• RU
  • icon На проверке: 32
Меню

Проектирование одноэтажного здания

  • Добавлен: 24.01.2023
  • Размер: 744 KB
  • Закачек: 1
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Проектирование одноэтажного здания

Состав проекта

icon
icon
icon Пояснительная моя.doc
icon графическая часть моя ИННА.dwg

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Пояснительная моя.doc

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО МЕТАЛЛИЧЕСКИМ КОНСТРУКЦИЯМ:
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОДНОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ
Металлических конструкций
Вершинин Владимир Петрович
Исходные данные для проектирования
Компоновка каркаса здания
Определение нагрузок для расчета рамы
1.Определение собственного веса кровли и конструкций покрытия
2.Определение снеговой нагрузки
3.Определение ветровой нагрузки
Статический расчет рамы определение расчетных усилий в колоннах
1.Определение усилий в колоннах от собственного веса
2.Определение усилий в колоннах от снеговой нагрузки
3.Определение усилий в колоннах от ветра
4.Определение расчетных усилий в колонне
1.Подбор и проверка сечения стержня колонны
2.Конструирование и расчет базы колонны
3.Конструирование и расчет оголовка колонны
Проектирование стропильной фермы
1.Определение узловых нагрузок действующих на ферму
2.Определение усилий в стержнях фермы
3.Подбор и проверка сечений стержней фермы
4.Расчет и конструирование узлов стропильных ферм
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Район (место) строительства: I – вес снегового района II- район по средней скорости ветра
Назначение проектируемого одноэтажного здания – крытый рынок.
Длина проектируемого здания Взд = 84м.
Пролет здания L = 30м.
Отметка низа покрытия H = 59м.
Заглубление верха фундаментов hфунд = 06м.
Материал конструкций – сталь С235 или С245.
КОМПОНОВКА КАРКАСА ЗДАНИЯ
Компоновка конструктивной схемы заключается в размещении колонн и стен здания в плане выборе схемы поперечной рамы назначении генеральных размеров ферм и колонн размещении связей между колоннами и по шатру здания.
Размещение колонн здания в плане определяется размерами L и B.
L – пролет расстояние между разбивочными осями в поперечном направлении; по заданию L = 30м.
В – шаг колонн расстояние между разбивочными осями в продольном направлении. Принимается в зависимости от длины здания Взд. Если длина здания кратна 6м то шаг колонн В принимается равным 6м. Если длина здания кратна 12м то шаг колонн В принимается равным 6м или 12м. Так как длина здания Взд задана равной 84 м (кратно 6м) то шаг колонн принимаем равным В = 6м.
Оси всех колонн совмещаются с разбивочными осями за исключением крайних колонн середины которых смещаются с разбивочной оси внутрь здания на 500мм. Стены здания примыкают к колоннам.
Для проектируемого здания наиболее целесообразна схема поперечной рамы с жестким креплением колонн к фундаментам и шарнирным сопряжением их с ригелями.
Ригели рам принимаются в виде ферм с параллельными поясами. Высота ферм по обушкам поясных уголков принимается в зависимости от пролета. Для пролета L = 36м высота фермы hф принимается равной 315м. Уклон ферм в 15% обеспечивает наружный отвод воды. Схема стропильной фермы указана на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Схема стропильной фермы.
Высота колонны определяется отметкой опирания нижнего пояса ферм (отметкой низа покрытия) и заглублением ее ниже уровня чистого пола (до верха фундамента).
Компоновка конструктивной схемы каркаса здания заканчивается расстановкой системы связей между колоннами и по покрытию здания.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК ДЛЯ РАСЧЕТА РАМЫ
На конструкции каркаса здания воздействуют нагрузки от собственного веса кровли и самих конструкций снеговая и ветровая нагрузки. В соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» нагрузка от собственного веса относится к постоянным нагрузкам а от снега и ветра – к кратковременным. Коэффициент надежности по назначению здания принимается равным 1.
1. Определение собственного веса кровли и конструкций покрытия
Для определения собственного веса кровли и конструкций покрытия сначала найдем нагрузку на 1м2 кровли а затем определим линейную погонную нагрузку на раму. Определение нагрузок произведем в табличной форме (табл. 3.1). Толщина утеплителя принимается в зависимости от района строительства; в данной работе принимаем толщину утеплителя 100мм.
Коэфф. надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка кНм2
Защитный слой с втопленным гравием (h=20мм)
Гидроизоляция из 3-х слоев рубероида
Утеплитель пенопласт g=50кгм3 (h=100мм)
Пароизоляция - 1 слой рубероида
Профилированный настил
Каркас стальной панели (3 х 6 м)
Расчетная линейная нагрузка от собственного веса кровли и конструкций покрытия определяется по формуле:
где В – шаг стропильных ферм; В = 6м;
g – нагрузка от собственного веса кровли и конструкций покрытия на 1м2 кровли (смотри табл. 3.1.); g = 16кНм2.
2. Определение снеговой нагрузки
Нормативная снеговая нагрузка на 1м2 покрытия зависит от района строительства и профиля кровли. Для принятой в проекте плоской кровли без фонарей она равна весу снегового покрова So указанному в СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» который относится к I снеговому району. Для данного снегового района расчетное значение снегового покрова So составляет 08кНм2.
Расчетная линейная снеговая нагрузка определяется по формуле:
So – нормативная снеговая нагрузка на 1м2 покрытия; So = 08кНм2.
3. Определение ветровой нагрузки
Для расчета рамы определим ветровую нагрузку на 1м2 стены здания как с наветренной (активное давление) так и с заветренной стороны (пассивное давление) (рис.3.1).
Рис. 3.1. Расчетная схема рамы и действующие на нее нагрузки.
