Проектирование стального каркаса промышленного здания

Металлы3.docx

5. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РИГЕЛЯ РАМЫ
1. Геометрическая схема ригеля
Геометрическая схема отправочной марки фермы приведена на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Фрагмент схемы фермы:
– – – – i-й стержень стойки фермы
2. Расчётные усилия в элементах ферм
Усилия в элементах фермы а также расчетные сочетания усилий в элементах фермы выполняются при статическом расчете рамы на ЭВМ. Результаты расчета приведены в табл.8 и 9 приложения.
3. Подбор сечений элементов фермы
Верхний пояс (растянут).
где – коэффициент учитывающий ослабление сечения пояса отверстиями под болты крепления связей (для растянутых элементов верхнего пояса ); ;
Принимаем 2 равнополочных уголка :
Проверка прочности выполняется.
Несущая способность:
Так как принят минимально возможный по сортаменту уголок то повторный подбор сечения не производится.
Верхний пояс (сжат).
По [3 табл. 72] в зависимости от определим :
Принимаем 2 неравнополочных уголка :
Проверка устойчивости:
Недонапряжение составляет:
Следовательно необходимо проверить ближайший по сортаменту меньший уголок:
Проверим сечение из 2 неравнополочных уголков :
Проверка прочности не выполняется. Значит окончательно принимаем 2 неравнополочных уголка .
Проверка гибкости выполняется.
Нижний пояс (растянут).
Опорный раскос (сжат).
Проверка устойчивости не выполняется. Значит окончательно принимаем 2 неравнополочных уголка .
Промежуточный раскос (растянут).
Промежуточный раскос (сжат).
Проверим сечение из 2 равнополочных уголков :
Проверка устойчивости не выполняется. Значит окончательно принимаем 2 равнополочных уголка .
Промежуточная стойка (сжата).
Результат подбора сечений элементов фермы приведён в табл. 10.
Таблица 10 – Подбор сечений элементов фермы
Промежуточный раскос (+)
Промежуточный раскос (-)
Промежуточная стойка (-)
Продолжение табл. 10
Несущая способность
Предельная гибкость
Коэффициент продольного изгиба
4. Расчёт сварных швов прикрепления элементов
Верхний пояс (уголки ).
Длина шва у обушка при катете шва равна :
Длина шва у пера равна:
Опорный раскос (уголки ).
Промежуточный раскос (уголки ).
Следовательно принимаем:
Промежуточная стойка (уголки ).
Нижний пояс (уголки ).
Расчётные и конструктивные длины швов сведены в табл. 11.
Таблица 11 – Сварные швы элементов фермы
Принятые катеты швов
Расчётные длины швов
Принятые длины швов
Промежуточный раскос
Промежуточная стойка

Металлы2.docx

4. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ
1. Расчёт длины колонны
Для ступенчатых колонн расчетные длины в плоскости рамы определяются раздельно для нижней и верхней частей колонны:
где – коэффициенты приведения длин соответственно для верхней и нижней частей колоны (рис. 4.1).
Предварительно необходимо определить коэффициенты приведения длин.
Рис. 4.1. Сечение колонны
Отношение продольных сил:
следовательно и определим по [2 табл. 18] для случая «конец закреплён только от поворота»:
Тогда расчётные длины равны:
Расчетные длины колонны из плоскости рамы (рис.4.2.) принимаются равными расстоянию между закреплениями колонны из плоскости рамы от смещения вдоль здания:
Рис.4.2.Расчетные длины колонны
2. Расчёт верхней части колонны
Сечение верхней части колонны принимается в виде сварного симметричного в двух плоскостях двутавра. Схема сечения представлена на рис. 4.2.
2.1. Подбор сечения верхней части колонны
По результатам статического расчета определили что максимальный ядровый момент находится в сечении 4-4 и составляет:
В этом сечении действуют усилия:
Расчетное сопротивление листовой стали (по заданию С255) в первом приближении примем для листа толщиной 11-20 мм:
Приближенно требуемую площадь сечения определяется по:
– коэффициент условий работы.
Конструктивно примем минимально допустимую толщину стенки из условия коррозии:
Высота стенки принимается близкой к и увязывается с сортаментом универсальной прокатной листовой стали [1 прил. 1 табл. 9]:
Требуемая площадь полки определяется по формуле:
Ширина полки принимается в соответствии с условием:
Тогда требуемая толщина полки равна:
Рис. 4.3. Сечение верхней части колонны
Для принятого сечения определяются геометрические характеристики:
- момент инерции относительно оси Y:
- момент инерции относительно оси X:
- момент сопротивления:
Относительный эксцентриситет определяется по формуле:
Приведённый эксцентриситет определяется по формуле:
где – коэффициент влияния формы сечения учитывающий степень ослабления сечения пластическими деформациями;
2.2. Проверки в плоскости рамы
Так как то проверка прочности не требуется.
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости рамы производится по формуле:
где – коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии определяется по [2 табл. 74]:
Устойчивость в плоскости рамы обеспечивается с запасом:
2.3. Проверка устойчивости из плоскости рамы
Наибольший ядровый момент в пределах верхней части колонны –
Мя=-459384 кНм он посчитан от нагрузок с шифрами 2912.
Момент на противоположном конце стержня то есть в сечении 3-3 по отмеченным шифрам:
Определим максимальный момент в средней части. (рис.4.4)
Рис.4.4. К определению момента в средней трети:
а) эпюра моментов в верхней части колонны;
б) расчетные сечения в пределах Нв
Окончательно принимаем =3164 кНм.
Относительный эксцентриситет:
Определим коэффициент с.
Так как 1а=180440 то
Проверку устойчивости из плоскости действия рамы осуществляется по формуле:
Устойчивость обеспечена.
2.4. Проверки местной устойчивости стенки и полок
Должно выполнятся условие:
Чтобы определить предельную гибкость стенки необходимо вычислить коэффициент :
следовательно предельная гибкость стенки определяется по формуле:
Определим отношение высоты стенки к толщине:
Местная устойчивость стенки верхней части колонны обеспечена.
