Рабочая площадка одноэтажного промышленного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра металлических конструкций и сварки в строительстве

Пояснительная записка

К курсовому проекту по металлическим конструкциям на тему: «Рабочая площадка одноэтажного промышленного здания».

Выполнил:

студент 141 гр.

Ананин П. С.

Проверил:

Колодежнов С. Н.

Воронеж - 2006

Содержание

1. Задание на курсовой проект

2. Компоновка рамы металлического каркаса

3. Сбор нагрузок

4. Подбор сечения колонны

5. Узел сопряжения верхней и нижней части колонны

6. Расчет траверсы

7. Расчет фермы

8. Узел сопряжения верхнего пояса фермы с колонной

9. Узел сопряжения нижнего пояса фермы с колонной

10. Проверка соотношения жесткостей элементов рамы

Список литературы

1. Задание на курсовой проект

Назначение здания: Авторемонтный цех

Место строительства: Волгоград

снеговая нагрузка II район

ветровая нагрузка III район

3. Крановая нагрузка:

4. Пролет здания: I=30м

5. Длина: L=138м

6. Шаг колонн в продольном направлении: В=6м

7. Отметка головки подкранового рельса:

8. Тип колонн: сквозные

9. Настил: железобетон

10. Материал фундамента: бетон В12, 5

11. Материал конструкции: сталь С275

12. Здание отапливаемое;

13. Режим работы крана: 6К

2. Компоновка рамы металлического каркаса

металлический каркас колонна ферма

Компоновка однопролётных рам.

Рис. 2. 2.

Компоновка фермы

Рис. 2. 3.

Определение высоты колонны.

Учитывая режим работы крана (средний) получим:

а = 250 мм;

S > 75 мм (для 6К) ;

hВ = a+200 мм;

hВ = 250 +200 = 450 мм;

В1 = 300 мм;

l1 > 200 + S + B1= 200+75+300=575 мм;

Принимаем l1=750 мм.

;

;

НН= Нгр- hp- hпб + (0, 61) м;

НН= 21, 2-0, 12-1+0, 6=20, 68 м;

НВ= hпб +hр + Нк+ (300400) мм;

НВ=1+0, 12+2, 75+0, 35=4, 22 м;

Рис. 2. 4.

Н=НВ+НН;

Н= 4, 22+20, 68=24, 9 м;

;

;

;

Значение коэффициента m принимается в диапазоне (), примем m= 8.

Значение коэффициента n принимается в диапазоне (), примем n= 40.

Рассмотрим низ колонны:

Расчетная схема рамы.

3. Сбор нагрузок

Постоянная:

№ п\п	Вид нагрузки	Нормативное значение, кПа	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетное значение нагрузки
1	Рулоный ковер 3-4 слоя	0, 2	1, 3	0, 26
2	Цементная стяжка, толщиной 25 мм	0, 5	1, 3	0, 65
3	Утеплитель (пенопласт)	0, 05	1, 2	0, 06
4	Слой рубероида	0, 05	1, 3	0, 065
5	Железобетонные панели, 3х6м	1, 6	1, 1	1, 76
6	Стропильные фермы, 30м	0, 4	1, 05	0, 42
7	Связи по покрытию	0, 04	1, 05	0, 042
Итого:	gнкр=2, 84		gнр=3, 377

Временные нагрузки:

- снеговая нагрузка:

- расчетное значение

- крановая нагрузка:

Q=30 т.

Используя метод линейной интерполяции:

у1=1;

у2=0, 15;

у3=0, 8.

;

- коэффициент сочетаний при учете 2-х кранов и режиме работы 6К:

= 0, 8;

;

;

;

;

;

Gk= 620 кН- вес крана с тележкой;

no=2 шт - количество колёс с одной стороны крана;

вес тележки;

Суммарная сила торможения тележек на раму:

- ветровая нагрузка:

Wo= 0, 38 кПа; - расчетное значение ветрового давления в зависимости от ветрового района

Со= 0, 6;

;

;

;

k (z) - коэффициент, учитывающий изменение давления ветра по высоте z, зависящий от типа местности (в данном случае В) ;

k (10 м) =0, 65;

k (24, 9 м) =0, 91125

k (28, 05) =0, 95063

кН;

кН;

кН;

Ветровая нагрузка, действующая в пределе высоты ригеля на опоре, заменяется горизонтальной сосредоточенной силой Wн, приложенной в уровне низа ригеля рамы.

