Расчет несущих конструкций стального каркаса одноэтажного промышленного здания

Металлические конструкции.doc

Министерство образования Российской Федерации
ФГАОУ ВПО «УрФУимени первого Президента России Б.Н.Ельцина»
Факультет дистанционного образования
по дисциплине «Металлические конструкции»
Расчет несущих конструкций стального каркаса одноэтажного промышленного здания
Компоновка конструктивной схемы каркаса
Определение расчетных нагрузок
Определение жесткостей элементов рамы
Статический расчет рамы
Конструктивный расчет колонны
Расчет стропильной фермы
Библиографический список
Пролет здания – 36+30 м.
Длина здания – 204 м.
Высота от уровня пола до верха головки подкранового рельса – 12.4 м.
Грузоподъемность кранов – 2 х 10020 тс.
Район строительства – г. Казань.
Кровля (здание отапливаемое) – тяжелая.
Шаг стропильных ферм – 6 м.
Подстропильные фермы – есть.
Светоаэрационный фонарь – нет.
Материал конструкций – сталь С245 С255.
Рис. 1. Схема здания.
Компоновка конструктивной схемы каркаса.
Согласно исходным данным основной несущей системой для двухпролетного отапливаемого промышленного здания является двухпролетная поперечная рама.
1 Размещение колонн в плане
Шаг колонн крайнего и среднего рядов – 12 м. У торцов здания колонны смещены с координатной сетки на 500 мм. Устройство температурных швов (поперечных и продольных) не требуется так как размеры здания в плане (длина – 204 м 230 м; ширина – 66 м 150 м) не превышают предельных размеров температурных блоков установленных нормами проектирования.
Рис. 2. Размещение колонн двухпролетного здания.
Выбираем для двухпролетного здания шарнирное сопряжение ригеля с колоннами и жесткое защемление колон в фундаментах.
2 Компоновка поперечной рамы
2.1Определение вертикальных размеров
Расстояние от уровня пола до верха головки подкранового рельса
Расстояние от головки кранового рельса до низа фермы:
мм – габаритный размер от головки рельса до верхней точки тележки крана ([3] приложение 1) зависит от грузоподъемности крана;
0 мм – минимальный зазор между верхом крановых конструкций и нижним поясом стропильных ферм принимается конструктивно;
мм – размер учитывающий прогиб конструкций покрытия для пролета м.
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм:
Принимаем м кратное 600 мм. Соответственно м.
Высота верхней части колонны:
м – высота подкрановой балки где м – шаг колонн;
- высота рельса при предварительной компоновке каркаса мм.
Высота нижней части колонны:
-заглубление опорной плиты башмака колонны ниже отметки 000 принимаем конструктивно мм.
Рис. 3. Вертикальные размеры поперечной рамы
м – высота фермы для пролета м.
2.2 Определение горизонтальных размеров
Ширина нижней части колонны крайнего ряда:
мм – привязка разбивочной оси здания к наружной грани крайней колонны;
мм – привязка фермы к разбивочной оси здания.
Ширина нижней части колонны:
- расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны:
мм – размер части кранового моста выступающей за ось рельса ([3] приложение 1);
мм – зазор необходимый по правилам техники безопасности для безопасного передвижения крана.
С округлением до 250 мм принимаем мм.
Сечение верхней части колонны назначаем двутавровым нижнее – сквозным.
Ширина верхней части колонны среднего ряда:
Ширина нижней части колонны среднего ряда:
Вертикальные размеры средней колонны принимаются равными размерам крайней колонны.
Конструктивные требования:
Условие жесткости для кранов с режимом работы 5К:
3 Схемы расположения несущих и связевых элементов
Рис. 4. Связи по нижним и верхним поясам ферм (при шаге ферм 6м):
– поперечные горизонтальные связи (ветровая ферма); 2 – растяжки по нижним поясам; 3 – продольные горизонтальные связи; 4 – вертикальные связи покрытия 4 – поперечные горизонтальные связи; 5 – распорки по верхним поясам.
Горизонтальные связи по нижнем поясам ферм: Устанавливаем торцевые поперечные связи с треугольной решеткой по поясам ферм. Добавляем связи в середине здания (здание длинной более 144 м)
По крайним колоннам ставим продольные связевые фермы так как количество пролетов в цехе менее 3 – х (2 пролета) а по средним колоннам устанавливаем растяжки.