допустимое отношение свеса полки к её толщине определяется по формуле:
Вычислим отношение свеса полки к её толщине:
Местная устойчивость полок обеспечена.
3. Расчет нижней части колонны
3.1. Определение усилий в ветвях
Найдем приближенно положение центра тяжести (рис.4.5.).
Рис.4.5. Сечение нижней части колонны
Наибольший отрицательный момент нижней части колонны
а наибольший положительный
Расстояние от центра тяжести до шатровой и подкрановой ветвей:
Усилия в шатровой ветви определяются по усилиям М и N действующим в пределах нижней части колонны для комбинации с наибольшим положительным ядровым моментом.
Усилия в подкрановой ветви определяются по усилиям М и N действующим в пределах нижней части колонны для комбинации с наибольшим отрицательным ядровым моментом.
3.2. Предварительный подбор сечения ветвей
Определим требуемые площади ветвей. Принимаем ориентировочно =07.
Подкрановую ветвь принимаем по сортаменту двутавров по площади: двутавр №45Б1 с площадью Ап=7623 см2 высота двутавра hд=443 мм.
Шатровую ветвь принимаем из листа толщиной tл близкой к толщине полки tf верхней части колонны tл=16 мм и двух равнополочных уголков. Требуемую площадь одного уголка определим по формуле
Предварительно назначаем ширину листа как ближайшую меньшую прокатываемую ширину листа по отношению к высоте сечения двутавра: .
По сортаменту равнополочных уголков подбираем уголок близкий по площади к требуемому. Принимаем на ветвь два уголка 100х8 с площадью одного уголка Ауг=156 см2.
3.3. Проверка сечения ветвей
Найдем положение центра тяжести шатровой ветви у0 от наружной грани колонны:
Площадь подкрановой ветви Ап=7623 см2.
Площадь шатровой ветви .
Уточним положение центра тяжести всего сечения нижней части колонны:
Уточним усилия в ветвях:
Геометрические характеристики сечения ветвей:
Подкрановой ветви (из сортамента)
При угле наклона решетки αр=450 примем расчетную длину ветви в плоскости рамы
Проверки ветвей из плоскости рамы.
По [2 табл. 72] определим коэффициенты:
Проверим устойчивость:
Устойчивость шатровой ветви из плоскости рамы обеспечивается.
Устойчивость подкрановой ветви из плоскости рамы обеспечивается.
Проверка ветвей в плоскости рамы.
Устойчивость шатровой ветви в плоскости рамы обеспечивается.
Устойчивость подкрановой ветви в плоскости рамы обеспечивается.
3.4. Расчет решетки колонны
Определим наибольшее из всех сочетаний усилие Qрасч в сечении 1-1 рамы. Составим таблицу 4.
Таблица 4 – Перерезывающие усилия в сечении 1-1
Наименование нагрузки
Так как угол наклона решетки принят αр=450 то усилие в раскосе определяется:
Определим требуемую площадь раскоса.
Зададимся =08 с=075.
Принимаем уголок 70х5 с .
Определим гибкость принятого раскоса:
Определим предельную гибкость по [1 табл.15]:
Гибкость уголка меньше предельного проверка удовлетворяется.
Приведенная гибкость:
то определим по формуле:
Проверка устойчивости раскоса:
Устойчивость обеспечивается.
3.5. Проверка устойчивости нижней части колонны как внецентренно сжатого стержня
Определим момент инерции всего сечения относительно оси Х:
Определим приведенную гибкость предварительно определив:
При угле наклона решетки αр=450 α=14132.
Определим приведенную условную гибкость:
Определим Qfic по формуле: где =08
Следовательно оставляем сечение раскоса прежним.
Наибольшее сжатие шатровой ветви соответствует комбинации усилий при :
Вычисляются эксцентриситет:
и относительный эксцентриситет:
где – расстояние от центра тяжести всего сечения до оси наиболее сжатой ветви (но не менее расстояния до оси стенки ветви):
Наибольшее сжатие подкрановой ветви соответствует комбинации усилий при :
Определим коэффициенты продольного изгиба колонны по [3 табл. 75] в зависимости от и .
Для подкрановой ветви:
Проверки устойчивости:
При наибольшем сжатии шатровой ветви:
При наибольшем сжатии подкрановой ветви:
Следовательно общая устойчивость нижней части колонны обеспечена.
4. Расчёт соединения верхней части колонны с нижней
Конструкция соединения показана ни рис. 4.6.
Высота соединительной траверсы равна:
Толщину опорной плиты подкрановой балки примем:
Толщину вертикального ребра принимаем:
Толщину горизонтального ребра принимаем:
Вылет рёбер в каждую сторону траверсы принимаем равным:
- для вертикального ребра:
- для горизонтального ребра:
Рис. 4.6. Конструкция стыка верхней и нижней частей колонны.
4.1. Проверка стыкового шва Ш1
Шов Ш1 проверяется на комбинацию усилий при в сечении 3-3:
Соответствующие усилия:
Проверка шва осуществляется по формуле:
где и – площадь и момент сопротивления шва соответственно; – расчетное сопротивление сварного стыкового шва на растяжение.
Так как концы швов выводятся за пределы стыка то принимаем:
Так как выполняется физический контроль шва то принимаем:
Следовательно прочность шва Ш1 обеспечена.
4.2. Назначение толщин траверсы
Толщина траверсы определяется из условия её прочности на смятие по формуле:
где – расчётное сопротивление смятию торцевой поверхности определяемое по [3 табл. 1*]; – длина площадки передачи нагрузки ; – расчётное значение веса подкрановой балки.
где – ширина опорного ребра подкрановой балки:
Для определения длины шва Ш2 (крепление вертикальных рёбер к траверсе) необходимо определить срезающее усилие:
Катет сварного шва примем равным:
Определим длину шва из условия среза по металлу шва при сварке электродами Э50А при [3 табл. 56]:
Из условия среза по металлу границы сплавления при:
Длина шва Ш3 назначается из условия восприятия силы и . Определим максимальное срезающее усилие по формуле:
Усилия и в сечении подсчитывается по сочетанию усилий шифры которых взяты в сечении по наибольшему отрицательному ядровому моменту:
Определим требуемую длину шва Ш3 по следующим формулам:
Расчётные длины швов Ш2 и Ш3 получились меньше принятой конструктивно высоты траверсы следовательно оставляем принятую высоту.