;

Итого получим таблицу:

4. Подбор сечения колонны.

Подбор сечения верхней части колонны.

Расчет длины из плоскости рамы:

;

;

;

При и , принимаем , ;

- условие не выполняется.

Коэффициенты расчетной длины определяем по прил. 6 СНиП:

Коэффициент определяется по табл. 68 СНиП в зависимости от и .

;

;

;

Используя метод линейной интерполяции, получаем .

; , следовательно, принимаем .

;

Расчетная длина нижней и верхней частей колонны из плоскости рамы определяется из условия их закрепления.

, где hпб=1м.

;

ядровое расстояние;

;

;

=0, 1665;

Из таблицы сочетания выбираем значения М и N, при которых Мярд будет максимальным:

кНм

М=-396, 726 кН; N=313, 95кН;

Подбор сечения верхней части колонны:

см2;

Назначаем толщину стенки tw =8 мм;

Принимаем hw =420 мм; tf =16 мм.

мм;

Принимаем bf =220 мм.

Рассчитаем фактические значения характеристик двутавра:

см2;

см4

см4;

см;

см;

Момент сопротивления сечения для наиболее сжатого волокна:

см4;

Проверка подобранного сечения в плоскости действия момента.

;

;

см;

Для сплошностенчатых колонн относительный эксцентриситет заменяется относительным приведенным эксцентриситетом:

коэффициент влияния формы сечения (по СНиП табл 73) в зависимости от .

Если mef <20, то выполняется проверка устойчивости:

для сплошностенчатых, внецентренно-сжатых элементов определяется по табл. 74 СНиП, в зависимости от и mef.

, 131

Проверка выполняется, несущая способность в плоскости рамы обеспечена.

Проверка устойчивости верхней части колонны, как внецентренно сжатой зоны из плоскости действия момента.

Так как высота Нн=20, 68 м, то ставятся три крестовые связи.

При проверке устойчивости внецентренно сжатой колонны из плоскости рамы (из плоскости действия момента), следует учитывать влияние момента, действующего в плоскости рамы, на устойчивость колонны из плоскости рамы.

Устойчивость из плоскости действия момента будет обеспечена, если выполняется условие:

;

с - коэффициент, учитывающий влияние момента, действующего в плоскости рамы на устойчивость колонны из плоскости рамы.

Для определения с:

,

где Мх- изгибающий момент в пределах средней трети расчётной длины верхней части колонны, но не менее половины наибольшего по длине верхней части колонны момента.

М1-1 (1, 4, 8, 14, 20) =-396, 726 кНм;

М2-2 (1, 4, 8, 14, 20) =-277, 558 кНм;

Методом интерполяции находят Мх: Мх=357, 003 кНм

;

10>mx>5

- по табл. 7 приложения СНиП.

и - коэффициенты, принимаемые по таблице 10 СНиП

5<mx<10

где

Проверка выполняется.

Проверка местной устойчивости полки.

В схемах изогнутых элементов при условии гибкости () п. 7. 23 СНиП, местная устойчивость полок считается обеспеченной, если выполняется условие:

Местная устойчивость полок обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки.

-наибольшее сжимающее напряжение у расчётной границы стенки, принимается со знаком “+”.

- соответствующее напряжение у противоположной границы стенки, принимается со своим знаком.

;

;

При местная устойчивость стенки обеспечена, если выполняется условие:

Условие выполняется, местная устойчивость стенки обеспечена.

Если , то следует укреплять стенку поперечными ребрами жесткости на расстоянии (2, 5-3) hw, но в любом случае на каждом отправочном элементе должно быть не менее трёх ребер.

, следовательно, стенку колонны укреплять не нужно.

Подбор сечения нижней части колонны.

Усилие в подкрановой ветви определяется по таблице сочетаний при всех возможных комбинациях M и N.

Если отличие Nв и Nн не более 25%, то допускается наружную и подкрановую ветвь принимать из одинаковых двутавров.

