• RU
  • icon На проверке: 29
Меню

Металлические конструкции (курсовой проект)

  • Добавлен: 01.04.2015
  • Размер: 5 MB
  • Закачек: 2
Узнать, как скачать этот материал

Описание

В составе проекта пояснительная записка, комплект чертежей по дисциплине "Металлические конструкции включая сварку" часть 2

Состав проекта

icon
icon
icon записка 09 (Кочергина).DOC
icon Чертежи 09 (лист 1).dwg
icon Чертежи 09 (лист2).dwg
icon Чертежи 09 (лист3-4).dwg

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon записка 09 (Кочергина).DOC

Компоновка конструктивной схемы каркаса производственного
1. Разбивка сетки колонн.
2. Определение основных размеров поперечника.
3. Устройство связей
Расчёт поперечной рамы
1. Выбор расчётной схемы рамы
2. Сбор нагрузок на раму
3. Статический расчёт рамы
4. Определение расчётных усилий в стойках рамы
Расчёт и конструирование колонны здания
1. Подбор сечения стержня колонны
2. Расчёт и конструирование узлов колонны
Расчёт и конструирование сквозного ригеля рамы
1. Статический расчёт
2. Подбор сечений стержней
Библиографический список
Наименование цеха – сборочный.
Район строительства – г. Харьков
Грузоподъемность мостового крана – 12520т.
Группа режимов работы – 5К.
Отметка головки кранового рельса – 114м.
Компоновка конструктивной схемы каркаса производственного здания.
1.Разбивка сетки колонн.
Рисунок 1. План колонн на отметке 0.000
Принимаем шаг колонн В = 12 м.
Вертикальные размеры поперечной рамы:
) Полезная высота здания:
где H1 = 11400 мм – отметка головки кранового рельса;
H2 – расстояние от уровня головки кранового рельса до низа ригеля (фермы);
где HCR – габаритный размер крана по высоте принимается по ГОСТ на краны;
с = 200 400 мм – учитывается прогиб стропильной фермы с = 300 мм;
0 мм – величина вводимая в соответствии с требованиями ГОСТ на краны;
H2 = 4000 + 100 + 300 = 4400 мм;
принимаем H2 кратное 200 мм: H2 = 4400 мм;
H0 = 11400 + 4400 = 15800 мм полезная высота здания;
по условиям типизации и унификации H0 должно быть кратно 600 мм поэтому принимаем H0 = 16200 мм при этом корректируем размер H1 = H0 - H2= 16200-4400=11800 мм.
Рисунок 2. Схема поперечной рамы производственного здания.
) Полный размер колонны:
Длина верхней (надкрановой) части колонны: HV = H2 + hRS + hВ
где hRS – высота рельса (КР120) принимается по ГОСТ на краны краны согласно таблице 2 приложения 2 [1] hRS = 170 мм;
H2 =4400 мм расстояние от уровня головки кранового рельса до низа стропильной фермы;
hВ = 1650 мм высота подкрановой балки;
HV = 4400 + 170 + 1650 = 6220 мм высота верхней части колонны;
H = H0 + H В полная высота колонны;
где H В = 600 мм – заглубление колонны ниже нулевой отметки;
H = 16200 + 600 = 16800 мм;
Длина нижней (подкрановой) части колонны:
HN = H – HV = 16800 – 6220 = 10580мм высота нижней части колонны;
Высота фермы на опоре hr0 = 3150 мм. Для проектирования отапливаемого производственного здания с мало уклонной кровлей ( решетка треугольная с
дополнительными стойками; размер панели верхнего пояса 3 м.
) Горизонтальные размеры поперечника:
). пролёт здания L = 36000 мм;
). пролёт крана L CR = 34000 мм ([1] таблица 1 приложения 2).;
). привязка наружной грани колонны к разбивочной оси a = 250 мм;
). высота сечения верхней части колонны:
) Высота сечения нижней части колонны:
= 500 + 1000 = 1500 мм;
расстояние между координационной осью и осью подкрановой балки:
Для обеспечения жесткости колонны в плоскости рамы рекомендуется назначать (режим работы крана 5К)
). проверка условия свободного перемещения крана вдоль здания:
B1 = 400 мм – свес моста крана за ось кранового рельса ([1] таблица 1 приложения 2);
С1 – минимальный зазор между внутренней гранью колонны и конструк-цией моста крана ( С1 = 75 мм для кранов грузоподъемностью Q≥80 т)
0 >475 условие выполняется.
3. Устройство связей.
Связи необходимы для:
обеспечения неизменяемости пространственной системы каркаса и устойчивости его сжатых элементов;
восприятия ветровых и инерционных воздействий мостовых кранов;
обеспечения надлежащей жёсткости каркаса;
создания условий удобного и высококачественного монтажа конструкций.
Совокупность связей цеха состоит из двух комплексов:
- связи между колоннами;
- связи по покрытию.
Связи между колоннами.
- создание продольной жёсткости каркаса необходимой для его нормальной эксплуатации;
- обеспечение устойчивости колонн из плоскости поперечных рам;
- восприятие ветровой нагрузки действующей на торцевые стены здания и продольных инерционных воздействий мостовых кранов.
Нижние вертикальные связи я разместил посередине температурного блока (в осях 4-5) для предупреждения температурных деформаций продольных элементов.
В надкрановой части колонн вертикальные связи предусмотрены в торцах здания и в месте расположения нижних вертикальных связей.
Вертикальные связи устанавливаются по всем рядам колонн; связи между колоннами на уровне опорных частей ригеля проектируются в виде одного монтажного элемента.