4.5. Расчёт траверсы
Определим усилия и в траверсе:
Определим геометрические характеристики сечения траверсы.
- положение центра тяжести:
Выполняется проверка нормальных напряжений :
Выполняется проверка касательных напряжений:
Следовательно прочность не обеспечивается и необходимо увеличить толщину траверсы. Примем:
Прочность траверсы на срез обеспечивается.
5. Расчёт и конструирование базы колонны
Для шатровой ветви в сечении при максимальном :
Для подкрановой ветви в сечении при максимальном ::
Требуемые площади опорных плит определяются по формуле:
где – расчётное сопротивление бетона смятию.
Определение размеров плит.
Ширина шатровой плиты определяется из конструктивных соображений по формуле:
где – ширина сечения шатровой ветви; – толщина траверсы принимаемая в пределах ; – консольный свес опорной плиты;
Толщину траверсы базы колонны примем:
По сортаменту примем:
Аналогично определяется ширина подкрановой плиты:
Для двутавра № 45Б1:
Длина плиты подкрановой ветви определяется по формуле:
С учётом ширины сечения нижней части колонны примем не менее:
С учётом ширины сечения нижней части колонны примем:
Проверка прочности бетона фундамента на смятие осуществляется по формуле:
Примем выступы фундамента за пределы плиты:
- для шатровой ветви:
- для подкрановой ветви:
Определение толщин опорных плит:
Изгибающие моменты на участках определим по формулам:
Толщины плит определим по формуле:
Увеличим на для фрезерования и примем окончательно толщину листа в соответствии с сортаментом:
Назначим предварительно толщину траверс:
Плечо грузовой площади:
Нагрузка на траверсу:
Определяется усилие в шве крепления траверсы к ветви колонны:
Определим высоту траверсы при катетах сварных швов :
Из конструктивных соображений:
По сортаменту принимаем:
- подкрановая ветвь:
6. Расчёт анкерных болтов
Определим усилия в болтах от каждой нагрузки предварительно выписав значения и полученные при статическом расчёте рамы. Результаты расчёта сводятся в табл. 6.
Таблица 6 – Расчётные сочетания усилий для сечения
Определим РСУ при которых в ветвях колонны действуют наибольшие растягивающие усилия (сечение ). РСУ представлена в табл. 7.
Таблица 7 – РСУ для анкерных болтов
Усилия в анкерных болтах кН
I Основное сочетание
II Основное сочетание
Как видно из таблицы шатровая ветвь в обоих сечениях является сжатой и анкерные болты для неё принимаются конструктивно. Принимаем 2 болта .
Определяется требуемая площадь анкерного болтов подкрановой ветви:
По [1 прил. 1 табл. 14] принимаем 2 болта с общая площадь болтов - .
Расчёт анкерных плиток.
Для шатровой ветви принимаем плитку конструктивно:
Для подкрановой ветви примем:
Определим изгибающий момент в плитке:
Требуемая толщина определяется как для балки на двух опорах:

Металлы4.docx

5.5. Расчёт и конструирование узлов
При максимальном усилии в опорном раскосе:
толщину фасонки принимаем равной:
Принимаем болты диаметром с классом прочности . По [2 табл. 58] определяем расчётное сопротивление растяжению болтов для принятого класса по прочности
Принимаем фланцевое соединение верхнего пояса с колонной. Толщину фланца принимаем . Болты соединения рассчитываются на растягивающие усилие:
Несущая способность одного болта определяется по формуле:
где – площадь сечения нетто соединительных болтов принимаемая по [2 табл.62];
По конструктивным соображениям минимальное количество болтов – 4 следовательно принимаем 4 болта. Размещение болтов показано на рис. 5.2 от него зависят размеры фланца и фасонки. К фланцу приваривается фасонка. Напряжение в шве при катете шва и длине проверяется по формуле:
Фланец проверяется на прочность как балка пролётом:
загруженная силой с поперечным сечением .
Момент в сечении равен:
Момент сопротивления равен:
Напряжение в сечении фланца:
От шва крепления фасонки к фланцу отступается и производится обрезка по перпендикуляру торца уголка верхнего пояса ().
От торца уголка верхнего пояса откладывается длина шва прикрепления элемента () и делается вертикальная обрезка второго основания фасонки. Шов у пера конструктивно продлевается до конца фасонки и становится равным . Длина фасонки получается равной:
Размер второго основания фасонки при поясе из уголков будет равен:
где – на выпуск фасонки (с каждой стороны по для удобства наложения швов).
Так как у фасонки две стороны параллельны то она может кроиться безотходно из полосы шириной . Поэтому в спецификацию фасонка войдет размерами сечения:
где – полусумма оснований; – толщина фасонки.
Рис. 5.2. Конструкция верхнего опорного узла
Особенностью данного узла является наличие разрыва верхнего пояса и соединения элементов верхнего пояса различного сечения. Для выравнивания профиля верхнего пояса за положение центра тяжести стыкуемых уголков принимается среднее значение центров тяжестии:
Элементзаводится за центр узла на . Наносится положение уголков так чтобы расстояние между торцами элементов было не менее . Далее наносится положение швов для элементау пера а для элементовиу пера и обушка. Из конца шва у обушка элемента (длиной ) восстанавливается перпендикуляр к оси верхнего пояса (правая грань фасонки). Из конца шва у пера элемента (длиной ) проводится линия параллельная оси верхнего пояса (нижняя грань фасонки) до пересечения с правой гранью. Положение левой грани диктуется швом у пера элементаи обушка элемента. Соединяя концы этих швов и продолжая ее до пересечения с нижней и верхней гранями получим полное очертание фасонки. Верхняя грань фасонки выпускается на для удобства наложения швов. В этом случае необходимо предусмотреть вырезы в фасонке для крепления прогона и размещения накладки передающей усилие с обушка элемента. Конструктивно длина накладки должна быть не менее:
Ширина накладки принята что на меньше ширины пояса. При вертикальном положении фермы это обеспечивает удобство сварки.
