Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО АлтГТУ им. Ползунова И.И.

Кафедра «Строительные конструкции»

Стальной каркас одноэтажного производственного здания

Пояснительная записка к курсовому проекту №2

по курсу «Металлические конструкции, включая сварку»

Выполнил студент ПГС-32 Боряков В.Е.

Проверил Кондрахин А.Н.

Барнаул 2006

Исходные данные

1. Характер производства: машиностроение

2. Сетка колонн: 6х24 м

3. Количество пролётов: 1

4. Длина здания: 54 м

5. Грузоподъёмность мостовых кранов общего назначения: 50/12,5 т

6. Группа режимов работы кранов: 5К (средний режим работы)

7. Отметка головки кранового рельса: 14.6 м

8. Ригель (ферма): пояса спаренные уголки, решётка

9. Район строительства: г. Новосибирск

1. Компоновка поперечной рамы

Определяем расстояние от головки кранового рельса до нижнего пояса фермы:

,

где - расстояние от головки кранового рельса до верхней точки тележки крана, мм (Методич. указание «Сбор нагрузок на поперечную раму одноэтажного производственного здания», Кикоть А. А.);

100 мм - допуск на изготовление крана;

- зазор, учитывающий прогиб фермы и провисание связей по нижним поясам ферм, мм;

.

Определяем расстояние от уровня чистого пола до нижнего пояса фермы:

,

где - отметка верха головки кранового рельса, ;

.

Определяем полную высоту колонны:

,

.

Определяем высоту сечения подкрановой балки:

,

где В - шаг колонн здания, В = 6000 мм;

.

Определяем высоту стропильной фермы:

,

где - величина пролета здания, ;

.

Определяем размеры верхней и нижней частей колонны:

,

где - высота кранового рельса, = 130 мм (см. уч. Горева В. В. «Металлические конструкции», табл. П 3.4);

Определяем расстояние от оси колонны до оси подкрановой балки:

,

где - выступающая за ось рельса часть кранового моста, (см. уч. Горева В. В. «Металлические конструкции», табл. П 3.3);

- высота сечения колонны, ;

а - привязка колонны к координационной оси, а = 200 мм (т.к. грузоподъемность крана Q = 50 тонн);

70 мм - минимальный зазор между краном и колонной;

,

Определяем пролёт мостового крана:

Определяем высоту сечения верхней части колонны:

2. Сбор нагрузок на раму

Постоянные нагрузки.

а). Сбор нагрузок на 1 м² покрытия.

№	Наименование	qн, кН/м2	gf	q, кН/м2
Собственный вес
1	Прогоны из швеллера №24, ВСт3сп5	0,8	1,05	0,84
2	Стальной профилированный настил по ГОСТ 24045-94, Н 75-750-0.8	0,11	1,05	0,1155
3	Пенополистирол 150 мм.	0,06	1,2	0,072
4	Выравнивающая цементно-песчаная стяжка (1800кг/м3, 20мм)	0,36	1,3	0,468
5	Гидроизоляция 3 слоя рубероида.	0,15	1,3	0,195
6	Защитный слой гравия на битумной мастике (1080кг/м3, 20мм)	0,24	1,3	0,312
7	Собственный вес метало конструкций, Таб 12.1 уч. Беленя	0,45	1,05	0,47
8	Пароизоляция 1слой рубероида	0,04	1,3	0,52
	ИТОГО:	1,49		1,77

;

;

;

б). Конструкция стенового ограждения.

;

;

;

;

h_с1, h_с2, h_с3 - высоты стеновых панелей, м

;

;

;

;

в). Нагрузка от веса колонны.

Расход стали на колонны при Q = 50 т

;

Нагрузка от собственного веса верхней и нижней частей колонны

;

;

г). Нагрузка от веса подкрановой балки.

Расход стали на подкрановые конструкции при Q = 50 т

;

Эксцентриситет приложения нагрузки от подкрановой балки

;

;

Временные нагрузки.

