Стальной каркас одноэтажного производственного здания

МК - курсovoi 2.doc

Министерство Образования и Науки Российской Федерации
Министерство Образования и Науки Кыргызской Республики
Кыргызско-Российский Славянский Университет
Кафедра «Архитектура ПГЗ»
По дисциплине: «Металлические конструкции включая технологию сварки»
На тему: «Стальной каркас одноэтажного производственного здания»
г.Бишкек 2010Компоновка однопролетной поперечной рамы каркаса
Отметка головки кранового рельса – 186 м
Шаг колонн в продольном направлении – 12 м
Длина здания – 132 м
Грузоподъемность крана – 125 т
Район строительства – г. Воронеж
Режим работы – весьма тяжелый
Тип покрытия – теплое по прогонам
Фундамент – класс бетона В125
Схема поперечной рамы однопролетного здания
Размеры по вертикали
Полезная высота цеха:
Ho = h1 + h2 = 18600 + 4400 = 23000 мм
h1 = h отм.г.кр.р.= 18600 мм
h2 = (hк + 100) + а = (4000 + 100) + 300 = 4400 мм
hк = 4000 мм – по приложению 1 учебника Беленя.
а = (200 400) = 300 мм
Высота надкрановой части:
h в.ч.к. = (h п.б. + hр + h2) = 1800 + 170 + 4400 = 6370 мм
h п.б. – высота подкрановой балки = 1800 мм
hр – высота кранового рельса = 170 мм
Высота подкрановой части:
h н.ч.к. = Ho - h в.ч.к. + hб = 23000 – 6370 + 800 = 17630 мм
hб = высота базы = 800 мм
при пролете 36 м hф = 3150 мм
Полная высота колонны:
Нк = h в.ч.к. + h н.ч.к. = 17630 + 6370 = 24000 мм
Размеры по горизонтали:
Ширина надкрановой части:
В теле колонны необходим проход размером 1800 х 450 для тех.обслуживания крана и проведения ремонтных работ поэтому привязка bo = 500 мм.
b в.ч.к. > (112 h в.ч.к.) = 530 мм принимаем b в.ч.к. = 1000 мм.
Расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны:
λ = В1 + (b в.ч.к. – bo) + (60 75) = 400 + (1000 – 500) + 70 = 970 мм
В1 = 400 мм – по приложению 1 учебника Беленя.
λ принимаем кратно 250 = 1000 мм.
Ширина подкрановой части:
b н.ч.к. = λ + bo = 1000 + 500 = 1500 мм.
При тяжелом режиме работы цеха:
00 ≥ 1175.3 что удовлетворяет условию.
Пролет мостового крана:
Lк = Lц – 2 λ = 36000 – 2 1000 = 34000 мм.
Определение нагрузок на поперечную раму стального каркаса одноэтажного производственного здания
Для выполнения курсового проекта необходимо определить следующие нагрузки на поперечную раму:
- вертикальную постоянную нагрузку от веса кровли и собственной массы несущих конструкций тормозными конструкциями и рельсами продольных стен (в случае опирания их на колонны) с учетом заполнения световых проемов;
- снеговую нагрузку на покрытие;
- вертикальную нагрузку от давления колес мостовых кранов;
- поперечную горизонтальную нагрузку от торможения кранов;
- давление ветра на продольные стены и конструкции покрытия здания (ригель и рамы);
- температурные сейсмические (в сейсмоопасных районах) воздействия.
Постоянные нагрузки:
Нормативную и расчетную постоянные нагрузки с учетом коэффициента надежности по нагрузке от массы кровли подсчитывают по фактическим показателям в соответствии с принятой конструкцией покрытия. (табл. 1).
Вес кровли и конструкции покрытия определяется как нормативная нагрузка на единицу площади здания (при угле наклона кровли к горизонту ):
Вес элементов кровли зависит от состава кровли выбираемого в зависимости от условия эксплуатации здания (отапливаемое неотапливаемое с избыточным выделением тепла)
где - вес кровли на единицу площади здания;
- вес фонаря на единицу площади здания;
Вес ограждающих и несущих конструкций (табл.1)
Наименование элемента
Коэффициент надежности по нагрузке
Ограждающие элементы кровли
Защитный слой (20 мм) из гравия по мастике
Гидроизоляция из 4 слоев рубероида
Асфальтовая или цементная стяжка (20 мм)
Утеплитель пенобетон толщиной
h = 120мм γ = 6 кНм3
Пароизоляция из 1 слоя рубероида
Несущие элементы кровли
Профилированный стальной настил Н= 80-782-1 h = 1 мм
Прогоны сплошные пролетом 12м
- вес связей на единицу площади здания;
- вес стропильной фермы на единицу площади здания;
Расчетная нагрузка на единицу площади здания
Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы
где bф – шаг стропильных ферм.
Опорная реакция ригеля рамы:
Расчетный вес колонны (по табл. 12.1)
где - из табл. 1 с учетом поправки на высоту здания - .
Вес надкрановой части:
Вес подкрановой части:
Вес подкрановых конструкций учитывается условно
совместно с вертикальными нагрузками от кранов (рис.1)
Вес стен учитываем по согласию руководителем проекта
(факультативно) в зависимости от принятой конструкции
стен типа и размера остекления и схемы фахверка.