Толщина накладки равна:
Конструктивно принимаем:
Напряжения в шве крепления фасонки к верхнему поясу:
Прочность шва обеспечена.
Рис. 5.4. Конструкция верхнего промежуточного узла
Соединение нижнего пояса и опорного раскоса с колонной принимаемфланцевым. Сечение фланца принимаем. Узел центруется на внутреннюю грань верхней части колонны. Наносится положение уголков производится обрезка торцов так чтобы расстояние шва в любом направлении было не менее . Наносятся швы у обушка и пера элементов. При этом видно что швы по опорному раскосу длиной у обушка и у пера диктуют соответственно положение верхней и правой граней фасонки. При этом швы прикрепления нижнего пояса(расчетной длиной у обушка и у пера) конструктивно продолжаются до конца фасонки на длину .
Для расчета швов в узле строится диаграмма усилий (рис. 5.5). Для чего по тем же шифрам временных нагрузок в расчетном сочетании для элемента нижнего пояса(учитывается постоянная и снеговая по всему пролету нагрузки) определяется усилие в раскосе (). Построение диаграммы начинаем с элемента. В произвольно выбранном масштабе: строго по направлению раскосаоткладываем усилие. Стрелку направляем к узлу так как элементсжат. От острия стрелки строго по направлению нижнего поясаоткладываем усилиеи затем замыкаем диаграмму равнодействующей.
Вертикальная составляющая равнодействующей:
Горизонтальная составляющая равнодействующей:
Тогда равнодействующая равна:
Центр узла и фланца не совпадают. Усилиепо отношению к центру фланца приложено с эксцентриситетом равным:
Напряжение в шве крепления фасонки к фланцу:
Суммарное напряжение в шве крепления фасонки к фланцу:
Передача вертикального усилия с фланца на колонну происходит через опорный столик. Длина швов крепления столика определяется с учётом 20% перегрузки:
где – катет шва принятый равным [3 табл. 38*].
Принимаем столик длиной сечением при ширине полки верхней части колонны .
Болты крепления фланца к колонне принимаем конструктивно так как усилие с фланца передаётся на столик. Размещение болтов показано на рис. 5.5. При этом расстояние между болтами не должно превышать:
Проверка фланца на смятие:
Проверка выполняется.
Рис. 5.6. Конструкция нижнего опорного узла
Проектирование узла 4 и всех последующих в отношениях нанесения положения уголков их обрезки нанесения длин швов а по ним очертания фасонок ведётся аналогично выше рассмотренным. Усилие передаваемое на узел:
где – длина панели фермы по верхнему поясу.
Рис. 5.7. Конструкция узла крепления промежуточной стойки к верхнему поясу фермы
Шов крепления фасонки к нижнему поясу рассчитывается на разность усилий в элементах пояса. Разность усилий равна:
Напряжения в шве крепления фасонки к нижнему поясу:
Выпуск фасонки за пределы нижнего пояса назначается конструктивно так как шов () у пера достаточен для восприятия передаваемого узлу усилия.
Рис. 5.8. Конструкция узла крепления фасонки к нижнему поясу фермы
Шов крепления фасонки к верхнему поясу рассчитывается на равнодействующую усилий в третьем и четвёртом раскосах:
Рис. 5.9. Конструкция узла крепления фасонки к верхнему поясу фермы
Рассматриваемый узел является верхним укрупнительным узлом. Он представляет соединение элемента верхнего пояса с ветвью крестовой стойки.
Усилие со шва у пера элемента длиной через накладку передаётся на другую половину фасонки следующей отправочной единицы. Длина одного вертикального шва у накладки достаточна для передачи усилия у пера элемента . Усилие у обушка передаётся через накладку.
Ширина накладки равна:
Рис. 5.10. Конструкция верхнего укрупнительного узла
Рассматриваемый узел является нижним укрупнительным узлом. Он представляет заводской узел соединения нижнего пояса раскоса и ветви крестовой стойки с фасонкой. Усилие у пера нижнего пояса передаётся на фасонку а затем на накладку. Её размеры определяются из условия размещения четырёх болтов с минимальными расстояниями. Усилие у обушка передаётся через накладку. Ширина этой накладки определяется из условия удобства монтажной сварки при вертикальном положении фермы:
Рис. 5.11. Конструкция нижнего укрупнительного узла

Металлы1.docx

Исходные данные для всех вариантов.
Проектируемое здание одноэтажное отапливаемое однопролетное с теплой кровлей. Кровля выполняется из стального профилированного одцинкованного настила с эффективным утеплителем по стальным прогонам и фермам.
Стены из сборных железобетонных панелей могут передавать нагрузку на колонны либо могут приниматься самонесущими (согласуется с руководителем проектирования) то есть передающими собственный вес на фундаментную балку (рандбалку).
Все несущие конструкции каркаса - стальные. Для конструкций заводского изготовления сварка - автоматическая либо полуавтоматическая.
Два мостовых электрических крана работают одновременно. Режим работы кранов относится к группе 6К.
Фундаменты под колонны - столбчатые из тяжелого бетона класса по прочности не ниже В12.5.
Отметка чистого пола .
Здание проектируется в пределах городской застройки тип местности - В (по ветровому давлению).
По классу ответственности проектируемое здание относится ко второму классу (класс II).
Соединение колонны с ригелем (фермой) в плоскости рамы принимается жестким из плоскости рамы - шарнирным;
Верхняя часть колонны сварная сплошностенчатая двутаврового сечения нижняя часть сквозная. Сечение шатровой ветви состоит из двух равнополочных уголков и листа а сечение подкрановой ветви проектируется из прокатного двутавра. Ригель проектируется из парных уголков.
КОМПОНОВКА КАРКАСА ЗДАНИЯ
1Назначение размеров поперечной рамы
Размеры рамы по вертикали привязывается к отметке уровня пола . Размеры по горизонтали привязываются к продольным осям здания. Все размеры назначаются в ссоответствии с основными положениями по унификации и другими нормативными документами. Часть поперечной рамы представлена на рис. 2.1.
