Расчет и конструирование элементов одноэтажного производственного здания

Ферма 1.cdw

Материал конструкций сталь С245
Сварочные материалы Э-42
Курсовой проект по МК№2
Расчет и конструирование элементов
одноэтажного производственного здания
Схема отправочных элементов
Расчетно-геометрическая схема
Спецификация элементов на одну отправочную марку
Отправочная марка Ф1

Ферма.cdw

Ут-ль из мин.ватных плит
Материал конструкций сталь С245
Сварочные материалы Э-42
Курсовой проект по МК№2
Расчет и конструирование элементов
одноэтажного производственного здания
Схема расположения связей по верхнему и нижнему поясу
Схема расположения связей по колоннам
Поперечный разрез рамы
Схема расположения связей по верхнему поясу фермы
Схема расположения связей по нижнему поясу ферм
Схема расположения связей по колоннрам
Расчетная схема рамы

МК.docx

Компоновка каркаса здания
1Вертикальные размеры поперечной рамы
Расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия:
где Нк- высота крана 100 мм – допуск на изготовление крана f – величина учитывающая прогиб стропильной фермы.
Примем мм (кратно 200 мм).
Полная высота цеха от уровня пола до низа конструкций покрытия:
где Н1 – отметка уровня головки кранового рельса.
Т.к. грузоподъемность крана больше 20 т колонну проектируем ступенчатой.
Ориентировочно примем высоту верхней части колонны:
где hб – высота подкрановой балки hр – высота рельса.
Высота подкрановой балки:
Высота рельса hр=170 мм.
Примем (кратно 200 мм) 6400 мм.
Заглубление колонны ниже уровня пола мм тогда высота нижней части колонны:
НН=16800-6400+700=11100 мм.
Общая высота колонны от низа базы до низа ригеля:
Н=11100+6400=17500 мм.
2Горизонтальные размеры поперечной рамы
Высота сечения верхней части колонны при а=250мм с учетом привязки фермы к разбивочной оси а’=200мм при отсутствии проходов:
Примем по наибольшему значению = 550 мм.
Расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны:
где В1 – выступающая за ось рельса часть кранового моста (hв-a) – расстояние от продольной оси здания до внутренней грани колонны 75 мм – минимальный зазор между краном и колонной.
l1=400+(550-250)+75=875 мм
Примем (кратно 250 мм) 1000 мм.
С учетом совмещения оси подкрановой балки с осью подкрановой ветви колонны высота сечения нижней части колонны:
Рисунок 1 – Каркас здания
1 Связи между колоннами
Система связей между колоннами обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса устойчивости колонн из плоскости рам восприятия и передачи на фундамент нагрузок действующих вдоль здания а так же для удобства монтажа колонн.
Рисунок 2 – Связи между колоннами
– подкрановые балки;
Т.к. здание достаточно длинное то во избежание перемещения колонн при температурных деформациях вертикальные связи ставятся в двух панелях в пределах блока при чем расстояния между их осями не должны превышать предельных значений (60 м).
2 Связи между фермами
Связи между фермами создавая общую пространственную жесткость каркаса обеспечивают заданную геометрию конструкций покрытия и удобство монтажа перераспределяют на соседние рамы местные нагрузки приложенные к одной раме.
Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагают в плоскостях нижнего пояса ферм.; вертикальные связи – в плоскостях опорных и других стоек ферм.
Рисунок 3 - Связи по нижним поясам ферм
- поперечные горизонтальные связи по нижним поясам ферм
- растяжки по нижнему поясу ферм;
- продольные горизонтальные связи по нижним поясам ферм;
- вертикальные связи покрытия.
Сбор нагрузок на раму
1 Постоянные нагрузки
1.1 Нагрузки от веса покрытия на 1м2 горизонтальной поверхности
Нормативная нагрузка qf кН
Расчетная нагрузка q кН
Защитный слой гравия по битумной мастике
еслоя рубероида по битумной мастике
Асфальтовая стяжка =20мм
Ут-ль из минватных плит =100мм
Пароизоляция один слой рубероида
Жб панель из тяжелого бетона 3х12м 33х12м=2500кгм3
Стропильная ферма L=36 м
Подстропильная ферма
Погонная расчетная постоянная нагрузка на ригель поперечной рамы от покрытия:
где q – расчетная нагрузка; Агр - грузовая площадь - коэффициент надежности по назначению.