г. Воронеж – снеговой покров Рснр = 18 кНм2
Рснр = 18 кНм2 при qкрн Рснр = 253 18 = 1405 кНм2 т.к. qкрн Рснр ≥ 1 => n = 1.4
Линейная распределенная нагрузка от снега на ригель рамы:
qсн = γн n c Рснр bф = 095 14 1 18 12 = 2873 кН м
c - коэффициент перехода от веса снегового покрова к снеговой нагрузке на покрытие при
Опорные усилия ригеля:
FR = qсн l 2 = 28.73 36 2 = 517.14 кН
Коэффициент надежности по нагрузке.(табл.3)
Наименование нагрузки
Вес металлических конструкций
Вес бетонных (с плотностью более 1600 кгм3) жб и каменных конструкций
Вес бетонных (с плотностью не более 1600 кгм3) конструкции а также изолирующих выравнивающих отделочных слоев и (в виде рулонных материалов стяжек и т.п.) выполняемых:
- в заводских условиях
- на строительной площадке
а) при расчете поперечных рам колонн
б) при расчете стропильных ферм прогонов кровельных панелей – в зависимости от отношения нормативной нагрузки от веса кровли и конструкции покрытия qн в кНм к весу снегового покрова земли Ро в кНм2:
Примечание: Коэффициент 09 для постоянных нагрузок учитывается в случаях когда уменьшение постоянной нагрузки может ухудшить условия работы конструкции элемента соединения (например – анкерных болтов).
Вертикальные усилия от мостовых кранов
Ординаты линии влияния: у1 = 1 у5 = 07
Σyi = у1 + у2 + у3 + у4 + у5 + у6 + у7 + у8 = 1+09+055+045+07+062+027+02 = 47
Определение крановых нагрузок на раму
Расчетное вертикальное усилие от двух сближенных кранов на колонну к которой приближена тележка:
Dmax = nc γFкр Fmax Σyi + G п.к. = 08 12 580 47 + 048 = 261744 кН
nc = 0.8 – коэффициент сочетания
γFкр = 12 – коэффициент надежности по крановой нагрузке
Fmax = F2 = 580 – максимальное давление колеса по приложению 1 учебника Беленя.
Σyi = 47 – сумма ординат линии влияния
G п.к. = вес подкрановой конструкции по таблице 12.1 вес 1 п.м. = 40 кг
кг х 12 м = 480 кг = 048 кН
Расчетное вертикальное усилие от двух сближенных кранов на другую колонну:
Dmin = nc γFкр Fmin Σyi + G п.к. = 08 12 550 47 + 048 = 248208 кН
Fmax = F1 = 550 – максимальное давление колеса по приложению 1 учебника Беленя.
Сосредоточенные моменты в раме от вертикального давления:
Mmax = Dmax ek = 2617.44 0.75 = 196308 кН м
ek = b н.ч.к 2 = 075
Mmin = Dmin ek = 2482.08 0.75 = 1861.56 кН м
Горизонтальное усилие на колонну от поперечного торможения кранов:
Тон = f ( Q + Gт ) no’ n’ = 0.1 (125 + 430) 2 4 = 27.75 кН
f = 0.1 – коэффициент трения при торможении тележки для кранов с гибким подвесом груза
Q = 125 кН – грузоподъемность крана
Gт = 430 кН – вес тележки
no’ = 2 – число тормозных колес тележки
n’ = число всех колес тележки
Нормативная горизонтальная сила на колесе крана:
Тк = Тон no = 2775 4 = 693 кН
no = 4 – число колес с одной стороны крана
Расчетное горизонтальное давление на колонну от силы поперечного торможения тележек кранов:
Тmax = nc γт Тк Σyi = 08 12 693 47 = 3126 кН
nc = 08 – коэффициент сочетания
γт = 12 = коэффициент надежности
Учет пространственной работы каркаса здания.
При расчете поперечной рамы на крановые горизонтальные ветровые нагрузки влияние пространственной работы каркаса (упругого отпора жесткой кровли или продольных связей) учитывается умножением горизонтального смещения плоской рамы на коэффициент пространственной работы .
К жестким относятся кровли: по железобетонным панелям (с замоноличиванием швов) по стальным панелям (с восприятием сил сдвига в продольных стыках) по стальному профилированному настилу привинченному к верхним поясам стропильных рам.
К жестким относятся кровли из асбестоцементных и стальных волнистых листов по прогонам.
где nр – число рам в блоке h2 h
- коэффициент учитывающий загружение рам смежных с рассчитываемой.
При кранах одинаковой грузоподъемности ; = 2 х 4 47 = 17
n0 – число колес на одном крановом пути у двух сближенных кранов (- сумма ординат линии влияния при определении Dmax и Т).
При жесткой кровле пространственная работа каркаса обеспечивается продольными связями по нижним поясам ферм при этом:
αпр = 1 – 0615 + 021 (17 – 1) = 04165
Где и в зависимости от С определяются так (см. ниже):
С = (1224)3 х х = 0015
Где В h – шаг и высота колонн;
- отношение моментов инерции нижних частей и горизонтальных ферм продольных связей.