а). От мостового крана.

Максимальная вертикальная нагрузка на колонну рамы при крайнем положении грузовой тележки

;

г_f - коэффициент надежности по нагрузке (для крановых нагрузок гf =1.1)

y_i - ордината линии влияния опорных реакций двух смежных подкрановых балок, м

F _kmax - нормативное максимальное вертикальное давление колеса крана (по ГОСТ на краны)

;

;

;

;

б). Горизонтальная нагрузка на раму.

;

;

в). Окончательные расчетные нагрузки от мостовых кранов.

;

;

;

г). Снеговая нагрузка.

Расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия

;

Расчетная распределенная снеговая нагрузка на 1 погонный метр покрытия

;

Сосредоточенная снеговая нагрузка на покрытие

;

д). Ветровая нагрузка.

Интенсивность расчетной равномерно- распределенной нагрузки на колонны поперечной рамы

;

;

w₀- нормативное значение ветрового давления, кН/м²

Ветровой район 3

;

С наветренной стороны:

С подветренной стороны:

Схемы определения ветровой нагрузки:

Ветровую нагрузку, действующую на участке стены от низа ригеля рамы до верха стены, заменим сосредоточенными силами W1 и W2, приложенными на уровне низа ригеля:

W1 = , кН

h₄ - расстояние от уровня низа ригеля до верха стены, м

- значения активной ветровой распределенной нагрузки в уровне низа ригеля и в уровне верха стены, кН/м

W2 = , кН

- значения пассивной ветровой распределенной нагрузки в уровне низа ригеля и в уровне верха стены, кН/м

W1 = W2 =

Варианты загружения рамы

;

; ; ;

; ; ;

; ;

; ;

Расчет поперечной рамы был выполнен в программе SCAD. Ниже приведены основные расчеты.

Статический расчет поперечной рамы.

1. Расчетная схема.

Расчетная схема поперечной рамы промздания представляет собой статически неопределимую систему, в которой колонны и ригели заменяют стержнями эквивалентной жесткости.

Стержни, моделирующие колонны, проходят по геометрическим осям колонны. Допускается принимать геометрические оси проходящими по серединам высот сечений.

Величина горизонтального участка:

Изгибная жесткость принимается бесконечно большой.

Определим геометрические характеристики верхней и нижней частей колонны по приближенным формулам:

- продольная сила в колонне от постоянной нагрузки.

- то же от снеговой.

- максимальное вертикальное давление колес мостовых кранов.

- высота сечения нижней части колонны.

- высота сечения верхней части колонны.

- коэффициент, зависящий от шага колонн В и высоты рамы .

- коэффициент, учитывающий неравенство площадей сечений верхней и нижней частей колонны.

Сквозной ригель заменяется условным сплошным с эквивалентной жесткостью, момент инерции которого можно определить приближенно по формуле:

- наибольший изгибающий момент в середине пролета ригеля от суммарной расчетной нагрузки.

- высота ригеля в середине пролета.

- коэффициент, учитывающий влияние уклона верхнего пояса.

- равный отношению осредненной площади сечения поясов ригеля к теоретической площади сечения нижнего пояса.

- коэффициент разгрузки ригеля вследствии защемления его на опорах.

2. Расчет поперечной рамы

Расчет ведем при помощи программы MAG 4.2. По данным программы определяем усилия в характерных сечениях 1-1, 2-2, 3-3 рассматриваемой колонны. Рассматриваются два значения усилий: при коэффициенте ? = 1 и ? = 0.9. Кроме того вычерчиваются эпюры изгибающих моментов в колонне рамы.

При составлении основных сочетаний учитываются:

1) Постоянные нагрузки, плюс временные длительные нагрузки, плюс одна кратковременная.

2) Постоянные и длительные временные, плюс не менее двух кратковременных, умноженных на коэффициент сочетаний 0.9.

