Проектирование конструкций каркаса промышленного здания
Выбор схемы и определение размеров поперечной рамы. Расчет собственного веса кровли и конструкций покрытия. Конструирование и подбор сечений стержней стропильной фермы. Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.
Рубрика | Строительство и архитектура |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 14.10.2013 |
Размер файла | 1,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
С целью снижения расхода стали используем закритическую работу стенки, принимая ее толщиной 8мм.
Включаем в расчетное сечение два крайних участка стенки шириной
Расчетная площадь сечения стенки:
Требуемая площадь сечения одной полки двутавра:
,
Так как ранее принятая толщина полки tf = 16 мм, ширина полки
,
окончательно примем bf = 48см.
Получим следующее сечение
Рис.25. Сечение верхней части колонны.
По табл. 29 СНиП устойчивость полки обеспечена, так как
.
Геометрические характеристики сечения:
- площадь поперечного сечения
см2;
- расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки
см2;
- момент инерции сечения относительно оси х-х
см4;
- момент инерции сечения относительно оси у-у
см4;
- радиус инерции сечения относительно оси х-х
см;
- радиус инерции сечения относительно оси у-у
см;
- момент сопротивления
см3;
- ядровое расстояние
см.
Гибкости стержня верхней части колонны:
,
;
,
.
5.2.2 Проверка устойчивости в плоскости действия момента
Относительный эксцентриситет:
.
Отношение площадей полки и стенки:
.
=1,1 =(1,9-0,1m)-0.02(6-m) =(1.9-0.1*4.4)-0.02(6-4.4)1.48=0,093
По таблице находим, что коэффициент влияния формы сечения = 0,093 Тогда приведенный относительный эксцентриситет:
.
По таблице находим, что коэффициент е = 0,716.
Проверим устойчивость
.
5.2.3 Проверка устойчивости из плоскости действия момента
Эту проверку выполним по формуле:
,
где у - коэффициент устойчивости, при у = 42.1 по табл. 72 СНиПа у = 0.879
с - коэффициент, учитывающий влияние момента Мх при изгибно-крутильной форме потере устойчивости.
Для определения тх найдем максимальный момент в средней части расчетной длины стержня при сочетании нагрузок 1, 2, 3*, 4(-), 5*.
Рис.26. К определению расчётного момента Мх.
За расчетный примем максимальный момент в пределах средней трети расчетной длины. Проверка:
кНм.
Тогда
.
При тх < 5
,
где , , - коэффициенты.
При 1 < mx < 5, = 0,65 + 0,05mx = 0,65 + 0,053.42= 0,821.
При > 3,14, = .
.
.
В запас несущей способности в расчет включаем редуцированную площадь:
.
Так как mef < 20 и верхняя часть колонны не имеет ослабления сечения, то выполнять проверку несущей способности колонны нет необходимости.
5.3 Подбор сечения нижней части колонны
Подкрановую ветвь колонны принимаем из прокатного двутавра с параллельными гранями полок, а наружную - в виде сварного швеллера
Предварительно примем, что ось симметрии наружной ветви отстает от торца на z0 = 5 см. Тогда расстояние между центрами тяжести ветвей
см.
Положение центра тяжести сечения нижней части колонны определим по формуле:
см,
см.
Усилия в ветвях:
- в подкрановой ветви
кН;
- в наружной ветви
кН.
5.3.1 Компоновка сечения
Для фасонного проката толщиной до 20 мм расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести Ry = 24 кН/см2. В первом приближении коэффициент = 0,8.
Для подкрановой ветви:
см2.
По сортаменту принимаем двутавр 60Б1 с АВ1 = 135.26 см2, ix1 = 4.83 см, iy = 24.13 см.
Для наружной ветви:
см2.
Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же, как в подкрановой ветви (516 мм). Толщину стенки для удобства ее соединения встык с полками верхней части колонны принимаем tw = 14 мм, а ширину стенки из условия размещения швов hw = 580 мм.
Требуемая площадь полок
см2.
Из условия устойчивости полок bf / tf < 15. Принимаем bf = 22 см, tf = 2 см.
Тогда
см2.