- для рамы с жестким прикреплением ригеля к колонне kв1 по табл. 12.4 Беленя.
Нормативная нагрузка в кНм2 продольной стены
Где qо = 03 – скоростной напор ветра в районе строительства;
С – аэродинамический коэффициент (для вертикальных наветренных поверхностей стычных зданий С = 08 для заветренных С1 = 06);
К =085 – коэффициент изменения скоростного напора ветра зависящий от высоты над поверхностью земли и типа местности по СНиП табл 6.
Для высоты до 10 м и в открытой местности (тип А) – К10 = 03
В застроенной зданиями или лесной местности (тип К10 = 035)
Для высоты более 10 м абсолютные приращения не зависят от типа местности.
Для упрощения расчета фактическая эпюра К заменяется в пределах высоты H равномерной с ординатой
где определяется из условия эквивалентности моментов (в нижнем сечении защемленной консоли высотой H) от загружения консоли равномерной эпюрой и заштрихованной части фактической эпюры К (момент М).
Допускается принимать :
Расчетная линейная нагрузка на колонну в кНм:
qwр = γqw qo K C B = 1.3 0.3 12 0.85 0.8 = 3.18
К = 085 – коэффициент по СНиП «Нагрузки и воздействия» по табл. 6
С – аэродинамический коэффициент с наветренной стороны 08 для отсоса 06
В =12 м – шаг рам в продольном направлении
γqw = 13 – коэффициент по надежности по ветровой нагрузке
qwр’ = γqw qo’ K C’ B = 1.3 0.3 12 0.85 0.6 = 2.38
Для напора при высотах:
При 23 м: 27 + (35-27) 320 = 282 – q1
При 2615 м: 27 + (35-27) 61520 = 294 – q2
Ветровая нагрузка действующая на участке от низа ригеля до каждой высокой точки здания заменяется сосредоточенной силой.
Сосредоточенная сила приложенная в уровне низа ригеля рамы активного давления и .
Wa = (q1 + q2) h 2 = (2.82 + 2.94) 3.15 2 = 9.072 кН
Wo = Wa C отс. С нап = 9072 06 08 = 6804 кН
Эквивалентная линейная нагрузка активного давления:
qэ = qв10 α = 206 1128 = 232 кН м
qэ’ = qэ C отс. С нап = 232 06 08 = 174 кН м
qв10 = 206 - расчет ветровой нагрузки при высоте 10 м
- коэффициент при (Н = 23 м – 1128)
qэкв = 2М h2 = 2 8652 232 = 17304 529 = 327 кНм
qэкв’ = qэкв C отс. С нап = 3.27 06 08 = 2.45 кНм
M = [(qw1 10 5) + (qw2 10 15) + (qw3 10 23)] = [(2.06 10 5) + ((2.06+2.7) 10 152) + ((2.7+3.5) 10 232) = 103 + 357 + 4052 = 8652 кНм
h = 23 м – высота стойки от пола до нижнего пояса
Статический расчет рамы
Для статического расчета рамы определим отклонение:
N = Iн Iв = 2 bн bb (M(qn Psn) + 5Mmax + 2qв H2) (M(qn Psn) + Mmax + qв H2) =
= 2 151 (103761 + 5 196308 + 2 327 242) (103761 + 196308 + 327 242) = 5052
I = Ip Iн = 4N hф bн (M(qsn Psn)) (M(qn + Pсн) + 5Mmax + 2qb H2) =
= 4 5052 31515 (10376.1 (10376.1 + 5 196308 + 2 327 242) = 1825
M(qn Psn) – балочный момент в ригеле от расчетной распределенной постоянной и снеговой нагрузок.
M(qn Psn) = (qn + Psn) Lo2 8 = (35.32 + 28.73) 362 8 = 10376.1 кНм
qb – распределенная активная ветровая нагрузка = 327 кНм
Mmax – максимальный крановый момент = 196308 кН м
= b3H3 ΣIн d ΣIг = 123243 04 022 = 0014
ΣIн ΣIг = 05 025 = 04
При жестком сопряжении ригеля и колонны:
d = 1k = 1 4.51 = 0.22
= (Нb – hб Н) = 617 – 16 24 = 019
– коэффициент приложения силы Т равной отношению расстояния между поясом стропильных ферм и верхним поясом подкрановых балок к расчетной высоте рамы.
Постоянная нагрузка на ригель рамы:
Расчетная погонная нагрузка на ферму:
Постоянные узловые нагрузки:
F1 = gкрр γn (1.25 B) = 3.099 0.95 (1.25 12) = 44.16 кН
F2 = gкрр γn ((1.25 + 1.5) B) = 3.099 0.95 (2.75 12) = 97.15 кН
F3 = gкрр γn ((1.5 + 1.5) B) = 3.099 0.95 (3 12) = 105.98 кН
Грузовой коэффициент k = Psnp gкрр = 1.8 3.099 = 0.58
Ra = Rb = F1 + F2 + 4.5 F3 = 618.24 кН
Определение усилий в стержнях фермы:
Усилия в стержнях фермы определяем с помощью построения диаграммы Максвелла-Кремолы.