1.1Размеры по вертикали
При компоновке колонны необходимо учитывать что наружная (шатровая) и внутренняя (подкрановая) ветви колонны соединяются гибко благодаря чему каждая ветвь из плоскости рамы работает самостоятельно.
Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса Н1. Размеры колонны по высоте определяются исходя из конструктивных соображений.
Полная высота помещения Н от пола до низа ригеля (нижнего пояса фермы) определится по формуле:
где высота крана (1. прил.1. табл.1); расстояние между верхом габарита крана и низом ригеля в соответствии с (4. п. 10.8) принимается не менее 100 мм; предельно допустимый прогиб ригеля (фермы) принимаемый по (6. табл. 19) при
В соответствии с размерами стандартных ограждающих конструкций предусмотренных "Основными положениями по унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий" высота принимается кратной кратной .
Округлив в большую сторону получаем
После назначения необходимо скорректировать величину то есть увеличить настолько насколько была увеличена высота либо по формуле:
Длина нижней части колонны определяется по следующей формуле:
где высота подкрановой балки и высота кранового рельса соответственно приняты (1. прил.1. табл.1) в зависимости от грузоподъемности крана; заглубление верха фундамента колонны ниже нулевой отметки пола принимаемое от 600 до 1000 мм.
Длина верхней части колонны определится из выражения:
1.2Размеры рамы по горизонтали
Высота сечения верхней части ступенчатой колонны принимается не менее и назначается с учетом унифицированных привязок наружных граней колонн к разбивочной оси. При фермах с элементами из парных уголков привязка ферм к разбивочной оси . Таким образом высота сечения верхней части колонны может быть равной или
Величина привязки разбивочной оси к наружной грани колонны в соответствии с "Основными положениями по унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий" первоначально принимается. Привязка кранового рельса к разбивочной оси ряда колонн (см. рис. 2.1) должна быть не менее:
где свес габарита крана за ось рельса принимаемый по (1. прил.1. табл.1); минимальный зазор между краном и колонной.
Размер должен приниматься кратным 250 мм. В случае не выполнения условия (2.5) размер привязки увеличивается и условие проверяется снова. При компоновке каркаса необходимо размер увязывать с пролетом крана .
Ось подкрановой ветви нижней части колонны обычно совмещается с осью подкрановой балки тогда высота сечения нижней части колонны определится:
Для обеспечения жёсткости цеха в поперечном направлении высота сечения нижней части колоны назначается из условия: . Если условие не выполняется то увеличивают. В этом случае необхидимо уменьшить пролет крана (кратно 500 мм).
1.3Размеры ригеля (фермы)
Высота ригеля на опоре (рис. 2.2) в соответствии с (7) по обушкам уголков принимается или . Уклоны верхних поясов принимаются следующими: . При этом из условия перевозки железнодорожным транспортом общая высота фермы не должна превышать . Высота ригеля в середине пролета определяется по формуле:
Длину панели нижнего пояса фермы следует принимать равной а верхнего пояса . При этом рекомендуется чтобы решетка фермы в местах присоединения к стойкам рамы имела восходящие опорные раскосы.
Для удобства транспортировки Ферма разбивается на отдельные отправочные элементы с укрупнительными узлами.
Размещение колонн в плане принимают с учетом технологических конструктивных и экономических факторов (см. рис. 2.3).
Рис.2.3. План расположения колонн
В пояснительной записке к курсовому проекту приведен план колонн с указанием осевых размеров. Если длина здания превышает нормируемую длину температурного блока [3 табл.42] то устраивается температурный шов. Колонны примыкающие к торцам здания либо к температурному шву смещаются внутрь температурного блока на 500 мм.
3Проектирование фасада
Размеры стеновых панелей см. п. 2.1.1. Цокольная панель внизу устанавливается на рандбалку над ней располагается оконный проем затем устанавливаются панели закрывающие подкрановую балку далее снова оконный проем и вверху устанавливаются панели закрывающие шатер (ферму). Пример компоновки фасада при ленточном остеклении показан на рис.2.4. Выбор типа остекления согласуется с руководителем курсового проектирования.
Рис.2.4. Фрагмент фасада
В пределах каждого температурного блока здания следует предусматривать самостоятельную систему связей.
Вертикальные связи между колоннами во-первых создают единую геометрически неизменяемую продольную систему воспринимающую все нагрузки действующие вдоль здания: во-вторых облегчают монтаж колонн. Для отапливаемых зданий установлены следующие предельные размеры между вертикальными связями: от торца здания (блока при протяженных зданиях) до оси ближайшей вертикальной связи должно быть не более 90 м; между осями вертикальных связей в одном блоке должно быть не более 60 м.
При шаге рам 6 м верхнюю вертикальную связь проектируют в виде креста или двухпанельной фермы нижнюю - в виде креста или диагонали (см. рис. 2.5). При шаге рам 12 м верхнюю связь проектируют в виде фермы нижнюю - в виде креста или подкосов. Вертикальные связи в пределах верхней части колонн устанавливают у торцов здания у температурных швов и как правило между осями где поставлены поперечные связи шатра.
В нижней части колонн при шаге рам 6 м и высоте подкрановой части колонн белее 9 м устанавливают связь в виде двух крестов (см. рис.2.5.б). При шаге рам 12 вертикальную связь проектируют в виде портала (см. рис.2.5. г) но возможно применение крестовой связи (см. рис.2.5. в).
Рис.2.5. Схема вертикальных связей между колоннами: а) в виде креста; б) в виде двух крестов; в) в виде креста; г) в виде портала
Горизонтальные связи по верхним поясам стропильных ферм состоят из поперечных связевых ферм располагаемых у торцов здания и над вертикальными межколонным связями: распорок между поперечными связевыми фермами. Панель связевой фермы обычно принимают равной двум панелям фермы развязывая таким образом верхние пояса через узел. Назначение этих связей - обеспечение устойчивости сжатых верхних поясов стропильных Ферм в горизонтальной плоскости.
При ваге ферм 6 м связи выполняются по типу рис.2.6 а. а при шаге 12 м - по типу рис.2.6.б в.
