Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания
Статический расчет поперечной рамы каркаса. Проектирование и расчет стальной стропильной фермы заданного очертания. Проектирование составной внецентренно сжатой колонны сплошного сечения. Конструирование и расчет базы колонны с двухстенчатой траверсой.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.04.2015 |
| Размер файла | 3,7 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.
Размещено на http://www.allbest.ru
10
Санкт-Петербург
2014 год
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И МАТЕРИАЛОВ
КУРСОВАЯ РАБОТА
Дисциплина: «Металлические конструкции»
ТЕМА: «Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания»
Выполнил: студент Евсеева Е.В.
Руководитель: Семенов К.В.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Настоящий проект стального каркаса одноэтажного здания разработан в соответствии с заданием на проектирование и действующими СНиП.
Исходные данные на проектирование:
* Место постройки:
* снеговой район - 3;
* ветровой район - 5;
* Длина здания - 60 м;
* Пролёт здания в осях - 30 м;
* Шаг колонн - 12 м;
* Отметка нижнего пояса фермы - 14,8 м;
* Тип фермы - полигональная (1);
* Сопряжение ригеля со стойкой: жёсткое;
* Сталь С255;
* Беспрогонный вид покрытия;
* Тип местности А;
* Класс сооружения по степени ответственности - 1.
1. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ КАРКАСА
1.1 Определение нагрузок на поперечную раму
1.1.1 Постоянная нагрузка от веса покрытия
Вид покрытия: беспрогонный.
Конструкция такого покрытия показана на рисунке:
Конструкция беспрогонного покрытия
1. Защитный слой из гравия на битумной мастике;
2. Трёхслойный гидроизоляционный ковер на кровельной мастике;
3. Асфальтовая стяжка;
4. Утеплитель;
5. Железобетонные плиты.
каркас стальной проектирование
Нагрузки от веса покрытия приведены в таблице 1.1:
Таблица 1.1.
|
№ |
Вид нагрузки |
gн - норм. кг/м2 |
гf |
g - расч. кг/м2 |
|
|
1 |
Защитный слой из гравия на битумной мастике |
30 |
1,3 |
40 |
|
|
2 |
Трёхслойный гидроизоляционный ковер на кровельной мастике |
15 |
1,3 |
20 |
|
|
3 |
Асфальтовая стяжка толщиной 20 см |
40 |
1,3 |
52 |
|
|
4 |
Утеплитель толщиной 0,05 м, плотностью 50 кг/м3 |
2,5 |
1,3 |
3,5 |
|
|
5 |
Крупнопанельная ж/б плита 3х12 м |
180 |
1,1 |
200 |
|
|
Собственный вес стальных конструкций: |
|||||
|
6 |
Стропильная ферма |
22 |
1,05 |
23.1 |
|
|
7 |
Связи |
4 |
1,05 |
4.2 |
|
|
Итого: |
293.5 |
342.8 |
Линейная нагрузка на ригель рамы равна:
,
где B - ширина грузовой полосы (в нашем случае равна шагу колонн);
.
1.1.2 Постоянные нагрузки от веса колонн и стенового ограждения
Собственный вес колонны принимаем из опыта проектирования (150-250 кг/м) :
;
Расчетная линейная нагрузка от собственного веса колонны:
,
где - коэффициент надёжности по нагрузке, принимаемый 1,2;
;
В качестве стенового ограждения примем однослойные плиты из керамзитобетона ПСА-12 толщиной , плотностью .
Нормативная линейная нагрузка от веса стенового ограждения:
;
Расчётная линейная нагрузка от веса стенового ограждения:
;
Схема приложения постоянных нагрузок на раму представлена на рисунке.
Схема приложения постоянных нагрузок на раму
1.1.3 Кратковременные нагрузки от веса снегового покрова
Расчетная линейная нагрузка от веса снега на ригель рамы:
,
где p - расчетная снеговая нагрузка на 1 м2 поверхности земли. Принимается по СНиП в зависимости от района строительства: для 3 района . м - коэффициент перехода к нагрузке на кровлю, м=1.
;
Схема приложения нагрузки от веса снегового покрова на раму представлена на рисунке.