Для рам промышленных зданий обычно составляются комбинации нагрузок основных сочетаний. Нагрузки от снега, кранов, ветра относятся к кратковременным, при этом нагрузки от вертикального и поперечного воздействия одного или двух мостовых кранов рассматриваются как одна кратковременная.

По расчетным данным составляем сводные таблицы усилий в характерных сечениях.

3. Таблица расчетных усилий

Нагрузка	Эпюра	№	Коэф. Соч.	Сечения
				1-1	2-2	3-3
				M, (кНм)	N, (кН)	M, (кНм)	N, (кН)	M, (кНм)	N, (кН)	Q, (кН)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Постоянная		1	1	-158.14	-480.13	-40.12	-480.13	175.55	-752.77	-20.4
Снеговая		2	1 0,9	-186.56 -167.90	-343.00 -308.7	-106.78 -96.10	-343.00 -308.7	251.16 226.04	-343.00 -308.7	-36.24 -32.62
Крановая Dmax cлева		3	1 0,9	180.54 162.49	0 0	-582.67 -420.27	-962.00 -769.6	180.45 162.41	-962.00 -769.6	-70.57 -63.51
Крановая Dmax cправа		3*	1 0,9	86.36 77.72	0 0	-246.29 -221.66	-312.40 -281.16	182.81 164.53	-454.22 -408.8	-62.12 55.9
Крановая Т на левой колонне		4	1 0,9 1 0,9	55.16 49.64 -55.16 -49.64	0 0	55.16 49.64 -55.16 -49.64	0 0	93.5 84.15 -93.5 -84.15	0 0	13.2 11.88 -13.2 -11.88
Крановая Т на правой колонне		4*	1 0,9 1 0,9	1.05 0.95 -1.05 -0.95	0 0	1.05 0.95 -1.05 -0.95	0 0	42.15 37.845 -42.15 -37.845	0 0	4.31 3.88 -4.31 -3.88
Ветровая		5 5*	1 0,9 1 0,9	26.04 23.43 -20.19 -18.17	0 0	26.04 23.46 -20.19 -18.17	0 0	-327.56 -294.80 299.23 269.31	0 0	40.63 36.56 -33.75 -30.37

4. Сочетание усилий для колонны

Усилия	Коэф. сочет шс		1ое сечение	2ое сечение	3ие сечение
			M	N	M	N	M	N	Q
(+)Mmax Nсоотв	1	Nзагр	1,3,4	-	1,5*
		Значение	108.76	-480.13	-	-	474.78	-752.77	20.23
	0,9	Nзагр	1,3,4,5	-	1,2,3,4,5*
		Значение	77.42	-480.13	-	-	917.46	2239.87	-158.78
(-)Mmax Nсоотв	1	Nзагр	1,2	1,3,4	1,5
		Значение	314.7	823.13	-644.84	1754.53	-152.01	-752.77	20.23
	0,9	Nзагр	1,2,5*	1,2,3,4,5*	1,3,4,5
		Значение	-344.21	-788.83	-728.43	-1839.59	-22.95	-1522.37	-95.59
Nmax (+)Mсоотв	1	Nзагр	1,3,4	-	-
		Значение	108.76	-480.13	-	-	-	-	-
	0,9	Nзагр	1,3,4,5	-	1,2,3,4,5*
		Значение	132.19	-480.13	-	-	917.46	1831.07	-158.78
Nmax (-)Mсоотв	1	Nзагр	1,2	1,3,4	-
		Значение	344.7	788.83	-672.16	-1530.89	-	-	-
	0,9	Nзагр	1,2,5*	1,2,3,4,5*	-
		Значение	362.87	788.83	-728.43	-1839.59	-	-	-

3. Расчет и конструирование внецентренно-сжатой колонны

1. Исходные данные.

Расчетные усилия из таблицы сочетаний:

Сечение 1: М = 362.87 , N = 788.83 кН

Сечение 2: М = -728.43 , N = -1839.59 кН

Сечение 3: М = 917.46 , N = 2239.87 кН, Q = -158.78 кН

2. Выбор марок сталей.