Для невысоких зданий (высотой до 10м) распределение ветровой нагрузки по высоте принимается постоянным и равным:
– при активном давлении;
где Wo – нормативное ветровое давление принимаемый в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» в зависимости от района строительства. В работе используется II ветровой район. Для данного района нормативное значение ветрового давления Wo составляет 030кНм2;
С и С’ – аэродинамические коэффициенты соответственно с наветренной и заветренной стороны принимаемый в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» равными С = 08; С’ = 06;
g1 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке; g1 = 14.
На колонны по всей высоте стойки действуют равномерно распределенные нагрузки qв и q’в и в уровне нижнего пояса стропильных ферм сосредоточены силы W и W’ эквивалентные действию ветровой нагрузки на шатер здания.
Равномерно распределенные нагрузки qв и q’в определяются по формулам:
где Wв – ветровая нагрузка на 1м2 с наветренной стороны; Wв = 034кНм2;
W’в – ветровая нагрузка на 1м2 с заветренной стороны; W’в = 025кНм2;
В – шаг стропильных ферм; В = 6м;
Сосредоточенные силы W и W’ определяются по формулам:
где qв – равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну с наветренной стороны; qв = 204кНм;
q’в – равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну с заветренной стороны; q’в = 150кНм;
Нф – высота шатра здания равная hф+05м; Нф = 315+05 = 365м.
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАМЫ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ УСИЛИЙ В КОЛОННАХ
Расчет рамы производится отдельно на нагрузки от собственного веса снега и ветра. Отдельно для каждого вида нагружения определяют моменты продольные и поперечные силы возникающие в стойках.
1. Определение усилий в колоннах от собственного веса
В стойках рассматриваемой рамы под воздействием нагрузки от собственного веса покрытия момента не будет а возникнут только сжимающие продольные силы Nн (рис.4.1).
Рис. 4.1. Эпюра моментов в раме от собственного веса покрытия
Продольная сила в нижних сечениях колонн определяется по формуле:
где Fф – опорная реакция стропильной фермы определяемая по формуле:
где q – расчетная линейная нагрузка от собственного веса; q = 96кНм;
L – пролет фермы; L = 30м;
Рк – вес колонны принимаемый при шаге колонн В = 6м равным 10 20кН; принимаем Рк = 20кН;
2. Определение усилий в колоннах от снеговой нагрузки
В стойках рассматриваемой рамы под воздействием снеговой нагрузки момента не будет а возникнут только сжимающие продольные силы Nсн (рис.4.2).
Рис. 4.2. Эпюра моментов в раме от снеговой нагрузки
Продольная сжимающая сила в стержнях колонн от снеговой нагрузки определяется по формуле:
где qсн – расчетная линейная нагрузка от собственного веса; qсн = 48кНм;
3. Определение усилий в колоннах от ветра
В стойках рамы под воздействием ветровой нагрузки возникают моменты продольные и поперечные силы (рис.4.3). Продольными силами ввиду их малой величины можно пренебречь.
Рис. 4.3. Эпюра моментов в раме от ветровой нагрузки
Максимальные значения моментов и поперечных сил возникающих в стойках рамы определяются по формулам:
Hк – высота колонны (стойки) от верха фундамента до низа покрытия определяемая по формуле:
где Н – отметка низа покрытия; Н = 59м;
hфунд – заглубление верха фундамента; hфунд = 06м;
W – действующая на колонну сосредоточенная сила эквивалентная действию ветровой нагрузки на шатер здания с наветренной стороны; W = 745кН;
W’– действующая на колонну сосредоточенная сила эквивалентная действию ветровой нагрузки на шатер здания с заветренной стороны; W = 548кН;
4. Определение расчетных усилий в колоннах
Вычисленные усилия в колонне от всех нагрузок (смотри п. 4.1-4.3) вносим в таблицу 4.1.
Коэффициент сочетания
Для определения расчетных усилий от действия всех нагрузок рассматриваются два основных сочетания. В первое основное сочетание включаются усилие от постоянной нагрузки и наибольшее усилие от одной из временных нагрузок (снега или ветра). Во второе основное сочетание включаются усилия от всех нагрузок. При этом усилия от временных нагрузок берутся с учетом коэффициента сочетания равного 09 (табл.4.2).
Для расчета анкерных болтов наиболее неблагоприятно сочетание усилие от собственного веса и ветра. При этом усилия от постоянной нагрузки берутся с коэффициентом 09.
Комбинация загружения
Постоянная нагрузка и одна кратковременная нагрузка
Постоянная нагрузка и все кратковременные нагрузки
Для анкерных болтов: постоянная нагрузка (с коэф. gs=09) и ветер
Колонны здания принимаем сплошностенчатыми сваренными из 3-х листов (рис. 5.1). Все металлические конструкции выполняем из стали марки С235. Проектирование колонны заключается в подборе и проверке несущей способности сечения стержня колонны конструировании и расчете базы и оголовка.
Рис. 5.1. Сечение колонны
1. Подбор и проверка сечения стержня колонны
По таблице 4.2 выбираем наиболее невыгодное сочетание усилий M и N. Наиболее невыгодным сочетанием усилий будет одновременное действие постоянной нагрузки и всех кратковременных нагрузок при которых M = 190 кНм N = 2288 кН. Данные усилия принимаем как расчетные.
Определяем расчетные длины колонны по формулам:
- из плоскости рамы
где Hк – высота колонны от верха фундамента до низа покрытия; Hк = 65м.
Требуемую площадь сечения ориентировочно можно определить по формуле:
где e – эксцентриситет силы определяемый по формуле:
где M – расчетное значение момента; M = 190кНм;
N – расчетное значение продольной силы; N = 2288кН;
Rу – расчетное сопротивление стали; для элементов толщиной до 20мм (толщина полок и стенок составной колонны) Rу = 23кНсм2;
h – высота сечения колонны; при шаге колонн B = 6м высоту сечения колонны рекомендуется принять равной h = 400мм;
Толщину стенки при высоте сечения колонны h = 400мм рекомендуется принять равной tw = 8мм.