Геометрические характеристики наружной ветви:
- площадь поперечного сечения:
см2;
- ордината центра тяжести:
см;
- момент инерции относительно оси 2-2:
см4;
- момент инерции относительно оси у-у:
см4;
- радиус инерции сечения относительно оси 2-2:
см;
- радиус инерции сечения относительно оси у-у:
см.
Уточним положение центра тяжести сечения нижней части колонны:
см;
см,
см.
Отличие от первоначально принятых размеров мало, поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.
Рис.27. Сечение нижней части колонны.
5.3.2 Проверка устойчивости ветвей
Из плоскости рамы.
Подкрановая ветвь:
,
.
По таблице находим, что коэффициент у = 0,866.
Тогда
.
Наружная ветвь:
,
.
По таблице находим, что коэффициент у = 0,854.
.
Рис.28. Принятое сечение нижней части колонны.
В плоскости рамы.
Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определим требуемое расстояние между узлами решетки:
;
см.
Принимаем длину панели
lB1 = 200 см, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей.
Проверим устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей х1-х1 и х2-х2).
- для подкрановой ветви:
- устойчивость обеспечена.
- для наружной ветви:
- устойчивость обеспечена.
5.3.3 Расчет решетки подкрановой части колонны
Поперечная сила в сечении колонны Qmax = 237.31кН.
По формуле СНиП II-23-81 определим условную поперечную силу:
.
Для стали С245 по табл. 8.2 учебника примерно определим, что
кН < Qmax = 237.31 кН,
следовательно, расчет решетки проводим на действие Qmax.
Угол наклона раскоса определим графически: = 55о, поэтому усилие сжатия в раскосе:
кН.
Зададим, что гибкость раскоса d = 100. По таблице находим, что коэффициент = 0,547. Тогда требуемая площадь сечения раскоса:
см2.
Принимаем равнополочный уголок 100х8, для него Ad = 15.6 см2, imin = 1,98 см. Тогда максимальные гибкость и условная гибкость:
;
.
По таблице находим, что коэффициент у = 0,604.
Получим
кровля покрытие стропильный ферма
5.3.4 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
Геометрические характеристики всего сечения:
см2;
см4;
см;
.
Определим приведенную гибкость:
,где
Ad1 - площадь сечения раскосов в одном сечении,
равняется 2Ad = 213.8 = 27.6 см2;
- коэффициент, зависящий от угла наклона раскосов при
,
,
Условная приведенная гибкость:
.
Для комбинации усилий, догружающую наружную ветвь (сечение 4-4),
N2 = -1662.48 кН; М2 = 3790.04 кНм относительный эксцентриситет:
.
По таблице находим, что коэффициент е = 0,740
.
Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь (сечение 3-3),
N1 = -3282 кН; М1 = -1463.4кНм:
.
По таблице находим, что коэффициент е = 0,558.
.
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять нет необходимости, так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
5.4 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
Расчетные комбинации в сечении над уступом:
1) M =+585.1 кНм; N = - 855 кН (загружение 1, 3, 4(+)).
2) М = -477.6 кНм; N = -1308.6 кН (загружение 1, 2)
Давление кранов Dmax = 2246,6 кН.
Прочность стыкового шва (Ш1) проверяем в крайних точках сечения надкрановой части.
Первая комбинация М и N (сжата наружная полка):
- наружная полка:
- внутренняя полка:
Вторая комбинация М и N (сжата внутренняя полка):
- наружная полка:
- внутренняя полка:
расчетное сопротивление стыкового шва при растяжении.
Прочность шва обеспечена с большим запасом.
Толщину стенки траверсы определяем из условия ее смятия:
,
где Rp - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности
Run - временное сопротивление стали разрыву, принимаем Run = 37 кН/см2;
lef - определяемая по формуле:
,
где bо.р. - ширина опорных ребер балок;
tпл - толщина плиты, принимаем равной 20 мм.
Получим:
см;
см.
Учитывая возможный перекос опорного ребра, примем толщину стенки траверсы tw = 18 мм.
При второй комбинации М и N усилия во внутренней полке:
кН.
Для сварки применяем полуавтоматическую сварку проволокой СВ-08Г2С диаметром d = 2 мм. Расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва кН/см2
Расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления:
кН/см2.
f = 0,9 - по металлу шва;
z = 1,05 - по металлу границы сплавления.