При вычерчивании схемы фермы за расчетную высоту принимается расстояние между осями поясов. Для симметричной нагрузки (постоянной) достаточно построить диаграмму усилий только половины фермы.
Для определения усилий от опорных моментов удобно построить диаграмму от единичного момента приложенного к левой опоре.
Усилия от единичных моментов умножаются на соответствующие значения моментов и суммируются. для построения диаграммы единичный момент заменяется парой сил с плечо равным расчетной высоте фермы на опоре:
Ha = Hb = 1 hф = 1 306 = 0356 кН
Значения вертикальных опорных реакций фермы:
Ra = Rb = 1 35 = 0.0285 кН
Усилия от распора рамы прикладываем целиком к нижнему поясу. Изменение усилий от всех видов загружения сводим м таблицу расчетных усилий в стержнях фермы и находим расчетные усилия. Усилия от расчетных моментов и распора рамы учитываем только в том случае если они догружают стержень или меняют знак.
Подбор и проверка сечений стержней ферм:
Подбор сечений сжатых стержней начинаем с определения требуемой площади сечения:
- коэф. продольного изгиба (в первом приближении задаемся: для поясов =07-08 для решетки =06-07
- коэф условия работы
Требуемую площадь сечения растянутого стержня фермы определяем по формуле:
После этого по сортаменту подбираем подходящий калибр профиля затем производится проверка принятого сечения:
Для растянутых элементов (проверка сечения на прочность)
Для сжатых элементов (проверка сечения на устойчивость)
Результаты расчетов сводятся в таблицу.
Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к фасонкам и поясам фермы.
Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой СВ-08Г2СЦ (Rуссв=215 МПа) d=14-2мм
Кш=10мм γwf и γwz=085
Rуссв=045*370=1665 МПа
Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления:
65МПа =1665*105=1748= Rуссв* z Rуссв* f =215*09=1935
Нагрузка от распора рамы:
Расчетные усилия в стержнях фермы кН
Усилия от снеговой нагрузки
Усилия от опорных моментов
Проверка сечений стержней фермы
Для верхней части колонны:
Сечение 4-4 М = -14937; N = -1085.6
-3 M = -775.9; N = -1236.3
Для нижней части колонны:
Сечение 2-2 M = -1705.3; N = -5262.8
-1M = 2340.97; N = -5262.8; Q = -267.85
Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны:
Материалы колонн: сталь С275 (лист. Ry=27 кНсм2; фасон. Ry=28 кНсм2)
Расчетные длины колонны для верхней и нижней частей в плоскости рамы.
lx1 = 1 l1 = 2 1683 = 3366 см
lx2 = 2 l2 = 3 637 = 1911 см
Hн.ч.к. Нв.ч.к. = l2 l1 = 6371683 = 037 0.6 => 1 = 2 2 = 3
Nн.ч.к. Nв.ч.к. = 5262.8 1085.6 = 4.84 > 3
В однопролетной раме с жестким сопряжением ригеля и колонны верхний конец колонны закреплен только от поворота.
Расчетные длины из плоскости рамы:
ly1 = Hн.ч.к. = 1683 см
ly2 = Hв.ч.к. – hn = 637 – 160 = 477 см
Подбор сечения верхней части колонны
Сечение верхней части колонны принимаем в виде прокатного двутавра bв.ч.к. = 1000 мм.
Для симметричного двутавра радиус инерции: ix = 0.42 bв.ч.к. = 42 см
Ядровое расстояние: ρx = 035 bв.ч.к. = 35 см
Условие гибкости стержня: λx = (lx2 ix) (√ Ry E ) = (1911 42) (√ 27 206 104 ) = 164
Относительный эксцентриситет: mx = ex ρx = M (N 0.35 h) = 149370 (1085.6 0.35 100)=3.93
По полученным данным mx λx определяем коэффициент влияния формы сечения
(по приложению 10 учебника Беленя)
В первом приближении принимается: АnAст = 1 тогда = (19 – 01m) – 0.02(6 – m) λ = 1.44
Приведенный эксцентриситет mx1 = mx = 144 393 = 566
По приложению 8 учебника Беленя по данным mx1 и λx определяем φхвн – коэффициент снижения расчетного сопротивления при внецентренном сжатии:
Требуемая площадь сечения Атр определяется из условия устойчивости сплошной внецентренно сжатой колонны в плоскости действия момента Мх (в плоскости рамы):
Атр = N (φхвн Ry γ) = 1085.6 (0.22 27) = 18276 см2
Предварительно принимаем толщину полки tn = 2 см тогда высота стенки:
hст = bв.ч.к. – 2tn = 100 – 2 2 = 96 см
По таблице 14.2 учебника Беленя при значениях mx = 393 > 1 и λx =164 > 0.8 из условия местной устойчивости:
hст tст ≤ (09 + 05 λ) √ E Ry = (0.9 + 0.5 1.64) √ 2.06 104 27 = 47.5
tст ≥ 96 47.5 = 2.03 см
Поскольку сечение с такой толстой стенкой неэкономично принимаем tст = 1см и включаем в расчетную площадь сечения колонны два крайних участка стенки:
5 tст √ E Ry = 0.85 1 √ 2.06 104 27 = 2347 см
Требуемая площадь полки:
Атрп = (Атр – 2 085 tст 2 √ E Ry ) 2 = (182.76 – 2 0.85 12 √ 2.06 104 27 ) 2 = 67.9 см2
Из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия нагрузки ширина полки равна:
bп ≥ ly2 20 = 477 20 = 23.85 см
Из условия местной устойчивости полки:
bсв tп ≤ (036 + 01 λx) √ E Ry = (0.36 + 01 164) √ 2.06 104 27 = 1447
где bсв = (bп – tст) 2 = (2385 – 1) 2 = 1142
bп = 34 см tп = 2 см
Ап = 34 2 = 68 см2 > Атрп = 67.9 см2
Геометрические характеристики сечения
Полная площадь сечения:
А0 = 2 bп tп + tст hст = 2 34 2 + 1 96 = 232 см2
Расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки:
А = 2 bп tп + 2 085 tст 2 √ E Ry = 2 34 2 + 2 085 12 √ 2.06 104 27 = 18595 см2
Моменты инерции относительно х – х:
Ix = (tст hст3 12) + 2 bп tп [(bв.ч.к. - tп) 2]2 = (1 963 12) + 2 34 2 [(100 – 2) 2]2 = 400264 см4
Iу = (2 tп bп 3 12) = 131013 см4
Момент сопротивления относительно х – х:
Wx = Ix Zmax = Ix (bв.ч.к. 2) = 400264 50 = 80053 см3
ρx = Wx А0 = 8005.3 232 = 34.5 см
ix = √ Ix А0 = √ 400264 232 = 41.5 см
iу = √ Iу А0 = √ 131013 232 = 75 см
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия нагрузки:
λx = lx2 ix = 1911 41.5 = 46.04
λx = λx √ Ry E = 46.04 √ 27 2.06 104 = 1.66
mx = Mx N ρx = 149370 1085.6 34.5 = 3.98
По приложению 10 учебника Беленя при значениях mx = 3.98 λx = 1.66 при Ап Аст = 07
= (19 – 01 mx) – 002(6 – mx) λ = (19 – 01 398) – 002(6 – 398) 166 = 143
m1x = mx = 143 398 = 569
По приложению 8 учебника Беленя при значениях m1x = 569 λx = 1.66 φвн = 0215
= N (φвн A) = 1085.6 (0.215 185.95) = 27.15 > 27 (Ry)
(27.15 – 27) 27 = 0.005 = 0.5 % перенапряжения
Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия нагрузки:
λу = lу2 iу = 477 75 = 636 по приложению 7 учебника Беленя φу = 0795
Для определения mx найдем максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня:
Mx13 = M2 + [(M1 – M2) l2] (l2 – 13 ly2) =
-775.9 + [(-14937 + 775.9) 637] (637 – 13 4.77) = -1314.5 кН м
По модулю Mх ≥ Mmax 2 = -1493.7 2 = -746.85 кН м
Относительный эксцентриситет mx:
mx = (Mx A0) (N Wx) = (131450 232) (1085.6 8005.3) = 3.5
При mx = 5 коэффициент учитывающий влияние момента Мх при изгибно-крутильной форме потери устойчивости равен:
с = (1+ α mx) = 1 (1 + 0.825 3.5) = 0.257
mx = 35 5 => α = 0.65 + 0.05 mx = 0.65 + 0.05 3.5 = 0.825
λу = 63.6 λc = 3.14 √ E Ry = 86.72 λу λc => = 1
= N (c φy A) = 1085.6 (0.257 0.795 185.95) = 28.5 кН м
(285 – 27) 27 = 0055 = 55% перенапряжения.
Подбор сечения нижней части колонны
Сечение нижней подкрановой части колонны сквозное и состоит из 2ух ветвей соединенных между собой решеткой. Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополочного прокатного двутавра а шатровую ветвь – из швеллера составного сечения.
Определим ориентировочное положение центра тяжести:
h0 = bн.ч.к. – 5 = 150 – 5 = 145 см
y1 = M2 ( M1 + M2 ) h0 = 234097 (170530 + 234097) 145 = 83.8 см
y2 = h0 – y1 = 145 -83.8 = 61.2 см
y1 y2 – расстояния от ц.т. сечения колонны до ц.т. соответствующих ветвей
h0 – расстояние между центрами тяжести ветвей колонны
Определим усилия в ветвях:
Подкрановая ветвь: Nв1 = N1 (y1 h0) + (M1 h0) = 5262.8 ( 83.8 145) + (170530 145) = 42175 кН
Шатровая ветвь: Nв2 = N2 (y2 h0) + (M2 h0) = 5262.8 ( 612 145) + (234097 145) = 38356 кН
Определим требуемую площадь для обеих ветвей:
Ав1 = Nв1 φ Ry = 4217.5 0.7 28 = 215.17 см2
принимаем φ = 07 ; для фасонной стали С275 Ry = 28 кН см2
По сортаменту подбираем двутавр 80Б2 с параметрами
А = 2266 см2; g = 177.9 кгм; b = 28 см; t = 2.05 см; h = 79.8 см;
Ав2 = Nв2 φ Ry = 38356 0.7 27 = 2029 см2
Толщину стенки швеллера для удобства соединения в стык с полкой верхней части колонны принимаем tст = 20 мм.