Предварительно зададим толщину полки tf = 12мм. Высота стенки будет равна:
Площадь стенки колонны будет равна:
Площадь одной полки будет равна:
Ширина полки будет равна:
Найденная ширина полки слишком мала поэтому принимаем ширину полки равной bf = 24см.
Площадь сечения колонны будет равна:
Моменты инерции сечения колонны относительно осей х-х у-у определяются по формулам:
* - моментом инерции стенки колонны можно пренебречь в виду его малого значения.
Радиусы инерции определяются по формулам:
Гибкости стержня в плоскости и из плоскости рамы определяются по формулам:
Проверка устойчивости стержня колонны в плоскости рамы
Проверка устойчивости стержня колонны в плоскости рамы производится по формуле:
где N – расчетное значение продольной силы; N = 2288кН;
A – площадь сечения колонны; A = 8768см2.
Ry – расчетное сопротивление стали; Rу = 23кНсм2;
gc – коэффициент условий работы; для колонн общественных зданий gc = 095;
φe – коэффициент определяемый по табл.38 «Нормативных и справочных материалов» методом двойной интерполяции исходя из величины условной гибкости и приведенного относительного эксцентриситета.
Условная гибкость определяется по формуле:
где E – модуль упругости; модуль упругости прокатной стали E = 21104кНсм2;
Приведенный относительный эксцентриситет определяется по формуле:
где m – относительный эксцентриситет определяемый по формуле:
где e – эксцентриситет силы; e = 1303см;
Wx – момент сопротивления определяемый по формуле:
h – высота сечения колонны; h = 40см;
h – коэффициент влияния формы сечения; Определяется по табл. 4.1 «Методических указаний» исходя из величины отношения площади полки к площади стенки колонны а также величин условной гибкости и относительного эксцентриситета.
При значениях Af Aw = 096; 0 ≤ 01 ≤ m ≤ 5 (m = 091) значение коэффициента влияния формы сечения h будет определяться по формуле:
Коэффициент φe определяем по табл.38 «Нормативных и справочных материалов» методом двойной интерполяции при значениях . Он будет равен φe = 0453.
Полученное значение удовлетворяет условию устойчивости стержня колонны в плоскости рамы но излишне большой запас прочности увеличивает расход металла. Следовательно необходимо уменьшить сечение колонны.
Уменьшим ширину полки приняв ее значение равным bf =20cм. Высота стенки будет равна:
Моменты инерции сечения колонны относительно осей х-х у-у будут равны:
Радиусы инерции будут равны:
Гибкости стержня в плоскости и из плоскости рамы будут равны:
Момент сопротивления будет равен:
Относительный эксцентриситет будет равен:
Отношение площади полки к площади стенки колонны будет равно:
Условная гибкость будет равна:
При значениях Af Aw = 08; 0 ≤ 01 ≤ m ≤ 5 (m = 06) значение коэффициента влияния формы сечения h будет определяться по формуле:
Приведенный относительный эксцентриситет будет равен:
Коэффициент φe определяем по табл.38 «Нормативных и справочных материалов» методом двойной интерполяции при значениях . Он будет равен φe = 0430.
Полученное значение удовлетворяет условию устойчивости стержня колонны в плоскости рамы но излишне большой запас прочности остался. Следовательно необходимо уменьшить сечение колонны.
Уменьшим толщину полки приняв ее значение равным tf =10мм. Высота стенки будет равна:
Т.к. ly = 124 > 120 то уменьшить ly можно за счет устройства дополнительной связевой распорки в середине высоты колонны. Тогда расчетная длина колонны уменьшится в два раза что приведет к уменьшению гибкости тоже в два раза. Гибкость будет равна ly = 1242 = 62.
При значениях Af Aw = 066; 0 ≤ 01 ≤ m ≤ 5 (m = 062) значение коэффициента влияния формы сечения h будет определяться по формуле:
Коэффициент φe определяем по табл.38 «Нормативных и справочных материалов» методом двойной интерполяции при значениях . Он будет равен φe = 0530.
Полученное значение удовлетворяет условию устойчивости стержня колонны в плоскости рамы но большой запас прочности остался. Сечение колонны меньше данного принимать не рекомендуется. Следовательно принимаем колонну имеющую следующие характеристики сечения:
h = 40см; tw = 08см; hw = 38см; tf =1см; bf =20см; A = 704см2.
Проверка устойчивости стержня колонны из плоскости рамы производится по формуле:
A – площадь сечения колонны; A = 704см2.
φy – коэффициент продольного изгиба относительно оси у-у при центральном сжатии определяемый по табл.37 «Нормативных и справочных материалов» исходя из величины расчетного сопротивления стали и гибкости. Для стали с расчетным сопротивлением Rу = 23кНсм2 и гибкости колонны
с – коэффициент учитывающий влияние момента на устойчивость в плоскости перпендикулярной плоскости действия момента; определяется по формуле:
где mx – относительный эксцентриситет определяемый по формуле:
α – коэффициент определяемый по табл. 4.1 «Методических указаний» исходя из величины относительного эксцентриситета m
– коэффициент определяемый по табл. 4.1 «Методических указаний» исходя из величин гибкостей Гибкость lс определяется по формуле:
Полученное значение удовлетворяет условию устойчивости стержня колонны из плоскости рамы.
Проверка местной устойчивости полок колонны
Проверка местной устойчивости полок колонны заключается в проверке соблюдения условия:
Местная устойчивость полок колонны обеспечена (96 175 – верно).
Проверка местной устойчивости стенки колонны
Проверка местной устойчивости стенки колонны заключается в проверке соблюдения условий:
Местная устойчивость стенки колонны обеспечена.
2. Конструирование и расчет базы колонны
Базу колонны принимаем в соответствии с рис. 5.2. Торцы стержней колонн после приварки траверс фрезеруются и опираются на заранее поставленные и выверенные опорные плиты со строганной верхней плоскостью.
Рис. 5.2. База колонны.