Определим, какое сечение в соединении является расчетным:
кН/см2,
следовательно расчетным является сечение по металлу границы сплавления.
Принимаем катет шва kf = 6 мм. Тогда длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (Ш2):
см <
< см.
В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы.
Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (Ш3) составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы.
Такой комбинацией будет сочетание 1, 2, 3*, 4(-),5*: N = 1263 кН, М = -78,4 кНм.
Рассчитаем швы Ш3 на усилие:
кН.
Примем катет шва kf = 8 мм, тогда требуемая длина шва:
см.
Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы определим высоту траверсы hтр по формуле:
,
где tw1 - толщина стенки двутавра подкрановой ветви, по сортаменту 10,5 мм;
RS - расчетное сопротивление стали сдвигу кН/см2, Тогда
см.
Принимаем высоту траверсы h = 100 см.
Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов возникает при комбинации усилий 1,2, 3*, 4(-),5*:
кН.
Здесь k = 1,2 - коэффициент, учитывающий неравномерную передачу усилий Dmax.
Проверим на срез стенку подкрановой ветви в месте крепления траверсы:
5.5 Расчет и конструирование базы колонны
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4-4):
1) М2 = 1662,48 кНм; N2 = -3970,04 кН (для расчета базы наружной ветви);
2) М1 = -78,45 кНм; N1 = -3381,8 кН (для расчета базы подкрановой ветви сочетание 1,3,4(-),5). Снеговая нагрузка разгружает подкрановую ветвь поэтому ее значение не учитываем.
Усилия в ветвях:
- в подкрановой ветви
кН;
- в наружной ветви
кН.
База наружной ветви
Требуемая площадь плиты базы наружной ветви колонны
,
где - коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия, при равномерно распределенной нагрузке = 1;
Rb,loc - расчетное сопротивление смятию:
,
где Rb - расчетное сопротивление тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов для предельных состояний первой группы на осевое сжатие, для бетона класса В15
Rb = 0,85 кН/см2;
- коэффициент для расчета на изгиб, зависящий от характера операния плит, для бетонов класса ниже В25 =1;
,
принимают не более 2,5 для бетонов класса выше В7,5,
потому в нашем случае b = 1,2.
кН/см2.
Получим
см2.
По конструктивным соображениям с2 должен быть не менее 4 см. Тогда
см,
принимаем B = 65см.
см,
принимаем L = 55 см.
Тогда
см2 > Aтр = 3301,3 см2.
Среднее напряжение в бетоне под плитой
кН/см2.
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами равно
При толщине траверсы 12 мм
Рис.29. К расчёту базы наружной ветви колонны.
Плита работает на изгиб, как пластинка, опертая на соответствующее число сторон. Нагрузкой является отпор фундамента. В плите имеются 4 участка.
На участке 1 плита работает как консоль со свесом с = с1 = 5,3 см.
Изгибающий момент:
кНсм.
Участок 2 - консоль со свесом с = с2 = 5,0 см.
Изгибающий момент:
кНсм.
Участок 3 работает по схеме - пластинка, опертая на четыре канта. Соотношение сторон
> 2,
Изгибающий момент:
кНсм.
На участке 4 плита работает как пластинка, опертая на три канта. Соотношение сторон:
> 2,
то есть плиту можно рассматривать как однопролетную балочную, свободно лежащую на двух опорах.
Изгибающий момент:
кНсм.
Требуемая толщина плиты подбирается по максимальному изгибающему моменту, принимая материал плиты - сталь С345, для которой расчетное сопротивление Ry = 32,5 кН/см2, тогда
см,
принимаем толщину базы 34 мм.
Считаем что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ствол колонны к траверсам и не учитываем швы, соединяющие ствол колонны непосредственно с плитой базы. Это упрощение идет в запас прочности.
Траверса работает на изгиб, как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной.
Рассчитаем угловые швы на условный срез.
Для сварки применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С диаметром d =2 мм
Принимаем катет шва kf = 8 мм. Тогда требуемая длина шва:
см.
Принимаем высоту траверсы hтр =60 см.
База подкрановой ветви.