Высоту стенки швеллера принимаем равной калибру двутавра подкрановой ветви с учетом выступов:
hст = 798 + 2 5 = 808 мм.
Требуемая площадь полок:
Ап = (Ав2 - tст hст ) 2 = (2029 – 2 808) 2 = 2065 см2
Из условия местной устойчивости полок швеллера:
bп tп = (038 + 008 λ) √ E Ry
принимаем bп = 12 см ; tп = 2 см; Ап = 24 см2
Геометрические характеристики ветви
Фактическая площадь шатровой ветви:
Ав2 = hст tст + 2 Ап = 808 2 + 2 24 = 2096 см2
Расстояние от ц.т. сечения до крайней стенки швеллера:
Z0 = S F = (Аст y1 + 2 Ап y2) Ав2 = (1604 1 + 2 24 8) 2096 = 26 см
Аст = hст tст = 80.2 2 = 160.4 см2
y2 = (bп 2) + tст = 8
Момент инерции относительно оси 2 – 2:
Ix2 = hст tст a12 + 2 [(tп bп3) 12] + tп bп a22 2 = 80.8 2 1.62 + 2[(2 123) 12] + 2 12 5.42 2 =
= 413.7 + 576 + 1399.7 = 2389.4 см4
a1 = z0 - tст 2 = 2.6 – 22 = 1.6
a2 = y2 – z0 = 8 – 2.6 = 5.4
относительно оси у – у:
Iу = [(tст hст3) 12] + 2 bп tп a32 = [(2 80.83) 12] + 2 12 2 39.4 = 89810.2 см4
a3 = h 2 - tп 2 = 40.4 – 2 2 = 39.4
ix = √ Ix2 Ав2 = √ 23894 2096 = 337 см
iу = √ Iу Ав2 = √ 898102 2096 = 207 см
Уточняем положение центра тяжести сечения колонны:
y1 = (Ав2 h0) (Ав1 + Ав2) = (209.6 145) (226.6 + 209.6) = 30392 436.2 = 69.6 см
y2 = h0 - y1 = 145 – 696 = 754 см
Отличие от первоначальных размеров не значительно.
Проверка устойчивости ветвей из плоскости рамы относительно оси у – у:
λy = ly iy = 1683 3201 = 52.57 => φ = 0.823
= Nв1 (φ Ав1) = 42175 (0823 2266) = 2761 кН см2
(2761 – 28) 28 = - 001 = 1 % недонапряжения
λy = ly iy = 1683 207 = 813 => φ = 0.641
= Nв2 (φ Ав2) = 38356 (0641 2096) = 2854 кН см2
(2854 – 28) 28 = 0019 = 19 % перенапряжения
Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:
λx1 = lв1 iв1 = λy =5257 => lв1 = 52.57 ix1 = 52.57 5.76 = 302.8 = 305 см
lв = (1683 – 10 – 90) 5 = 3166
Принимаем lв = 317 разделив высоту нижней части колонны на 5 панелей
Проверка устойчивости ветви в плоскости рамы (относительно оси х1 – х1 х2 – х2)
λx1 = lв iх1 = 317 576 = 5503 => φ = 0.81
= Nв1 (φ Ав1) = 42175 (081 2266) = 2797 28 кН см2
λx1 = lв iх2 = 317 337 = 9406 => φ = 0.53
= Nв2 (φ Ав2) = 38356 (053 2096) = 2452 27 кН см2
Расчет решетки подкрановой части колонны
Поперечная сила в сечении колонны Qmax = 267.85 кН
Условная поперечная сила:
Qусл = 03 Aкф = 03 (2096 + 2266) = 13086 Qmax
Решетка рассчитывается по Qmax :
Nр = Qmax 2sinα = 267.85 2 0.68 = 196.9 кН
Sinα = hр lр = ————————— = ———————— = 0 68
√ b н.ч.к. 2 + (lв1ф 2)2 √ 1502 + (317 2) 2
λф = 100 => φ = 0.56
Требуемая площадь раскоса:
Ар.тр. = Nр (φ Ry γ) = 1969 (056 25 075) = 1875 см2
γ = 075 для сжатого уголка прикрепленного одной полкой
Ry = 25 кН см2 (Сталь С245 фасонный прокат)
Принимаем уголок 120 imin = 2.39
λmax = lр imin = 2206 239 = 923 => φ = 0.6
lр = b н.ч.к. sin α = 150 0.68 = 220.6 см
Определим напряжение в раскосе:
= Nр φ Aрф = 1969 06 188 = 174 ≤ 25 кН см2
Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня:
Геометрическая характеристика всего сечения:
А = Ав1 + Ав2 = 2266 + 2096 = 4362 см2
Ix1 = Ав1 у12 + Ав2 у22 = 2266 6962 + 2096 7542 = 22892961 см4
λx = lx1 ix = 3366 724 = 465
Определим приведенную гибкость:
λпр = √ λx2 + (α1 А Ар1) = √ 4652 + (27 4362 376) = 4975
Ар1 = 2 Ар = 2 188 = 376 см2 – площадь сечения раскосов по двум граням сечения колонны.