Схема приложения снеговых нагрузок на раму
1.1.4 Кратковременные нагрузки от ветрового воздействия
Расчётное ветровое давление на 1 м2 площади вертикальной стены объекта на высоте H над уровнем поверхности земли:
,
где - коэффициент надёжности по ветровой нагрузке;
- нормативный скоростной напор на высоте 10 м над поверхностью земли, принимаемый по СНиП в зависимости от района строительства: для 5 ветрового района ;
- аэродинамический коэффициент, характеризующий аэродинамические свойства сооружения и принимаемый по данным СНиП 2.01.07-85, для зоны активного давления , для зоны пассивного давления ;
- коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте и зависящий также от типа местности: для здания высотой 18.25 м в местности типа А ;
Расчётное ветровое давление на колонну с наветренной стороны:
;
Расчётное ветровое давление на колонну с заветренной стороны:
;
Расчётная линейная нагрузка на колонну с наветренной стороны:
;
Расчётная линейная нагрузка на колонну с заветренной стороны:
;
Усреднённая нагрузка в пределах высоты колонны:
,
где - «среднее» значение коэффициента , ;
Усреднённые нагрузки:
;
;
Равнодействующие нагрузок, которые прикладываются в верхних узлах рамы на уровне оси нижнего пояса фермы:
,
где ? значение коэффициента КП на уровне середины высоты опорной стойки опорной стойки фермы h0=16м, ;
;
;
Схема приложения нагрузок от ветрового воздействия на раму представлена на рисунке.
Схема приложения нагрузок от ветрового воздействия.
1.2 Определение расчетных усилий N и Q в сечениях рамы каркаса здания от действия:
1.2.1 Постоянных нагрузок.
Момент инерции условного ригеля:
,
где KЭ - коэффициент перехода к эквивалентному моменту инерции сплошного ригеля, KЭ=1,01;
Расчётная схема рамы при воздействии постоянных нагрузок представлена на рисунке:.
Расчетная схема рамы ригеля.
Соотношение погонных жёсткостей ригеля и колонны:
,
где , принимаем I=15;
В колонне в сечении x:
-только от веса шатра:
-только от веса стен и колонн:
Cечения 1, 2 при :
Cечения 3, 4 при ;
В ригеле:
1.2.2 Усилия от снеговой нагрузки
Расчётная схема рамы при воздействии снеговой нагрузки представлена на рис. 1.6.
Нормальная сила в ригеле:
Наибольший изгибающий момент в ригеле:
1.2.3 Усилия от ветрового воздействия
Расчётная схема рамы при воздействии ветровой нагрузки представлена рисунке.
1.3 Расчет на ПК
Произведен расчет на ПК, в результате которого получены данные для проверки с ручным счетом. [приложение 1]
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ ЗАДАННОГО ОЧЕРТАНИЯ
2.1 Определение генеральных размеров фермы
- ферма полигональная
- геометрическая длина 30 м
- длина панели 6 м
- длина опорной стойки 2,2 м
- высота в середине фермы 3,45 м
2.2 Определение усилий в элементах фермы
2.2.1 Определение усилий в каждом стержне фермы от единичной нагрузки, приложенной к узлам верхнего пояса левой половины фермы
Усилия в стержнях от единичной нагрузки приложенной слева.
Произведем нумерацию стержней согласно принципу внутренних и внешних полей:
2.2.2 Определение узловой нагрузки
2.2.3 Определение усилий в стержне фермы от расчетной узловой нагрузки
Расчет произведен в табличной форме. [приложение 2]
2.3 Подбор стержней фермы
L=30 м
С 255,Ry=2300 кг/см2
Назначаем толщину фасонки:
Nор=-141,12 т, dф=16 мм.
2.3.1 Подбор стержней верхнего пояса
Nmax=?223,77 т =120
Сечение - равнобокие уголки.
Задаемся начальной гибкостью: lн=> fн=0,76
200 х16 мм
А=124 см2; ;
;
по
? коэффициент использования материала (.
Принято сечение 200 х 16 мм.
2.3.2 Подбор сечения стержней нижнего пояса
Nmax= 225,87 т; = 400
Сечение - неравнобокие уголки.
200 х 125 х 16 мм
А=99,6 см2
Принято сечение 200 х 125 х 16 мм.
2.3.3 Подбор сечения опорного раскоса
N= ?141,12 т =120
Сечение - неравнобокие уголки.
Задаемся начальной гибкостью
200 х 125 х 14 мм
А=87,8 см2 <120
по
Принято сечение 200 х 125 х 14 мм.
2.2.4 Подбор сечения промежуточных раскосов и стоек решетки
1) Растянутый раскос б-в:
N= 86,41 т; = 400;
Сечение - равнобокие уголки.
110х10 мм
А=38,4 см2
Принято сечение 110 х 10 мм.
2) Сжатый раскос г-д:
N= ?49,74 т = 150;
Сечение - равнобокие уголки.
Задаемся гибкостью:
125 х 10 мм
А=48,4 см2
по
Принято сечение 125 х 10 мм.
3) Растянутый раскос д-е:
Сечение - равнобокие уголки.
45 х 5 мм
А=8,58 см2
Принято сечение 45 х 5 мм.
4) Сжатый раскос ж-е:
Сечение - равнобокие уголки.
Задаемся гибкостью:
100 х 7 мм
А=27,6 см2
по
Принято сечение 100 х 7 мм.