Требуемая площадь плиты базы наружной ветви колонны
см2.
Считая, что В останется тем же, что и для базы наружной ветви, получим
см,
принимаем конструктивно L = 30см.
см2 > Aтр = 1526,4 см2.
Среднее напряжение в бетоне под плитой
кН/см2.
Так как значение отпора бетона фундамента и линейные размеры всех расчетных участков плиты базы подкрановой ветви меньше соответствующих величин для базы наружной ветви, то нет причины подбирать фундаментную плиту заново. Поэтому примем толщину плиты tf = 40 мм.
Расчет анкерных болтов крепления подкрановой ветви
Расчетные нагрузки:
Nmin = -1088 кН Мсоотв = 787,1 кНм;.
Усилие в анкерных болтах:
кН.
Расчетные нагрузки:
Мmax = 983,8 кНм;.Nсоотв= -1360 кН
Усилие в анкерных болтах:
кН.
Примем анкерные болты из стали класса С235.
Расчетное сопротивление болтов Rb = 18,5 кН/см2.
Требуемая площадь сечения болтов:
см2.
Принимаем два болта d=30мм с площадью поперечного сечения нетто
Аbn = 5,6х2=11,2 см2.
Усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше. Из конструктивных соображений принимаем такие же болты.
6. Расчет и конструирование подкрановой балки
Пролет подкрановой балки 12 м.
Пролет здания 36 м.
Кран грузоподъемностью 100т.
Режим работы крана - тяжёлый (7К).
Материал балки - сталь класса С255. По таблице находим, что расчетное сопротивление растяжение, сжатию и изгибу по пределу текучести при t < 20 мм равняется Ry = 24 кН/см2.
Расчетное сопротивление сдвигу:
кН/см2.
Коэффициент надежности по назначению
6.1 Сбор нагрузок на подкрановую балку
Для мостового крана грузоподъемностью 100 т рекомендована следующая тележка:
По ГОСТу на мостовые краны находим, что нормативное значение максимального давления колеса крана FК1n = 446 кН, FК2n = 456 кН. Вес тележки GT = 412 кН. Тип кранового рельса - КР-120.
Для кранов режима работы 7К поперечное горизонтальное усилие на колесе при расчете подкрановых балок:
кН;
кН;
Расчетные усилия на колесе крана:
кН;
кН;
кН;
кН.
Здесь k - коэффициент динамичности, зависящий от режима работы и пролета подкрановой балки.
- коэффициент надежности по нагрузке
6.2 Определение расчетных усилий
По нормам, расчетный крановый пояс состоит из 2-х максимально сближенных кранов с тележками в крайних положениях с наибольшим грузом на крюках и движущихся с максимальной скоростью. Это маловероятно, и поэтому вводится коэффициент сочетания нагрузки , который равен 0,95.
Установим два сближенных крана в невыгоднейшее положение, при котором в балке будут возникать наибольшие изгибающие моменты от вертикальных и горизонтальных сил.
Расчетный момент от вертикальной нагрузки
кНм;
то же от горизонтальной нагрузки
кНм;
здесь - коэффициент, учитывающий влияние собственного веса подкрановых конструкций;
Установим краны так, чтобы поперечные силы были наибольшими.
Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил:
кН;
кН.
6.3 Подбор сечения подкрановой балки
Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6 мм и швеллера № 36.
Влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжение в верхнем поясе подкрановой балки можно учесть коэффициентом :
,
здесь высоту балки примерно принимаем ;
а ширину сечения тормозной конструкции .
Материал подкрановой балки - сталь С255.
Для нее по таблице определим, что расчетное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести Ry = 24 кН/см2 (t = 10 - 20 мм).
Требуемый момент сопротивления:
см3.
Зададимся гибкость стенки подкрановой балки
Оптимальная высота балки
см.
Минимальная высота балки
см.
кНм
момент от загружения балки одним краном
=500 - обратная величина допустимого относительного прогиба (для кранов 7К).
Принимаем hb = 150 см.
Задаемся толщиной полок tf = 30 мм, тогда
см.
Из условия среза стенки силой Qх запишем:
.
кН/см2 - расчетное сопротивление стали сдвигу
-гибкость стенки
см.
Из условия устойчивости:
см.