Расчетное давление на колонну от веса покрытия:
Нагрузка от веса стены и остекления прикладывается к нижней части колонны
Нагрузка от стеновой панели q fп= 2кНм2
Нагрузка от остекления q fо= 055кНм2
Нагрузка от стеновой панели с остеклением:
Нагрузка от веса стены и остекления прикладывается к верхней части колонны
1.4 Постоянная нагрузка от собственного веса колонны
Собственный вес колонны определим в процентном соотношении приняв для верхней части 20% от веса колонны для нижней – 80% от веса колонны qf.к= 04кНм2.
Расчетный вес верхней части колонны:
Расчетный вес нижней части колонны:
Сила прикладываемая к нижней части крайней колонны:
Сила прикладываемая к верхней части крайней колонны:
Сила прикладываемая к нижней части средней колонны:
Сила прикладываемая к верхней части средней колонны:
2 Временные нагрузки
2.1 Снеговая нагрузка
Согласно СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия” в данном районе
нормативная снеговая нагрузка составляет20кНм2
Расчетная снеговая нагрузка:
где - коэффициент учитывающий уклон кровли.
Давление на колонну от снега на стропильной ферме:
Так как давление от ригеля передается через опорный столик прикрепленный к внутренней полке колонны то в узле С возникает сосредоточенный изгибающий момент:
2.2 Вертикальное давление кранов
Наибольшее расчетное давление на колонну:
Наименьшее расчетное давление на колонну:
Наименьшее нормативное значение вертикальной нагрузки:
где Qкр – грузоподъемность крана; Gкр – вес крана с тележкой; nk – число колес крана.
Наибольшее расчетное давление на крайнюю колонну:
Наибольшее расчетное давление на среднюю колонну:
Наименьшее расчетное давление на крайнюю колонну:
Подкрановые балки устанавливаются с эксцентриситетом по отношению к оси нижней части колонны поэтому под действием верхних крановых нагрузок возникают изгибающие моменты:
2.3 Горизонтальное действие кранов
Нормативная горизонтальная нагрузка:
где - коэффициент трения при торможении тележки принимаемый для кранов с гибким подвесом груза 01 - грузоподъемность крана- вес тележки
Нормативная горизонтальная сила передаваемая на подкрановую балку от одного колеса крана:
Расчетная сила поперечного торможения:
2.4 Ветровая нагрузка
Нормативный скоростной напор ветра в данном регионе для открытой местности: кНм2.
Величина скоростного напора от активного давления ветра:
где w2 и w3 расчетное активное давление на уровне низа и верха ригеля соответственно Нр высота ригеля
Величина скоростного напора от отсоса:
где w2 и w3 расчетное давление отсоса на уровне низа и верха ригеля соответственно Нр высота ригеля
Расчетное погонное давление
Эквивалентная нагрузка активного давления ветра
где w1 расчетное активное давление на уровне 10м
Величина скоростного напора от активного давления ветра фонаря:
Величина скоростного напора от отсоса фонаря:
Расчет элементов поперечной рамы ведется от наиболее неблагоприятных комбинаций внутренних усилий
2 Определение жесткостей
Принимаем сталь С245 Ry=24 кНсм2
Максимальный момент:
Требуемая площадь сечения для нижнего пояса фермы:
Требуемая площадь сечения для верхнего пояса фермы:
Модуль упругости стали
Жесткость элемента на осевое сжатие или растяжение:
Момент инерции сечения
Жесткость элемента на изгиб вокруг оси
Верхняя часть крайней колонны
Нижния часть крайней колонны
Верхняя часть средней колонны
Нижния часть средней колонны
Расчет колонны сплошного сечения
1 Компоновка сечения колонны
Требуемая площадь сечения
Абсолютный эксцентриситет
Требуемая толщина стенки
Требуемая площадь поясов
Момент инерции относительно оси Х-Х
Момент инерции относительно оси У-У