Рисунок 3. а) Вертикальные связи по колоннам здания;
б) Связи по верхним поясам ферм
Система этих конструктивных элементов образует замкнутую контурную обвязку покрытия позволяющую:
создать жёсткий диск покрытия;
перераспределить усилия между смежными рамами;
обеспечить восприятие горизонтальных нагрузок от ветра и кранов приложенных вдоль здания;
уменьшить расчётные длины сжатых поясов стропильных конструкций и тем самым обеспечить их устойчивость;
взаимно закрепить конструкции в процессе монтажа.
Связи по верхним поясам ферм.
Предусматриваются только поперечные связевые фермы и продольные элементы между ними. Они предназначены для обеспечения устойчивости верхних сжатых поясов стропильных ферм при их работе из плоскости ферм.
Они размещены в торцах здания чтобы обеспечить пространственную жёсткость в процессе монтажа с поперечными связевыми фермами по нижним поясам стропильных ферм что особенно важно при действии ветра вдоль здания. Пунктирной линией на рисунке представлена возможная форма потери устойчивости верхнего пояса стропильной фермы. В нулевых точках ферма закреплена от горизонтальных смещений прогонами и далее связями.
Связи по нижним поясам ферм.
В плоскости нижних поясов стропильных ферм предусмотрены поперечные связевые фермы продольные связевые фермы а также продольные элементы между поперечными связевыми фермами.
Поперечные связевые фермы предназначены для восприятия снеговой нагрузки. Они расположены в местах постановки поперечных связевых ферм. Продольные связевые фермы уменьшают поперечные деформации отдельных плоских рам при действии на них сосредоточенных боковых воздействий мостовых кранов.
Вертикальные связи служат для устранения сдвиговых деформаций. Связи установлены в плоскостях вертикальных стоек стропильных ферм т.к. ферма состоит из двух отправочных элементов вертикальные связи установлены в месте стыковки отправочных элементов.
Рисунок 4. Связи по нижним поясам ферм.
4. Выбор ограждающих конструкций здания
Стены и кровлю здания проектирую из каркасных крупноразмерных панелей (их собирают на строительной площадке): длина панели 24-12 м с градацией 06 м; ширина панели 12 м.
Панель трёхслойная с наружной и внутренней обшивками из стального профилированного листа толщиной 07 мм средний слой – утеплитель из минеральной ваты. Снизу стена заканчивается цокольной панелью.
Расчёт поперечной рамы.
Расчёт поперечной рамы производится для определения внутренних усилий в раме
(N M Q). Для этого необходимо:
- установить расчётную схему рамы
- собрать действующие на раму нагрузки
- выявить невыгодные комбинации расчётных усилий в элементах рамы.
1. Выбор расчётной схемы рамы.
Для расчёта поперечной рамы её конструктивную схему приводят к расчётной в которой устанавливают длины всех элементов рамы и отдельных её участков с отличающимися сечениями а также изгибные и осевые жёсткости этих элементов и участков. При этом придерживаются следующих правил:
- За оси стержней заменяющих колонны условно принимают линии центров тяжестей сечений колонн но так как их положение заранее не известно то оси стержней направляют по геометрическим осям сечений колонн.
- За геометрическую ось ригеля при шарнирном сопряжении ригеля с колонной принимают линию соединяющую центры тяжести опорных шарниров. Линии имеющие уклон менее 1:10 принимают горизонтальными.
Рисунок 5. Расчётная схема поперечной рамы производственного здания.
Поперечную раму рассчитываю на:
–постоянные нагрузки (от веса несущих и ограждающих конструкций здания);
–временные нагрузки (от кранового оборудования; снеговые ветровые);
–особые нагрузки (если они имеются).
2.1. Постоянные нагрузки
На расчетную раму передаются нагрузки от собственного веса всех конструкций образующих расчетный блок. В моем случае вес конструкции покрытия с грузовой площади расчетного блока (размером L×В=36×12) может быть передан на ригель в виде равномерно распределенной погонной нагрузки интенсивностью
где – расчетная нагрузка от веса 1 м2 конструкции покрытия;
– нормативное значение веса
– коэффициент надежности по нагрузке для i-ой составляющей.
Подсчет этой нагрузки на ригель рамы произвожу в табличной форме (таблица 1) задавшись конструкцией покрытия.
Таблица 1 – Нагрузки на ригель от веса конструкции покрытия и кровли
Состав кровли и конструкции покрытия
Нормативная нагрузка
- защитный слой из гравия втопленного в битумную мастику
- гидроизоляционный ковёр из 4-х слоёв рубероида
- утеплитель t = 150 мм из минераловатных плит g = 2 кНм3
- пароизоляция (1 слой рубероида)
Ограждающие конструкции
-стальной профилированный настил
- решётчатые прогоны пролётом 12 м.
кНм2 поверхности покрытия
Расчётная постоянная нагрузка на 1 пог.м ригеля рамы:
где – угол наклона кровли к горизонту.
Нагрузка от веса колонн определяю в соответствии с рекомендациями таблицы 1 приложения 3 [1]:
где qk = 035 кНм2 – расход стали на колонны.
Вес надкрановой части колонны составляет 1525% общего веса колонны исходя из этого условия:
» (15% 25%) GК = 20·7938 100= 1588кН
» GК – GV = 7938 – 1588 = 635 кН
Стены здания проектирую из навесных укрупнённых трехслойных металлических панелей с обшивками из профилированного листа НС 44-1000-07. Утеплитель – минераловатные плиты t = 100 мм и gf i=125кНм3. Ширина панели – 12 м. С одной стороны с помощью ригеля они крепятся к колонне с другой стороны – к стойке продольного фахверка. Нагрузка от веса 1 м2 стены из таких панелей указана в таблице 2.
Таблица 2 – Нагрузки от веса стенового ограждения
Состав стенового ограждения
Нормативная нагрузка кНм2
Расчётная нагрузка кНм2
Треххслойные стеновые панели
- два профилированных листа НС 44-1000-07
- минераловатные плиты t = 100 мм g = 125 кНм3.