Горизонтальные связи по верхним поясам ферм:
В качестве горизонтальных связей по верхним поясам ферм устанавливаем поперечные связевые фермы и распорки.
Поперечные связевые фермы устанавливаем временно – только на период монтажа так как цех устраивается с тяжелой кровлей. То есть при тяжелой кровле связями служат только распорки.
1 Расчетная схема рамы
Рис. 5. Расчетная схема рамы
- эксцентриситет между верхней и нижней частями колонны крайнего ряда.
2 Постоянная нагрузка
В Таблице 1 показаны нагрузки от 1 покрытия (по [3]с.360).
Наименование нагрузки
Расчетная нагрузка кН
-гравийная защита (мм)
-гидроизоляционный ковер из слоев рубероида
-цементная стяжка (20 мм)
-утеплитель (минераловатные плиты)
-пароизоляция из одного слоя рубероида
-железобетонные панели из тяжелого бетона (с заливкой шов) размером 3х6м
-прогоны- прокатные профили длиной 6 м
-подстропильные фермы
Распределенная нагрузка на ригель:
- расчетная распределительная нагрузка на ригель здания;
м – шаг стропильных ферм;
-коэффициент надежности по назначению конструкций принимаемый согласно [1].
Опорная реакция подстропильных ферм по ряду А :
Опорная реакция подстропильных ферм по ряду С:
Опорная реакция подстропильных ферм по ряду Б:
Собственный вес верхней части колонны крайнего ряда:
- коэффициент надежности по нагрузке для металлических конструкций изготовленных в заводских условиях;
доля веса верхней части колонны от общего веса колонны;
собственный вес колонн ([3] Таблица 12.1);
Собственный вес верхней части колонны среднего ряда:
Собственный вес нижней части колоны среднего ряда:
доля веса нижней части колонны от общего веса колонны.
Собственный вес нижней части колонны среднего ряда:
Принимаем для тяжелых стен расчетную распределенную нагрузку на боковую часть здания .
Сосредоточенная нагрузка от стенового ограждения на верхнюю часть колонны крайнего ряда:
коэффициент надежности по нагрузке для стенового ограждения изготовленного в заводских условиях;
высота верхней части колонны;
Сосредоточенная нагрузка от стенового ограждения на нижнюю часть колонны крайнего ряда:
высота нижней части колонны.
Моменты компенсирующие отсутствие эксцентриситета «е»:
3 Временные нагрузки
3.1 Снеговая нагрузка
Район строительства: г. Казань – 4 снеговой район ([2]приложение 5 карта 1).
Снеговая нагрузка на ригель здания:
коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие ([2] приложение 3);
расчетное значение веса снегового покрова горизонтальной поверхности земли ([2] таблица 4);
шаг стропильных ферм.
3.2 Вертикальная крановая нагрузка
Крановая нагрузка – обычно динамическая однако металлоконструкции запроектированы так что обладают большими демпфирующими свойствами поэтому при режиме работы крана 5К нагрузку на поперечную раму принято считать статической.
Для крана 10020 тс (по приложению 1 [3]):
Рис. 6. Схема катков крана
и максимальные вертикальные давления колес крана (нормативные);
вес крана с тележкой.
Максимальная крановая нагрузка на каркас здания определяется по линии влияния:
коэффициент надежности по нагрузке (п. 4.8 [2]);
коэффициент сочетаний учитывающий одновременную работу 2 – х кранов (п. 4. 17 [2]);
максимальная нагрузка;
ордината под соответствующей нагрузкой на колесо с линии влияния:
вес подкрановой балки:
коэффициент надежности по назначению.
Рис. 7. Линия влияния крана
Минимальная крановая нагрузка на каркас здания:
минимальная нагрузка:
- грузоподъемность крана по зданию;
количество колес с одной стороны крана;
сумма ординат под соответствующими нагрузками на колеса с линии влияния:
Для 4 видов крановых загружений:
3.3 Горизонтальная крановая нагрузка
Максимальная горизонтальная крановая нагрузка на каркас здания:
горизонтальная поперечная сила торможения тележки:
2.4 Ветровая нагрузка
Район строительства: г. Казань относиться к II ветровому району (карта 3 прил. 5 [2]).
Расчетная погонная ветровая нагрузка на раму и ферму:
коэффициент надежности по ветровой нагрузке (п.б. 11 [2]);
нормативное значение ветрового давления (по табл. 5 [2]);
коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности. Проектируемое промышленное здание находится в пределах городской территории местности равномерно покрытой препятствиями высотой не более 10 м тип местности В (по табл. 6 [2]):