Рабочая площадь опорной плиты определяется из условия что наибольшее суммарное напряжение в бетоне фундамента () по краю плиты не должно превышать расчетного сопротивления бетона (рис. 5.3):
Рис. 5.3. Эпюра давлений в бетоне под опорной плитой.
где M – расчетное значение момента; M = 190кНм = 1900кНсм;
Aпл – площадь плиты определяемая по формуле:
где Bпл – ширина опорной плиты назначаемая по конструктивным соображениям по формуле:
где bf – ширина полки колонны; bf = 200мм;
tтр – толщина траверсы принимаемая равной 10 14мм; примем tтр = 10мм;
Lпл – длина опорной плиты определяемая из условий прочности бетона по формуле:
Rb loc – расчетное сопротивление бетона при местном сжатии определяемое по формуле:
где Rb – расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии; для бетона класса В15 Rb = 085кНсм2;
φb – коэффициент увеличения расчетного сопротивления бетона принимаемый в зависимости от соотношения рабочей площади опорной плиты и площади верхнего обреза фундамента; φb = 12;
Принимаем длину плиты Lпл = 260см.
Wпл – момент сопротивления опорной плиты определяемый по формуле:
Толщина опорной плиты определяется ее работой на изгиб под действием реактивного давления фундамента (рис. 5.3). В принятой конструктивной схеме имеются три участка плиты с различными условиями опирания. Необходимо определить изгибающие моменты на каждом участке и по наибольшему из них назначить толщину плиты. Моменты определяются от действия максимального давления на каждом участке плиты.
Участок 1 – консольный свес:
Расчетный момент на участке 1 определяется по формуле:
где 1 – максимальное давление реактивного опора фундамента на полосу участка 1 шириной 1см; 1 = = 102кНсм2;
a1 – величина консоли участка 1 определяемая по формуле:
Участок 2 – опирание по трем сторонам:
Расчетный момент на участке 2 определяется в зависимости от отношения длины (a2 = bf = 20см) участка 2 к его ширине (b2). Ширина участка 2 определяется по формуле:
где h – высота сечения колонны; h = 40см;
При b2a2 05 (b2a2 = 035) расчетный момент определяется как для консольного свеса по формуле:
где 2 – максимальное давление реактивного опора фундамента на полосу участка 2 шириной 1см; 2==102кНсм2;
Участок 3 – опирание по четырем сторонам:
Расчетный момент на участке 3 определяется по формуле:
где 3 – максимальное давление реактивного опора фундамента на полосу участка 3 шириной 1см; определяется геометрически по формуле:
где tf – толщина полки колонны; tf =10см;
b3 – длина участка 1 определяемая по формуле:
α – коэффициент определяемый по табл.4.4 «Методических указаний» в зависимости от отношения длины (b3 = 380см) участка 3 к его ширине (a3). Ширина участка 3 определяется по формуле:
где tw – толщина стенки колонны; tw = 08см;
При b3a3 > 2 (b3a3 = 380 96 = 396) коэффициент α = 0125;
Выберем из расчетных моментов на участках 1 2 3 максимальный Mmax = M3 = 25 кНсм. Определим требуемую толщину опорной плиты по формуле:
где Ry – расчетное сопротивление стали; Rу = 23кНсм2;
С учетом будущей фрезеровки опорной плиты принимаем толщину плиты больше требуемой на 2мм причем принятая толщина плиты должна соответствовать толщине прокатных листов. Принимаем толщину плиты tпл = 30мм = 30см.
Если торец не фрезерован высота траверсы определяется из условий работы на срез сварных швов крепления траверсы к стенкам колонны. Усилие приходящееся на один шов определяется по формуле:
где Aтр – площадь с которой собирается реактивное давление фундамента на один шов траверсы (заштрихованная область на рис. 5.3);
– максимальное напряжение в бетоне фундамента; =102кНсм2;
Высота траверсы принимается по требуемой длине шва lw которую можно определить по формуле:
где Nтр – расчетное усилие приходящееся на шов; Nтр =1856кН;
f – коэффициент глубины проплавления шва определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 8мм f = 09;
Kf – катет углового шва; Kf = 08см;
Rwf – расчетное сопротивление углового шва определяемое по табл.19 «Нормативных и справочных материалов». Для сварки электродами Э-42 Rwf = 18кНсм2;
При этом требуемая длина шва должна удовлетворять условию lw ≤ 85f Kf . Данное условие соблюдается. Требуемая высота траверсы принимается на 10см больше чем требуемая длина шва но при этом окончательная высота траверсы должна быть не менее 400см.
Т.к. lw +10см = 143 + 10 = 153см 40см то принимаем высоту траверсы hтр = 40см.
Расчет анкерных болтов
Расчет анкерных болтов ведется на наиболее выгодную для них комбинацию усилий (Nmin и Mсоот принимаются по табл.3.2).
При расчете анкерных болтов принимаем что сила Z стремящаяся оторвать базу колонны от фундамента полностью воспринимается анкерными болтами. Величина этой силы определяется растянутой зоной эпюры напряжений (рис.5.4) и вычисляется по формуле:
где Ma – расчетный момент для анкерных болтов; Ma = 771кНм = 7710кНсм;
Na – расчетное усилие для анкерных болтов; Na = 1476кН;
Рис. 5.4. Схема для определения усилий в анкерных болтах.