Основные элементы колонн (ветви решётчатой части, сварной двутавр надкрановой части) и подкрановые траверсы проектируем из стали С345 (Ry=335 МПа).

Элементы решёток и прочие детали колонн из стали марки С245 (Ry=235 МПа)

3.Определение расчётных длин колонны.

Коэффициенты расчетной длины ₁ для нижнего участка одноступенчатой колонны следует принимать в зависимости от отношения и величины где J₁, J₂, l₁, l₂ моменты инерции сечений и длины соответственно нижнего и верхнего участков колонны и: при верхнем конце, свободном от всяких закреплений, по табл. 67 /2/.

Тогда расчетные длины в плоскости рамы равны:

Расчетные длины из плоскости рамы:

- так как ферма опирается сверху.

4. Подбор сечения верхней части колонны

4.1. Сечение верхней части принимаем в виде сварного двутавра высотой .

Определяем требуемую площадь сечения по формуле:

Для симметричного двутавра:

Значение коэффициента ? определим по прил.10 /2/. Примем в первом приближении:

,

Тогда

По приложению 10 /2/ принимаем

Отсюда

4.2 Компоновка сечения

Принимаем толщину полки , толщину стенки

Высота стенки:

По таблице 14.2 при ииз условия местной устойчивости:

Отсюда - условие выполняется.

Требуемая площадь стенки:

Требуемая площадь поясов:

Определяем ширину полки:

Из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ширина полки:

- условие не выполняется. Принимаем

- условие выполняется.

Из условия местной устойчивости полки по табл. 28 СНиП II-23-81

- условие выполняется. Устойчивость полки обеспечена.

4.3 Геометрические характеристики сечения

Площадь стенки:

Площадь поясов:

Площадь сечения:

Определение гибкости и условной гибкости стержня колонны в плоскости и из плоскости рамы.

Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента.

Значение к-та определяем по прил.10 /2/в зависимости от .

- проверка проходит. Недонапряжение составляет 19%.

Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента.

прил.7 /2/.

- проверка выполняется.

Недонапряжение составляет 3%.

Проверка местной устойчивости стеки:

42.2 > 45.46 - значит местная устойчивость стенки обеспечена.

т.к. mx=8,2<20 Проверка прочности не требуется, потому что заведомо обеспечена.

Крепление стенки к полкам осуществляетсяпри помощи полуавтоматической сваркой под флюсом в лодочку, проволокой СВ-08ГА, d=3-5 (по ГОСТ 2246-70*).

По табл.38 СНиП ??-23-81 минимальное значение kf=4мм

5. Подбор сечения нижней части колонны

ферма нагрузка рама колонна

Сечние нижней части колонны сквозное, состоящие из 2-х ветвей соединённых решёткой. Высота сечения

Подкрановая ветвь - широкополочный двутавр.

Шатровая ветвь - составная из 3-х листов (сечение швелер)

Определим ориентировочное положение центра тяжести.

М₁ = 917.46 , N₁ = 2239.87 кН

М₂ = 728.43 , N₂ = 1839.59 Кн

Ориентировочное положение центра тяжести:

Определим усилие в ветвях колонны:

В подкрановой ветви:

В шатровой ветви:

Определяем требуемую площадь ветвей и назначаем сечение:

Задаемся

Для подкрановой ветви:

Подбираем профиль №26Б2.

Для наружней ветви:

Для удобства прикрепления элементов решётки просвет между внутренними гранями полок принемаем таким же, как в подкрановой ветви.

Толщину швелера tw для удобства соединения её с полкой двутавра надкрановой части колонны примим tw=1 см.

Высота стенки из условия размещения сварных швов (kf=4мм):

Требуемая площадь полок:

Из условия местной устойчивости полки:

Примем

Площадь пояса:

Геометрические характеристики ветви:

Уточним положение центра тяжести сечения колонны:

Пересчитываем усилие в ветвях:

В подкрановой ветви:

В шатровой ветви:

Проверка устойчивости ветвей из плоскости рамы (относительно оси y-y).