аэродинамический коэффициент (прил. 4 [2]): ;
шаг колонн (ширина расчетного блока).
Расчетная погонная ветровая нагрузка на раму и ферму с наветренной стороны:
- на высоте 115 м :
- на высоте 2135 м:
Сосредоточенная сила от ветровой нагрузки с наветренной стороны:
Расчетная погонная нагрузка на раму и ферму с подветренной стороны:
Сосредоточенная сила от ветровой нагрузки с подветренной стороны:
1. Жесткостные характеристики ригеля
Изгибная жесткость ригеля рамы:
модуль упругости стали;
площадь сечения верхнего пояса фермы;
площадь сечения нижнего пояса фермы;
высота ригеля фермы в середине пролета;
коэффициент влияния решетки фермы на ее общую жесткость для ферм с параллельными поясами ;
усилия в поясах фермы ( по модулю);
расчетное сопротивление стали поясов (по табл. 51 [1]) для стали С245;
коэффициент продольного изгиба предварительно принимаем ;
суммарная нагрузка на ригель ( снеговая и постоянная);
Осевая жесткость ригеля рамы:
2. Жесткостные характеристики верхней и нижней частей колонн
Осевая жесткость верхней части колонны.
Для колонны крайнего ряда:
площадь верхней части крайней колонны;
продольное усилие в верхней части колонны равное опорному давлению ригеля от суммарной нагрузки ( постоянная и снеговая);
коэффициент учитывающий влияние момента на площадь верхней части колонны принимается при тяжелой кровле;
расчетное сопротивление стали ( по табл. 51 [1]) для стали С245.
Для колонны среднего ряда:
Изгибная жесткость верхней части колонны.
радиус инерции поперечного сечения верхней части колоны крайнего ряда.
Осевая жесткость нижней части колонны.
площадь нижней части крайней колонны;
продольное усилие в нижней части колонны;
- продольное усилие в нижней части левой колонны;
- продольное усилие в нижней части правой колонны.
Изгибная жесткость нижней части колонны.
радиус инерции поперечного сечения нижней части колоны крайнего ряда.
радиус инерции поперечного сечения нижней части колоны среднего ряда.
Статистический расчет рамы
Результаты статического расчета (эпюры М N Q) см. в приложении А данной пояснительной записки.
Рис. 8. Расчетная схема колонны
Расчет проведем для крайней левой колонны (ряд А)
высота нижней части колонны;
ширина нижней части колонны;
ширина верхней части колонны;
коэффициент условий работы (по табл. 6 [1]).
Материал колонны: сталь С245; (по табл. 51 [1]); .
1. Расчетные длины колонны
- расчетные длины соответственно нижней и верхней части колонны в плоскости рамы;
- геометрические длины нижней и верхней частей колонн соответственно;
- коэффициенты приведения длины для нижней и верхней частей колонн соответственно принимаемые по приложению 6 [1].
При неподвижном верхнем конце шарнирно-опертом или закрепленном от поворота коэффициент приведения длины для нижнего участка колонны:
- коэффициент расчетной длины нижнего участка при (по табл. 69 [1]).
- максимальные усилия действующие в нижней верхней части колонны соответственно (из табл. 4).
Коэффициент приведения длины для верхнего участка колонны:
- моменты инерции сечений соответственно нижней и верхней части колонны.
Расчетная длина нижней части колонны в плоскости рамы:
Расчетная длина верхней части колонны в плоскости рамы:
Расчетная длина нижней части колонны из плоскости рамы:
Расчетная длина верхней части колонны из плоскости рамы:
2. Расчет верхней части колонны
Расчетное сочетание усилий в сечении 1-1: .
Предварительная площадь сечения верхней части колонны:
- эксцентриситет приложения сил:
- ширина верхней части колонны.
Сечение верхней части колонны принимаем в виде двутавра I50Ш2 по ГОСТ 26020-83
Геометрические характеристики сечения:
- площадь поперечного сечения;
- момент инерции относительно оси х-х;
- момент сопротивления относительно оси х-х;
- радиус инерции относительно оси х-х;
- статический момент полусечения;
- момент инерции относительно оси у-у;
- момент сопротивления относительно оси у-у;
- радиус инерции относительно оси у-у;
В прокатных элементах местная устойчивость элементов обеспечена сортаментом.
2.1 Проверка общей устойчивости верхней части колонны в плоскости рамы.