Для нижнего участка стены:
где – отметка подкрановой ступени;
– эксцентриситет приложения по отношению к расчетной оси рамы.
Для верхнего участка стены:
Вес подкрановой конструкции и соответствующий момент:
где – пролёт подкрановой балки равен 12 м (подкрановая балка не опирается на фахверк);
– сечение подкрановой балки ();
– плотность стали ();
– масса 1 пог.м подкранового рельса (КР120 – ).
Загружение поперечной рамы здания постоянными нагрузками показано на рисунке 6.
Рисунок 6 – Постоянные нагрузки действующие на раму
Сила включает нагрузку от собственного веса подкрановой части колонны и нагрузку от веса стен примыкающих к колонне на этом участке т.е.
Сила соответственно равна
2.2. Временные нагрузки
На ригель поперечной рамы проектируемого здания передаётся равномерно распределённая снеговая нагрузка с расчётной интенсивностью:
где – расчетное значение снеговой нагрузки на 1 м2 горизонтальной поверхности земли. Харьков – второй снеговой район ;
– коэффициент перехода от снеговой нагрузки на горизонтальной поверхности земли к нагрузке на покрытие для двускатного покрытия однопролётных зданий при угле наклона кровли к горизонту a 25 ° = 1.
Рисунок 7 – Снеговая нагрузка на раму
При расчёте поперечных рам нагрузку от мостовых кранов подсчитываю по линии влияния опорного давления подкрановых конструкций при невыгоднейшей установке на подкрановой балке фактического числа кранов но не более чем двух кранов наибольшей грузоподъёмности из числа имеющихся в пролёте.
Вертикальная крановая нагрузка передаётся одновременно на обе колонны рамы. Опорное давление подкрановой балки на колонну к которой приближены тележки с грузом на основных кранах подсчитываю по формуле:
Одновременно на противоположную колонну действует нагрузка:
где – коэффициент надёжности по нагрузке для крановой нагрузки;
– коэффициент сочетаний при учете двух кранов с режимом работы 1К6К ;
– максимальное нормативное давление на колесо крана;
– минимальное нормативное давление на колесо крана.
Наибольшее нормативное давление одного колеса крана на той стороне к которой приближена тележка с грузом принимаем по ГОСТ на краны ([1] рисунок 1 таблица 1 приложение 2).
С противоположной стороны крана на одно колесо будет передаваться давление которое находится из условия равновесия:
где Q – грузоподъёмность крана кН;
G – вес крана с тележкой;
n0 – число колёс с одной стороны моста крана.
Для определения опорного давления на рисунке 8 приведена схема загружения подкрановых балок. Габариты крана взяты из таблицы 1 приложения 2 [1].
Вертикальное давление на колонну передаётся через подкрановые балки установленные с эксцентриситетом по отношению к оси колонны. Вследствие этого возникают крановые моменты в уровне подкрановой ступени на которые рассчитываю раму.
Рисунок 8 – Схема передачи нагрузок от двух кранов Q=12520 т
- максимальный крановый момент;
- минимальный крановый момент.
Расчётная горизонтальная нагрузка на колонну Т приложенная к раме в уровне верхнего пояса подкрановой балки вычисляю по формуле:
где = 11 – коэффициент надёжности крановой нагрузки;
– горизонтальная нагрузка которая передаётся одним катком крана:
где Q – грузоподъёмность крана;
GТ – вес тележки крана;
n0 – число колёс с одной стороны моста крана (4).
Рисунок 9 – Крановые нагрузки действующие на раму:
а – вертикальные б – горизонтальные
Высота здания – 20 м;
значит динамическую составляющую не учитываю и далее рассматриваю лишь влияние статической составляющей.
Расчётные значения ветровых нагрузок на 1м2 подсчитываю по формуле:
где W0 – нормативное значение ветрового давления определяю согласно СНиП [6] (Харьков – 4 ветровой район значит W0 = 048 кНм2);
k – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности.
с – аэродинамический коэффициент зависящий от конфигурации здания;
Согласно таблице 5 приложения 3 [1] аэродинамический коэффициент с наветренной стороны – се = 08 и с подветренной стороны – се3 = 05 так как и .
Эквивалентная ветровая нагрузка:
здесь коэффициент согласно таблице 6 приложения 3 [1] т.к. расстояние от уровня земли до ригеля рамы в расчётной схеме Н0 = 18000 м и тип местности В.
С наветренной стороны интенсивность ветровой нагрузки на колонну:
Сосредоточенные нагрузки:
-с участков стенового ограждения:
-с грузовой площади (42 и 12 м) находящейся выше отметки ригеля:
-вдоль ригеля с подветренной стороны:
вдоль ригеля с заветренной стороны:
Рисунок 10 – Условная расчетная схема загружения рамы ветровой нагрузкой
3. Статический расчет рамы
Расчёт выполняю с использованием расчётной схемы (рисунок 5). В расчётной схеме сквозной ригель заменяю эквивалентным по жёсткости сплошностенчатым момент инерции которого можно определить по формуле:
– высота фермы в середине пролёта ();
5 – коэффициент учитывающий отношение усреднённой площади сечения поясов к площади нижнего пояса;
– коэффициент учитывающий уклон верхнего пояса при .
– максимальный изгибающий момент в середине пролёта ригеля. Для его определения рассмотрим ригель как простую балку:
где q – нагрузка от кровли и покрытия;
Р – снеговая нагрузка.