a – расстояние от центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений до оси колонны; расстояние a определяется геометрически по формуле:
где Lпл – длина плиты базы колонны; Lпл = 260см;
с – расстояние от края опорной плиты до нулевого значения эпюра давлений определяемое геометрически по формуле:
где и – соответственно максимальные и минимальные значения напряжений в бетоне фундамента при действии расчетных усилий для анкерных болтов определяемые по формулам:
где Aпл – площадь плиты Aпл = 728см2;
Wпл – момент сопротивления опорной плиты Wпл = 3154см3;
y – расстояние от центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений до оси анкерных болтов расположенных со стороны растянутой зоны; расстояние y определяется по формуле:
Требуемая площадь анкерных болтов с одной стороны плиты определяется по формуле:
где Rbt – расчетное сопротивление анкерных болтов принимаемое равным Rbt = 185кНсм2;
Определив требуемую площадь анкерных болтов по табл.4.5 «Методических указаний» подбираем анкерный болт необходимого диаметра. Для см2 принимаем один анкерный болт М42 с площадью Abn = 1120см2. С противоположной стороны плиты также принимаем один анкерный болт М42
Расчет анкерной плитки
Изгибающий момент в плитке при размещении болтов в середине пролета (рис.5.5) определяется по формуле:
где bf – расстояние между траверсами (ширина полки колонны); bf = 200см;
Требуемый момент сопротивления плитки определяется по формуле:
По сортаменту определяем требуемый номер швеллера у которого Wxo ≥ Wтр. В качестве анкерной планки принимаем два швеллера 12
Рис. 5.5. Расчетная схема анкерной плитки.
3. Конструирование и расчет оголовка колонны
Конструктивное решение оголовка колонны представлено на рис.5.6. Опорное давление стропильной фермы передается через фрезерованные торцы ребер и стенки колонны поэтому швы крепления плиты назначаются конструктивно с катетом шва Kf = 6мм. Ширину ребра определяют по формуле:
где bf – ширина полки колонны; bf = 200см;
tw – толщина стенки колонны; tw = 08см;
Рис. 5.6. Конструкция оголовка колонны.
Толщину ребра назначаем равной ts = 10мм = 10см. Высоту ребра назначаем hs = 300мм. Швы крепления к стенке колонны проверяем на срез по усилию в ребре по формуле:
где Rp – расчетное сопротивление стали при смятии определяемое по табл.16 «Нормативных и справочных материалов»; Rp = 350кНсм2;
Принимаем катет вертикальных швов Kf = 8мм. Проверяем напряжение в сварных швах по формуле:
где f – коэффициент глубины проплавления шва определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 8мм f = 09;
hs – высота ребра; hs = 300мм = 30см;
Проверяем напряжение в стенке колонны на срез по формуле:
Rs – расчетное сопротивление стали на срез определяемое по табл.16 «Нормативных и справочных материалов». Rs= 135кНсм2;
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ
Проектирование стропильной фермы заключается в определении узловых нагрузок и усилий в стержнях фермы а также в подборе и проверке сечений стержней фермы конструировании и расчете ее узлов.
1. Определение узловых нагрузок действующих на ферму
В узлах верхнего пояса фермы передается нагрузка от собственного веса покрытия и снега. Схема узловых нагрузок на стропильную ферму указана на рис.6.1.
Рис. 6.1. Схема узловых нагрузок на стропильную ферму.
Узловая нагрузка для данной фермы определяется по формуле:
где q – расчетная линейная нагрузка от собственного веса кровли; q = 96кНм;
qсн – расчетная линейная нагрузка от собственного веса кровли; qсн = 48кНм;
d – длина панели верхнего пояса; d = 30м;
Опорные реакции фермы определяются по формуле:
где L – пролет фермы; L = 300м;
P – узловая нагрузка на ферму; P = 43.2кН;
2. Определение усилий в стержнях фермы
Усилия (сжимающие и растягивающие продольные силы) в стержнях фермы определяем аналитическим методом.
Для этого необходимо определить расчетную высоту фермы hоф и синус угла наклона раскосов к оси поясов фермы sinα.
Расчетная высота фермы принимается равной расстоянию между осями поясов фермы (рис.3.2). Расстояние от осей поясов фермы до обушков поясных уголков принимается (для расчетов) равным 50мм (005м). Следовательно расчетную высоту фермы можно определить по формуле:
где hф – высота фермы по обушкам поясных уголков; hф = 315м;
Рис.6.2. Определение расчетной высоты фермы.
Синус угла наклона раскосов к оси поясов фермы определяется геометрически по формуле:
Строим эпюры моментов и поперечных сил возникающих в ригеле-балке (рис.6.3). Т.к. нагружение ригеля симметричное относительно центра и сам ригель (ферма) имеет симметричную конструкцию то эпюры можно построить только для левой части а правую часть достроить симметрично.
Определяем величины моментов в точках перелома эпюры М:
Рис. 6.3. Расчетная схема и эпюры усилий в стропильной ферме.
Определяем величины поперечных сил для каждой «ступени» эпюры:
Пронумеруем узлы фермы (рис.6.4).
Рис. 6.4. Нумерация узлов стропильной фермы.
Усилия в стойках фермы равны соответствующим узловым нагрузкам:
Усилия в элементах (2-3) и (2-2*) фермы равны нулю:
Усилия в поясах фермы определяются по формуле:
hоф – расчетная высота фермы; hоф = 305м.
Усилия в раскосах фермы определяются по формуле:
Знак усилия в элементе фермы указывает на его сжатие или растяжение. Если знак положительный ( ) то элемент растянут. Если знак отрицательный ( ) то элемент сжат.
3. Подбор и проверка сечений стержней фермы
Подбор сечений стержней стропильной фермы и их проверку производим в табличной форме (табл.6.1).
При подборе сечений стержней фермы особое внимание следует обратить на определение их расчетных длин и компоновку сечений.
Различают расчетную длину стержня в плоскости (lx) и из плоскости (ly) фермы. Расчетная длина поясов фермы в плоскости принимается равной расстоянию между узлами (т.е. длине панели) а из плоскости - расстоянию между точками закрепления узлов.
Верхний пояс закрепляется из плоскости панелями или плитами покрытия приваренными к нему. Так как опирание кровли происходит в узлах то расстояние между узлами равно расчетной длине из плоскости. Таким образом для верхнего пояса (стержней 2-3 3-4 4-6 6-7 7-9) lx = ly = 30м = 300см (длина панели фермы d = 30м).