- коэффициент учитывающий снижение несущей способности при потере устойчивости колонны определяется по табл. 74 в зависит от и .
- условная гибкость верхней части колонны.
- приведенный эксцентриситет приложения нагрузки;
- относительный эксцентриситет приложения нагрузки.
- коэффициент влияния формы сечения (по табл. 73 ) зависит от отношения
Верхняя часть колонны устойчива в плоскости рамы.
2.2 Проверка общей устойчивости верхней части колонны из плоскости рамы.
- коэффициент продольного изгиба верхней части колонны зависит от гибкости верхней части колонны.
с – коэффициент учитывающий влияние момента действующего в плоскости рамы на устойчивость верхней части колонны из плоскости рамы зависит относительно эксцентриситета
- момент в средней трети расчетной длины верхней части колонны.
- коэффициенты определяются по табл. 10 .
- моменты инерции соответственно большей и меньшей полок относительно оси симметрии сечения у-у.
Верхняя часть колонны устойчива из плоскости рамы.
3 Расчет нижней части колонны
3.1. Определение ориентировочных усилий в ветвях колонны
Нижнюю часть колонны рассчитываем на два сочетания усилий.
- (для расчета подкрановой ветви)
- (для расчета наружной ветви)
Продольное усилие в подкрановой ветви колонны догружаемой изгибающем моментом:
Продольное усилие в наружной ветви колонны разгружаемой изгибающим моментом:
3.2. Подбор сечений наружной и подкрановой ветвей
Требуемая площадь сечения подкрановой ветви (двутавр):
Требуемая площадь сечения наружной ветви (двутавр):
Подбираем двутавр I40К1 по ГОСТ 2602 – 83 для наружной (шатровой) и для подкрановой ветвей.
3.3. Определение фактического положения центра тяжести сечения
Корректировка усилий в ветвях колонны
расстояние между осями ветвей колонны;
Рис. 9. Положение центра тяжести
3.4 Компоновка подбор сечения и проверка подобранного сечения решетки
Расстояние между узлами решетки:
высота траверсы в месте сопряжения верхней части ступенчатой колонны с нижней;
количество узлов решетки принимаем .
Рис. 10. Схема решетки
Сечение элементов решетки подбираем по предельной гибкости:
предельная гибкость для элементов решетки.
По ГОСТ 8509 – 93 принимаем уголок L63x5 со следующими геометрическими характеристиками:
площадь поперечного сечения;
радиус инерции относительно оси x – x .
усилие сжатия в раскосе при наличии решетки в двух плоскостях;
поперечная сила равная большему из значений определенному при статистическом расчете или условная возникающая из-за потери устойчивости в элементах решетки сквозной внецентренно-сжатой колонны.
Поперечная сила в сечении 3-3 колонны (по табл. 4):
Условная поперечная сила:
По табл.72 [1] коэффициент продольного изгиба
Напряжение в раскосе:
Устойчивость раскоса обеспечена.
3.5. Проверка устойчивости ветвей нижней части колоны в плоскости рамы
Напряжения в наружной ветви колонны:
коэффициент продольного изгиба зависит от гибкости колонны:
Напряжения в подкрановой ветви колонны:
Устойчивость наружной и подкрановой ветвей в плоскости рамы обеспечена.
3.6. Проверка устойчивости ветвей нижней части колонны из плоскости рамы
Напряжения в подкрановой ветви колоны:
Устойчивость наружной и подкрановой ветвей из плоскости рамы обеспечена.
3.7. Проверка устойчивости нижней части колонны в целом в плоскости рамы
Для подкрановой ветви нижней части сквозной колонны:
усилие сжатия в колонне для комбинации усилий вызывающих наибольшее сжатие в подкрановой ветви;
площадь сечения двух ветвей:
коэффициент понижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии сквозной колонны в плоскости действия момента совпадающей с плоскостью симметрии зависит от приведенного эксцентриситета и приведенной гибкости (по табл. 75 [1]):
гибкость нижней части составной колонны сквозного сечения без учета влияния решетки (по табл. 7 [1]):
гибкость сечения нижней части колонны относительно свободной оси x – x без учета решетки:
радиус инерции сечения ветвей относительно оси x – x :
момент инерции сечения ветвей относительно оси x – x :
коэффициент определяемый по формуле:
площадь сечения одного раскоса решетки.
Относительный эксцентриситет:
Для наружной ветви нижней части сквозной колонны:
усилие сжатия в колонне для комбинации усилий вызывающих наибольшее сжатие наружной ветви.
Устойчивость колонны в целом в плоскости действия момента обеспечена.
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно так как она обеспечивается проверкой устойчивости в этом направлении каждой из ветвей.
1. Расчет раздельной базы сквозной колонны
1.1. Расчет опорной плиты
Расчет базы ведем только под наиболее нагруженную ветвь (подкрановую) а размеры
Элементов базы под другую ветвь (наружную) принимаем такими же как для рассчитанной.
Площадь опорной плиты определяется из условия прочности материала фундамента
Принимаем для фундамента бетон класса В125 у которого
расчетное сопротивление бетона осевому сжатию.
расчетное сопротивление бетона смятию.
Рис. 11 Опорный узел колонны
ширина двутаврового сечения подкрановой ветви колонны;
Фактическая площадь опорной плиты:
Определение толщины опорной плиты:
Система траверс и стержня колонны делит плиту на 3 типа участков.
Участок 1 – консольный :
Участок 2 – опертый по 4 сторонам:
Участок 3 – опертый по 3 сторонам:
Делим участок 3 ребром на 2 равных участка:
Сравнивая моменты выбираем
для опорной плиты (по табл. 6 п.11[1]).
Принимаем толщину опорной плиты .
Конструктивные требования:
нагрузка действующая на подкрановую ветвь колонны.
расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва (по табл.56 [1]);
коэффициент условий работы сварного соединения (п. 11.2 [1]);
коэффициент условий работы;
коэффициент проплавления по металлу шва (по табл. 34[1]).
Принята полуавтоматическая сварка сварочным материалом СВ - 08А .
Длинна сварного шва
Проверка прочности траверсы производится в месте крепления траверсы к ветви колонны.
Погонная нагрузка на траверсу:
Приведенное напряжение в траверсе:
1.3. Расчет анкерных болтов.
Расчетная комбинация усилий для болтов башмака под наружную ветвь (из таб.4):
минимальная продольная сила в сечении 3-3 колонны;
соответствующий момент подгружающий наружную ветвь.
Вызывает усилие в ветви:
Требуемая площадь сечения болтов:
расчетное сопротивление растяжению фундаментных болтов из стали ВСт3кп2 (по табл. 60[1]).
По табл. 60 [1] принимаем 4 болта диаметром 48 мм с площадью сечения нетто .
Расчетная комбинация усилий для болтов башмака под подкрановую ветвь (из табл. 4):
соответствующий момент подгружающий подкрановую ветвь.
расчетное сопротивление растяжению фундаментных болтов из стали ВСт3кп2 (по табл. 60 [1]).
По табл. 60 [1] принимаем 4 болта диаметром 42 мм с площадью сечения нетто .
2. Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонн
Рис. 12. Узел сопряжения верхней и нижней частей колонн.
Из условия прочности на смятие вертикального листа траверсы:
максимальное вертикальное давление от мостового крана на колонну ряда А;
расчетное сопротивление стали растяжению сжатию изгибу по временному
Сопротивлению (по табл. 51*[1]);
расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (по табл. 52*[1]);
По сортаменту принимаем
Нагрузка действующая на траверсу:
и догружают внутреннюю полку верхней части колонны (сечение1-1);
ширина верхней части колонны крайнего ряда.
Рис. 13. Расчетная схема траверсы
расстояние между осями ветвей колонны (п.5.5.3).
Геометрические характеристики сечения траверсы:
Рис. 14. Сечение траверсы
высота траверсы в месте сопряжения верхней части ступенчатой колонны с нижней (п.5.3.4);
По сортаменту принимаем .
Проверка прочности траверсы по нормальным напряжениям:
Проверка прочности траверсы по касательным напряжениям:
расчетное сопротивление стали сдвигу.
Расчет сварных швов.
Условия прочности на сжатие:
площадь поперечного сечения двутавра I50Ш2;
момент сопротивления относительно оси x-x двутавра I50Ш2.
Условие прочности на растяжение:
и догружают внешнюю полку верхней части колонны (сечение 1-1);
если контроля качества шва нет.
Принимаем полуавтоматическую сварку сварочным материалом СВ - 08А.
расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва (по табл. 56[1]);
расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления где
нормативное сопротивление стали разрыву (по табл. 51 [1]).
коэффициенты проплавления соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления (по табл. 34 [1]).