Осевая жёсткость ригеля:
При расчете рам с колоннами ступенчато-переменного сечения изгибаемую и осевую жесткости подкрановой части колонны определяю по формулам:
где – коэффициент зависящий от шага колонн и их высоты принимают при шаге колонн 12 м;
– высота сечения нижнего участка колоны (12500 мм);
– расчетное давление на колонну от двух сближенных кранов;
– опорная реакция ригеля от расчётной нагрузки (постоянной и снеговой)
Жесткость верхних (надкрановых) частей ступенчатых колонн:
где – коэффициент учитывающий фактическое неравенство площадей и радиусов инерции поперечных сечений верхней и нижней частей колонн принимают при шарнирном сопряжении ригеля с колонной;
– высота сечения нижнего участка колоны (1500мм);
– высота сечения верхнего участка колоны (500 мм);
4. Формирование расчетной информации и результаты расчета рамы по программе «SCAD»
Все исходные данные для расчета поперечной рамы сведены в таблицу 3.
Таблица 3 – Исходные данные для расчета рамы
Расчётный пролёт рамы Lef м
Длина нижней части колонны Hn м
Длина верхней части колонны Hv м
Отметка верха головки кранового рельса H1 м
Отметка низа ригеля H0 м
Привязка крана к координационной оси L1 м
Высота сечения верхней части колонны hv м
Высота сечения нижней части колонны hn м
Изгибные и продольные жёсткости колонн и ригеля:
Постоянная нагрузка на ригель q кНм
Вес нижней части колонны и нижнего участка стены G1 кН
Момент от веса нижнего участка стены Mq1 кН×м
Вес верхней части колонны и верхнего участка стены G2 кН
Момент от веса верхнего участка стены Mq2 кН×м
Вес подкрановых конструкций G3 кН
Момент от веса подкрановых конструкций Mq3 кН×м
Снеговая нагрузка на ригель p кН
Максимальное давление кранов кН
Минимальное давление кранов кН
Поперечная тормозная сила T кН
распределённая на колонну с подветренной стороны qeq кНм
распределённая на колонну с заветренной стороны кНм
сосредоточенная вдоль ригеля с подветренной стороны W кН
сосредоточенная вдоль ригеля с заветренной стороны кН
Эпюры и значения усилий полученные в результате расчета в программе «Scad» приведены в приложении 1.
5. Определение расчетных сочетаний усилий
Расчеты элементов каркаса здания выполняю с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок и им соответствующих усилий. Эти сочетания устанавливаю на основе анализа возможных вариантов одновременного действия различных нагрузок.
Таблица 4 – Расчетные усилия по каждому виду загружения для стойки рама по оси А
Усилия от нагрузкикНкНм
крановой вертикальной на колонну Dmax
крановой горизонтальной на колонну Т
Таблица 5 – Расчетные усилия по каждому виду загружения для стойки рамы по оси Б
Таблица 6 – Расчетное усилие при невыгодных сочетаниях нагрузок
Расчёт и конструирование колонн здания
1. Подбор сечений стержня колонны
Конструктивная схема колонны и её размеры приведена на рисунке 11.
Расчётные усилия принимаю по результатам статического расчёта поперечной рамы:
Для надкрановой части колонны в сечении 11(9-11):
Для подкрановой части колонны в сечении 1 (1-3):
изгибающий момент догружает шатровую ветвь
изгибающий момент догружает подкрановую ветвь
Рисунок 11 – Внецентренно–сжатая колонна. Конструктивная схема
Соотношение жесткостей надкрановой и подкрановой частей колонны (см. таблица 3):
Материал колонны – сталь С 255 (табл. 50* СНиП II – 23 – 81*) с
Ry = 230 Мпа при t = 10 20 мм
Ry = 220 Мпа при t > 20 мм (табл. 51* СниП II – 23 – 81*)
Сварка элементов – полуавтоматическая в среде углекислого газа;
сварочная проволока – Св-08Г2С (табл. 55* СниП II – 23 – 81*)
положение швов – нижнее.
2. Определение расчётных длин колонн
Определение расчётных длины колонны в плоскости рамы
Наибольшая продольная сила в нижней части колонны возникает в сечении 3 (1-3) при загружениях 1 3 5 и составляет:
Наибольшая продольная сила в верхней части (сечение 11(9-11)) колонны при данном загружении составляет:
= -30315+522-55= -30343 кН;
в соответствии с п. 6.11* СниП II – 23 – 81* принимаем коэффициент m по табл. 18 СниП II – 23 – 81*:
Расчётные длины колонны в плоскости рамы:
Расчётные длины колонны из плоскости рамы:
3. Конструктивный расчет надкрановой части колонны
Сечение надкрановой части колонны принимаем из прокатного двутавра по ГОСТ 26020-83. Анализируя усилия в надкрановой части колонны по табл. 6 приходим к выводу что наиболее неблагоприятным является загружение в сечении 11(9-11):
Определим ориентировочно требуемую площадь сечения:
- коэффициент принимаемый в зависимости от условной гибкости:
и приведённого эксцентриситета:
По сортаменту подбираем требуемое сечение двутавра №50Ш4 с характеристиками: A=2217 см2; массой 1741 кгм; J W Wy=707 см3; iy=692 см.
h=501 мм; tw=165 мм; bf=300 мм; tf=235 мм.
Подсчитываю гибкость стержня в плоскости и из плоскости рамы:
Проверяю устойчивость колонны в плоскости действия момента:
Для проверки устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента предварительно нахожу приведенный эксцентриситет:
В зависимости от и mefx= 1038 нахожу
Проверяю устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента:
Предварительно определяю значения коэффициентов mx и с:
Проверка устойчивости полок и стенки колонны прокатного сечения заведомо обеспечены. Проверка прочности внецентренно сжатых стержней при значениях приведенного эксцентриситета не требуется.
Таким образом прочность общая устойчивость верхней части колонны и местная устойчивость её элементов обеспечены.