Момент сопротивления относительно оси Х-Х
Радиус инерции относительно оси Х-Х
Радиус инерции относительно оси У-У
Гибкость колонны в плоскости рамы
Гибкость колонны из плоскости рамы
2 Проверка верхней части колонны на устойчивость в плоскости рамы
Условие устойчивости
Коэффициент снижения расчетного сопротивления зависящий от условной гибкости
и приведенного эксцентриситета
Условие устойчивости выполняется
3Проверка верхней части колонны на устойчивость из плоскости рамы
Коэффициент продольного изгиба зависящий от Ry=24кНсм2 и
Коэффициент учитывающий пространственную работу колонны с
зависящий от значения относительного эксцентриситета mx
При значении коэффициент
Условие устойчивости выполняется
4 Проверка местной устойчивости стенки
Средние касательные напряжения
устойчивость не обеспечена
Условие выполняется устойчивость обеспечена
Расчет колонны сквозного сечения
Расчетные усилия в нижней части колонны
Высота сечения нижней части крайней колонны
Высота нижней части колонны
Сталь С245 Ry=24 кНсм2
Расчетная длина в плоскости рамы
Расчетная длина из плоскости рамы
Требуемая площадь сечения ветви
Принимаю двутавр 70Б2
Расстояние между собственными осями ветвей
Уточним расчетную продольную силу
Проектирование решетки
Угол между осями решетки
Условная поперечная сила
2 Подбор сечения решетки
Требуемая площадь раскоса
Принимаю равнополочный уголок 80х80х8
Расчетная длина раскоса
Проверка решетки на устойчивость
Устойчивость обеспечена
Конструирование узла крепления решетки к ветви колонны
Rwf=18кНсм2 ; Rwz=0.45Run=0.45 41=18.45kНсм2
Принимаю катет шва kf=6мм
Длина шва по обушку:
3 Проверка нижней части колонны
Проверка ветви на устойчивость в плоскости рамы
Проверка колонны в целом на устойчивость в плоскости рамы
Момент инерции колонны в целом относительно Х-Х
Момент сопротивления колонны в целом относительно Х-Х
Радиус инерции колонны в целом относительно Х-Х
Гибкость колонны в целом относительно Х-Х
Приведенная гибкость колонны относительно Х-Х
Условная приведенная гибкость колонны относительно Х-Х
Относительный эксцентриситет
коэффициент внецентренного сжатия
Условие устойчивости колонны
Проектирование узлов стальной ступенчатой колонны
1. Проектирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
Конструктивно назначаем размеры опорной плиты: tоп = 20 мм = 20 см;
bоп = 520 мм = 52 см;
lоп = 230+30 = 260 мм = 260 см.
Расчетное усилие для вертикальных ребер траверсы:
Толщина вертикальных ребер: tвр tfВ = 3.5 см; принимаем tвр = 3.6 см.
Ширина опорного фланца подкрановой балки: bор = 45 см;
Ширина сминаемой площади опорной плиты:
bсм = bор + 2·tоп = 45 + 2·20 = 49 см;
По табл. 51 [12] расчетное сопротивление стали при смятии: Rр = Ru = 36 кНсм2; с = 1
Толщина стенки траверсы:
см; принимаю tст = 2 см.
Ширина вертикального ребра:
см принимаю bвр = 16 см;
Несущая способность вертикальных ребер траверсы:
N’вр = bвр · tвр · Ry · c = 16·3.6·24·1 = 1382 кН;
Усилие приходящееся на одно ребро: Nвр 866 кН;
N’вр = 1382 кН > Nвр = 866 кН.
Принятые размеры вертикальных ребер достаточны.
Проектирую шов крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы
Шов угловой сварка полуавтоматическая;
Материалы для сварки: сварочная проволока Св-08А электроды Э42;
Rwz = 045·Run = 045·37 = 1665 кНсм2;
Принимаю по табл. 38* [12] kfm
По табл. 34 [12]: f = 09 z = 105;
Rwf · f = 18·09 = 162 кНсм2
Rwz · z = 1665·105 = 1748 кНсм2
Рассчитываю по металлу шва:
Высота траверсы: hтр = (05 08)·hH = (05 08)·125 = 625 100см принимаем hтр = 80 см;
Толщина горизонтальных поперечных ребер: tр = 6 10 мм принимаем tр = 10 мм;
Высота стенки траверсы: hст = hтр – tр = 80 – 1 = 79 см.