Разница между усилиями внутренней и наружной ветвей небольшая, поэтому мы принимаем двутавровое сечение одинаковым для наружной и внутренней ветви.

Обычно ,

Принимаем двутавр 40Б1 с характеристиками:

А=61, 25 см2 h=392 мм;

Wx=803, 6 см3 b=165 мм;

Ix=15750 cм4 s=7мм;

t=10 мм;

Проверка устойчивости из плоскости рамы.

Проверяем устойчивость:

Подбор и проверка элементов соединительной решётки нижней части колонны.

Подбор элементов соединительной решётки из одинаковых уголков. Соединительная решётка приваривается непосредственно к ветвям или специальным фасонкам.

Назначаем высоту траверсы htp= (0, 5-0, 8) hH=0, 680[м]

Следовательно Hвет. =Нн-0, 68=20, 680-0, 680=20[м].

Принимаем длину ветви lветви=2[м].

ld- длина раскоса.

Определение усилий сжатия в раскосе.

Qmax- из таблицы сочетаний для сечений 3-3 и 4-4

Qmax=67, 947 кН

Принимаем Q=67, 947 кН.

- Раскос работает как центрально-сжатой стержень

- Требуемая гибкость раскоса: (задаётся)

- Длина раскоса:

- Радиус инерции раскоса:

- Известны гибкость и расчётное сопротивление стали по таблице 72 СНиП II-23-81* найдем коэффициент продольного изгиба: .

- Требуемая площадь раскоса:

=0. 75 коэффициент условия работы сжатых элементов из одиночных уголков, прикрепляемые одной полкой.

-

По сортаменту принимать равнополочный уголок

Условие выполняется.

Проверка устойчивости нижней части колонны как внецентренно -сжатого

стержня в плоскости рамы.

Устойчивость ветви нижней части колонны будет обеспечена если выполняется следующее условие:

Гибкость =58, 48 по таблице 72 СНиП II-23-81*

найдём коэффициент продольного изгиба =0, 788.

Продольная сила в ветви нижней части колонны NB=11183, 619[кН]

АВ=61, 25[см2] - площадь сечения ветви.

Условие устойчивости ветви нижней части колонны обеспечивается.

Проверка нижней части колонны как единый центрально-сжатой стержень в плоскости рамы.

Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементов постоянного сечения в плоскости действия момента, совпадающей с плоскостью симметрии, следует выполнять по формуле:

Где: N=894, 962 [кН] - максимальная продольная сила в колонне, =1 коэффициент условия работы, площадь сечения колонны.

Относительный эксцентриситет:

Определение гибкости: условная приведенная гибкость.

Проверка:

Условие выполняется.

5. Узел сопряжения верхней и нижней части колонны

Для передачи усилий от верхней части колонны и подкрановой балки на нижнюю устраивается траверса.

Принимаем bop=300 мм; tпл=20 мм

При передаче усилия через фрезерованную поверхность, стенка траверсы работает на смятие и проверяется по формуле:

Rp=360 МПа - расчетное сопротивление смятию.

Принимаем tтр=6мм.

Прочность стыкового шва Ш1 проверяется по нормальным напряжениям в крайних точках стенки:

А- площадь сечения верхней части колонны;

hw- высота колонны;

Ix- момент инерции сечения верхней части колонны;

N, M в сечении 2-2 рамы, дающей max напряженное состояние.

N=329, 162 кН

М=277, 558 кН м

- условие выполняется.

Для каждой полки верхней части колонны выбирается комбинация М и N, дающая в ней наибольшее напряжение.

- условие выполняется.

Усилие во внутренней полке верхней части колонны обычно определяется при М<0 в сечении 2-2.

- определяем длину шва Ш2:

lw=

б) Выбор вида сварки, материалов для сварки, катета швов, коэффициентов и .

1 - Вид сварки: полуавтоматическая сварка под флюсом.

2 - Материалы - флюс (по ГОСТ 9087-81*) АН-348-А.

3 - Сварочная проволока (по ГОСТ 2246-70). СВ - 08ГА

Выбор материалов производится по таблице 55* СНиП II-23-81.

4 - Катет шва принимаем kf = 10мм по таблице 38* СНиП II-23-81.