Далее расчет угловых швов ведется по металлу шва. Расчет сводится к определению необходимого катета шва из условия:
количество сварных угловых швов;
расчетная длина углового сварного шва.
Необходимый катет шва определяется из условия:
Длина сварного шва определяется из условия:
Назначаем катет шва
3 Расчет оголовка колонны
При шарнирном сопряжении фермы с колонной проектируем примыкание сбоку.
Расчет опорного ребра на смятие.
- ширина опорного ребра равна ширине полки сечения верхней части колонны:
- опорная реакция фермы (постоянная и снеговая нагрузка)
Условие прочности на смятие опорного ребра:
Расчет сварных угловых швов:
расчетное сопротивление угловых швов срезу ( условному) по металлу шва (по табл.56 [1]);
- нормативное сопротивление стали разрыву (по табл. 51 ).
коэффициенты проплавления соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления (по табл. 34[1]).
Далее расчет угловых швов ведем по металлу шва. Расчет сводится к определению необходимого катета шва:
коэффициент условий работы; катет шва;
- расчетная длина углового сварного шва;
Расчет опорного столика колонны:
Принимаем толщину опорного столика
Чтобы уменьшить высоту опорного столика принимаем 3 сварных шва.
Принята полуавтоматическая сварка сварочным материалом СВ - 08А.
Расчетная длина сварного шва определяется по формуле:
- опорная реакция фермы
коэффициент условий работы;
Принят который удовлетворяет следующим условиям:
Высота опорного столика равна:
1.1. Постоянная нагрузка
Рис. 15 Постоянные нагрузки на стропильную ферму
Сосредоточенная сила от постоянной нагрузки:
вес конструкции покрытия;
ширина панели верхнего пояса.
1.2. Снеговая нагрузка
Рис. 16 Снеговые нагрузки на стропильную ферму
Сосредоточенная сила от снеговой нагрузки:
расчетное значение веса снегового покрова горизонтальной поверхности земли (по табл. 4 [2]).
2. Статический расчет и подбор сечения
Подбор сечения стержней фермы ведется по расчетным усилиям (максимальным по абсолютной величине) соответствующим различным комбинациям действующих на ферму нагрузок с учетом коэффициента сочетания согласно п. 1.11 1.12 [1].
Требуемая площадь сечения для сжатых элементов фермы:
Требуемая площадь сечения для растянутых элементов фермы:
- расчетное усилие в элементе фермы кН;
- коэффициент продольного изгиба в первом приближении принимаем ;
- расчетное сопротивление стали поясов (по талб. 51 [1]) для стали С245;
коэффициент условий работы.
Далее подбираем сечение элементов фермы из двух равнополочных уголков.
Проверка прочности для растянутых элементов:
Проверка прочности для сжатых элементов:
- коэффициент продольного изгиба зависит от гибкости элемента определяется по табл. 72 [1] (только для сжатых элементов):
- гибкость элемента в плоскости рамы
- гибкость элемента из плоскости рамы где
- определяется по табл. 11 [1].
Предельная гибкость для элементов фермы определяется по табл. 19 20 [1].
- предельная гибкость для верхнего пояса и опорного раскоса;
- предельная гибкость для сжатых раскосов и стоек;
- предельная гибкость для нижнего пояса и растянутых раскосов.
Рис. 17. Расчетная схема из ПК ЛИРА.
3 Расчет и конструирование опорного узла стропильной фермы на колонну.
Опирание стропильной фермы на колонну.
Рис. 18. Опирание стропильной фермы на колонну.
Основное усилие которое действует на нижнюю часть опорного узла – сила N – опорная реакция фермы от совместного действия на нее и снегвой нагрузок
Cила N воспринимается первоначально опорным столиком а затем с него передается на фасонку. Фасонка передает силу N через сварные швы на опорный лист. Поэтому расчет нижней части узла сводится к расчету опорного листа и опорного столика на смятие и расчету швов приваривающих фасонку к опорному листу.
) Расчет опорного листа на смятие
где Rp = 336 МПа – расчетное сопротивление смятию γс = 1 Ар = bоп.л*tоп.л – площадь смятия bоп.л = bf = 300мм – ширина полки верхней части колонны.
Исходя из работы в предельном состоянии
Болты принимаем М20 (диаметр отверстия d=23 мм.).
Согласно табл. 39 [1] подбираем расстояния между болтами.
Рис. 19. Расстановка болтов.
Расчет сварных швов Ш1.
По табл 32 [4] по толщине фасонки назначаем катет шва Кf=12 мм.
