Строительство стальных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Ш Район строительства: г. Армавир;

Ш Ветровой район: V,

Ш Снеговой район: II, .

Ш Длина здания - 132 м.

Ш Продольный шаг колонн - 12 м.

Ш Ширина здания - 30 м.

Ш Отметка низа ферм - 16,8 м.

Ш Крановая нагрузка: количество кранов - 2 шт;

Ш Грузоподъемность - 120 т.

Ш Режим работы - средний.

Ш Тип покрытия - прогоны и профнастил.

Ш Тип колонн - ступенчатые.

Ш Сопряжение фермы с колоннами - жесткое.

Ш Марка бетона фундамента В15.



2. КОМПОНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ КАРКАСА



3. СБОР НАГРУЗОК НА РАМУ

3.1 Постоянная нагрузка

Нагрузки от веса конструкций покрытия на сводим в таблицу 3.1.

Нагрузки от веса конструкций покрытия на ,

Таблица 3.1

№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка	Коэффициент перегрузки	Расчетная нагрузка
Ограждающие элементы кровли
1	Защитный слой (битумная мастика с включениями гравия) ,	0,42	1,3	0,55
2	Гидроизоляционный ковер (3 слоя)	0,15	1,3	0,2
3	Утеплитель (пенопласт)	0,01	1,2	0,012
4	Пароизоляция	0,05	1,3	0,065
Несущие элементы кровли
5	Профнастил	0,13	1,05	0,14
Металлические конструкции покрытия
6	Прогоны решетчатые, пролетом	0,12	1,05	0,125
7	Стропильные фермы	0,3	1,05	0,315
8	Связи покрытия	0,04	1,05	0,042
	1,22		1,45

ь Расчетная погонная нагрузка на ригель от веса покрытия равняется:

ь Момент на стержень колонны от постоянной нагрузки на ригель рамы:



здесь

ь Стены самонесущие, нагрузки от них не учитываются;

ь Собственный вес подкрановых конструкций учтен совместно с крановой нагрузкой;

ь Колонны: считается, что 80% веса колонны приходится на нижнюю часть и 20% на верхнюю:

.

3.2 Временная нагрузка

ь Снеговая нагрузка. Расчетная погонная нагрузка на ригель рамы от снега:

- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие;

здесь

ь Ветровая нагрузка:



Сосредоточенная сила, приложенная в уровне ригеля от ветрового давления, приходящегося на покрытие:

- с наветренной стороны:

- с подветренной стороны:

здесь изменение ветрового давления по высоте учитывается коэффициентами и зависящими от типа местности (тип местности ). колонна каркас сечение нагрузка

ь Крановая нагрузка:

Рассчитываем усилие на колонну, к которой приближена тележка крана при самом невыгодном положении крана на подкрановой балке:

здесь и - максимальное и минимальное значение давления колеса крана на рельс принимается по ГОСТу на краны:



,

где - грузоподъемность крана;

- вес крана с тележкой;

- количество колес с одной стороны моста;

- ордината линии влияния;

- коэффициент надежности по нагрузке ;

- коэффициент, зависящий от тяжести работы.

Сосредоточенные силы и приложены по оси подкрановой балки, следовательно, на ступени колонны действуют дополнительные изгибающие моменты:

и , здесь .

Определим силу от торможения тележки крана, приложенную на ступени колонны:

, здесь .

, , , , , , и .

.



.

.

.

, .

,

.

Статический расчет рамы проводим с помощью программного пакета SCAD.



4. РАСЧЕТ СТУПЕНЧАТОЙ КОЛОННЫ

Расчетные усилия:

Для верхней части колонны:

ь в сечении 1-1 и 2-2: ; ;

Для нижней части колонны:

ь ; - изгибающий момент догружает наружную ветвь;

ь ; - изгибающий момент догружает подкрановую ветвь;

ь .

4.1 Определение расчетных длин колонны

Расчетные длины в плоскости рамы:

ь для нижней части колонны ;

ь для верхней части колонны ,

где - коэффициент расчетной длины.