Для нижнего пояса (стержней 1-5 5-8 и 8-10) длина между узлами стержней равна 60м значит lx = 60м = 600см. Нижний пояс закрепляется от смещения из плоскости распорками. Распорки располагаются по краям ферм и по колоннам. Таким образом для нижнего пояса ly равно расстоянию между распорками т.е.: ly = L – 2 (2d) = 30 – 2 (230) = 180м = 1800см.
Расчетная длина всех стержней решетки (раскосов и стоек) из плоскости фермы lу равна геометрической длине стержня l (т.е. расстоянию между центрами тяжести узлов). Их расчетная длина в плоскости фермы зависит от того сколько растянутых стержней примыкает к сжатому стержню. Если с одной стороны сжатого стержня решетки примыкают два растянутых стержня пояса создающих частичное защемление то для получения расчетной длины (l ly = 305м = 305см. Для раскосов кроме опорного (стержней 3-5 5-6 6-8 8-9) расчетные длины будут равны: l ly = 428м = 428см.
Для опорного раскоса (стержень 1-3) расчетные длины будут равны: в плоскости фермы половине геометрической длины стержня (за счет раскоса 2-2*) l из плоскости фермы – геометрической длине стержня: ly = l = 428м = 428см.
Для стерженя 2-2* расчетные длины будут иметь одинаковую длину и будут равны геометрической длине lx = l = 214м = 214см.
Соотношение расчетных длин lx и ly в основном определяет конструктивную форму сечения стержня.
Подбор и проверка сечений стержней фермы
Коэффициент условий работы gc
Коэффициент φ для сжатых стержней
С целью обеспечения равноустойчивости сжатых стержней при lx = 08l целесообразно применение равнобоких уголков а при lx = ly следует скомпоновать стержень из двух неравнобоких уголков соединенных большими полками. Исключение может составить верхний пояс фермы у которого lx = ly его целесообразно составить из двух равнобоких уголков что обеспечит ему большую устойчивость из плоскости при перевозке и монтаже (причем сечение верхнего пояса делается переменным и меняется один раз в узле 6). Нижний пояс фермы рекомендуется скомпоновать из неравнобоких уголков соединенных меньшими полками (причем сечение нижнего пояса делается переменным и меняется один раз в узле 5). Растянутые раскосы решетки обычно составляют из двух равнобоких уголков.
Толщину фасонок при усилии в опорном раскосе N = 2726кН принимают равной 12мм.
Для определения сечения сжатых стержней необходимо предварительно задаться их гибкостью в пределах lз = 80 100 (Зададимся lз = 80). По принятому значению lз найдем значение коэффициента продольного изгиба φз (по табл. 37 «Нормативных и справочных материалов» для lз = 80 коэффициент продольного изгиба φз=0686). Определяем требуемую площадь сечения стержня.
Требуемую площадь двух уголков сжатого стержня определяют по формуле:
где N – расчетное усилие в стержне;
Ry – расчетное сопротивление стали; Rу = 24кНсм2;
gc – коэффициент условий работы определяемый по табл.29 «Нормативных и справочных материалов»; для верхнего пояса фермы gc = 095; для стоек фермы gc = 08; для сжатых раскосов кроме опорного gc = 08; для опорного раскоса gc = 095;
По сортаменту подбираем близкие по требуемой площади уголки из которых в соответствии с приведенными выше рекомендациями компонуем сечение стержня (следует стремиться принимать уголки с возможно более тонкими полками). Выписываем необходимые геометрические характеристики сечения A ix и iy и определяем гибкости стержня в плоскости и из плоскости фермы lx ly по формулам:
Гибкость сжатых стержней ограничена; она не должна превышать значений гибкости приведенных в табл. 5.3 «Методических указаний». Т.е. для верхнего пояса и опорного раскоса [ для остальных восходящих раскосов и стоек [l] = 150. Удовлетворив условия предельной гибкости проверяем напряжения в стержне по формуле:
φmin – коэффициент продольного изгиба принимаемый по большей из найденных гибкостей l
А - площадь сечения двух принятых уголков;
gc – коэффициент условий работы.
При большом запасе в прочности необходимо уменьшить сечение принятого уголка и пересчитать величины lx ly и при новых значениях A ix и iy подбирая более подходящее сечение стержня.
Стержни 2-3 3-4 4-6:
Сечение этих стержней принимается одинаковым по наибольшему усилию в стержнях N4-6:
Принимаем сечение стержней 2-3 3-4 4-6 из 2-х уголков 100х8 (А = 2156 = 312см2 ix = 307см iy = 454см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 120. По максимальной гибкости lmax = lx = 98 находим коэффициент φmin = 0556. Проверяем напряжения в самом нагруженном стержне 4-6:
Стержень имеет небольшой запас прочности следовательно сечение стержней 2-3 3-4 4-6 принимаем из 2-х уголков 100х8х4. Определяем напряжения в стержнях 2-3 3-4:
Сечение этих стержней принимается одинаковым по усилию в стержнях N6-7 N7-9 ;
Принимаем сечение стержней 6-7 7-9 из 2-х уголков 125х8 (А = 2197 = 394см2 ix = 387см iy = 553 см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 120. По максимальной гибкости lmax = lx = 78 находим коэффициент φmin = 0700. Проверяем напряжения в стержне 6-7:
Стержень имеет небольшой запас прочности следовательно сечение стержней 7-9 принимаем из 2-х уголков 125х8. Определяем напряжения в стержне 7-9:
Стержень 1-3 (опорный раскос):
Определяем требуемые радиусы инерции: λ=70÷100; ;
Принимаем сечение стержня 1-3 из 2-х уголков 110х70х8 (А = 2139 = 278см2 ix =198см iy = 544 см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Значения гибкостей элемента не превосходят предельной гибкости [l] = 120. По максимальной гибкости lmax = lx = 108 находим коэффициент φmin = 0425. Проверяем напряжения в стержне:
Стержень имеет небольшой запас прочности следовательно сечение стержня 1-3 принимаем из 2-х уголков 110х70х8.