Горизонтальные связи по нижним поясам стропильных ферм образуют жесткий четырехугольник по периметру здания (температурного блока) из поперечных и продольных связевых ферм продольные связевые Фермы размещают вдоль крайних продольных рядов колонн создавая условия для перераспределения усилий между рамами. Поперечные связевые фермы устраивают по торцам здания и над вертикальными связевыми фермами между колоннами. Они предназначены для восприятия ветровой нагрузки со стороны торца здания передаваемой стойками торцевой фахверка. Между поперечными связевыми фермами устанавливают распорки (см. рис. 2.7).
Рис. 2.6. Схема горизонтальных связей по верхним поясам
ферм: а) при B=6 м; б) при B=12 м; в) при B=12 м: 1 - стропильная ферма; 2 - распорка; 3 - дополнительная пояс связевой фермы
Поперечные связи по верхним и нижним поясам стропильных ферм в плане совмещают располагая их над вертикальными связями между колонн. При шаге ферм 6 м связи выполняются по типу рис. 2.7 а. а при шаге 12 - по типу рис. 2.7 б в.
Вертикальные связи между фермами закрепляют стропильные фермы сразу после подъема при монтаже и ограничивают гибкость сжатых верхних поясов стропильных ферм между раскрепленными во время монтажа точками в пределах допустимой гибкости . Эти связи представляют собой отдельные цельноперевозимые фермы. В состав связей входят также растяжки (одновременно являющиеся элементами связей по нижнему поясу ферм) и распорки.
При шаге ферм 6 м связи проектируют по типу показанных на рис. 2.8. а а при jare 12 м - рис. 2.8 б.
Рис.2.7. Схема горизонтальных связей по нижним поясам
ферм: а) при B=6 м; при B=12 м; в) при B=12 м: 1 - стропильная ферма; 2 - распорка; 3 - дополнительный пояс связевой фермы
Рис.2.8. Схема вертикальных связей между фермами: а) при B=6 м; б) при B=12 м
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАРКАСА ЗДАНИЯ
Конструктивная схема поперечной рамы каркаса (см. рис.3.1) приводится к расчетной (см. рис.3.2). За расчетную высоту рамы Н принимается расстояние от обреза фундамента до низа ригеля. За пролет L принимается расстояние между разбивочными осями колонн.
Для получения расчетной схемы необходимо определить дополнительные геометрические характеристики рамы. Эксцентриситет смещения осей верхней и нижней части колонн (см. рис.3.3) определяется по формуле:
Эксцентриситет приложения веса стены при ненесущих стенах определяется по формуле:
где толщина стеновой панели.
Эксцентриситет приложения крановой нагрузки при условии совпадения осей подкрановой ветви колонны и подкрановой балки определяется по формуле:
1Сбор нагрузок на поперечную раму
1.1Постоянные нагрузки
Собственный вес шатра (рис. 3. 4) на 1 м2 удобнее всего определять в табличной форме (1. прил.2). В распределенную нагрузку включаются веса всех слоев кровли конструкции фермы и связей с соответствующими коэффициентами надежности по нагрузке Вес прогонов при шаге рам B=6 м составляет а при B=12 м . Вес ферм со связями принимается равным при пролете рамы L=24 м и 03; 04 кПа при пролетах 30 и 36 м соответственно.
Линейная распределенная нагрузка на ригель (ферму) от веса шатра:
где расчетная постоянная нагрузка на 1 м2 определяемая в табличной форме: шаг рам; здесь и далее коэффициент надежности по назначению. Для здания класса II угол наклона кровли к горизонтали.
Собственные веса колонны и подкрановой балки определяются в первом приближении по формулам:
где здесь и далее коэффициент надежности по нагрузке равный для стальных конструкций 1.05 (3 табл.1); и веса колонны и подкрановой балки приходящиеся на 1 м2 прилежащей площади определяемые по (1. прил.1 табл.2).
Вес ненесущей стены условно прикладывается в уровне перепада сечения колонны и подсчитывается по формуле:
где ; объемный вес материала стеновой панели принимается в пределах объемный вес стекла принимаемый и суммарные высоты стен и остекления соответственно не включая цокольную панель и первую полосу остекления; толщина стеновой панели принимается ; толщина двойного остекления (для курсового проекта принимается 8 мм); коэффициент учитывающий вес оконной коробки и переплетов.
2.2 Снеговая нагрузка.
Величина нормативно снеговой нагрузки на 1м2 кровли определяется по формле:
где S0- вес снегового покрова - коэффициент перехода снеговой нагрузки на земле к нагрузке на 1м2 проекции кровли.
Город Москва находится в 3-м снеговом районе. Вес снегового покрова равен S0=1 кПа. Так как уклон кровли менее α=25° то коэффициент =1.
Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы от снега Sn определяется по формуле:
Коэффициент надежности для снеговой нагрузки принимаем равным так как выполняется отношение:
2.3 Нагрузка от мостовых кранов.
При движении крана происходит перераспределение вертикальных сил между колесами движущимися по рельсу с одной стороны крана. При расчете рам вертикальная составляющая крановой нагрузки считается квазистатической.
Вертикальное давление кранов. Расчетное усилие Dmax определим по линии влияния опорных реакций (Л. вл. Rпб) подкрановых балок при не выгоднейшем расположении двух кранов на балках. Коэффициент надежности по нагрузке равен . Коэффициент сочетаний принимаемый для кранов режимов работ 6К =0.85 . Количество колес двух кранов грузоподъемностью 80т уложившихся в приделах двух подкрановых балок пролетом B=6м равно m=6.
Рисунок 3.1. Размещение кранов грузоподъемностью 80т в пределах подкрановых балок.
На противоположный ряд колонн действует сила Dmin величину которой определим по формуле:
Поперечное торможение. Значение расчетной горизонтальной силы T передаваемой на колонну.тележки крана (при Q=80т) равна Gт=38т тогда сила горизонтального давления передаваемая колесу крана равна:
2.4 Ветровая нагрузка
Воздействие ветровой нагрузки на здание вызывает активное давление на стеновое ограждение с наветренной стороны и пассивное с противоположной направленное в ту же сторону.