4. Конструктивный расчет подкрановой части колонны
Нижнюю (подкрановую) часть колонны проектирую сквозной (hn=1.5м>1м) состоящую из двух ветвей соединённых между собой решётками расположенными в двух плоскостях.
Сечение ветвей компонуем из двутавров с параллельными гранями полок ГОСТ 26020-83 типа Б. Решётка треугольная из одиночных равнополочных уголков. Раскосы решётки должны центрироваться по оси ветвей чтобы не вызывать дополнительных изгибающих моментов. Крепление раскосов осуществляется с помощью сварных швов непосредственно к ветвям либо если ширина поясов двутавров недостаточна к фасонкам.
Приняв подкрановую траверсу высотой что в рекомендуемых пределах и задавшись предварительно размером полупанели решётки определяю число полупанелей соединительной решётки . Принимаю число полупанелей тогда длина полупанели
Таблица 7 - Расчётные усилия в ветвях подкрановой части колонны
Усилие в шатровой ветви
Усилие в подкрановой ветви
Принимаю распределение усилий в ветвях:
Нахожу ориентировочно требуемую площадь сечения ветвей:
Компоную сечение ветвей колонны:
В целях унификации подбираю сечение ветвей из прокатного широкополочного двутавра с характеристиками:
А=12475 см2 массой 97 кгм; J W S Wy=2509 см3; tf=155 мм.
Гибкости ветвей колонны:
Раскосы решётки рассчитываю на фактическую поперечную силу:
Угол между осями ветвей и раскосами подсчитываю в зависимости от расстояния между центрами тяжести ветвей колонны h0=1150 мм и длины полупанели решётки а = 1250 мм: при имеем .
Усилие в раскосе при расположении решётки в двух плоскостях:
Требуемая площадь раскоса:
где m = 075 – коэффициент условий работы для сжатых раскосов из одиночных уголков прикрепляемых одной полкой; – коэффициент продольного изгиба.
Принимаю раскосы из равнополочных уголков 70×5:
Аr=686 см2 массой 538 кгм; imin=216 см.
расчётная длина раскоса:
Уточняю усилия в ветвях нижней части колонны:
Проверка устойчивости ветвей раскосов и стержня колонны:
коэффициент продольного изгиба определяю в зависимости от гибкости ветви
коэффициент продольного изгиба определяем в зависимости от гибкости ветви
коэффициент продольного изгиба определяю в зависимости от гибкости раскосов
– стержень колонны в плоскости действия момента
(для комбинации усилий догружающих шатровую ветвь N2 = – 1148 кН; M2 = – 1451 кН×м;)
коэффициент понижения расчётного сопротивления при внецентренном сжатии определяю в зависимости от условной приведённой гибкости и относительного эксцентриситета m = 22; см2 – площадь сечения составного стержня.
Относительный эксцентриситет для сквозных сечений:
где а = 575 см – расстояние от оси х-х до оси наиболее сжатой ветви.
– момент инерции сечения относительно оси х-х.
Приведённая гибкость для сквозного стержня:
здесь – гибкость сквозного стержня колонны без учёта упругой податливости решётки;
– радиус инерции сечения;
Условная приведённая гибкость:
Для комбинации усилий с максимальным моментом
коэффициент понижения расчётного сопротивления при внецентренном сжатии определяем в зависимости от условной приведённой гибкости и относительного эксцентриситета m = 22; см2 – площадь сечения составного стержня.
Устойчивость стержня сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента не проверяю так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
5. Конструирование и расчёт сопряжения надкрановой части колонны с подкрановой
Расчётные комбинации усилий:
Mt1= – 198 кНм Nt1= – 3456 кН;
Mt2= 1694 кНм Nt2= – 5041 кН.
Усилие во внутренней полке надкрановой части колонны:
Усилие в наружной полке надкрановой части колонны:
Длина нахлёстки наружной накладки привариваемой к полке верхней части колонны при kf=8 мм (сварка ручная электроды Э42).
Расчётная длина фланговых швов при определении размеров нахлёстки накладки не превышает величины .
Определяю размеры траверсы. Принимаю конструктивно толщину опорного листа подкрановой ступени мм подсчитываю толщину стенки траверсы и вертикального листа подкрановой ветви из условия прочности на смятие давлением подкрановых конструкций:
где см – длина сминаемой поверхности (см – ширина опорного ребра подкрановой балки см – толщина опорного листа подкрановой ступени расчетное сопротивление листового проката смятию торцевой поверхности по табл. 52* [5]).
Принимаю толщину стенки траверсы мм.
Расчетное сечение траверсы показано на рис. 12.
Высота стенки траверсы принимаю из листа сечением 800×22 мм; ее нижняя горизонтальная диафрагма – из листа 320×12 верхняя – из двух листов по 150х12 мм. Полная высота траверсы – в рекомендуемых пределах: (05 08) hn.
Нахожу геометрические характеристики траверсы.
Положение центра тяжести сечения траверсы:
Минимальный момент сопротивления:
Рисунок 12 - Монтажный стык надкрановой и подкрановой частей ступенчатой колонны: а – конструкция; б – расчетная схема
Расчетные усилия в траверсе как в однопролетной балке опирающейся на ветви колонны и нагруженной сосредоточенной силой передаваемой внутренней полкой надкрановой части колонны на стенку траверсы (рис. 13 б):
кН (с учетом давления половины давления подкрановых конструкций на траверсу).
Коэффициент 12 учитывает неравномерную передачу усилия вследствие возможного перекоса поверхности опорных ребер подкрановых балок.
Напряжение в траверсе:
Проверяю принятую высоту траверсы на силу из условия ее крепления к подкрановой ветви двумя швами толщиной мм (сварка полуавтоматическая):
по табл. 56 [5] МПа; МПа;
по табл. 34* [5] принимаем
так как т.е. расчет ведем по металлу на границе сплавления.