Проектирую шов крепления стенки траверсы к подкрановой ветви колонны
Расчетное усилие: 2712
При (Rw · · )min = 162 кНсм2 и kf = 6 мм проверяем прочность шва:
Прочность шва обеспечена.
Проверяю стенку подкрановой ветви на срез
7 см Rs · с = 1392·1 = 1392 кНсм2;
Прочность стенки обеспечена.
Геометрические характеристики траверсы
Площадь стенки: Аст = hст · tтр = 79·2 =158 см2;
Положение центра тяжести сечения траверсы:
yB = hтр – yН = 80 – 39.15 = 40.85 см;
Момент инерции сечения:
Наименьший момент сопротивления сечения:
Проверка сечения траверсы на прочность
По нормальным напряжениям
5 см Rу · с = 24·1 = 24 кНсм2;
По касательным напряжениям
кНсм2 Rs · с = 1392·1 = 1392 кНсм2;
Следовательно прочность траверсы при изгибе и срезе обеспечена.
Определяю размеры накладки
Расчетное усилие: Nн = ΣNвр = 1732 кН;
Площадь сечения накладки: 72.2 см2;
Ширина накладки: bн = 51+3 = 54 см.
Толщина накладки: 134 см принимаем tн = 15 см.
Проектирую шов крепления накладки к нижней части колонны
При (Rw · · )min = 162 кНсм2 и kf = 9 мм длина швов:
Длина половины накладки: 60.5 см.
Принята длина накладки: lн = 60.5·2 = 121 см.
2. Проектирование базы колонны
Проектирую базу раздельной конструкции.
Расчетное усилие в ветви колонны в уровне верхнего обреза фундамента:
Для фундамента принят бетон класса В10; расчетное сопротивление бетона
Материал конструкций – сталь С245 (Ry = 24 кНсм2);
2.1. Расчет опорной плиты
Назначаю предварительные размеры траверсы: tтр. = 10 мм = 1 см.
Предварительно задаю ширину плиты:
Впл = bfН + 2 c + 2 tтр. = 26 + 2 5 + 2 1 = 38 см принимаем Впл= 38 см.
Требуемая площадь опорной плиты при b = 14:
Длина плиты: 249 см принимаем Lпл= 28 см;
Площадь опорной плиты: Апл = Впл · Lпл = 38·28 = 1064 см2;
Принимаем размеры фундамента: Аф = (Впл + 40) · (Lпл +40)= (38+40)·(28+40) = 5304 см2;
Уточняю коэффициент: 17 25;
Расчетное сопротивление бетона при местном сжатии: Rb
Определение реактивного давления под опорной плитой:
3 кНсм2 ≤ Rbloc с = 124 1 = 124 кНсм2
Следовательно условие выполняется прочность фундамента обеспечена.
Погонная нагрузка на 1 см опорной плиты: qпл = 1 см = 093 1 = 093 кНсм.
I участок – консольный
II участок – консольный
III участок – опирание по 4-м сторонам.
MIII = qon. a12 = 0093 093 1165 2 = 1173 кНсм.
b1а1 = 2061165 = 177 = 0093 (табл. 6.8 3).
Mmax = MII = 205 кНсм.
Толщина опорной плиты 226 см принимаем tпл = 24 мм.
2.2. Расчет траверсы
Высоту траверс определяю из условия размещения сварных швов.
Rwf · f · wf = 18·09·1 = 162 кНсм2
Rwz · z · wz = 1665·105·1 = 1748 кНсм2
По табл. 38* [12] kfm
Принимаю высоту траверсы: hтр = 28 см.
2.3. Расчет анкерных болтов
Nmin = -995кН М+max = 1230 кН·м
Усилие воспринимаемое анкерными болтами:
Анкерные болты назначаем по расчету.