Город Москва находится в 1-ом ветровом районе строительства и нормативное значение ветрового давления 0=023 кПа.
Интенсивность ветрового давления увеличивается при удалении от поверхности земли что учитывается поправочным коэффициентом- k.Значение коэффициента k для типа местности B:
Рисунок 3.2. Распределение ветрового давления по высоте здания.
Для удобства статического расчета рамы фактическую ветровую нагрузку заменяют эквивалентной э равномерно распределенной по высоте а нагрузку действующую от низа ригеля до верха парапета заменяют сосредоточенной равнодействующей силой W прикладываемой к уровню низа ригеля.
Приведем эпюру k эквивалентной по площади kэкв. Определим значение ординат kэкв:
Коэффициент надежности для снеговой нагрузки принимаем равным . Ветровую нагрузку линейно распределенную по колонне определим по формуле:
Для определения пассивного и активного давления ветра необходимо полученное значение умножить на соответствующие аэродинамические коэффициенты- c. Для наветренной стороны ce=0.8 для подветренной ce3=0.52( при соотношении h1L=0.6 и bL=35).
акт=0.8=0.81.107=0.885 кНм
пас=0.52=0.521.107=0.576 кНм
Определим площадь эпюры k в пределах высоты парапета:
тогда сосредоточенное давление ветра приходящее на парапет определим по формуле:
Wакт=0.8W=0.85.572=4.458 кН
Wпас=0.52W=0.525.575=2.898 кН.
3 Жесткостные характеристики элементов рамы
Жесткость сквозного ригеля приближенно определяется по формуле:
где с1- коэффициент учитывающий изменение момента инерции по длине фермы и деформативность ее решетки.
Жесткость нижней части колонны определяется по формуле:
где Na- расчетное продольное усилие в основании свободно стоящей колонны от постоянной нагрузки и снега:
c2- коэффициент учитывающий тип сечения.
Жесткость верхней части колонны определяется по формуле:
где с3- коэффициент учитывающий неравенство нижней и верхней частей колонны.
4 Расчет рамы на отдельные нагрузки
Расчет на отдельные нагрузки производится на ЭВМ по комплексу программ "КИК" (конструкции металлического каркаса). На постоянные нагрузки снег и ветер рассчитывается отдельная плоская рама.
При расчете на крановые нагрузки рама рассчитывается в составе каркаса в целом. Совместная работа всех рам обеспечивается диском покрытия. В курсовом проекте принимаем прогонное покрытие. При прогонном покрытии диск создается системой продольных горизонтальных связей покрытия и его жесткость представляет собой суммарную жесткость всех продольных связевых ферм EJсф.
Усилия подсчитываются в четырех сечениях левой стойки (колонны) рамы. Для каждого из четырех сечений подсчитываются изгибающий момент М поперечная Q и продольная N силы. Правило знаков принято следующим: положительный изгибающий момент растягивает внутренние (правые) волокна рамы положительное продольное усилие сжимает колонну положительная поперечная сила направлена внутрь рамы.
Для расчета нужны следующие дополнительные данные:
Жесткость покрытия примем ориентировочно .
Составляем таблицу исходных данных:
Таблица 3.1 Расчет рамы.
Высота верхней части колонны
Полная длинна колонны
Отношение жесткостей
Высота фермы у колонны
Уклон верхнего пояса фермы
Число панелей полуферм верхнего пояса
Высота сечения нижней части колонны
Высота сечения верхней части колонны
Эксцентриситет смещения осей
Эксцентриситет стеновой панели
Эксцентриситет подкрановой балки
Распределенная по ригелю
Вес подкрановой балки
Снеговая распределенная по ригелю
Ветер распределенный по ригелю
Ветер сосредоточенный под ригелем
Монтажная распределенная по ригелю

дима.dwg

гидроизоляция 2 слоя толя по мастике
Наименование показателя и формула подсчета
Площадь вспомогательная
Строительный объем надземной части
Строительный объем подземной части
Технико-экономические показатели
Кровельная листовая сталь
Известково-песчаная штукатурка
Керамический легкобетонный камень
Минераловатные плиты
План перекрытия на отм. 2.800
Шпренгель сеч 120 * 160
Стропильная нога d = 150
Кобылка сеч 50 * 120
Накосная нога d = 150
Поперечины для слуховых окон
План фундаметов и стропил
План перекрытия на отм. 5.370
КР 270102. 02. 01. АР - 421
Жилое здание на 8 квартир
План на отм. 2.800 и 0.020 Разрез А-А Фасад 1-4
ИТС Кафедра "Строительные конструкции
здания и сооружения"
План перекрытия на отм. 5.370 и 2.800 План фундаментов и стропил Корнизный и цокольный узлы
кровельная листовая сталь
облицовочный фризовый камень
фундаментные блоки ФБС 24.6.6-Т
Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство Рос Жел Дор ГОУ ВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения Кафедра «Строительные конструкции
Разработка котлована
Проектирование производства
КП.2903.01.21.ПЗ-431
Общая площадь участка
Площадь асфальто-бетонного покрытия
здания и сооружения» i0
Проектирование конструкции стальной балочной клетки рабочей площадки промышленного здания i23.096
q*;КП 27010265. 02. 01. ПЗ - 431 i0
Рис. 2. Схема балочной клетки нормального типа: 1 - колонна; 2 - главные балки; 3 - балки настила
Рис. 3. Схема балочной клетки нормального типа: 1 - колонна; 2 - главные балки; 3 - балки настила; 4 - вспомогательные балки
КП 27010265. 02. 01. ПЗ - 431
Рис. 5. Расчётная схема главной балки
Рис. 3.1 - Размеры сечения колонны
Рис. 3.2 - База колонны сплошного профиля: 1 - стержень; 2 - траверса; 3 - плита; 4 - фундамент