α1 = 27 – коэффициент зависящий от угла наклона раскоса к ветви
Определим условную приведенную гибкость:
λпр = λпр √ Ry E = 4975 √ 25 2.06 104 = 173
Для комбинаций усилий догружающих шатровую ветвь (сечение 1-1)
mпр = (M2 A N2 Ix) (y2 + z0) = (234097 436.2 5262.8 22892961) (75.4 + 5) =
= 0.0085 80.4 = 0.68
= N2 (φвн А) = 52628 (0716 4362) = 1685 27 кН см2
φвн = 0716 (по приведенным значениям m и λ приложение 8 учебника Беленя)
Для комбинаций усилий догружающих подкрановую ветвь (сечение 2-2)
mпр = (M1 A N1 Ix) y1 = (170530 436.2 5262.8 22892961) 696 = 0.42
= N1 (φвн А) = 52628 (0728 4362) = 1657 28 кН см2
φвн = 0728 (по приведенным значениям m и λ приложение 8 учебника Беленя)
Устойчивость обеих ветвей обеспечена => устойчивость колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно.
Расчет и конструирование базы колонны
Проектируем базу раздельного типа т.к. ширина нижней части колонны превышает 1 м.
Расчетные комбинации в нижнем сечении (1-1) колонны:
Для расчета базы подкрановой ветви:
M1 = -148.14; N1 = 4780.8
Для расчета базы шатровой ветви:
M2 = 2340.97; N2 = -5262.8
Усилия в ветвях колонны:
Nв1 = (M1 h0) + N1 (y2 h0) = (14814 145) + 47808 (754 145) = 25881 кН
Nв2 = (M2 h0) + N2 (y1 h0) = (234097 145) + 52628 (696 145) = 41405 кН
База шатровой ветви:
Требуемая площадь плиты:
Аплтр = Nв2 Rф = 41405 09 = 46005 см2
Rф = γRb = 12 076 = 09
Rb = 076 кН см2 – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию.
Из конструктивных соображений свес плиты должен быть не менее С = 4 см.
Тогда ширина плиты равна:
B ≥ bк + 2С = 808 + 2 4 = 888 см принимаем В = 90 см
L = Аплтр B = 46005 90 = 511 см принимаем L =55 см
Тогда фактическая площадь плиты базы равна:
Аплф = L B = 55 90 = 4950 см2
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
= Nв2 Аплф = 41405 4950 = 083 кН см2
Из условия симметричного расположения траверсы относительно ц.т. ветви расстояние между траверсами в свету равно:
(bп + tп – z0) = 2 (12 + 2 – 5) = 18 см
При толщине траверсы tтр = 12 мм свес консолей с1 конструктивно принимаем 5 см
База может иметь участки опертые на 4 канта 3 канта 2 канта и консольно
Чтобы определить толщину опорной плиты базы нужно определить максимальный момент Ммах который возникает в участке опертом на 4 канта:
b a = 80.8 12 = 6.7 => коэффициент для расчета на изгиб α = 0.125
(по таблице 86 учебника Е.И.Беленя)
Mmax = α a2 = 0.125 0.83 122 = 14.83 кН см
Определяем толщину плиты:
tпл = √ 6 Ммах Ry γc = √ 6 1483 1 27 = 181 см
Принимаем tпл = 2 см (с учетом отстрожки)
Из условия работы сварных швов на срез определим высоту траверсы:
hтр = —————————— = —————————— = 5705 см + 295 см на непровар
кш f γwf R wf γc 4 12 07 1 18 12
Таким образом принимаем высоту траверсы hтр = 600 мм
Напряженное состояние по металлу шва R wf = 0.55 ——— = ——— = 18 КН м
Коэффициент работы шва γwf = 1
Катет шва принимаем равным кш = 12
База подкрановой ветви:
Аплтр = Nв1 Rф = 25881 09 = 28756 см2
B ≥ bк + 2С = 798 + 2 4 = 878 см принимаем В = 90 см
L = Аплтр B = 28756 90 = 3195 см принимаем L =35 см
Аплф = L B = 35 90 = 3150 см2
= Nв2 Аплф = 25881 3150 = 082 кН см2
(bк – z0) = 2 (28 – 5) = 23 см
b a = 79.8 28 = 285 => коэффициент для расчета на изгиб α = 0.125
Mmax = α a2 = 0.125 0.82 282 = 8036 кН см
tпл = √ 6 Ммах Ry γc = √ 6 8036 1 27 = 422 см
Принимаем tпл = 43 см (с учетом отстрожки)
hтр = —————————— = —————————— = 3962 см + 238 см на непровар
Таким образом принимаем высоту траверсы hтр = 420 мм

MK - kurs2.dwg

Схема связей по верхним поясам; Схема связей по нижним поясам; Схема вертикальных связей по колоннам.
