Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра: «Теория сооружений и строительных конструкций »

Пояснительная записка к курсовому проекту

«Одноэтажное промышленное здание с металлическим каркасом»

по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку »

Выполнил: студент САДИ группы Б2СТЗС31 Мингазова А.С.

Саратов 2014

Содержание

• Введение
• Исходные данные
• 1. Компоновка поперечной рамы
• 2. Сбор нагрузок на поперечную раму
• 2.1 Постоянная нагрузка
• 2.2 Снеговая нагрузка
• 2.3 Крановая нагрузка
• 2.4 Ветровая нагрузка
• 3. Статический расчет рамы
• 4. Определение расчетных усилий в стойке рамы
• 5. Проектирование колонны
• 5.1 Определение расчетных длин колонны
• 5.2 Подбор сечения верхней части колонны
• 5.3 Подбор сечения нижней части колонны
• 5.4 Расчет и конструирование базы колонны
• 6. Конструирование и расчет стропильной фермы
• 6.1 Сбор нагрузок
• 6.2 Подбор сечения элементов фермы
• 6.3 Расчет сварных швов
• 6.5 Расчет сопряжения колонны и фермы
• 7. Конструирование и расчет подкрановой балки
• Список использованных источников
• Введение

Выполнение курсового проекта «Каркас одноэтажного промышленного здания» по дисциплине «Металлические конструкции» направлено на усвоение знаний, полученных при изучении теоретической части этой дисциплины и на выработку практических навыков расчета и проектирования металлических конструкций.

В курсовом проекте рассматриваются особенности размещения конструктивных элементов каркаса в плане и по высоте, схемы связей между колоннами, горизонтальных и вертикальных связей по покрытию, компоновка поперечной рамы, правила определения величин и характера действующих на каркас различных нагрузок - постоянной, временных.

• Расчет стальных конструкций производится по методу предельных состояний в соответствии с положениями СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» и согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

Исходные данные

пролет здания, L24 м

шаг колонн, B12 м

длина здания,144 м

отметка верха колонны10,8 м

грузоподъемность крана, Q160/32

режим работы мостовых кранов6К

район строительства Воронеж

температурно-влажностный режим отапливаемое здание

подкровельные несущие конструкции ипрогоны и профнастил

несущие конструкции покрытия фермы из широкополочных тавров

Характеристики крана 160/32 6К

пролет моста крана L_кр21,5 м

тип кранового рельсаКР120

нагрузка на колесо крана:

р*307 кН

р*₁315 кН

масса:

тележки 56 т

крана160 т

размеры:

А₂-1900 мм

А₃-900 мм

А₄-1900 мм

В1-1100мм

В₂-500 мм

Н-4800 мм

Расчетная снеговая нагрузка S_q1,8 кПа (III район)

Нормативная ветровая нагрузка W₀0,3 кПа (II район)

1. Компоновка поперечной рамы

Компоновка поперечной рамы начинаем с установления основных габаритных размеров конструкций в плоскости рамы.

Высота цеха определяется расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса и расстоянием от головки кранового рельса до низа стропильных конструкций , т.е. =+

Расстояние =10,8 м. приводится в задании на проектирование промышленного здания, а расстояние Н₂ вычисляется по формуле

где -высота мостового крана, которая принимается по стандарту на мостовые краны =5100мм;

- размер, учитывающий прогиб ферм (=200..400мм), =200мм;

100 - зазор (в мм.) между верхом тележки крана и фермой.

= -=10800-5100=5700(мм).

Высота верхней части колонны (от ступени до низа фермы)

где - высота подкрановой балки, которая принимается равной 1/8…1/10 пролета балки (шага колонн), ;

- высота кранового рельса по стандарту на мостовые краны =170мм.

Высота нижней части колонны (от фундамента до ступени):



где 700 - заглубление (в мм) опорной плиты базы колонны.

Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля:

Н==7070+4430=11500мм.

Стропильная ферма принимается типовой, поэтому высота фермы равна Принимаем привязку а=250 мм., высоту сечения верхний части колонны:

Принимаем =1250мм., кратно 250мм.

Рис.1

2. Сбор нагрузок на поперечную раму

Пространственную систему каркаса промышленного здания расчленяем на плоские поперечные рамы. Так как центры тяжести не верхней и нижней частей колонны не совпадают, вычисляем величину эксцентриситета:

.