5 - Выбор коэффициентов f=0, 9 и z=1, 05 по таблице 34* СНиП II-23-81.

Определяем расчётное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва (по таблице 3 и 4 СНиП II-23-81.) Rwf =0, 55. Значения нормативного сопротивления металла шва

Rwun = 45кН/см2. Значения коэффициента надежности по материалу шва wm следует принимать равными: 1, 25 - при значениях Rwun не более 490 МПа (5 000 кгс/см2), wf=1, wz=1 - коэффициенты условия работы сварного соединения.

Rwf =0, 55=198 кН/см2

Расчетные сопротивления сварных соединений Rwz по металлу границы сплавления:

Rwz = 0, 45Run;

Run =38 кн/см2=360*103[кПа] нормативное сопротивление стали С275 принимаем по таблице 51* СНиП II-23-81.

Rwz =0, 45*38=17, 1 кН/см2=171*103[кПа]

=0, 9*198*103*1=178, 2*103[кПа]

=1, 05*171*103*1=179, 55*103[кПа]

Требуемая длина Ш2 lw==115[мм].

- Расчёт швов Ш5, Ш6, Ш7 на усилие Nf=825, 433 [кН]

- Принимаем длину шва Ш5 lw=300[мм].

Требуемый катет шва Ш5: кf==15, 32[мм]

Принимаем катет шва 16[мм].

- Принимает катет шва Ш6 кf=12[мм].

Требуемая длина Ш6:

lw===230[мм]

Принимаем длину шва Ш6 и Ш7 300[мм]

Швы Ш4 расчитывают на усилие

lw==87[мм]

6. Расчёт траверсы

- Траверса сквозных колонн работает изгиб и срез, подобно балки пролётом hH=1[м].

Усилия N, M, Dmax действуют на колонну как следующая расчётная схема.

Опорная реакция: =[кН]

Определяем момент Мтр.

Мтр=Fтр1* (hH-hB) =351, 619* (1-0, 45) = 193, 39 [кН. м]

Максимальное срезающее усилие в шве определяется по формуле: Qmax=Fтр1+Dmax*k/2=351, 619+621, 72*1, 2/2=724, 651[кН] Dmax=621, 72[кН] - максимальная продольная сила на колонну от крана, к=1, 2 - коэффициент, учитывающий неравномерную передачу Dmax.

- Проверяются нормальные напряжения в траверсе:

[МПа]

В качестве момент сопротивления можно принимать момент сопротивления стенки. WТр=hтр2*tтр/6=

- Проверяются касательные напряжения:

[МПа]

Где: Rs=0, 58*Ry=0. 58*270*103=156, 6*103[кПа] - расчётное сопротивление стали срезу.

- Расчёт шва Ш3. Назначается из условия восприятия M, N, Dmax. Эти швы для крепления траверсы подкрановой ветви к колонне. Принимаем катет шва kf=10мм

Требуемая длина шва Ш3 определяется из обеспеченности прочности соединения по формулам:

lw===0, 202 [м]

Принимаем длина шва ш3 - 210мм

а) Расчет базы колонны

Расчет анкерных болтов.

Выбираем такую комбинацию нагрузок которая соответствует наибольшему изгибающему моменту в основании колонны, в сечении 4-4 при наименьшей продольной силе.

;

Болты из стали ВСт3кп

Принимаем диаметр болта 56мм.

б) Расчет анкерной плиты.

Анкерная плита рассчитывается как однопролетная балка загруженная усилием

При расчете учтем ослабление сечения анкерным болтом.

;

Принимаем

Максимальное усилие ветви колонны NB=894, 962 [кН]

- Принимаем бетон В10 для фундамента,

- Расчётное сопротивление фундамента:

Rф==

- расчётное сопротивление бетона сжатию.

Требуемая площадь базы колонны:

Минимальная длина плиты L50+ 392+50=492мм

Принимаем длину плиты 50[см]

- Фактическая площадь: Апф=В L=50*30= 1500[см2]

Нормальное напряжение на фундамент: ==0, 597[]

В пластинке опертой на 4е канта изгибающий момент в центре этой пластинки вычисленный для полки шириной 1см в направлении короткой стороны равен.

1.