По табл. 60 [12] предварительно принимаем сталь анкерного болта 01Г2С с расчетным сопротивлением Rba = 225 кНсм2;
Принимаю количество анкерных болтов в расчетной базе: n = 4;
Требуемая площадь болта: 1795 см2;
По табл. 62 [12] назначаю диаметр анкерного болта dba =56 мм; АbaТР = 1795 см2 Аba = 205см2
Диаметр отверстия под анкерный болт: dотв = dba + 8 = 56 + 8 =64 мм;
Несущая способность анкерного болта: Nba = Аba · Rba · с = 205·22.5·1 = 4614 кН.
2.4. Расчет анкерной планки
Расчетные усилия анкерной планки:Qan = Ra = Nba = 4976кН;
Мan = Qan · к = 497.6·10 = 4976 кН·см;
Ширина анкерной планки: ban 4·dотв = 4·64 = 256 см принимаем ban =30 см.
Из условия прочности при изгибе толщина анкерной планки:
4 см принимаем tan =65 см.
3. Проектирование оголовка колонны
Ширина вертикального ребра: bвр=(bфл-twв)2=(18-1)2=85см принимаем bвр=12см.
Толщина вертикального ребра:
Сварка полуавтоматическая сварочная проволока марки Св-08А электроды Э42.
Катет шва: Кf=Kfmin=6мм=06см.
lwmax=850906=459см > 4см.
Проверка на срез стенки колонны:
увеличиваю высоту вертикального ребра: hвр=8 см.
Расчет стропильной фермы
1 Сбор нагрузок на ферму
Снеговую нагрузку и постоянную нагрузку от кровли стропильных ферм связей по покрытию примем равномерно распределенной по всему пролету фермы.
Равномерно распределенную нагрузку представим в виде эквивалентной сосредоточенной силы приложенной в узлах фермы.
Нагрузка на 1 м2 покрытия.
Таблица 2 - Сбор нагрузок на ферму
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка qf кНм2
Коэффициент надежности по нагрузке γf
Расчетная нагрузка q кНм2
Цп стяжка =20мм =1800кгм3
Величина погонной нагрузки
Величина погонной нагрузки от фонаря
Узловая нагрузка от веса фонаря
Узловая нагрузка от веса шатра
Вертикальная реакция на опоре от постоянной нагрузки
Снеговая нагрузка на ферму
Распределенная нагрузка от снегового покрова
Узловая нагрузка от снегового покрова
Вертикальная реакция на опоре от снегового покрова
Суммарная реакция на опоре
3 Расчет сечений фермы
Таблица 3- Результаты конструктивного расчёта стержней фермы
Расчетная длинасм lx ly
Коэффициент продольного изгиба
Принятая площадь сечения 1го уголка
Сечения фермы запроектируем из двух уголков.
Проектирование узлов фермы
Рис.4 Схема расчетных стержней фермы
Материалы для сварки по табл. 55 [12]: сварочная проволока Св-08А электроды Э42;
Rwf · f · wf = 18·07·1 = 126 кНсм2
Rwz · z · wz = 1665·1·1 = 1665 кНсм2
(Rw · · w)min = 126 кНсм2
Расчеты швов крепления стержней фермы к фасонкам приведены в табл4
Сводная таблица расчета швов крепления стержней фермы к фасонке
2 Проектирование верхнего и нижнего стыка поясов фермы
Расчетное усилие стыка: Nр = 12·N = 12·984 =1181 кН;
Требуемая площадь по сечению а-а: 492 см2;
Суммарная площадь накладок по сечению а-а:
2 – 2·12.5·12 = 192 см2;
Принимаем площадь накладки по площади горизонтальных поясов уголков.
Размеры сечения: bН = 15 см tН = 1.2 см;
АН = bН · tН = 15·1.2 = 18 см2 bf · tf = 125·1.4 = 17.5 см2;
NН = АН·Ry·c = 18·24·1 = 432 кН;
Расчетное усилие для швов прикрепляющих накладку к поясам уголков:
Принимаемkf п = 6 мм;
Длину накладки: lН = lw +1+5 = 30+1+5 = 36 см принимаем lН = 37 см.