5) Сжатая стойка 2-а:
N= ?9,91 т = 150
Сечение - равнобокие уголки.
Задаемся начальной гибкостью: ;
63 х 5 мм
А=12,3 см2
по
Принято сечение 63 х 5 мм.
6) Сжатая стойка в-г:
N= ?19,82 т = 150
Сечение - равнобокие уголки.
Задаемся начальной гибкостью:
80 х 7 мм
А=21,6 см2
по
Принято сечение 80 х 7 мм.
7) Сжатая стойка е-ж:
N= ?19,82 т = 150
Сечение - равнобокие уголки.
Задаемся начальной гибкостью:
90 х 7 мм
А=24,5 см2
по
Принято сечение 90 х 7 мм.
8) Подбор сечения центральной стойки.
Сечение - равнобокие уголки.
Подбор произведен по предельной гибкости.
rxтреб=276/150=1,84 см
ryтреб=345/150=2,3 см
63 х 6 мм
rx=1.93 см
ry=3.22 см
2.4 Конструирование и расчет узлов фермы:
Промаркируем узлы следующим образом:
Маркировка узлов
2.4.1 Промежуточных узлов
Нижний пояс
Узел У8
Рассчитаем сварные швы, сваривающие стержни фермы и фасонку:
б-в: 100х10
в-г: 80х7
г-д: 125х10
НП: 200х125х16
1) Сопряжение раскоса б-в с фасонкой:
Kfo=1,2*dy=1,2*10=12 мм
Kfп= dy -1==9 мм
Требуемые геометрические длины:
lо тр=20+1=21 см
lп тр=11+1=12 см
2) Сопряжение стойки в- г с фасонкой
Kfo=1,2* =1,2*7=8,4?9 мм
Kfп= dy-1=6 мм
Требуемые геометрические длины:
lо тр=6+1=7 см
lп тр=4+1=5 см
б) Сопряжение раскоса г-д с фасонкой
Kfo=1,2*dy =1,2*10=12 мм
Kfп= dy-1=9 мм
Требуемые геометрические длины:
lо тр=11+1=12 см
lп тр=7+1=8 см
3) Расчет поясных швов на равнодействующую усилий:
Nф=|Nлев-Nправ|=|106,56-190,21|=83,6 т
Kfo=1,2*dy =1,2*16=19,2 мм
Kfп= dy-2=14 мм
Тогда выразим:
Узел У9
Рассчитаем сварные швы, сваривающие стержни фермы и фасонку:
д-е: 45х5
е-ж: 90х7
ж-з: 100х7
НП: 200х125х16
1) Сопряжение раскоса д-е с фасонкой:
Kfo=1,2*dy=1,2*5=6 мм
Kfп= dy -1==4 мм
Требуемые геометрические длины:
lо тр=8+1= 9 см
lп тр=4+1=5 см
2) Сопряжение стойки е-ж с фасонкой
Kfo=1,2* =1,2*7=8,4?9 мм
Kfп= dy-1=6 мм
Принимаем 4 см.
Требуемые геометрические длины:
lо тр=5+1=6 см
lп тр=4+1=5 см
3) Сопряжение раскоса ж-з с фасонкой
Kfo=1,2*dy =1,2*7=8,4?9 мм
Kfп= dy-1=6 мм
Принимаем 4 см.
Требуемые геометрические длины:
lо тр=5+1=6 см
lп тр=4+1=5 см
4) Расчет поясных швов на равнодействующую усилий:
Nф=|Nлев-Nправ|=|190,21-193,81|=3,5 т
Kfo=1,2*dy =1,2*16=19,2 мм
Kfп= dy-2=14 мм
Тогда выразим:
Принимаем 5 см для обушка и пера.
Верхний пояс
Узел У2
а-б: 200х125х14
б-в: 100х10
ВП:200х16
1) Сопряжение раскоса а-б с фасонкой:
Kfo=1,2*dy=1,2*14=17 мм
Kfп= dy -2= 12 мм
Требуемые геометрические длины:
lо тр=23+1= 24 см
lп тр=13+1=14 см
2) Сопряжение раскоса б-в с фасонкой
Kfo=1,2*dy=1,2*10=12мм
Kfп= dy -1= 9 мм
Требуемые геометрические длины с учетом недовара и пережога:
3) Расчет поясных швов на равнодействующую усилий:
Nф=|Nлев-Nправ|=|60,5+176,79|=237,3 т
Kfo=1,2*dy =1,2*16=19,2 мм Kfп= dy-2=14 мм
Тогда выразим:
Узел У3
в-г: 80х7
ВП:200х16
1) Сопряжение стойки в-г с фасонкой:
Kfo=1,2*dy=1,2*7=8,4мм
Kfп= dy -1=6 мм
Требуемые геометрические длины:
lо тр=7+1= 8 см
lп тр=4+1=5 см
2) Расчет поясных швов на равнодействующую усилий:
Nф=|Nлев-Nправ|=|-176,79+176,79|=0 т
Принимаем 5 см для обушка и пера.