-

Расчетный момент

2.

-

Расчетный момент

3. Ширина консоли

Расчетный момент

Определим толщину плиты:

Принимаем толщину плиты

Траверса

Принимаем

Принимаем

Так как эти швы фланговые то

В качестве диафрагмы сквозной колонны, при двутавре 40Б1 назначаем швеллер 30.

7. Расчет фермы

Сквозной ригель имеет не просто свободное отирание, а его опоры защемлены в колонне, поэтому на опоры будит действовать не только опорные реакции, но и изгибающие моменты. Причем в комбинации внешних воздействий моменты действующие на левых и правых опорах, могут быть различны.

Неблагоприятной комбинацией нагрузок для решетки является случай, когда на левой опоре действует максимальный по модулю отрицательный изгибающий момент, а на правой соответствующий ему момент, который может быть, как положительный, так и отрицательный.

-определяется из таблицы сочетаний для сечения 1-1.

Соответствующий ему момент справа:

Определение сжимающего усилия в крайней панели нижнего пояса.

1. Усилия от постоянной нагрузки при шарнирном попирании.

2. Усилия от рамного момента на опорах ферм, вызываемых постоянной крановой и ветровой нагрузками.

- усилие в элементе Н1 от единичного момента, приложенного к левому опорному участку фермы.

- усилие в элементе Н1 от единичного момента, приложенного к правому опорному участку фермы.

3. Усилия от рамного распора, вызываемого теми же нагрузками, равного алгеброрической сумме поперечной силы в сечении 1-1 от той же комбинации нагрузок (1, 8, 14, 20) сосредоточенной силы от действия ветра.



Сжатия нет.

Определение сечения элементов фермы.

1. Нижний пояс Н1

Принимаем сечение из двух уголков 90х56х5, 5

ВГАСУ 02-1-222 КП1 гр. 141	Лист
	24

Условия выполняются.

Определение толщины фасонки.

Так как максимальное усилие в раскосе 517, 84кН, назначаем толщину фасонки 12мм.

2. Раскос Р3.

Задаемся

Принимаем сечение из двух уголков 100х10

Для

Условия выполняются, сечение подобрано.

Подбор остальных элементов выполняется аналогично.

Результаты расчета приведены в таблице.

8. Узел сопряжения верхнего пояса фермы с колонной

Усилие на 1 болт

Принимаем болты 5. 6 диаметром 20мм.

Расчет шва.

Принимаем

За счет защемления болтами момент равен:

Принимаем

9. Узел сопряжения нижнего пояса фермы с колонной

Опорный столик.

Опорная реакция фермы равна:

Принимаем опорный столик из листа 270х40х

Определение толщины фланца.

Принимаем толщину фланца 10мм.

Расчет швов крепления фасонки к фланцу в нижнем опорном узле фермы.



Принимаем

Так как в сечении 1-1 возникает положительный момент , то произведем расчет болтового соединения на отрывающее усилие Н.

Болты изначально размещаем конструктивно.

m=2 - число вертикальных рядов

Принимаем 6шт болтов М20.

10. Проверка соотношений жесткостей элементов рамы

При расчете задавались сечениями:

Фактическое соотношение принимают следующее значение:

Получаем:

Список использованной литературы

СНиП II-23-81* Стальные конструкции. ГосСтрой России. СтройИздат, 1991, -96с.

Металлические конструкции. Общий курс. Беленя Е. И., Балдин В. А., и др. СтройИздат, 1986, -560с.

Сортамент листовой стали по ГОСТ 19903-74.

Сортамент горячекатаных прокатных профилей.

Методические указания №270.

Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1 Элементы конструкций: Учеб. для вузов/В. В. Горев, Б. Ю. Уваров, В. В. Филиппов и др. ; Под ред. В. В. Горева. -2-е изд., перераб. и доп. - М. : Ввсш. шк. 2001. - 551с. : ил.

Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2 Конструкции зданий: Учеб. для вузов/В. В. Горев, Б. Ю. Уваров, В. В. Филиппов Г. И. Белый и др. ; Под ред. В. В. Горева. -2-е изд., испр. - М. : Ввсш. шк. 2002. - 528с. : ил.

Размещено на Allbest.ru