что удовлетворяет принятой высоте траверсы.
Расчет крепления вертикального ребра подкрановой ветви произвожу на силу равную половине :
Принимаеммм по табл. 38 [5].
Стенку подкрановой ветви колонны в месте крепления траверсы и вертикального ребра проверяю на срез от поперечной силы
здесь 2 – число срезов стенки; tw = 125 см – толщина стенки подкрановой ветви.
Так как условие не выполняется увеличиваю высоту траверсы до 1200 мм.
Вертикальные ребра траверсы к которым крепится внутренняя полка верхней части колонны принимаю из листов 150×18 (из условия прочности их площадь должна быть больше или равна площади полки верхней части колонны).
Определяю катет шва необходимый для крепления этих ребер к стенке траверсы при
Учитывая требования [5 табл. 38] принимаю мм.
Крепление траверсы к шатровой ветви колонны:
В целях однотипности размеров принимаю катеты всех остальных швов 6 мм.
6. Конструкция и расчет базы колонны
Проектирую раздельную базу конструкция которой показана на рис. 13а а расчетная схема – на рис. 13б. Метод монтажа – безвыверочный.
Расчетными усилиями являются уточенные усилия в ветвях колонны:
Проектирую базу колонны под шатровую ветвь как более нагруженную. Базу подкрановой ветви принимаю такой же как и шатровой. Расчетная нагрузка 219226 кН.
Материал фундамента – бетон класса прочности В10 кНсм2 – расчетное сопротивление бетона сжатию соответствующее классу его прочности.
Определение размеров опорной плиты
Определяю требуемую площадь опорной плиты из условия прочности бетона фундамента при местном смятии по формуле:
Здесь N – расчетное усилие в ветви на уровне базы;
где принимается не более 15 (приняли 13).
По конструктивным соображениям определяю ширину плиты базы:
где t – толщина траверсы 10 мм; мм 100 мм; ширина полки ветви колонны.
Тогда длина опорной плиты см.
Принимаю размеры опорной плиты мм (см2) верхнего уступа фундамента – 6501000 (6500см2 так как ).
Рисунок 13 - База сквозной колонны:
а – конструкция; б – расчетная схема траверсы
Фактическое сжимающее напряжение под опорной плитой (реактивный отпор фундамента):
Толщину опорной плиты определяю из условия ее работы на изгиб как пластинки опертой на торец ветви и траверсы.
Для определения толщины плиты определяю изгибающие моменты на участках плиты 123.
По большему из найденных моментов определяю толщину плиты:
Траверсу в расчетной схеме представляю двухконсольной балкой (рис. 14 б) шарнирно опертой на полки колонны. Нагрузка – реактивный отпор фундамента с половины ширины плиты: кНсм.
Первоначально определяю высоту траверсы из условия размещения двух сварных швов необходимых для ее крепления к полкам колонны:
Расчет веду по металлу на границе сплавления так как т.е. (см. п. 3.2.).
При катете шва 6 мм (в соответствии с табл. 38 [5]):
Округляя принимаю 55 см и произвожу проверку прочности траверсы на изгиб и на срез.
Расчетные усилия в траверсе:
Геометрические характеристики сечения траверсы:
Проверка прочности траверсы:
Катет швов крепящих стержень колонны и траверсы к опорной плите принимаем 7мм в соответствии с [5 табл. 38].
Расчет анкерных болтов
Расчет выполняю на специальную комбинацию усилий.
-4979×0911-1764-54029+55= -11241 кН;
-27491×0911-15945-44266-48548+26219= -10503кНм.
Определяю растягивающие усилия в ветвях при таком сочетании:
Принимаю болты из стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73* [5 табл. 60*].
Определяютребуемую площадь анкерных болтов:
Принимаю 2 болта (тип III) 36 мм с 81см2 с общей площадью 162см2. Длина заделки болта в бетон 600 мм.
В целях унификации принимаю для шатровой ветви анкерные болты такого же диаметра.
Усилия с траверс передаются на анкерные болты с помощью анкерных плиток работающих как балки на двух опорах и нагруженные сосредоточенными силами равными усилиям в анкерных болтах (рис. 14). Пролет анкерных плиток равен расстоянию между осями траверс.
Рисунок 14 - Расчетная схема анкерной плитки
Ширину плиток принимаю 190 мм; материал плитки – сталь С345 с МПа при мм.
Диаметр отверстия в анкерной плитке на 6 мм больше диаметра анкерного болта мм.
Максимальный изгибающий момент в анкерной плитке подкрановой ветви
Требуемый момент сопротивления
С учетом ослабления сечения плитки отверстием под анкерный болт:
Принимаю толщину анкерной плитки 40 мм.
Расчет и конструирование сквозного ригеля рамы (стропильной фермы)
Принимаю унифицированную схему стропильной фермы из парных уголков с параллельными поясами; решетка треугольная с дополнительными стойками; размер панели верхнего пояса – 3 м. Высота фермы пролет – . Уклон кровли – 15%.
Расчетная постоянная нагрузка на 1 пог. м стропильной фермы ; снеговая нагрузка .
Материал фермы – сталь С245 по ГОСТ 27772-88 [5 табл. 50*].
при и [5 табл. 51*].
Сварка элементов – полуавтоматическая в среде углекислого газа; сварочная проволока – Св-08Г2С в соответствии с [5 табл. 55*] положение швов – нижнее.
1. Определение нагрузок и расчетных усилий в стержнях стропильной фермы
Рассчитываю ферму на нагрузки:
-постоянные – от веса кровли ограждающих и несущих конструкций;
-временные – от снега.