Рис. 3.3 - База колонны сплошного профиля (план): 1 - стержень; 2 - траверса; 3 - плита; 4 - фундамент; 5 - анкерный болт
Рис. 3.5 - Оголовок колонны: 1 - опорная плита; 2 - вертикальное ребро; 3 - горизонтальное ребро; 4 - главная балка
Схема расположения элементов балочной клетки М 1:100
Главная балка Б1 М 1:100
Вспомогательная балка Б2
Экспликация элементов балочной клетки
Материал конструкции: балки Б1 и колонны К1 из стали С285
Б3 и настил из стали С235; 2. Болты нормальной точности класса по прочности; 4.6
класс точности В по ГОСТ 15590-70*; сварочная проволока марки Св-08А 3. Все неоговоренные швы варить высотой 6 мм; 4. Все неоговоренные отверстия ø 22 мм под болт ø 20мм; 5. На анкерный болт надеть шайбу 100 х 100 мм и по периметру обварить монтажным швом высотой 8мм; 6. на узле 6 цифрами обозначен порядок сварки. 7. В расчете принята ручная сварка с покрытыми электродами типа Э42А по ГОСТ 9467-75
0102.65.01.01.КМ-431
Конструкция стальной балочной клетки
Проектирование конструкции стальной балочной клетки рабочей площадки промышленного здания
Схема расположения элементов балочной клетки
Схема расположения элементов балочной клетки М 1:200
линия габарита под перекрытием
Главная балка Б1 М 1:200
класс точности В по ГОСТ 15590-70*; сварочная проволока марки Св-08А 3. Все неоговоренные швы варить высотой 6 мм; 4. Все неоговоренные отверстия ø 22 мм под болт ø 20мм; 5. На анкерный болт надеть шайбу 100 х 100 мм и по периметру обварить монтажным швом высотой 8мм; 6. В расчете принята ручная сварка с покрытыми электродами типа Э42А по ГОСТ 9467-75
Схема разбивкы фермы ФС-1 на отправочные марки М 1:100
0102.65.01.02.КМ-441
Схема разбивки фермы ФС-1 на отправочные марки; Геометрическая схема ФС-1-1;
Стальной каркас промышленного здания
Проектирование стального каркаса промышленного здания в г. Москве
Схема горизонтальных связей по верхним поясам ферм; Схема горизонтальных связей по нижним поясам ферм; Схема К1; Разрезы 1-1; 2-2; 3-3; 4-4; 5-5; Узлы 1-3
Геометрическая схема ФС-1-1 М 1:100
Схема ФС-1-1 Сетка осей М 1:20 Сечения и узлы М 1:10
Спецификация стали для элемента ФС-1-1
Спецификация элементов каркаса
Опорная плитка шат-й ветви
Опорная плитка под-й ветви
Анкерная пл-ка шат-й ветви
Анкерная пл-ка под-й ветви
Материал конструкций - стал. С255; 2. Болты класса 4.6 грубой точности по ГОСТ 1589-70*; 3. Сварку производить электродами типа Э 50А; 4. Все неоговоренные швы варить высотой 6 мм; 5. Все неоговоренные отверстия ø 22 мм под болт ø 20мм; 6. Ферма ФС-1 - смотри лист 2; подкрановые конструкции и связи в данном проекте не разработаны
Схема горизонтальных связей по нижним поясам ферм М 1:500
Схема горизонтальных связей по верхним поясам ферм М 1:500

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ МЕТАЛЛЫ.docx

Проектирование стального каркаса промышленного здания. Методическое пособиеТитаев В.А. и др. – Хабаровск :ДВГАПС. 1996. – 118 с.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкцииГосстрой СССР. -М.:ЦИТП Госстроя СССР 1991. - 96 с.
СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействияМинстрой России. -М.:ГП ЦПП 1996. - 44 с.
ГОСТ 23119-78. Фермы стропильные стальные сварные с элементами из парных уголков для производственных зданий. - М.:Издательство стандартов 1986 - 10 с.
ГОСТ 6711-81. Краны мостовые электрические общего назначения грузоподъемностью от 80 до 500 т. - М.: Издательство стандартов 1985 - 47 с.

СОДЕРЖАНИЕ МЕТАЛЛЫ.docx

КОМПАНОВКА КАРКАСА ЗДАНИЯ 4
1. Назначение размеров поперечной рамы 4
1.1. Размеры по вертикали 5
1.2. Размеры рамы по горизонтали 6
1.3. Размеры ригеля (фермы) 7
3. Проектирование фасада 10
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАРКАСА ЗДАНИЯ 14
1. Расчетная схема рамы 14
2. Сбор нагрузок на поперечную раму 15
2.1. Постоянные нагрузки 15
2.2. Снеговая нагрузка 17
2.3. Нагрузки от мостовых кранов 18
2.4. Ветровая нагрузка 20
3. Жёсткостные характеристики элементов рамы 22
4. Расчет рамы на отдельные нагрузки 23
5. Составление расчетных сочетаний усилий в сечениях колонны 25
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОННЫ 25
1. Расчетные длины колонны 25
2. Подбор сечения верхней части колонны 27
2.1. Последовательность подбора сечений 27
2.2. Проверки в плоскости действия момента 30
2.3. Проверка устойчивости из плоскости действия момента 31
2.4. Проверки местной устойчивости стенки и полок 33
3. Расчет нижней части колонны 35
3.1. Определение усилий в ветвях 35
3.2. Предварительный подбор сечения ветвей 36
3.3. Подбор и проверки сечения ветвей 37
3.4. Расчет решетки колонны 39
3.5. Проверка устойчивости нижней части колонны как
внецентренно сжатого 40
4. Расчет соединения верхней части колонны с нижней 42
4.1. Проверка стыкового шва 42
4.2. Назначение толщины траверсы 43
4.3. Сварные швы Ш2 44
4.4. Сварные швы Ш3 45
4.5. Расчет траверсы 47
5. Расчет и конструирование базы колонны 49
6. Расчет анкерных болтов 51
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РИГЕЛЯ РАМЫ 54
1. Геометрическая схема ригеля 54
2. Расчетные усилия в элементах фермы 54
3. Подбор сечений элементов фермы 55
4. Расчет сварных швов элементов фермы 66
5. Расчёт и конструирование узлов 71
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 88