Узел У4
г-д: 125х10
д-е: 45х5
ВП:200х16
1) Сопряжение раскоса г-д с фасонкой:
Kfo=1,2*dy=1,2*14=12 мм
Kfп= dy -1= 9 мм
Требуемые геометрические длины:
lо тр=11+1= 12 см
lп тр=7+1=8 см
2) Сопряжение раскоса д-е с фасонкой
Kfo=1,2*dy=1,2*5=6 мм
Kfп= dy -1= 4 мм
Требуемые геометрические длины с учетом недовара и пережога:
3) Расчет поясных швов на равнодействующую усилий:
Nф=|Nлев-Nправ|=|-176,79+223,77|=46,97 т
Kfo=1,2*dy =1,2*16=19,2 мм Kfп= dy-2=14 мм
Тогда выразим:
Принимаем 5 см.
Узел У5
в-г: 90х7
ВП:200х16
1) Сопряжение стойки в-г с фасонкой:
Kfo=1,2*dy=1,2*7=8,4мм
Kfп= dy -1=6 мм
Требуемые геометрические длины:
lо тр=7+1= 8 см
lп тр=4+1=5 см
2) Расчет поясных швов на равнодействующую усилий:
Nф=|Nлев-Nправ|=|-223,77+223,77|=0 т
Принимаем 5 см для обушка и пера.
2.4.2 Укрупнительный узел верхнего пояса У6
Принимается во фланцевом исполнении без расчета.
2.4.3. Укрупнительный узел нижнего пояса У10
Статическая работа соединения на высокопрочных болтах основана на том, что внешняя сдвигаемая сила полностью воспринимается силами трения по поверхности контакта сдвигаемых элементов, которые сжаты высокопрочными болтами.
Примем болты «40хСелект» dб=24 мм, d0=28 мм, Ан=3,52 см2, Rbh=7700 кг/см2=7,7 т/см2
Усилие, которое воспринимают вертикальные и горизонтальные накладки стыка:
S=1,2N=1,2*(193,81)=232,6 т
Усилие S распределяется между горизонтальной стыковой накладкой Nг и Nв прямо пропорционально площадям полок поясных уголков:
Nг=S*Aг/A=232,6*20/99,6=52,97 т
Nв=S*Aв/A=232,6*32/99,6=84,78 т
Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом:
Qbh=Rbh*gb*Aн*m/gh=7,70*0,8*3,52*0,42/1,35=6,75 т
Требуемое количество болтов по одну сторону от стыка:
nтрг=Nг/Qbh*nтр=52,97/(6,75*1)=7,84 шт. Примем 8 болтов.
nтрв=Nв/Qbh*nтр=84,78/(6,75*2)=6,28 шт. Примем 8 болтов.
Определение ширины поясных накладок:
dгтр=Nг/b*Ry=52,97/19*2,3=1,21 см= 15 мм
dвтр=Nг/b*Ry=84,78/2(12,5-1,6*2)*2,3=1,88 см = 20 мм
2.4.4 Верхнего опорного узла фермы
Назначение узла соединить оголовок колонны с ригелем и передать усилие H или H' от фермы на колонну.
Рассчитаем узел на действие Н'. Принимается фланцевый вариант жесткого соединения.
Н'=13,09т Ryф=2800 кг/см2 Rfw=2200 кг/см2 gwz=0,85 gwf=1
1) H'< nб*N0/K
N0/K > H'/nб=13,09/4=3,27 т
Принимаем болты:
§ d=20 мм
§ d0=23 мм
§ А=2,45 см2
§ N0/K=17 т
§ dф=20 мм
а>1,3d0=1,3*23=26 мм Принимаем а=30 мм.
dфл>20 мм
Kf=16 мм
b<3,5d=70 мм
b=4d0+1,2=10, 2 см = 11 см
c=b+3d0=11+3*0,23=18 см
lw=2t-2=680 мм
2) H'<bf*Kf*lw*Rfw*gfw
13090<0,7*1,6*68*2200*0,85=142912
3) H'<bf*Kf*lw*Ry*gwz
13090 < 0,7*1,6*68*2300*0,85
13090 < 63498
4)Mxmax = 13090*18/8< Wz*Ryф *gс=12*2800*1
29452,5 < 33600
Длины швов по стержню верхнего пояса:
Kf0=1,2*dy=12 мм
Kfn=d-2=8 мм
Принимаем минимальные длины конструктивно по 5 см.