2.1 Постоянная нагрузка

Таблица 1

№	Вид нагрузки	gн, кН/м2	f	g, кН/м2
1	Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием)	0,4	1,3	0,52
2	Гидроизоляция ПВХ мембрана	0,013	1,3	0,017
3	Утеплитель , t = 150 мм	0,3	1,2	0,36
4	Пароизоляция рубероид 1 слой	0,04	1,3	0,05
5	Стальная панель с проф.настилом	0,35	1,05	0,37
6	Собственная масса металлической конструкции шатра	0,3	1,05	0,32
	Итого:	1,403		1,637

Рис. 2

Равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы равна:

.

Опорная реакция ригеля:

.

где l - пролет поперечной рамы (м), l=24м;

Нагрузку от собственного веса колонн, стенового ограждения и заполнения оконных проемов представляем в виде сосредоточенных сил F₁ и F₂, приложенные к стойкам, соответственно, в уровне уступа и в узле сопряжения с ригелем.

Расчетный вес колонны.

Верхняя часть (20% веса)

.

Нижняя часть колонны (80% веса):

.

Поверхностная масса стен - 0,37кН/мІ, переплетов с остеклением - 0,35кН/мІ.

В верхней части колонны (включая вес этой части колонны):

.

В нижней части колонны:

.

2.2 Снеговая нагрузка

Расчетная снеговая нагрузка p₀=1,8 кН/м².

Снеговую нагрузку на ригель поперечной рамы одноэтажного промышленного здания принимают равномерно распределенной, равной распределению веса снегового покрова на 1 м² покрытия на ширину расчетного блока В.

Расчетная равномерно распределенная снеговая нагрузка на ригель рамы определяется по формуле:

,

где c=1 - коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1м² проекции кровли;

Опорная реакция ригеля: кН.

Из-за уступа в стойках рамы в месте сопряжения верхней и нижней частей колонн от снеговой нагрузки появятся сосредоточенные моменты величиной

.

2.3 Крановая нагрузка

При движении мостовых кранов на верхний пояс подкрановой балки через каждое колесо передается вертикальная и горизонтальная Т_к сосредоточенные силы.

Величина силы переменна и зависит от положения тележки крана с грузом.

Крановая нагрузка учитывается в виде вертикальных сил, приложенных к противоположным стойкам:

G_пб=0,6•12•12=86,4 кН- вес подкрановой балки.

Нагрузка от кранов передается на поперечную раму в виде вертикальных сил Dmax и Dmin, приложенных к стойкам в уровне ступеней. Расчетные величины этих сил определяются при невыгодном расположении двух сближенных кранов по линиям влияния опорных реакций подкрановых балок из выражений

Силы Dmax и Dmin приложены по оси подкрановой ветви и с эксцентриситетом по отношению к оси нижней части колонны, величину которого предварительно принимают равной Поэтому в местах приложения сил Dmax и Dmin на стойках поперечной рамы возникают изгибающие моменты:

,

.

Горизонтальная сила от мостовых кранов, передаваемая одним колесом:

где - вес тележки;

0,05 - коэффициент для кранов с гибким подвесом груза;

- количество колес крана.

Расчетная горизонтальная сила Т, передаваемая подкрановыми балками на колонну от сил , определяется при том же положении мостовых кранов, т. е. :

Рис. 3. Определение нагрузки от мостовых кранов.

Рис. 4.

2.4 Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка изменяется по высоте и ее расчетное значение вычисляется по формуле:

где w₀ - давление ветра;

Нормативная ветровая нагрузка для II района .

=1,4 - коэффициент надежности по нагрузке;

к - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

c - аэродинамический коэффициент;

B - ширина грузовой площади равная шагу колонн.

.

Для h?5 м. - k=0,5; для 5<h?10 м. - k=0,65; для 10<h?20 м. - k=0,85;

Для 5м ,

Для 10м ,

Для 15,65м ,

Ветровую нагрузку в пределах покрытия заменяем сосредоточенной силой W

,

.

Эквивалентная равномерно распределенная по высоте нагрузка

Рис. 5. Схема ветровой нагрузки на раму.

2.5 Учет пространственной работы каркаса.

Каркас промышленного здания представляет собой пространственное сооружение, все рамы которого связаны между собой продольными элементами. Эти элементы при загружении отдельных рам местными нагрузками вовлекают в работу соседние рамы.