Принимаем tw = 10 мм.
Размеры поясных листов определим по формулам:
см4;
см4.
Требуемая площадь полки:
см2.
Принимаем пояс из листа сечения 30420 мм, Аf =126 см2.
Устойчивость пояса обеспечена, так как
.
Рис.25. Сечение подкрановой балки.
Проверка прочности сечения.
Определяем геометрические характеристики принятого сечения относительно оси х-х:
см4
см3
Геометрические характеристики тормозной балки (в ее состав входят верхний пояс, тормозной лист и швеллер).
Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения:
Проверим нормальные напряжения в верхнем поясе (точка А):
Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена, так как принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.
Жесткость балки также обеспечена, так как hb > hmin.
Проверим прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана:
- для кранов режима работы 7К
- расчетная нагрузка на колесе крана без учета динамичности
- условная (расчетная) длина распределения усилия, зависит от жесткости пояса, рельса и сопряжения пояса со стенкой.
- коэффициент, учитывающий степень податливости сопряжения пояса и стенки (для сварных балок)
- сумма собственных моментов инерции пояса и кранового рельса или общий момент инерции в случае приварки рельса швами, обеспечивающими совместную работу рельса и пояса.
- момент инерции рельса КР-120.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Компоновка поперечной рамы здания. Эксцентриситет стенового ограждения верхней и нижней частей колонны. Статический расчет поперечной рамы. Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня. Конструирование базы колонны.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 03.11.2010Подбор конструкций поперечной рамы: фахверковой колонны, плит покрытия, стеновых панелей, подкрановых балок, сегментной фермы. Компоновка поперечной рамы. Определение нагрузок на раму здания. Конструирование колонн. Материалы для изготовления фермы.
курсовая работа [571,4 K], добавлен 07.11.2012Проект несущих конструкций одноэтажного промышленного здания. Компоновка поперечной рамы каркаса здания, определение нагрузок от мостовых кранов. Статический расчет поперечной рамы, подкрановой балки. Расчет и конструирование колонны и стропильной фермы.
курсовая работа [1018,6 K], добавлен 16.09.2017Компоновка конструктивной схемы каркаса. Расчет поперечной рамы каркаса. Конструирование и расчет колонны. Определение расчетных длин участков колонн. Конструирование и расчет сквозного ригеля. Расчет нагрузок и узлов фермы, подбор сечений стержней фермы.
курсовая работа [678,8 K], добавлен 09.10.2012Проект конструкторского расчета несущих конструкций одноэтажного промышленного здания: компоновка конструктивной схемы каркаса здания, расчет поперечной рамы каркаса, расчет сжатой колонны рамы, расчет решетчатого ригеля рамы. Параметры нагрузки усилий.
курсовая работа [305,8 K], добавлен 01.12.2010Компоновка конструктивной схемы каркаса. Нагрузки и воздействия на каркас здания. Статический расчет поперечной рамы. Расчет на постоянную нагрузку, на вертикальную нагрузку от мостовых кранов. Расчет и конструирование стержня колонны, стропильной фермы.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 27.05.2015Компоновка поперечной рамы здания и определение основных видов нагрузок на нее: постоянная, крановая, ветровая и коэффициент пространственной работы. Расчет стропильной фермы и подбор сечения стержней. Конструирование и расчет узлов каркаса промздания.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 07.03.2012Характеристики мостового крана. Компоновка конструктивной схемы здания. Проектирование подкрановых конструкций. Расчет поперечной рамы каркаса, ступенчатой колонны, стропильной фермы: сбор нагрузок, характеристика материалов и критерии их выбора.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 04.11.2010Компоновка конструктивной схемы каркаса здания. Расчет поперечной рамы. Вертикальная и горизонтальная крановые нагрузки. Статический расчет поперечной рамы. Расчет и конструирование стропильной фермы. Определение расчетных усилий в стержнях фермы.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 24.04.2012Компоновка поперечной рамы. Нагрузки от веса конструкций покрытия и кровли. Определение геометрических размеров фундамента. Характеристика сжатой зоны бетона. Расчёт арматуры фундамента. Проектирование сегментно-раскосной фермы. Расчет сжатого раскоса.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 14.03.2015