Принимаем сечение стержня 5-6 из 2-х уголков 90х6 (А = 2106 = 212см2 ix = 278см iy = 411см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Значения гибкостей элемента не превосходят предельной гибкости [l] = 150. По максимальной гибкости lmax = lx = 123 находим коэффициент φmin = 0403. Проверяем напряжения в стержне:
Сечение стержня 5-6 принимаем из 2-х уголков 90х6х33.
Определяем требуемые минимальные радиусы инерции:
Гибкость стержня слишком большая необходимо изменить сечение. Принимаем сечение стержня 8-9 из 2-х уголков 75х5 (А = 2739 = 1478см2 ix = 231см iy = 349см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Значения гибкостей элемента не превосходят предельной гибкости [l] = 150. По максимальной гибкости lmax = lx = 148 находим коэффициент φmin = 0284. Проверяем напряжения в стержне:
Стержень имеет небольшой запас прочности следовательно сечение стержня 8-9 принимаем из 2-х уголков 90х6.
Стержни 4-5 7-8 9-10;
Гибкость стержня слишком большая необходимо изменить сечение. Принимаем сечение стержня 4-57-8 из 2-х уголков 56х5 (А = 2541 = 1082см2 ix = 172см iy =276см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Значения гибкостей элемента не превосходят предельной гибкости [l] = 150. По максимальной гибкости lmax = lx = 142 находим коэффициент φmin = 0284. Проверяем напряжения в стержне:
Сечение стержней 4-5 7-8 принимаем из 2-х уголков 56х5.
Требуемая площадь сечения растянутых стержней определяется по формуле:
gc – коэффициент условий работы определяемый по табл.29 «Нормативных и справочных материалов»; для нижнего пояса фермы gc = 095; для растянутых раскосов gc = 095;
По сортаменту определяем ближайшие большие по площади уголки компонуем в соответствии с рекомендациями сечение и выписываем геометрические характеристики сечения A ix и iy. После этого определяем гибкости стержня в плоскости и из плоскости фермы lx ly по формулам:
Гибкость растянутых стержней не должна превышать [l] = 400. Далее проверяем прочность стержней по формуле:
gc – коэффициент условий работы; gc = 095 (для всех растянутых элементов).
Принимаем сечение стержня 1-5 из 2-х уголков 63х40х5 (А = 2498 =996см2 ix = 112см iy = 334см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Гибкость стержня слишком большая необходимо изменить сечение. Принимаем сечение стержня 1-5 из 2-х уголков 90х56х55 (А = 2786 = 1572см2 ix = 158см iy = 454см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 400. Проверяем прочность стержня:
Принимаем сечение стержня 5-8 из одинакового профиля – из 2-х уголков 100х63х8 (А = 2141 = 282см2 ix = 229см iy = 611см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Принимаем сечение стержня 3-5 из 2-х уголков 56х5 (А = 2541 = 1082см2 ix = 172см iy = 276см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Принимаем сечение стержня 6-8 из 2-х уголков 56х4 (А = 2438 = 876см2 ix =173см iy = 273см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:
Определив необходимые сечения всех стержней фермы нужно проследить чтобы уголков различных типоразмеров в ферме пролетом 30м было не более 7-8. В нашем случае это условие соблюдается. Но у стержней 4-5 7-8 9-10 сечение состоит из 2-х уголков 56х5 а у стержня 6-8 сечение состоит из 2-х уголков 56х4. Для уменьшения количества типоразмеров профилей можно сечение стержня 6-8 заменить сечением из 2-х уголков 56х5.
При конструировании стержней следует обратить внимание на размещение соединительных прокладок обеспечивающих совместную работу двух уголков составляющих стержень (рис. 6.5).
Рис. 6.5. Размещение соединительных прокладок.
Соединительные прокладки в сжатых стержнях ставятся на расстояниях lп ≤ 40iyо и не менее двух прокладок на стержне а в растянутых ставятся на расстояниях lп ≤ 80iyо и не менее одной прокладки на стержне (iyо – радиус инерции одного уголка относительно оси параллельной плоскости прокладки).
4. Расчет и конструирование узлов стропильных ферм
Порядок конструирования и расчета узлов стропильных ферм следующий:
– провести осевые линии элементов гак чтобы они сходились в центре узла;
– к осевым линиям «привязать» поясные уголки. Для этого определить по сортаменту размер Zo от центра тяжести уголка до обушка и округлить его по правилу округления до 5 мм получив тем самым расстояние от обушка уголка до осевой линии. Таким же образом нанести контурные линии стержней решетки. Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах следует принимать равным a = 6t - 20 мм но не более 80 мм (здесь t - толщина фасонки мм);
– рассчитать прикрепление стержней решетки к фасонкам угловыми швами. Усилие N действующее в прикрепленном стержне распределяется между швами по перу и обушку уголка
Рис. 6.6. К расчету сварных швов.
Усилия действующие на сварные швы по обушку и по перу определяются по формуле:
α – коэффициент распределения усилий по сварным швам принимаемый приближенно: для равнобоких уголков α = 03; для неравнобоких уголков прикрепляемых узкой полкой α = 025; для неравнобоких уголков прикрепляемых широкой полкой α = 035.
Требуемая длина сварных швов определяется по формулам:
– для шва по обушку:
где Nоб – расчетное усилие на шов по обушку;
Nп – расчетное усилие на шов по перу;
– катет углового шва по обушку принимаемый равным: для опорного раскоса 10см; для следующего раскоса 08см; для третьего раскоса 06см; для остальных раскосов и стоек 04см;
– катет углового шва по перу принимаемый равным: для опорного раскоса 08см; для следующего раскоса 06см; для остальных раскосов и стоек 04см;
Rwf – расчетное сопротивление углового шва определяемое по табл.19 «Нормативных и справочных материалов». Для сварки электродами Э-42 Rwf = 18кНсм2.
Расчет сварных швов в узлах фермы для удобства выполним в табличной форме (табл. 6.2). Размеры фасонок зависят от длины швов крепления к ней стержней решетки.