Поэтому при действии нагрузок, приложенных к одной или нескольким поперечным рамам, необходимо учитывать пространственную работу каркаса здания.

Коэффициент пространственной работы при жесткой кровле

n₀ - число колёс кранов на одной нитке подкрановых балок, n₀ = 16.

- сумма ординат линии влияния реакции рассматриваемой рамы.

3. Статический расчет рамы

Статический расчет рамы выполнен с помощью программы, основой алгоритма которой служит метод конечных элементов.

Hв=7,07м;

Hн=4,43м;

H=11,50м;

L=24.00м;

n=7;

n₂=11,17;

a=1,8м;

c=5,27м;

б_пр.=0,71;

qп=18,66кН/м;

Mп^*=-125,743кН*м;

Мфп^*=22,4кН/м;

qc=20,52кН/м;

Mфc^*=24,624кНм;

Mc^*=-98,5кНм;

Mмакс=1650,945кНм;

Mмин=-800кНм;

T=91,1345кН;

q_в=2,323кН/м;

q^в'=1,743кН/м;

W=17,26кН;

W'=12,945кН;



Рис. 6.

Таблица 2. Расчет рамы со стойками переменного сечения и шарнирным сопряжением ригеля с колоннами. Усилия в сечениях левой стойки рамы

№ нагр.	Нагрузка	nc	Сечения стойки
			1-1	2-2
			M, кН*м	Q, кН	N, кН	M, кН*м	Q, кН	N, кН
1	Постоянная	1	100,1944	0,273964	-423,255	101,4061	0,273964	-314,355
2	Снеговая	1	83,80424	-0,68924	-246,24	80,74891	-0,68924	-246,24
		0,9	75,42382	-0,62031	-221,616	72,67402	-0,62031	-221,616
3	DMAX	На левую Стойку	1	-1125,21	-45,7158	-2201,26	-1327,73	-45,7158	-2201,26
			0,9	-1012,69	-41,1442	-1981,13	-1194,96	-41,1442	-1981,13
4		На правую Стойку	1	-370,451	-45,7158	-1066,61	-535,921	-45,7158	-1066,61
			0,9	-333,406	-41,1442	-959,95	-482,329	-41,1442	0
5	T	На левую Стойку	1	-430,914	79,23041	0	-79,9032	79,23041	0
			0,9	-387,822	71,30737	0	-71,9129	71,30737	0
6		На правую Стойку	1	-75,3461	6,551838	0	-46,3215	6,551838	0
			0,9	-67,8115	5,896654	0	-41,6893	5,896654	0
7	Ветровая	На левую Стойку	1	-316,116	40,84564	0	-157,965	30,55475	0
			0,9	-284,505	36,76108	0	-142,168	27,49928	0
8		На правую Стойку	1	300,0557	-36,1097	0	157,1853	-28,3916	0
			0,9	270,0501	-32,4988	0	141,4668	-25,5524	0
			3-3	4-4
			M, кН*м	Q, кН	N, кН	M, кН*м	Q, кН	N, кН
1	Постоянная	1	-24,3369	0,273964	-314,355	-22,4	0,273964	-223,94
2	Снеговая	1	-17,7511	-0,68924	-246,24	-22,624	-0,68924	-246,24
		0,9	-15,976	-0,62031	-221,616	-20,3616	-0,62031	-221,616
3	DMAX	На левую Стойку	1	323,2105	-45,7158	0	0	-45,7158	0
			0,9	290,8895	-41,1442	0	0	-41,1442	0
4		На правую Стойку	1	264,0791	-45,7158	0	0	-45,7158	0
			0,9	237,6712	-41,1442	0	0	-41,1442	0
5	T	На левую Стойку	1	-79,9032	79,23041	0	0	-11,904	0
			0,9	-71,9129	71,30737	0	0	-10,7136	0
6		На правую Стойку	1	-46,3215	6,551838	0	0	6,551838	0
			0,9	-41,6893	5,896654	0	0	5,896654	0
7	Ветровая	На левую Стойку	1	-157,965	30,55475	0	0	14,13114	0
			0,9	-142,168	27,49928	0	0	12,71803	0
8		На правую Стойку	1	157,1853	-28,3916	0	0	-16,0739	0
			0,9	141,4668	-25,5524	0	0	-14,4665	0

4. Определение расчетных усилий в стойке рамы

По изгибающим моментам и нормальным силам от каждого вида загружения составляем наиболее невыгодные сочетания. При составлении сочетаний рассматриваются два основных сочетания нагрузок:

постоянная нагрузка плюс одна временная с коэффициентом сочетания n_c=1;

постоянная нагрузка плюс не менее двух временных с коэффициентом сочетания n_c=0,9.