Для подкрановой ветви:

Проверяем условие:

- условие не выполняется.

Шатровая ветвь:

- условие не выполняется.

Уменьшаем расчётную длину колонны установив распорку посередине H.

Для подкрановой ветви:

Проверяем условие:

- условие выполняется. Недонапряжение 5.3%.

Шатровая ветвь:

- условие выполняется. Недонапряжение 12%.

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

, отсюда

Принимаем . Нижняя часть имеет 8 панелей.

Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей x1-x1 и х2-х2)

Для подкрановой ветви:

- условие выполняется.

Шатровая ветвь:

- условие выполняется.

6. Расчёт решётки подкрановой части колонны

Поперечная сила в сечении колонны Q=159 кН.

Условная поперечная сила:

Расчёт решётки проводим на .

Усилие сжатия в раскосе:

- угол наклона раскоса.

Отсюда

Требуемая площадь раскоса:

Зададимся

Принимаем L60-8 ГОСТ 8509-72*.

Напряжение в раскосе:

- условие выполняется. Устойчивость раскосов обеспечена.

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.

Геометрические характеристики сечения:

Приведенная гибкость:

- коэффициент зависящий от угла наклона раскосов.

Условная приведённая гибкость:

Для комбинаций усилий догружающих наружную ветвь.

М = 728.43 , N = 1839.59 кН

Относительный приведённый эксцентриситет:

Для комбинаций усилий догружающих подкрановую ветвь.

М = 917.46 , N = 2239.87 кН

Устойчивость сквозной колонны в плоскости действия момента обеспечена.

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

Расчёт базы колонны.

Ширина нижней части колонны равна 1м, поэтому проектируем базу раздельного типа.

База наружней ветви

Требуемая площадь плиты:

Пластина №1.

1). Опертая по 4-м сторонам:

2). Опертая по 3-м сторонам:

3). Консоль:

3) Пластина №2.

1).

2).

4).

Расчёт анкерных болтов

Составляем уровнение равновесия относительно сжатой зоны бетона, можем найти усилие, воспринимаемое одним анкерным болтом Zаб

Расчёт ведём на специальное сочетание, при котором Nmin и Mсоотв с коэф-м сочетания 0,9.

Принимаем болты ?23 c A=5.19 см2

	Pн, кг/м^2	г	Pр, кг/м^2
Постоянные нагрузки
1 Кровельный ковер	15	1.3	19.5
2 Цем. пес. Стяжка	57	1.3	74.1
3 Пароизоляция	5	1.3	6.5
4 Прогон №24	24	1.05	25.2
5 Пенолиуритан	20	1.3	26
6 Проф. настил H75-750-08	11	1.3	14.3
Временные нагрузки
1Снег	150	1.2	180
Итог	277		345.6

Расчет фермы одноэтажного промышленного здания

1 Сбор нагрузок:

Определяем сосредоточенные нагрузки в узлах фермы

P1=12*2.4*345.6=4976.64=99.5 кН

P2=12*4.8*345.6=9953.28=199 кН

Рассчитываем усилия возникающие в стержнях фермы, и подбираем их сечение.

Рис. 1 Ферма

2 Проверка прочности:

N/(A*ц)?Ry*г

N-усилие возникающие в стержнях фермы

А-площадь поперечного сечения стержня

ц-коэффициент продольного изгиба

Верхний пояс

2388/185*0.62=22.8кН/см ? 26.5кН/см

Нижний пояс

2487.5/112.08=22.2кН/см ? 26.5кН/см

Стойка

199/23.4*0.467=23.6кН/см ? 26.5кН/см

Раскосы

1266.4/54.6*0.478=26.3кН/см ? 26.5кН/см

Верхний пояс
N1= 0	i=l/л=600/200=3	T50шт1		i=14.9
N2= N3= -1592	i=l/л=600/200=3	T50шт1		i=14.9
N4=N5= -2388	i=l/л=600/200=3	T50шт1		i=14.9
Нижний пояс
N6=895.5	i=l/л=600/400=1.5	T30шт2		i=7.08
N7=2089.5	i=l/л=600/400=1.5	T30шт2		i=7.08
N8=2487.5	i=l/л=600/400=1.5	T30шт2		i=7.08
Стойка
N9= -99.5	i=l/л=240/200=1.2	L80*7		i=3.82
N10=N11= -199	i=l/л=240/200=1.2	L80*7		i=3.82
Раскосы
N12= -1266.4	i=l/л=343/200=1.7	L200*14		i=8.73
N13= 985	i=l/л=343/400=0.8	L200*14		i=8.73
N14= -703.5	i=l/л=343/200=1.7	L200*14		i=8.73
N15=422.1	i=l/л=343/400=0.8	L200*14		i=8.73
N16= -140.7	i=l/л=343/200=1.7	L200*14		i=8.73

3 Проверка прочности сварных швов:

Рассмотрим узел 1

Должно выполняться условие:

Для крайней стойки N=99.5кН; k-принимаем 0.6 см;

Определяем более опасное сечение шва и принимаем равную18.97

l=8+20=28 см по 1см на недоварку

7<18.97 прочность шва обеспечена

Для раскоса N=1266кН; k-принимаем 1.4см. Определяем более опасное сечение шва и принимаем равную18.97

l=22.63+20+33.29=75.92 см, по 1см на недоварку

14<18.97 прочность шва обеспечена

Рис. 2 Узел 1

Рассмотрим узел 2

Должно выполняться условие:

Для раскоса N=1266кН; k-принимаем 1.4 см;

Определяем более опасное сечение шва и принимаем равную18.97

l=40.4+20+20.6=81 см по 1см на недоварку

13.1<18.97 прочность шва обеспечена

Рис. 3 Узел 2

Рассмотрим узел 3

Должно выполняться условие:

Для раскоса N=985кН; k-принимаем 1.4 см;

Определяем более опасное сечение шва и принимаем равную18.97

l=40.4+20+29.5=89.9 см по 1см на недоварку

9.2<18.97 прочность шва обеспечена

Рис. 4 Узел 3

Для стойки N=199кН; k-принимаем 0.6 см;

Определяем более опасное сечение шва и принимаем равную18.97

l=8+23=31 см по 1см на недоварку

12.6<18.97 прочность шва обеспечена

Для раскоса N=703кН; k-принимаем 1 см;

Определяем более опасное сечение шва и принимаемравную18.97

l=40.4+20+29.5=89.9 см по 1см на недоварку

9.2<18.97 прочность шва обеспечена

Остальные швы на прочность не проверяем,так как в стержнях возникают меньшие усилия

Стык поясов фермы

Стык осуществляется высокопрочными болтами диаметром 24 мм из стали 30ХЗМФ имеющей .Несущая способность болта имеющего одну плоскость трения определяется

где

Максимальное усилие в поясе равно 2487.5 кН

Количество болтов для крепления рассчитывается по формуле

принимаем 11 болтов

Стык поясов осуществляется с помощью накладок размером 500х700мм

Литература

1. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведеников и др., Под общ. Ред. Е.И. Беленя. 6-е изд., перераб. И доп. М.: Стройиздат, 1986. 560 с., ил.

2. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учеб. Для строит. Вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров и др., Под ред. В.В. Горева. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Высш. шк., 2001. 551 с.: ил.

3. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Конструкции зданий: Учеб. Для строит. Вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров и др., Под ред. В.В. Горева. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Высш. шк., 2001. 551 с.: ил.

4. Расчет стальных конструкций: Справ. пособие / Я.М. Лихтарников, Д.В. Ладыженский, В.М. Клыков. 2-е изд., перераб. И доп. К.: Будiвельник, 1984. с. 368.

5. СНиП -23-81. Стальные конструкции / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1982. 96 с.

Размещено на Allbest.ru