам М 1:1000
Схема торцевого фахверка М 1:800
Профилированным настилом
Гидроизоляция 4 слоя рубероида РМД- 350
Болты М24 нормальной
Схема поперечной рамы. М1:200
сечение (усилия в Кн)
Поперечный разрез М1:50
- фундаментов - бетон класса В12
- подкрановых балок - С245
- ферм - С245(стержни)
- колонны - сталь С245
Материал конструкций:
Монтажный сварной шов
Заводской сварной шов(l-длина
Болт нормальной точности
Временный монтажный болт
Стальной каркас промышленного здания
Московский Государственный Строительный Университет
Условные обозначения:
Кафедра металлических конструкций
СПЕЦИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛА сталь класса С345
Таблица отправочных марок
Схема вертикальных связей по колоннам М1:800
Вертикальные между фермами
- колонны - сталь С235
- ферм - С255(стержни)
- подкрановых балок - С255
Болты нормальной точности М24 из стали класса 4.8
- полуавтоматическая сварка
Механический цех. Ферма.
- болт нормальной прочности
- катет углового щва
- автоматическая сварка
- монтажный сварной шов
- заводской сварной шов
Катет угловых швов k = 7 мм
Монтажные швы в укрупнительных стыках варить электродами Э42А
Соединительные прокладки ставить на равных расстояниях
Укрупнительный стык
(масштаб длин М1:40; масштаб узлов
Геометрическая схема фермы
Укрупнительный стык верхнего пояса (М1:10)
нижнего пояса (М1:10)
Битумная мастика с втопленным
Гидроизоляция(4 слоя)
Несущие элементы(фермы и связи)
Московский государственный
Вертикальные связи между фермами
Схема торцевого фахверка М1:800
строительный университет
Кузнечно-прессовый цех
- колонны - сталь С285
- ферм - С285(стержни)
- подкрановых балок - С285
- фундаментов - бетон класса В15
Кафедра Металлических конструкций
Схема поперечной рамы М1:200
Схема торцевого фахверка М1:500
Схема размещения колонн М1:800