Таблица 3

Комбинации усилий	сечения стойки
	I - I	2? 2	3 - 3	4 - 4
	М кНм	N кН	М кНм	N кН	М кНм	N кН	М кНм	N кН
+Mmax Nсоотв	Ш2=1	№ нагрузок	1, 8	1, 8	1, 3, 5(+)
		усилия	400,25	-423,255	258,6	-314,355	378,78	-314,355
	Ш2=0,9	№ нагрузок	1, 2, 4, 5(+), 8	1, 2, 8	1, 3, 5(+), 8
		усилия	500,1	-1604,8	315,55	-535,97	479,9	-314,355
?Mmax Nсоотв	Ш2=1	№ нагрузок	1, 3, 5(-)	1, 3,5(-)	1, 7
		усилия	-1455,93	-2624,5	-1306,23	-2515,62	-182,3	-314,355
	Ш2=0,9	№ нагрузок	1, 3, 5(-), 7	1, 3, 5(-), 7	1, 2, 7
		усилия	-1584,8	-2404,4	-1307,64	-2295,5	-182,481	-535,97
Nmax +Mсоот	Ш2=1	№ нагрузок	1, 3, 5(+)	1, 3, 5(+)	1, 2
		усилия	-594,1	-2624,52	-1146,42	-2515,62	-42,1	-560,6
	Ш2=0,9	№ нагрузок	1, 2, 3, 5(+), 8	1, 2, 3, 5(+), 8	1, 2, 3, 5(+), 8	1, 2, 3, 5(+)
		усилия	-179,2	-2626,005	-807,5	-2517,1	463,96	-535,97	-42,7616
Nmax ?Mсоот	Ш2=1	№ нагрузок	1, 3, 5(-)	1, 3, 5(-)	1,2
		усилия	-1455,93	-2624,52	-1306,23	-2515,62	-42,1	-560,6
	Ш2=0,9	№ нагрузок	1, 2, 3, 5(-), 7	1, 2, 3, 5(-), 7	1, 2, 7
		усилия	-1509,4	-2626,005	-1133,55	-2517,1	-182,481	-535,97

Эпюры от расчетных нагрузок, n_c=1:

Рис. 6

5. Проектирование колонны

Проектирование ступенчатой колонны выполняется раздельно для верхней (надкрановой) и нижней (подкрановой) частей. Материал - сталь С235, бетон класса В15.

Проектирование ступенчатой колонны выполняется раздельно для верхней и нижней частей. Материал - сталь С235, бетон марки М150.

Исходные данные:

для верхней части колонны в сечении 3-3

N=-535,97кН; M=463,96кНм

для нижней части колонны в сечении 1-1

N₁=-1604,8кН; M₁=500,1кНм,

N₂=-2404,4; M₂=-1584,8кНм,

N₃=-2626,005; M₃=-1509,4кНм.

Соотношение жёсткостей верхней и нижней частей колонны

.

Н_н=4,43м, Н_в=7,07м,h_в=700мм, h_н=1500мм.

Конструктивная схема колонны показана на рис.7

Рис. 7

5.1 Определение расчетных длин колонны

Расчетные длины в плоскости поперечной рамы определяются для нижней части (l_x1) и нижней частей (l_x2).

Так как Н_в/Н_н=l₂/l₁=7,07/4,43=1,596>0,6, и N_н/N_в=2626,005/535,97= 4,9>3, то принимаем в соответствии с прил.6 [1] по СНиП II.23-81*

>

₁=4,4 (для нижнего участка) и (для верхнего участка)

Расчет длины для нижней части колонны:

l_x1=₁l₁=;

для верхней части колонны:

l_x2=₂l₂=.

Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей колонны равны соответственно: l_y1=, l_y2=.

5.2 Подбор сечения верхней части колонны

Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой h_в=700мм.

Определяем i_x и _x по формулам для симметричного двутавра:

i_x=0,42h=0,294м;

_x =0,35h=0,245м.

Условная гибкость (для стали С235 толщиной до 20мм ).