Расчетное усилие для швов прикрепляющих поясные уголки к фасонке:
Nш = Nр – 2·NН = 1180 – 2·432 = 316 кН;
Расчетное усилие стыка: Nр = 12·NI= 12·535 =642 кН;
Требуемая площадь по сечению а-а: 267 см2;
7 – 2·12.5·1.4 = -3.30;
Размеры сечения: bН = 12.5 см tН =1.4 см;
АН = bН · tН = 12.5·1.4 =17.5 см2 bf · tf = 12.5·1.4=17.5 см2;
NН = АН·Ry·c = 17.5·24·1 = 420 кН;
Расчетное усилие для швов прикрепляющих накладку к поясам уголков: NН = 288 кН;
Длину накладки: lН = lw +1 = 29.2+1+5 = 35.2 см принимаем lН = 37 см.
Nш = Nр – 2·NН = 642 – 2·288 =66 кН;
3. Проектирование укрупнительного стыка (монтажного узла)фермы
Расчетное усилие стыка: Nр = 12·N10 = 12·1708 = 2050 кН;
Ширина накладки: bН = 2·bf + tфас + 2·15 = 2·18+18+2·15 = 408см;
Площадь горизонтальных полок уголков: 2·18·1.5 = 54 см2;
Толщина накладки: 132см принимаем tН = 1.4 см.
Проектируем размеры сечения таврового фланца.
Если 54 см2 то Аf = 27 см2. Приняв толщину tфл = 1.2 см его ширина bфл = 271.2 =225 см длина конструктивно lфл = 30 см.
Считаем швы крепления накладки к поясным уголкам.
Рис 6 Размеры накладки
Расчетное усилие на швы накладки:
NН = АН·Ry·c = 1.4·408·24·1 = 1370 кН;
Принимаемkf п = 8 мм;kf об = 10 мм;
Расчетное усилие на швы по перу: Nп = Nр – NН =2050 –1370 =680 кН;
4Нижний опорный узел
Толщину фасонок фермы принимаем в зависимости от усилий в опорном раскосе [1 табл. 9.2.]; фасонка опорного узла
Торцевой лист принимаем толщиной 20 мм и шириной 180 мм из условия размещения болтов. Напряжение смятия у торца:
где - величина опорной реакции фермы
По требуемым расчетным длинам швов с учетом конструктивных требований (добавки 1 см длины на непровар и зазор между швами) намечаем графически конфигурацию и размеры опорной части фасонки.
Проверяем опорную фасонку на срез а также швы ее крепления к торцовому листу (толщину швов назначаем 8мм):
Рис.7 Нижний опорный узел
5 Проектирование стыка поясов ферм
Заводской стык перекрывается парными листовыми накладками расположенными по выступающим полкам уголков.
Расчетная формула стыка
Условная расчетная площадь сечения накладок
Площадь одной накладки
Расчетное усилие стыка
Несущая способность накладки
Библиографический список.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. М. 1991
СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М. 1985.
Металлические конструкции. Под редакцией Е.И. Беленя. М. 1986
«Компоновка стального каркаса одноэтажного промышленного здания». Методические
указания к курсовому и дипломному проектированию по курсу «металлические
конструкции» Хамусидова Екатеринбург издательство УГТУ
«Сбор нагрузок на поперечную раму металлического каркаса одноэтажного
производственного здания оборудованным мостовыми кранами». ». Методические
«Определение усилий в элементах рамы металлического каркаса промышленного здания». Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по курсу «металлические
«Проектирование металлической внецентренно-сжатой колонны сплошного сечеия». Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по курсу «металлические
«Проектирование металлической внецентренно-сжатой колонны ссквозногосечеия». Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по курсу «металлические
«Проектирование металлической стропильной фермы из парных уголков». Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по курсу «металлические
Ведомость рабочих чертежей
Компоновка каркаса здания 3
Устройство связей 6
Сбор нагрузок на раму 8
Расчет колонны сплошного сечения 18
Расчет колонны сквозного сечения 22
Проектирование узлов стальной ступенчатой колонны 26
Расчет стропильной фермы 31
Проектирование узлов фермы 35
Библиографический список 41