Стальной каркас одноэтажного производственного здания
МОиН РФ МО КР КРСУ ф-т АДиС кафедра "Строительство
Схема связей по верхним поясам
Схема связей по нижним поясам
Схема вертикальных связей по колонннам
Примечание: Район строительства: г. Воронеж Климатический район по снегу: 3
кНм2 Климатический район по ветру: 2
Геометрическая схема
Спецификация металла
Поперечный разрез; Требуется изготовить
Защитный слой из гравия по мастике (20 мм)
Гидроизоляция из 4 слоев рубероида
Асфальтовая или цементная стяжка (20 мм)
Утеплитель из пенобетона толщиной h=120 мм
Пароизоляция из 1 слоя рубероида
Профилированный стальной настил Н=80-782-1
Прогоны сплошные пролетом 12 м № 24(22)
Связи по поясам вертикальные
Расчетная схема и диаграмма от постоянной нагрузки; Расчетная схема и диаграмма усилий от единичного момента; Расчетная схема приложения опорных моментов и распора.
Расчетная схема и диаграмма от постоянной нагрузки
Расчетная схема и диаграмма усилий от единичного момента
Расчетная схема приложения опорных моментов и распора
Примечание: 1. Болты нормальной точности М20 из стали класса 4
по ГОСТ 1759 - 70 2. Заводские швы выполнять полуавтоматической сваркой в среде СО2 3. Сварочная проволока СВ-08ГС 4. Соединительные прокладки ставить на равных расстояниях
торец колонны фрезеровать на сборе
опорную плиту строгать
торцы опорного ребра строгать

MK - kurs.dwg

Монтажнтажная схема балочной клетки М 1:400
Балка Б - 1 (Б - 1')
Ведомость элементов по проекту ВСт3пс 6-2 ГОСТ 8239 - 72*
сварные швы 2 % = 44.7
сварные швы 2 % = 42
Отправочная марка Б - 1
Конструирование рабочей площадки промышленного здания
МОиН РФ МО КР КРСУ ф-т АДиС кафедра "Строительство
Отправочная марка Б - 2
укрупнительно монтажный стык разрезы 1-1
-2 ведомость элементов
Спецификация на 1 элемент Б - 1(Б - 1') ВСт3пс 6-2 ГОСТ 26020 - 83
стыковой шов равнопрочный по металлу
Неоговоренные узлы крепления балок выполнять в соответствии с рекомендациями типовой серии 2.220 -2 2. Все неоговоренные швы (болты) назначить по расчетным усилиям
указанным в ведомостях элементов 3. Монтаж конструкций вести в соответствии со СНиП 3-18-75* 4. Разделку кромок под сварку и сварные швы выполнить в соответствии с требованиями ГОСТ 5264-80*
сварные швы 2 % = 39
Примечание: q*;1. Разделку кромок деталей под сварку в соединениях со швами и полным проваром выполнять в соответствии с ГОСТ 5264-80* 2. Диаметр анкерных болтов принять ø 36 3. Все не оговоренные швы выполнять kwf = 8 мм 4. Варить электродами Э42
Э42А 5. Монтажная схема см. лист 1 (КМ)
фрезеровать под анкерные болты ø 36
Примечание: q*;1. Разделку кромок деталей под сварку в соединениях со швами и полным проваром выполнять в соответствии с ГОСТ 5264-80* 2. Все не оговоренные швы выполнять kwf = 8 мм 3. Варить электродами Э42
Э42А 4. Монтажная схема см. лист 1 (КМ)
Спецификация на 1 элемент ВСт3пс 6-2 ГОСТ 26020 - 83
Спецификация на 1 элемент К - 3 ВСт3пс 6-2 ГОСТ 8239 - 72*
Схема связей по верхним поясам; Схема связей по нижним поясам; Схема вертикальных связей по колоннам.
Стальной каркас одноэтажного производственного здания
Схема связей по верхним поясам
Схема связей по нижним поясам
Схема вертикальных связей по колонннам
Примечание: Район строительства: г. Воронеж Климатический район по снегу: 3
кНм2 Климатический район по ветру: 2
Защитный слой из гравия по мастике (20 мм)
Гидроизоляция из 4 слоев рубероида
Асфальтовая или цементная стяжка (20 мм)
Утеплитель из пенобетона толщиной h=120 мм
Пароизоляция из 1 слоя рубероида
Профилированный стальной настил Н=80-782-1
Прогоны сплошные пролетом 12 м № 24(22)
Поперечный разрез; Требуется изготовить
Геометрическая схема
Спецификация металла
Связи по поясам вертикальные
Расчетная схема и диаграмма от постоянной нагрузки; Расчетная схема и диаграмма усилий от единичного момента; Расчетная схема приложения опорных моментов и распора.
Расчетная схема и диаграмма от постоянной нагрузки
Расчетная схема и диаграмма усилий от единичного момента
Расчетная схема приложения опорных моментов и распора
Примечание: 1. Болты нормальной точности М20 из стали класса 4
по ГОСТ 1759 - 70 2. Заводские швы выполнять полуавтоматической сваркой в среде СО2 3. Сварочная проволока СВ-08ГС 4. Соединительные прокладки ставить на равных расстояниях