.

Значение коэффициента определяем по табл.73. по СНиП II-23-81* . Примем в первом приближении , тогда

=(1,9-0,1m_x)-0,02(6-m_x)=1,547-0,09=1,46

m_1x=m_x=.

По СНиП II-23-81* т. 74 определяем значение _е = 0,23> .

Компоновка сечения

Задаемся предварительно толщиной полок t_п=14мм и определяем высоту стенки по формуле h_ст=.

По т. 27* СНиП II-23-81* при и

Из условия местной устойчивости определяем минимальную толщину стенки t_ст. Поскольку сечение с толстой стенкой неэкономично назначаем толщину стенки t_ст=8мм и включаем в расчетную площадь сечения колонны 2 крайних участка стенки шириной. . Далее определяем требуемую площадь полки



Из условия местной устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ширина полки b_n>l_y2/20=26,35см.

Из условия местной устойчивости полки

Принимаем b_п=300 мм, t_п=12мм.

Рис. 8.

Геометрические характеристики сечения

Полная площадь сечения: .

Расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки:



.

.

.

.

.

.

.

Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента

_х=l_x2/i_x1555/29 =53,62; =_х

; A_п/А_ст.

Значение коэффициента определяем по т. 73 СНиП II-23-81*

.

.

По табл. 74 СНиП II-23-81* . Проверку делаем по редуцинированной площади в соответствии с п. 7.20* СНиП II-23-81*.

Недонапряжение .

Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента:

Максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня:

.

Рис. 9.

По модулю .

При коэффициент

_y=l_y2/i_y=80,5256 <> по т. 10 СНиП II-23-81*.

, > .

Для стенок внецентренно-сжатых элементов должно выполняться условие:

;

189>=>проверку устойчивости колонны из плоскости действия момента проводим с учетом A₀

.

Так как ослабления отсутствуют и m₁<20 проверка прочности не требуется.

5.3 Подбор сечения нижней части колонны

Сечение нижней части колонны сквозное, состоящее из двух ветвей, соединенных решеткой. Высота сечения h_н=1500мм. Подкрановую ветвь принимаем из широкополоного двутавра профиля, наружную - составного сечения из трех листов.

N₁=-2626,005кН; M₁=-1509,4кНм.

N₂=-1604,8кН; M₂=500,1кНм.

Определим примерное положение центра тяжести сечения. Принимаем z₀=50мм; h₀=h-z₀=1500-50=1450мм.

.

Усилия в ветвях определим по формулам:

,

.

Определяем требуемую площадь каждой ветви и назначаем сечение.

Для подкрановой ветви задаемся =0,8,сталь С235 ГОСТ 27772-88 R=230МПа.



По сортаменту выбираем широкополочный двутавр 55Б1:

, , .

Для наружной ветви

.

Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем такими же, как в подкрановой ветви (360 мм). Толщину стенки швеллера для удобства ее соединения встык с полкой подкрановой части колонны принимаем t_ст=10 мм; высота стенки из условия размещения сварных швов h_ст =410 мм.

Принимаем t_n=10мм; b_n=100мм. .

Геометрические характеристики ветви:

,

,

,

,

,

.

Уточняем положение центра тяжести сечения колонны

,

, .

Уточняем усилия:

,

Рис. 10.

Проверка устойчивости ветвей.

l_y=443 см.

Из плоскости:

подкрановая ветвь: _y=l_y/i_y=443/16,76=26,432; по т. 72 СНиП II-23-81*_y=0,944.

.

наружная ветвь: _y=l_y/i_y=443/14,413=30,74; по т. 72 СНиП II-23-81*_y=0,93.

.

Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:

Принимаем расстояние между узлами решетки l_в1=1790мм, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей.

Проверяем устойчивость ветвей.

В плоскости рамы:

подкрановая ветвь: _х1=179/7,18=24,93; _х1=0,95.

.

наружная ветвь: _х2=179/3,066 =58,4; _х2=0,82.

.

Расчет решетки подкрановой части колонны.

Поперечная сила в сечении колонны Q_max=145,3кН.

.

Расчет решетки ведем на Q_max.

Усилие сжатия в раскосе

( угол наклона раскоса).

Задаемся _р=100. По т. 72 СНиП II-23-81*=0,56.

Требуемая площадь раскоса

.

Сжатый уголок, прикрепляемый одной полкой . Принимаем равнополочный уголок 80х7.