Максимальная расчетная длина шва
Принимаем в расчет lw=570 согласно п. 11.2 [4].
Горизонтальные усилия от опорного момента Нг=64.62+63=127.6 т
Швы крепления опорного листа к фасонке воспринимают опорную реакцию фермы и внецентренно приложенную горизонтальную силу. Под действием этих усилий швы работают на срез в двух направлениях. Центр шва не совпадает с осью нижнего пояса поэтому горизонтальная сила приложена с эксцентриситетом е=290+20-150-45.5=115 мм.
Тогда М=Нг·е=127.6·11.5=1467.6 т.см
Рис. 20. Опорный узел.
Прочность соединения фасонки с опорным листом проверим в т. А где наибольшие результирующие напряжения (см. рис. 24).
Расчетное сопротивление срезу по металлу шва Rwf принимаем в зависимости от свариваемого материала типа сварки электродов по табл. 55* [4]. Rwf =2050кгсм2
Прочность шва не обеспечена.
Прочность можно обеспечить:
а) увеличить катет шва Kf до 14 мм.
б) увеличить длину шва до 680 мм.
Расчет опорного столика.
Толщину опорного столика назначаем конструктивно 30 мм.
Ширину принимаем на 40 мм меньше ширины полки колонны – 260 мм.
Высоту опорного столика определяем из условия прочности сварных швов крепящих столик к колонне. Швы Ш2 и Ш3.
Учитывая возможный эксцентриситет приложения нагрузки швы Ш2 расчитываем на силу 1.3N. Условие прочности сварных швов: 1.3N=Rwf·gwf·gc·bf·2lw·kf
Катеты швов принимаем 14 мм.
Получаем lw=130мм. Полученная высота из конструктивных соображений маленькая. Поэтому пересчитываем еще раз без учета горизонтального шва. Получаем lw=250мм.
Рис. 21. Верхняя часть узла.
Расчет горизонтального шва Ш4.
Назначаем катет швов Ш4 Kf=10мм.
Из условия прочности швов lw=Nоб Rwf·gwf·gc·bf·2kf=22 см
Принимаем длину швов Ш4 = 25 см.
Расчет вертикального шва Ш5.
Расчетную длину вертикального шва Ш5 принимаем равной двум высотам уголков верхнего пояса – 2·16-1=31 см.
Из условия прочности сварного шва определяем необходимый катет шва:
Kf=Nп Rwf·gwf·gc·bf·lw=0.3 см Принимаем катет = 10 мм.
Толщину вертикальных фасонок принимаем 16 мм. Проверим фасонки на прочность:
Прочность фасонок обеспечена.
3. Расчет сварных швов крепления раскосов и стоек к фасонкам и поясам
Менее прочное сечение по металлу шва следовательно в дальнейшем ведем расчет по металлу шва.
Длина шва определяется по формуле:
Сварные швы крепления раскосов и стоек к фасонкам и поясам
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции Госстрой России. М.: ГУП ЦПП 2001.
СНиП 2.02.07-85*. Нагрузки и воздействия Госстрой России. М.: ГУП ЦПП 2003.
Металлические конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов Г.С. Ведеников Е.И. Беленя В.С. Игнатьева и др.; Под ред. Г.С. Веденикова. – 7 –е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат 1998.
Лихтарников Я.М. Расчет стальных конструкций Я.М. Лихтарников и др. Киев: Будивельник 1984.
Пособие по проектированию стальных конструкций к СНиП II-23-81*.
Методические указания по выполнению курсового проекта по курсу «Металлические конструкции» для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство» всех видов обучения. Стальной каркас одноэтажного промышленного здания. ГОУ ВПО УГТУ – УПИ 2007.
Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы стальных конструкций: Учеб. пособие для строит. вузов В.В. Горев Б.Ю.Уваров. В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева. - Высш. шк. 1997.
Рис. 18. Расчетная схема рамы.
Рис. 19. Эпюра моментов М [кН*м]
Рис. 20. Эпюра поперечных сил Q [кН]
Рис. 21. Эпюра продольных сил N [кН]
Рис. 22. Расчетная схема рамы.
Рис. 23. Эпюра моментов М [кН*м]
Рис. 24. Эпюра поперечных сил Q [кН]
Рис. 25. Эпюра продольных сил N [кН]
Крановая нагрузка. Кран в I пролете на ряд А
Рис. 26. Расчетная схема рамы.
Рис. 27. Эпюра моментов М [кН*м]
Рис. 28. Эпюра поперечных сил Q [кН]
Рис. 29. Эпюра продольных сил N [кН]
Крановая нагрузка. Кран в I пролете на ряд Б
Рис. 30. Расчетная схема рамы.
Рис. 31. Эпюра моментов М [кН*м]
Рис. 32. Эпюра поперечных сил Q [кН]
Рис. 33. Эпюра продольных сил N [кН]
Таблица расчетных усилий в крайней колонне при различных загружениях
Вертикальное давление крана
Таблица расчетных сочетаний для характерных сечений колонны