Толщину накладки принимаем 20 мм.
2.4.5 Нижнего опорного узла фермы
Размеры фасонки определяются длинами швов Ш1 (сопряжение опорного раскоса с фасонкой) и Ш2 (сопряжение нижнего пояса с фасонкой).
Шов Ш1 работает на срез от вертикальной составляющей силы в раскосе:
Требуемые геометрические длины с учетом недовара и пережога:
Рассчитаем шов Ш2:
Требуемые геометрические длины с учетом недовара и пережога:
2) Расчет сварных швов Ш3 крепления фасонки к фланцу
Расчетная схема швов Ш3.
На рисунке изображено поперечное сечение швов Ш3, вид расчетной поверхности показан, расчетная схема швов, силы, действующие на них, эпюры напряжений от каждого вида воздействия.
3) Опорный столик
Толщину опорного столика принимаем равной 40 мм конструктивно. Катет шва, соединяющего опорный столик с колонной: .
Геометрически длина каждого шва с учетом дефектных концов шва:
4) Расчет болтового соединения
Расчетная схема болтового соединения.
Принимаем болты 4.8, d=20 мм, Ант=3,92 см2
5) Расчет размеров фланца
Ширину примем конструктивно:
Требуемая толщина фланца:
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВНОЙ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТОЙ КОЛОННЫ СПЛОШНОГО СЕЧЕНИЯ
Несущая способность внецентренно сжатой колонны может определяться одним из следующих предельных состояний:
1. потерей общей устойчивости в плоскости действия момента (в плоскости рамы)
2. потерей общей устойчивости из плоскости действия момента (из плоскости рамы), потеря плоской формы деформирования
3. потерей прочности
4. потерей местной устойчивости стенки или полки
Подбор сечения ведется по двум определяющим состояниям: потерям общей устойчивости в обоих направлениях.
3.1. Подбор сечения из условия общей устойчивости
Расчетными усилиями для расчета стержня колонны являются - наибольшее по модулю значение момента и соответствующие ему продольное и поперечное усилия. В 4 сечении рамы момент наибольший:
кг
3.1.1 Определение расчетных длин колонны
Расчетная длина колонн , являющихся стойками поперечных рам, в плоскости рамы определяется из решения задачи об устойчивости рамы в целом. Для колонн постоянного по высоте сечения коэффициент приведения длины м зависит от способа закрепления колонны в фундаменте и соотношения погонных жесткостей ригеля и колонны. При жестком закреплении колонн в фундаментах коэффициент м определяют по формуле:
где . Здесь - погонная жесткость ригеля,
- погонная жесткость колонны.
В курсовом проекте принято отношение , n=8, м=1,03.
Принимаем мx=1;
Расчетная длина колонны из плоскости рамы принимается равной наибольшему расстоянию между точками закрепления колонны от смещения вдоль здания. Расчетная длина определяется в зависимости от конструктивной схемы здания. Для сокращения расчетной длины колонны вдоль здания устанавливают промежуточные распорки. В курсовом проекте одна распорка:
3.1.2 Подбор двутаврового симметричного сечения по условию устойчивости в плоскости действия изгибающего момента Мх
На рисунке изображены основные обозначения элементов поперечного сечения составного двутаврового стержня на сварке.
Обозначение элементов поперечного сечения
Задаемся начальной гибкостью колонны в плоскости рамы:
Определяем ориентировочную высоту сечения колонны:
Учитывая, что для симметричного двутавра радиус инерции и радиус ядра равны есть устойчивые положения:
Вычисляем обычную условную начальную гибкость:
и обычный эксцентриситет:
Определяем начальный относительный эксцентриситет:
Задаемся величиной влияния формы сечения: з=1.2
Определяем величину приведенного относительного эксцентриситета:
По графику определяем коэффициент внецентренного сжатия в зависимости от и :
Приближенно определяем площадь поперечного сечения стержня:
Назначаем высоту сечения стенки колонны hст?hн, принимая по сортаменту ближайшее большее: hст=53 см
Определяем толщину стенки, исходя из опыта проектирования:
По сортаменту выбираем ближайшее большее: дст=0,8 см из условия коррозионной стойкости.
Определяем требуемую площадь сечения полки колонны:
Определяем ширину полки колонны из условия общей устойчивости относительно оси y:
Выбираем по сортаменту bп=34 см
Определяем толщину полки:
-из условия прочности
-из условия местной устойчивости
По сортаменту выбираем ближайшее большее: дп=4 см.