Определяю усилия от единичных загружений при помощи программы SCAD и свожу в таблицу 8 (расчет – на единичную нагрузку F = 1 кН).
Расчетная узловая нагрузка от постоянной нагрузки:
где шаг панелей верхнего пояса.
Расчетная узловая нагрузка от узловой нагрузки:
Определяю величины опорных моментов (2 расчетные комбинации):
Левый опорный момент: ;
Правый опорный момент: .
Вторая комбинация (без учета снеговой нагрузки).
Нагрузка от распора рамы:
для первой комбинации ;
для второй комбинации .
Рисунок 15 – Схема приложения нагрузок. Расчетная схема.
Усилия от всех видов загружений сведены в таблицу 8 и найдены суммарные расчетные усилия.
Таблица 8 - Усилия в стержнях стропильной фермы от постоянной и снеговой нагрузки
Усилия от единичной нагрузки
Усилия от постоянной нагрузки
Усилия от снеговой нагрузки
Таблица 9 - Усилия в стержнях стропильной фермы от опорных моментов
Усилия S от момента в узле
Усилия от опорных моментов при комбинациях кН
Таблица 10 - Расчетные усилия в стержнях фермы
Усилия от постоянной нагрузки
Усилия от снеговой нагрузки
Усилия S от опорных моментов и распора при комбинациях кН
2. Подбор и проверка сечений стержней фермы
Подбор сечений стержней фермы для компактности расчетов веду в форме таблицы (таблица 11).
Таблица 11 – Сечения стержней фермы
3. Расчет и конструирование узлов стропильной фермы
Нижний опорный узел – узел 1
Расчет сварных соединений элементов узла
Уголки опорного раскоса 1-9 (2 200×125×11) с усилием - 7891 кН прикрепляю к фасонке 14 мм (табл. 11) двухсторонними угловыми швами с катетом мм со стороны обушка и мм со стороны пера [5 табл. 38*].
По табл. 56 [5] МПа; МПа;
так как т.е. расчет ведем по металлу на границе сплавления:
и приняты по табл. 12.
Определяю размеры швов для прикрепления нижнего пояса N1-2=5441кН:
Задаваясь проверяю прочность швов по формуле
Принимаю опорный фланец из листа 180×12 мм и проверяю его прочность на смятие:
Rp = 336 МПа – расчётное сопротивление смятию стали С255.
Промежуточные узлы. Узел 9
Длина швов крепления опорного раскоса 1-9 определена при расчете нижнего опорного узла. Катет швов крепления раскоса 2-9 принимаю по табл.4 прил.6 [1]; . Расчет швов следует выполнять по металлу на границе сплавления (см. расчет нижнего опорного узла).
Необходимая длина швов крепления раскоса 2-9 при и
По длинам швов графически определяем размеры фасонки и ее конфигурацию. Учитываю опирание на верхний пояс прогона l=12 м.
Прочность швов прикрепляющих фасонку к поясу рассчитываю на совместное действие продольного усилия и сосредоточенной узловой нагрузки F=1038 кН.
25- предельная расчетная длина флангового шва крепящего перо пояса с одной стороны фасонки равная ;
. Так как фактическая величина шва .
Расчет поясных швов соответствует расчетной модели работы элементов фермы на осевые усилия при равномерном распределении напряжений по сечению [2.С.453].
Длины швов прикрепляющих раскос 2-11 и стойку 2-10 к фасонке определяю аналогично предыдущим стержням.
Крепление раскоса 2-11: ; и .
Крепление стойки 2-10: ; и .
По расчетным длинам швов устанавливаю конфигурацию и размеры фасонки.
Прочность швов прикрепляющих фасонку к поясу рассчитываю на действие продольного усилия .
Прочность швов обеспечена.
Рисунок 19 – Узел 11
Длина швов крепления опорного раскоса 2-11 определена при расчете узла 2. Катет швов крепления раскоса 3-11 принимаю по табл.4 прил.6 [1]; . Расчет швов выполняю по металлу на границе сплавления (см. расчет нижнего опорного узла).
Необходимая длина швов крепления раскоса 3-11 при и
Проверка прочности швов крепления пояса к фасонке:
Длины швов прикрепляющих раскос 3-13 определяю аналогично предыдущим стержням.
Крепление раскоса 3-13: ; и .
Рисунок 21 – Узел 13
Необходимая длина швов крепления раскоса 4-13 при и
Укрупнительные узлы. Узел 14
Монтажный стык верхнего пояса стропильной фермы в коньковом узле осуществляю на сварке в соответствии с типовым решением узлов.
Горизонтальные полки поясных уголков (2250×160×20) перекрываю сверху двумя листовыми накладками площадь поперечного сечения которых определяю по усилию в верхнем поясе:
Здесь . Остальную часть усилия в поясе
но не менее чем передаю через угловые швы со стороны пера и швы у обушка непосредственно на узловую фасонку состоящую из двух половин. Фасонки перекрываю вертикальными двухсторонними полосовыми накладками длиной равной не
менее удвоенной ширине вертикальных полок поясных уголков и конструктивно не менее 250 мм (). Толщину этих накладок принимаю равной толщине фасонки () длину .
Необходимая площадь накладки
Принимаю накладку шириной и толщиной . Здесь с = 20 мм - выпуск накладки за грань уголка; толщина накладки принята в соответствии с толщиной проката.
Учитывая что накладки привариваются ручной сваркой к стропильной ферме на монтаже имею по табл. 3 прил. 6 и ; так как расчет веду по металлу шва; при электродах Э42.
Необходимая расчетная длина угловых швов катетом для прикрепления одной накладки к полке поясного уголка
принимаю швы длиной 500 и 410 мм.