Расчетные усилия N кН
Должны соблюдаться следующие условия: lw ≥ 40мм. Первое условие выполняется во всех случаях. Где не выполняется второе и третье условие длину швов принимаем lw = 40мм. Полученные значения длин швов округляются в большую сторону до целого числа.
Конструирование и расчет нижнего узла стыка полуферм.
Нижний узел стыка полуферм принимаем с листовыми накладками (рис.6.7). Стык перекрывается с помощью двух горизонтальных накладок соединяющих горизонтальные полки уголков и двух вертикальных накладок соединяющих фасонки отправочных элементов.
Рис. 6.7. Стык нижнего пояса с листовыми накладками.
При конструировании и расчете этого узла сначала рассчитываем швы крепления раскосов и стоек к фасонке по длине которых определяется размер фасонки по высоте. Причем длина фасонок должна быть не менее длины стыковых горизонтальных накладок.
Размеры накладок подбираются из условия равнопрочности стыка основным стержням с перекрываемыми элементами.
Толщину горизонтальной накладки принимают равной толщине полки перекрываемого уголка: tг.н. = tуг = 12мм = 12см.
Ширины горизонтальной накладки принимается шире полки перекрываемого уголка на 15-20мм: bг.н. = bуг + (15 20мм) =160 + 20 = 180мм = 18см.
Длину горизонтальной накладки определяем по формуле:
где – длина прямого участка шва соединяющего горизонтальную накладку с уголком. Длина шва определяется по формуле:
где – требуемая суммарная длина шва соединяющего горизонтальную накладку с уголком.
Требуемая суммарная длина шва определяется по формуле:
где f – коэффициент глубины проплавления шва определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 9-12мм f = 08;
Kf – катет углового шва; Kf = 10см;
– предельное усилие воспринимаемое накладкой. Предельное усилие определяется по формуле:
Принимаем длину горизонтальной накладки равной Lг.н. = 82см.
Ширина вертикальной накладки задается равной bв.н. = 200мм = 20см.
Толщина вертикальной накладки задается равной толщине фасонки tв.н. = tф = 12мм = 12см.
Высота вертикальной накладки hв.н. определяется прочностью сварных швов передающих усилие в стыке. Величина усилия в стыке определяется по формуле:
где α – коэффициент распределения усилий по сварным швам принимаемый для неравнобоких уголков прикрепляемых узкой полкой α = 025;
N1 – усилие в элементе нижнего пояса; N1 = 5311кН;
N2 – усилие в раскосе; N2 = 3029кН;
cos – косинус угла наклона раскоса к поясу; определяется геометрически по формуле:
где d – длина панели верхнего пояса; d = 30м;
hоф – расчетная высота фермы; hоф = 305м;
Высота вертикальной накладки определяется по формуле:
где 12 – коэффициент учитывающий возможность передачи усилия с эксцентриситетом;
Nст – усилие в стыке; Nст = 154кН;
f – коэффициент глубины проплавления шва определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 9-12мм f = 08;
см. Принимаем высоту вертикальной накладки hв.н. = 10см.
Конструирование и расчет верхнего узла стыка полуферм.
Верхний узел стыка полуферм принимаем также как и нижний с листовыми накладками (рис.6.8). Стык перекрывается с помощью двух горизонтальных накладок соединяющих горизонтальные полки уголков и двух вертикальных накладок соединяющих фасонки отправочных элементов.
Рис. 6.8. Стык верхнего пояса с листовыми накладками.
Принцип расчета верхнего узла стыка аналогичен расчету нижнего узла за некоторым исключением. В нижнем узле присутствуют раскосы а в верхнем их нет. Следовательно усилия в швах накладки будут возникать только от стержней верхнего пояса. Кроме того горизонтальные накладки изгибаются чтобы придать уклон фермы 15% и обеспечить строительный подъем фермы.
Толщину горизонтальной накладки принимают равной толщине полки перекрываемого уголка: tг.н. = tуг = 14мм = 14см.
Определяем предельное усилие воспринимаемое накладкой:
Определяем требуемую суммарную длину шва:
Определяем длину прямого участка шва соединяющего горизонтальную накладку с уголком:
Определяем длину горизонтальной накладки:
см. Принимаем длину горизонтальной накладки равной Lг.н. = 90см.
Ширину вертикальной накладки также задаем равной bв.н. = 200мм = 20см.
Высота вертикальной накладки hв.н. определяется прочностью сварных швов передающих усилие в стыке. Т.к. в узле отсутствуют раскосы то величина усилия в стыке будет определяться по формуле:
где α – коэффициент распределения усилий по сварным швам принимаемый для равнобоких уголков α = 03;
N1 – усилие в элементе верхнего пояса; N1 = 5099кН;
Определяем высоту вертикальной накладки:
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. М.: Стройиздат 1986.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. М.: Стройиздат 1990.
Нормативные и справочные материалы по курсовому и дипломному проектированию металлических конструкций. М. МГСУ 2005.
Металлические конструкции Под общей редакцией Е.И.Беленя. М.: Стройиздат 1976.
Металлические конструкции. Справочник проектировщика Под редакцией Н.П.Мельникова. М.: Стройиздат 1980.

icon графическая часть моя ИННА.dwg

графическая часть моя ИННА.dwg
Курсовая работа Здание павильонного типа
Стальной каркас одноэтажного здания
Гидроизоляция - 3 слоя рубероида
Утеплитель - пенопласт
Пароизоляция - 1 слой рубероида
Поперечный разрез здания
План связей по нижним поясам ферм
План связей по верхним поясам ферм
Разрез поперечной рамы
Схема торцевого фахверка
Условные обозначения: Заводской сварной шов Монтажный сварной шов Болт нормальной точности постоянный
Примечания: Материал конструкций - сталь С235 Отверстия ø23 Болты М20 Электроды для монтажной сварки Э42
Схема вертикальных связей по колоннам
up Наверх