Определяем статические и геометрические характеристики сечения:
3.1.3 Проверка устойчивости в плоскости действия момента Мх
Вычисляем фактическую гибкость колонны в плоскости рамы:
Условная гибкость:
Определяем начальный относительный эксцентриситет:
Потеря устойчивости внецентренно сжатого стержня происходит в упругопластической стадии работы стали, поэтому при проверке устойчивости вводится коэффициент з, учитывающий ослабление сечения пластическими деформациями и зависящий от формы сечения. Для этого подсчитаем величину параметра z, от которого зависит з:
По таблице в зависимости от z, и m выберем нужную формулу:
2
Определяем величину приведенного относительного эксцентриситета:
По графику определяем коэффициент внецентренного сжатия в зависимости от и :
Устойчивость проверяется по формуле:
Подобранное сечение удовлетворяет условию устойчивости в плоскости действия момента.
3.1.4 Проверка устойчивости из плоскости действия момента(из плоскости рамы)
Расчетная схема работы колонны при жестком примыкании к ригелю представлена на рисунке.
Расчетная схема работы колонны.
Колонна может потерять устойчивость в плоскости, перпендикулярной плоскости действия момента, как центрально-сжатый стержень. Пластическая деформация, развивающаяся по сечению от действия момента, уменьшает рабочую упругую часть сечения.
Находим обычный эксцентриситет:
где значения момента и продольной силы на одной трети от края колонны возьмем из таблицы.
Относительный эксцентриситет:
Расчет колонны на устойчивость из плоскости действия момента при ее изгибе в плоскости наибольшей жесткости выполняют по формуле:
где C - коэффициент, учитывающий влияние на изгибно-крутильную форму потери устойчивости
Чтобы определить коэффициент продольного изгиба вычисляем гибкость колонны из плоскости действия момента:
Определяем коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии цy в зависимости от гибкости
лy:
где коэффициенты б и в зависят от и принимаются по таблице.
При :
При лy<лc :
Таким образом:
2
Подобранное сечение удовлетворяет условию устойчивости из плоскости действия момента.
3.1.5 Проверка прочности стержня колонны
Нагрузка динамическая, сталь работает в упругой зоне:
=100700/314.4 + 13310000/7569,09=2078,8 кг/см2
Нагрузка статическая, работа стали с учетом развития пластических деформаций по сечению:
==0.791 < 1
Cx=0,0394/z + 1,022=1,0342
Прочность ствола колонны обеспечена.
3.2 Проверка местной устойчивости стенки колонны
Часть стенки растянута и в отношении потери местной устойчивости опасений не вызывает. Сжатая часть стенки может выпучиваться и выключаться из статической работы.
Расчетным сечением является сечение C:
Расчетная схема сечения.
Наибольшее сжимающее напряжение в стенке (принимается со знаком «+»):
Для симметричного двутаврового сечения:
Наибольшее растягивающее напряжение в стенке (принимается со знаком «-»):
- осредненное касательное напряжение в рассматриваемом сечении
Устойчивость стенки при упругой работе зависит от полноты эпюры сжимающих напряжений, которая характеризуется показателем :
При б>1 предельное отношение по условиям местной устойчивости определяется по формуле:
<
В стенке внецентренно сжатой колонны кроме нормальных напряжений у действуют и касательные напряжения ф, которые ухудшают устойчивость стенки. Это учитывается в формуле параметром в:
3
, тогда примем
- предельная гибкость, при которой начинается крутильная потеря устойчивости относительно вертикальной оси.
Гибкость стенки:
лст<лстн - крутильная жесткость обеспечена, поперечные ребра можно не ставить;
лст<|лст| - стенка устойчива.
3.3 Проверка местной устойчивости полки колонны
При тонкой и достаточно широкой полке возможна потеря местной устойчивости. Полка устойчива, если выполняется условие:
Условие местной устойчивости выполняется.
3.4 Конструирование и расчет базы колонны с двухстенчатой траверсой
База колонны - конструктивное уширение нижней части колонны, предназначенное для передачи нагрузок от стержня колонны на фундамент. Особенностями конструкции базы внецентренно сжатой колонны являются ее вытянутость в плоскости действия момента, т.е. в плоскости рамы, и сравнительно небольшие размеры в плоскости фахверка, что продиктовано расчетной схемой закрепления нижнего конца колонны (жесткая заделка в плоскости рамы и шарнирное закрепление в плоскости стены). Двухступенчатая траверса применяется при значительных изгибающих моментах, имеет большую жесткость из плоскости действия момента.
В данном проекте принято жесткое опирание и безвыверочный монтаж колонн.
База колонны с двухстенчатой траверсой.
3.4.1 Определение плановых размеров опорной плиты
Ширина опорной плиты назначается конструктивно:
,
где aсв - ширина свеса плиты (aсв=60ч100 мм),
bп - ширина полки колонны,
дтр - толщина траверсы.