Расчетная длина угловых швов для крепления пояса к фасонке
Рисунок 22 - Коньковый узел фермы пролетом 36 м
Проверяю прочность узла на внецентренное сжатие в сечении 2-2 вводя в расчетное сечение верхние накладки и фасонку шириной равной длине перекрывающих ее накладок.
Геометрические характеристики сечения 2-2 (рис. 24):
Эксцентриситет приложения продольной силы е = 74 - 14 – 385= 215 см.
Изгибающий момент в расчетном сечении
Наибольшее сжимающее напряжение в сечении
Необходимая толщина угловых швов для крепления вертикальных накладок к узловой фасонке:
Нижний опорный узел проектирую аналогично верхнему. Нижние поясные уголки 200×125×14 перекрываю двумя листовыми накладками; площадь поперечного сечения каждой накладки определяем по формуле:
Принимая ширину накладки b=200+20=220мм получаю ее толщину
Окончательное сечение накладки: -220×16.
Расчетная длина угловых швов для крепления накладки к полке (сварка ручная) принимаю швы длиной 500 и 390 мм.
Расчетная длина угловых швов для крепления пояса к фасонке:
Рисунок 23 - Укрупнительный стык нижнего пояса
Проверка прочности узла в сечении 2-2. Геометрические характеристики сечения:
Эксцентриситет приложения продольной силы е = 782 -354 = 428 см.
Катет угловых швов для крепления вертикальных накладок к узловой фасонке .
4. Расчет соединительных прокладок
Для обеспечения совместной работы уголков их соединяю прокладками расстояние между ними должно быть не более 40i для сжатых элементов и 80i для растянутых где i - радиус инерции одного уголка относительно оси параллельной прокладке. При этом между узлами в сжатых элементах должно быть не менее двух прокладок.
Прокладки делаю шириной 60-80 мм длиной на 20-50 мм больше ширины уголков. Для всех уголков одной фермы следует иметь не более двух-трех типоразмеров прокладок.
5. Расчет сопряжения стропильной фермы с колонной
Рассчитаю опирание фермы сбоку колонны на опорный столик.
Размеры опорного столика:
- толщина монтажной прокладки.
Расчёт веду по металлу на границе сплавления;
Принимаю опорный столик из листа 220×30 мм длиной 160 мм.
Опорный фланец крепит к полке колонны на болтах нормальной точности (класс точности С) М20 и ставим в отверстия на 3 мм больше диаметра болтов.
Длина швов необходимая для крепления пояса по перу:
Проверка прочности лобовых швов:
Определяю усилие в накладке составляя уравнение равновесия относительно оси проходящей через центр тяжести планки.
Проверка прочности горизонтальной накладки передающей усилие от момента на колонну: ширину накладки принимаю 200мм учитывая опирание на нее крайнего прогона; толщину 10мм; площадь сечения накладки нетто с учетом ослабления ее отверстиями под болты М20: Ан=(20-2×23)×1=154см2.
Напуск накладки на поясные уголки вычисляю из условия размещения монтажных сварных швов:
·180=126Мпа 1·045370=1665 Мпа
Расчет веду по металлу шва:
Принимаю длину напуска 150мм.
Проверка прочности болтового соединения крепящего фасонку к планке:
При работе болтов на срез:
При работе болтового соединения на смятие
Список использованных источников
Енджиевский Л.В. Металлические конструкции: Методические указания к курсовому проекту для студентов специальности 290300 заочной формы обучения Л.В Енджиевский И.Я. Петухова - Красноярск: КрасГАСА 2002 – 141с.
Горев В.В. Металлические конструкции: В 3т. Т.1. Элементы стальных конструкций. Под ред. В.В. Горева – М.: Высшая школа 1997г – 527с.
Горев В.В. Металлические конструкции: В 3т. Т.2. Конструкции зданийПод ред. В.В. Горева – М.: Высшая школа 1999г – 528с.
Горев В.В. Металлические конструкции: В 3т. Т.3. Конструкции зданийПод ред. В.В. Горева – М.: Высшая школа 1999г – 96с.
СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.
Енджиевский Л.В. Каркасы зданий из лёгких металлических конструкций и их элементы. : Учебное пособие Л.В. Енджиевский В.Д. Наделяев И.Я. Петухова. –М.: Изд-во АСВ 1998г – 760с.
СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. Нормы проектированияМинрегион России 2011г – 173с.

icon Чертежи 09 (лист 1).dwg

Чертежи 09 (лист 1).dwg
между стропильными фермами
Связи по нижним поясам ферм
Монтаж связей производить на болтах М20
1 читать совместно с листами 2 и 3.
Схема расположения прогонов и вертикальных связей
ферм; разрезы 1-1 и 2-2; ведомость элементов
между стропильными фермами; связи по нижним поясам
Стальной каркас одноэтажного
производственного здания
КП2-270102.65-0908009
г. Хабаровск. Сборочный цех
Решетчатый прогон l=12м

icon Чертежи 09 (лист2).dwg

Все отверстия ø23 под болты М20. 2. Все швы в базе колонны кf=7мм. 3. Анкерные болты ø36. 4. Сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа
сварочная проволока Св-08Г2С. 5.читать совместно с листом 1.
Стальной каркас одноэтажного
производственного здания
КП2-270102.65-0908009

icon Чертежи 09 (лист3-4).dwg

Чертежи 09 (лист3-4).dwg
Монтажная схема фермы ФС2
Геометрическая схема фермы ФС2
Все неоговорённые швы кf=5мм. 2. Все отверстия ø23 под болты М20. 3.3 читать совместно с листами 1 и 4.
КП2-270102.65-0908009
КП2-270102.65-0908009
Геометрическая схема. Усилия в стержнях
Стальной каркас одноэтажного
производственного здания
Ведомость отправочных элементов
Ведомость заводских сварных швов
up Наверх