металл.dwg

Существующую балку по ряду А обрезать на 200 мм
обеспечивая вертикальность и обработку кромок торца под равнопрочный стык подкрановых балок
существующие конструкции
Схема балочной клетки
Геометрическая схема фермы СФ1 с усилиями в кН
Схема отправочных элементов фермы CФ1
Таблица отправочных марок
Масса трансп. элементов
Стальной каркас одноэтажного промышленного здания в г. Казань
Схемы расположения стропильных ферм и связей.
Материал С245 по ГОСТ27772-88. 2.Все отверстия d=24
кроме отмеченных. 3.Все швы Kf=8 мм
кроме отмеченных. 4.Все обрезы 40 мм
кроме отмеченных. 5.Все швы варить электродами типа Э42.
Стальной каркас одноэтажного промышленного здания в г. Казань.
Ферма СФ1. Марка СФ-1-1. Спецификация стали.
Схема расположения стропильных и поддстропильных ферм
и связей в уровне нижних поясов ферм.
Схема расположения связей в уровне верхних поясов стропильных ферм.
Материал конструкций сталь по ГОСТ 27772-88 :
подкрановые балки - С345;
фасонки стропильных ферм - С255
остальные элементы ферм - С245;
остальные элементы каркаса - С235;
Фундаментные болты ВСт3пс2-1 по ГОСТ 535-88;
Заводские соединения варить проволокой Св-Г2С (d=1
Поперечная рама. Узелы. Разрез.
Железобетонная панель из тяжелого бетона
Пароизоляция - 1 слой рубероида
Гидроизоляция - ковер из 3-4 слоев рубероида
Утеплитель - минеральные плиты
Тормозная конструкция условно не показана
Рельс условно не показан
Работать совместно с листом 1.
Все неоговоренные болты М20.
Катеты сварных швов Kf=6мм
по табл. 38* СНиП II-23-81* и по усилиям
Торец колонны фрезеровать
плоскость плиты строгать
Ведомость отправочных элементов
Общая масса конструкции 64512 кг
Геометрическая схема фермы
схема отправочных элементов
Ферма Ф1-1 М1:25 М1:15

Крановая нагрузка. Торможение крана на ряд А.doc

Крановая нагрузка. Торможение крана на ряд А
Расчетная схема рамы
Эпюра моментов М (кН м)
Эпюра поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)

Крановая нагрузка. Кран во 2 пролете Dмах на ряд В.doc

Крановая нагрузка. Кран в 2 пролете Dмах на ряд В
Расчетная схема рамы
Эпюра моментов М (кН м)
Эпюры поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)

Крановая нагрузка . Кран в 1 пролете. Dмах на ряд Б.doc

Крановая нагрузка . Кран в 1 пролете. Dмах на ряд Б
Расчетная схема рамы
Эпюра моментов М (кН м)
Эпюра поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)

Крановая нагрузка Торможение крана на рад В.doc

Крановая нагрузка. Торможение крана на ряд В
Расчетная схема рамы
Эпюра моментов М (кН)
Эпюра поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)

Крановая нагрузка. Кран во 2 пролете Dмах на рад Б.doc

Крановая нагрузка. Кран в 2 пролете. Dмах на ряд Б
Расчетная схема рамы
Эпюра моментов М (кН м)
Эпюра поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)

Ветровая нагрузка Ветер дует справа.doc

Ветровая нагрузка Ветер дует справа
Расчетная схема рамы
Эпюра моментов М (кН м)
Эпюра поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)

Снеговая нагрузка.doc

Расчетная схема рамы
Эпюра моментов М (кН м)
Эпюра поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)
Единицы измеpения усилий: Н
Единицы измеpения напpяжений: Нм**2
Единицы измеpения моментов: Н*м
Единицы измеpения pаспpеделенных моментов: (Н*м)м
Единицы измеpения pаспpеделенных пеpеpезывающих сил: Нм
Единицы измеpения пеpемещений повеpхностей в элементах: м

Крановая нагрузка Торможение крана на ряд Б.doc

Крановая нагрузка. Торможение крана на ряд Б
Расчетная схема рамы
Эпюра моментов М (кН м)
Эпюра поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)

Крановая нагрузка. Кран в 1 пролете Dмах на рад А.doc

Крановая нагрузка. Кран в 1 пролете . Dмах на рад А
Расчетная схема рамы
Эпюра моментов М (кН м)
Эпюра поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)

статический расчет рамы постоянная нагрузка.doc

Статический расчет рамы
Расчетная схема рамы.
Эпюра моментов М (кН м)
Эпюра поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)
Единицы измеpения усилий: Н
Единицы измеpения напpяжений: Нм**2
Единицы измеpения моментов: Н*м
Единицы измеpения pаспpеделенных моментов: (Н*м)м
Единицы измеpения pаспpеделенных пеpеpезывающих сил: Нм
Единицы измеpения пеpемещений повеpхностей в элементах: м

Ветровая нагрузка Ветер дует слева.doc

Ветровая нагрузка. Ветер дует слева.
Расчетная схема рамы
Эпюра моментов М (кН м)
Эпюра поперечных сил Q (кН)
Эпюра продольных сил N (кН)