Примем ,
Длина опорной плиты lпл определяется расчетом на прочность бетона фундамента. Задавшись классом фундамента, определяем расчетное сопротивление бетона на местное сжатие:
,
где - коэффициент условий работы бетонных фундаментов;
f - коэффициент, зависящий от отношения площади верхнего обреза фундамента к площади опорной плиты и учитывающий повышение прочности бетона при местном сжатии:
На начальной стадии проектирования, когда отношение указанных площадей еще неизвестно, коэффициент f b принимается равным )
Rb - расчетное сопротивление бетона сжатию.
В данном курсовом проекте мы принимаем класс бетона В12,5 с расчетным сопротивлением
Если рассматривать опорную плиту как жесткий штамп и бетон фундамента как упругий материал, то напряжения в бетоне будут распределяться по линейному закону. Расчетная схема в таком случае будет выглядеть так, как показано на рисунке.
Расчетная схема плиты.
Значения наибольших сжимающих и наибольших растягивающих напряжений определяют по формулам для внецентренного сжатия:
Приравняв ус предельному значению Rф и решив уравнения относительно lпл, получим:
где и - расчетные значения изгибающего момента и соответствующее этому моменту продольное усилие в сечении у основания колонн;
Принимаем
3.4.2 Определение толщины опорной плиты
Опорная плита работает как пластина на упругом основании (упругим основанием является бетон фундамента), загруженная давлением, передаваемым от торца колонны, ветвей траверс и ребер жесткости. Для упрощения расчета плиту рассматривают как пластину, опертую на торец колонны, траверсы и ребра жесткости, загруженную реактивным отпором фундамента.
Расчетная схема опорной плиты и деление плиты на участки.
При определении толщины опорной плиты дпл исходят из предположения, что в пределах длины каждого из отсеков напряжения ус распределяются равномерно и равны наибольшему значению в пределах рассматриваемого отсека. Толщина траверсы была принята .
Отсек 1 - пластина, шарнирно опертая по трем сторонам.
Расчетная схема отсека 1.
Значение M1 определяют по формуле:
где - длина свободной (не опертой) стороны отсека, ус1 - нагрузка на пластинку со стороны фундамента
в1 - коэффициент, принимаемый в зависимости от соотношения сторон рассматриваемого отсека b/a
Отсек 2 - пластинка, шарнирно опертая по контуру.
Отсек 2 рассматриваем как пластинку, шарнирно опертую по всему контуру (на четыре канта). Полоска единичной ширины находится в центре пластинки и ориентирована параллельно ее короткой стороне.
Расчетная схема отсека, опертого по контуру.
Наибольший линейный изгибающий момент вычисляем по зависимости
где b2 - размер короткой стороны отсека
б2 - коэффициент, принимаемый в зависимости от соотношения сторон рассматриваемого отсека b/a
- максимальное напряжение в отсеке, получаемое интерполированием
Отсек 3
Боковой свес опорной плиты можно рассматривать как консоль, и расчетная полоска единичной ширины находится в зоне наибольших напряжений отпора фундамента.
Расчетная схема отсека консоли.
Значение изгибающего момента:
Измеряем по эскизу величину
Толщину опорной плиты дпл рассчитывают по наибольшему из вычисленных в каждом отсеке моментов:
По сортаменту листовой стали принимаем дпл=5,5 см
Не проходит по конструктивным соображениям. Тогда поставим дополнительные ребра жесткости в отсеке 2'.
Отсек 1
Толщина плиты:
По сортаменту листовой стали принимаем дпл=3,6 см
3.4.3 Подбор сечения анкерных болтов и спаренных швеллеров
Возникающие под плитой растягивающие напряжения ур не могут быть компенсированы силами сцепления между плитой и бетоном, и создается опасность отрыва края базы колонны от фундамента. Прикрепление базы к фундаменту осуществляется анкерными болтами, один конец которых забетонирован в фундамент на расчетную длину, а другой (верхний) прикреплен к базе. Анкерные болты работают только на растяжение и воспринимают усилие, отрывающее базу от фундамента. Усилие в анкерных болтах определяют в предположении, что бетон на растяжение не работает и растягивающая сила Sа, соответствующая растянутой зоне эпюры напряжений, полностью воспринимается анкерными болтами. С каждой стороны ставят по два анкерных болта.
Расчетная схема крепления анкерных болтов.
Усилие в анкерных болтах находят из уравнения равновесия моментов всех сил относительно центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений:
Откуда усилие в анкерном болте:
Длина сжатой зоны бетона:
где ус и ур - определяют от действия усилий Ma и Na.