, , ,

где . .

.

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.

Геометрические характеристики всего сечения:

,

,

,

.

Приведенная гибкость

.

.

Для комбинации усилий, догружающих наружную ветвь , .

, .

.

Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь , .

,

.

Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно, так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.

5.4 Расчет и конструирование базы колонны

Ширина нижней части колонны превышает 1 м, поэтому проектируем базу раздельного типа. Материал базы - сталь марки С245 (расчетное сопротивление R=240МПа=24кН/см²); бетон марки В15 (R_пр=8,5МПа=0,85кН/см²).

Усилия в ветвях колонны:

N_в1=2774,52 кН;

N_в2=872,359 кН.

Рис.11

База подкрановой ветви.

Требуемая площадь плиты:

А_пл.тр.=N_в1/R_ф=2774,52/0,85·1,2=2720,12 см²;



По конструктивным соображениям свес плиты с₁ должен быть не менее 4см.

Принимаем В=50 см;

L_тр.=А_пл.тр./В=54,4 см, принимаем L=56см;

А_{пл.факт.}= см².

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

_ф=N_в1/А_{пл.факт.}=2774,52/2800=1 кН/см².

При толщине траверсы 12 мм с₁= см.

Участок 1 (консольный свес): с=с₁=8,8см;

М₁=

Участок 2 (консольный свес): с=с₂=8,6 см;

М₂= кНсм.

Участок 3 (с опиранием на 4 стороны):

в/а=36/14,525=2,48<2, б=0,125)

М₃=_фба²= кНсм.

Принимаем для расчета М₁= М_max =38,72 кНсм.

Требуемая толщина плиты 3,2 см принимаем 3,6 см.

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой Св08Г2С, d=2мм; k_f=8мм, _f=0,7; _z=1; ; R_wf=21,5 кН/см²; R_wz=16,65кН/см²; _f R_wf=15,05кН/см²<_z R_wz=16,65;

Требуемая длина шва по формуле:

принимаем h_тр=55см.

База наружной ветви.

Требуемая площадь плиты:

А_пл.тр.=N_в2/R_ф=872,359/=855,254 см²;

.

По конструктивным соображениям свес плиты с₁ должен быть не менее 4см.

Принимаем В=28 см;

L_тр.=А_пл.тр./В=30,545 см, принимаем L=56см;

А_{пл.факт.}=56·28=1568 см²>855,254см².

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

_ф=N_нв2/А_{пл.факт.}=855,254/1568=0,546 кН/см².

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние в свету равно 2(b_п+t_ст-z₀)=2(10+1-2,3)=17,4 см; при толщине траверсы 1,2 мм с₁= см.

Определим изгибающие моменты на отдельных участках плиты.

Участок 1: (консольный свес с=с₁=41мм)

М₁=_фс²/2=4,59 кНсм.

Участок 2: (консольный свес с=с₂=90мм)

М₂=_фс²/2=22,113 кНсм.

Участок 3: (плита опертая на четыре стороны в/а=36/10=3,6>2, б=0,125)

М₃=_фба²= кНсм.

Участок 4: (плита опертая на четыре стороны в/а=36/6,5=5,5>2, б=0,125)

М₄=_фба²=кНсм

Принимаем для расчета М₂= М_max =22,113 кНсм.

Требуемая толщина плиты

см

принимаем t_пл=28мм.(2 мм - припуск на фрезеровку)

Высоту траверсы принимаем такую же как и для подкрановой ветви. Сварка полуавтоматическая проволокой Св08Г2С, d=2мм; k_f=8мм, _f=0,7; _z=1; ; R_wf=21,5 кН/см²; R_wz=16,65кН/см²; _f R_wf=15,05кН/см²<_z R_wz=16,65;

Требуемая длина шва по формуле:

;

принимаем h_тр=55см.

Расчет анкерных болтов базы.

Подкрановая ветвь: N_min=-282,7 кН, M=250,09кНм (1,8)

Наружная ветвь: N_min=-282,7кН, M=-298,15кНм

Анкерные болты рассчитываются на силу:

- наружная ветвь

Требуемая площадь болтов

;;

болт

Принимаем 1 анкерный болт d_анк=28 мм, А_bn=4,07 cм².

- подкрановая ветвь

болт

Так как усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше, из конструктивных соображений принимаем такие же болты.