Ma и Na тем больше, чем больше разность в числителе этого выражения, поэтому при определении Sa следует рассмотреть два возможных расчетных сочетания нагрузок:
1) собственный вес + ветер
2)
Расстояние от оси колонны до центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений:
Расстояние от оси анкерных болтов до центра тяжести сжатой зоны эпюры:
3) собственный вес + снег + ветер
Расстояние от оси колонны до центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений:
Расстояние от оси анкерных болтов до центра тяжести сжатой зоны эпюры:
В этих формулах- значения изгибающего момента и продольной силы соответственно от постоянной, снеговой и ветровой нагрузок в нижнем сечении колонны, найденные из статического расчета. Так как постоянная нагрузка g разгружает анкерные болты, то величины и следует определять при коэффициенте перегрузки , а не при , как это было сделано при выполнении статического расчета. Поэтому в приведенных формулах значение и умножены на коэффициент .
За расчетное усилие в анкерном болте принимаем наибольшее:
Требуемую площадь ослабленного сечения болта (по резьбе) Aбn определяют по зависимости
где Rрб=1450 кг/см2 - расчетное сопротивление растяжению анкерного болта из стали ВСт3кп2.
Примем анкерный болт с наружным диаметром , внутренним диаметром , площадью нетто . Полная длина анкерного болта lаб находится:
где - - длина заделки в бетон анкерного болта ()
дпл - толщина опорной плиты
hтр - высота траверсы
дап - толщина анкерной плитки или высоты швеллеров под анкерные болты
- длина головки болта (шайба, гайка) принимается примерно
Тогда:
Подбор сечения анкерных плиток
Расчетная схема анкерных плиток.
Расстояние c определяют конструктивно:
Примем швеллер №14.
Прочность анкерных плиток обеспечена.
3.4.4 Расчет траверс
Каждую из траверс можно рассматривать как двухконсольную балку, шарнирно опертую в местах крепления к колонне. Расчет ведется на действие отпора фундамента и усилий от анкерных болтов. Линейная нагрузка отпора фундамента , где - ширина грузовой полосы траверсы. Наибольшие изгибающие моменты будут в сечениях у опор. За расчетный момент принимают наибольший из моментов M1 и M2.
От действия усилий в анкерных болтах:
От отпора фундамента:
При принятой толщине траверсы из условия прочности определим требуемую высоту траверсы. Затем выбранные сечения следует проверить на срез от действия Qmax в расчетных сечениях.
Условие прочности для траверсы по нормальным напряжениям:
Принимаем большее значение из сортамента листовой стали: .
Принятое сечение траверсы проверяем на срез (скалывание) от наибольшей перерезывающей силы Qmax.
Наибольшие касательные напряжения в стенке траверсы будут на уровне нейтральной оси траверсы:
3.4.5 Расчет крепления траверс к стволу колонны
Сварные швы, крепящие траверсы к полкам колонны, воспринимают реакции VA и VB балки, загруженной внешними силами Sa и линейной нагрузкой отпора фундамента. Более просто определить силы, действующие на сварные швы Ш1, можно, используя усилия в стержне колонны. Пользуясь принципом независимости действия сил, основную расчетную схему разложим на две.
Расчетная схема траверсы, разложенной на две.
Расчетное усилие, воспринимаемое двумя сварными швами Ш1 от действия N и M совместно, будет равно:
,
Усилие, воспринимаемое одним швом:
Назначаем катет шва:
Проверяем шов на прочность:
Прочность шва обеспечена.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1. СНиП 2-23-81. «Стальные конструкции»
2. СНиП 2.01.07-85. «Нагрузки и воздействия»
3. Проектирование стальной стропильной фермы: методические указания / Ленинградский гос. тех. университет; Сост.: Б.А.Гаврилин, Н.М.Тимофеев, С.Е.Фомин ? Л., 1991.
4. Проектирование сплошной внецентренно сжатой колонны: методические указания / Сост.: Б.А.Гаврилин, Н.М.Тимофеев - Л., ЛПИ, 1989.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Компоновка поперечной рамы. Расчет внецентренно-сжатой колонны, узла сопряжения верхней и нижней частей колонны. Подбор сечения сжатых стержней фермы. Сбор нагрузок на ферму. Расчет анкерных болтов. Расчетные сочетания усилий. Статический расчёт рамы.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.11.2016Проект 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 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 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 03.11.2010Проект 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 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 09.10.2012Характеристики 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 04.11.2010Определение компоновочных размеров поперечной рамы стального каркаса здания. Расчёт стропильной фермы, составление схемы фермы с нагрузками. Определение расчётных усилий в стержнях фермы. Расчёт и конструирование колонны. Подбор сечения анкерных болтов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 15.04.2019Компоновка стального каркаса. Расчет нагрузок на поперечную раму. Определение усилий в элементах рамы. Проектирование ступенчатой внецентренно-сжатой колонны крайнего ряда. Сортамент сварных двутавров. Коэффициент условия работы стальных конструкций.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 28.04.2015