Принимаем 1 анкерный болт d_анк=28 мм, А_bn=4,07 cм².

6. Конструирование и расчет стропильной фермы

6.1 Сбор нагрузок

1. Постоянная нагрузка.

Нагрузка от покрытия: q_кр=1,637 кН/м²

Равномерно распределенную нагрузку приводим к сосредоточенным силам, приложенным в узлах фермы:

;

Опорные реакции:

R_пр=R_лев=206,262 кН.

2. Снеговая нагрузка.

Погонная снеговая нагрузка: q_сн=20,52кН/м

Равномерно распределенную нагрузку приводим к сосредоточенным силам, приложенным в узлах фермы:

;

Опорные реакции:

R_пр=R_лев=215,46 кН.

6.2 Подбор сечения элементов фермы

Усилия в элементах фермы определяем отдельно для каждого вида загружения с помощью диаграммы Максвелла-Кремоны.

Расчетные сочетания нагрузок и подбор сечения элементов фермы сведены в таблицы.



Рис. 12.

Таблица 4

Элемент	№ стержня	Усилия от постоянной нагрузки	Усилия от снеговой нагрузки	Расчетные усилия
			nc=1	nc=0,9	растяжение	сжатие
Верхний пояс	В1-1	0	0	0	0
	В2-3	-330	-345	-310,5	-	-675
	В3-4
	В4-6	-442,5	-462	-416	-	-904,5
Нижний пояс	Н-2	190	198	179	388	-
	Н-5	414	533	390	847,5	-
Раскосы	1-2	-280,5	-293	-264	-	-573,5
	2-3	203,5	213	191	416,5	-
	4-5	-122	-128	-115	-	-250
	5-6	41	42,5	38	83,5	-
Стойки	3-4	-59	-62	-56	-	-132

Таблица 5

Элемент	№ стержней	Расчетное усилие	Сечение	Площадь А,см2	lx/ly,cм	ix/iy,см	лx/лy	[л]	?min	гc	Проверка сечения
		растяжение	сжатие									прочность	Устойчивость
Верхний пояс	В1-1	-	-	-	-	290	-	-	-	-	-	-	-
						590	-	-
	В2-3 В3-4	-	675	Т20ШТ2	70,8	300	5,15	58,25	140	0,649	0,95	-	15<22,8
						600	7,14	85
	В4-6	-	-904,5	Т20ШТ2	70,8	300	5,15	58,25	126	0,649	0,95	-	19,07<22,8
						600	7,14	85
Нижний пояс	Н-2	388	-	Т10ШТ1	19,475	590	2,39	247	400	0.37	-	19,9<22.8	-
						590	3,61	163,4
	Н-5	847,5	-	Т15ШТ2	38,825	600	3,84	156	400	0.37	-	21,8<22.8	-
						1200	4,73	254
Решетка	1-2	-	-573,5	160x100x10	50,6	214	2,84	75,4		0,72	0,8	-	15,8<18,4
						428	7,76	55
	2-3	416,5	-	90x7	2466	348	2,77	125,6		-	0,95	17<22,8	-
						435	4,13	105,3
	4-5	-	-250	100x8	31,2	348	3,07	113,4		0,449	0,8	-	17,85<18,4
						435	4,54	95,8
	5-6	83,5	-	50x5	9,76	348	1,53	227,5		-	0,95	8,6<22.8	-
						435	2,53	172
Стойки	3-4 6-7	-	-132	75x6	17.56	252	2,3	110		0,478	0,8	-	15,73<18,4
						315	3,51	96

6.3 Расчет сварных швов

Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св08Г2С, d=2мм; k_f=8мм, _f=0,7; _z=1; ; R_wf=21,5 кН/см²; R_wz=16,65кН/см²; _f R_wf=15,05кН/см²<_z R_wz=16,65 l_ш=N/ (2k_f(_wR_w)_min.)

Зная длины швов графически определяем размеры фасонок.

Таблица. 6 Расчет сварных швов

№ стержня	сечение	N, кН	шов по обушку	шов по перу
			kf,см	lw, см	kf, см	lw, см
1-2	160x120x10	573,5	0,8	18	0,6	8
2-3	90x7	416,5	0,8	16	0,6	7
3-4	75x6	132	0,6	5	0,5	3
4-5	110x8	250	0,6	10	0,6	5
5-6	50x5	83,5	0,6	4	0,6	2

6.4 Расчет укрупнительного стыка фермы

1. Нижний пояс.

Продольное усилие в нижнем поясе: N_н-5 = 847,5 кН

Рис.12. Укрупнительный стык нижнего пояса

Несущая способность одного болта:

Где А_bn=2,45-площадь 1-го болта, R_bun=135 кН/см², R_bn=0,7 R_bun=94,5 кН/см²

Требуемое кол-во болтов:

Принимаем 4 болта

1. Верхний пояс.

Продольное усилие в верхнем поясе: N_н-5 = 904,5 кН

Рис.13. Укрупнительный стык верхнего пояса

Несущая способность одного болта:

Где А_bn=2,45-площадь 1-го болта, R_bun=135 кН/см², R_bn=0,7 R_bun=94,5 кН/см²

Требуемое кол-во болтов:

Принимаем 4 болта

6.5 Расчет сопряжения колонны и фермы

Верхний опорный узел.

Рис. 14.

Нижний опорный узел.

l_ш=N/ (2k_f(_wR_w)_min.)

l_ш^об=13 см

l_ш^п=8 см

Рис. 15.

рама колонна ферма балка

7. Конструирование и расчет подкрановой балки

Материал - сталь С255 R_y=250 МПа, R_s=145 МПа.

Нагрузки на подкрановую балку

Расчетные значения усилий на колесе крана:

F_к = k_д · г_f · Ш · F_k^н

Т_к = k_д · г_f · Ш ·Т_k^н

г_д = 1,1, Ш = 0,85, k_д = 1,1

F_k^н -максимальное нормативное вертикальное усилие на катке крана,

F_k^н = 312 кН.

F_k = 1,1 · 1,1 ·0,85 · 312 · 0,95 =304,85 кН

Т_k = 1,1 · 1,1 · 0,85 · 13,5 · 0,95 =13,2 кН.

Рис.16.

Расчетный момент от вертикальной нагрузки:

,

где б=1,05 - учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке, y_i - ординаты линий влияния.

Расчетный момент от горизонтальной нагрузки:

.

Рис.17.

Расчетное значение вертикальной поперечной силы:

Q_x = б·У F_k·y_i = 1,05 · 304,85 · 5,028 = 1608,46 кН

Расчетное значение горизонтальной поперечной силы:

Q_y = УT_k·y_i = 13,2·5,028 = 66,37 кН

Подбор сечения

Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали с t = 6мм и швеллера №36.

Задаем

,

Рис. 18.

Где M_н = г_n·У F_к^н·y_i = 1,1·312·12,8 = 3993,6кН·м - момент от загружения балки одним краном.

Принимаем h_пб=140 см.

Задаемся толщиной полок t_п = 2 см, тогда h_ст = h_б - 2 t_п

h_ст = 136 см.

Из условия среза стенки силой Q_x:

Принимаем t_ст =14 мм.

.

Принимаем пояс 20х520 мм. А_п=104 см².

Устойчивость пояса:

=12,65<14,35

Рис.19.

Проверка прочности сечения

Относительно оси х-х



Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения:

Нормальное напряжение в т.А

Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена, т.к. принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.

Жесткость балки также обеспечена, т.к. принятая высота балки h_б > h_min

Прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана:

где г = 1,4 - коэффициент увеличения нагрузки на колесе, учитывающий возможное перераспределение усилий между колесами и динамический характер нагрузки.

F_k = F_k^н · n · г_n = 312 · 0,95 · 1,1 = 326,04 кН.

I_p = 4924 см⁴ - момент инерции рельса КР-120;

с = 3,25 - коэффициент податливости сопряжения пояса и стенки для сварных балок.

Список использованных источников

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции/Госстрой СССР.-М.:ЦИТП Госстроя СССР, 2005.-96с.

2. СНиП II-2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой СССР.-М.:ЦИТП Госстроя СССР, 2007.-36с.

3. Металлические конструкции/Е.И. Беленя, В.А. Балдин и др.; под общей редакции Е.И. Беленя. - М.: Стройиздат,1986.-560с.

4. Металлические конструкции/Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С Игнатьева и др.; под редакцией Ю.И. Кудишина. - М.: Академия, 2007-688с.

5. Шагивалеев К.Ф. Статический расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания. - СГТУ, 1995.-72 с.

Размещено на Allbest.ru