, значение коэффициента принимаем по таблице 18 . Конец, закреплен только от поворота и , то и .

и .

Расчетные длины из плоскости рамы:

ь для нижней части колонны ;

ь для верхней части колонны

.



4.2 Подбор сечения верхней части колонны

4.2.1 Компоновка сечения

Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой .

Требуемая площадь сечения

,

где - коэффициент условия работы;

- коэффициент расчетного сопротивления при внецентренном сжатии;

- расчетное сопротивление стали.

Для симметричного сечения:

ь ;

ь .

Гибкость

.

Условная гибкость

.

Относительный эксцентриситет



.

Приведенный эксцентриситет

где - коэффициент влияния формы сечения и . Принимаем .

, по сортаменту принимаем сварной двутавр размерами , и .

4.2.2 Геометрические характеристики сечения

ь Полная площадь:

;

ь Момент инерции:

;

ь Момент сопротивления:



;

ь Полярный радиус ядра сечения:

;

ь Радиус инерции:

,

.

4.2.3 Проверка устойчивости верхней части колонны

В плоскости действия момента:

.

Гибкость

.

Условная гибкость

.



Относительный эксцентриситет

.

.

Приведенный эксцентриситет

.

Принимаем .

- условие выполняется.

Из плоскости действия момента:

.

Относительный эксцентриситет

.

Для определения коэффициента (коэффициент, учитывающий влияние момента на потерю устойчивости стержня относительно оси ) предварительно находим:

ь Гибкость из плоскости момента:



.

ь ;

.

,

- условие выполняется.

4.2.4 Обеспечение местной устойчивости элементов верхней части колонны:

Полка:

;

;

- условие соблюдается.

Стенка:



для обеспечения местной устойчивости стенки необходима постановка поперечных ребер жесткости.

Назначаем размеры ребра:

- для парного симметричного ребра,

.

Принимаем ширину ребра . Толщина ребра

Принимаем толщину ребра

Определим расстояния между поперечными ребрами:

, тогда .

4.3 Подбор сечения нижней части колонны

4.3.1 Компоновка сечения

Сечения нижней части колонны сквозное, состоящее из двух двутавров, соединенных решеткой. Высота сечения .

Ориентировочно определим положение центра тяжести сечения:



,

.

Определим продольные силы, сжимающие каждую из ветвей:

ь в наружной ветви:

ь в подкрановой ветви:

Требуемая площадь ветвей :

ь для наружной ветви:

;

ь для подкрановой ветви:

.

По сортаменту подбираем двутавр:

ь для наружной и подкрановой ветви:.



4.3.2 Проверка устойчивости ветвей

Из плоскости рамы (относительно оси y-y):

ь наружная ветвь:

,

- условие соблюдается;

ь подкрановая ветвь:

,

- условие соблюдается.

В плоскости рамы (относительно оси х-х):

ь наружная ветвь:

- расчетная длина ветви, равная расстоянию между узлами соединительной решетки.

,

- условие соблюдается;

ь подкрановая ветвь:



,

- условие соблюдается.

4.3.3 Расчет решетки нижней части колонны

.

Условная поперечная сила

Условие сжатия в раскосе, где - угол наклона раскоса.

;

. Задаемся .

Требуемая площадь раскоса:

.

- расчетное сопротивление стали фасонного проката толщиной от 2 до10мм. - коэффициент условий работы для сжатого уголка, прикрепленного одной полкой.

.

Найдем минимальный необходимый радиус инерции:



.

Принимаем равнополочный уголок размерами , .

.

Напряжения в раскосе:

,

- условие выполняется.

4.3.4 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня

.

Геометрические характеристики сечения:

ь Полная площадь:

;

ь Момент инерции:



;

ь Радиус инерции:

.

Гибкость

.

Определим приведенную гибкость:

;

.

Условная гибкость:

.

Определим относительный эксцентриситет:



тогда в соответствии со значениями и принимаем .

- условие выполняется. Устойчивость колонны в плоскости действия момента как единого стержня обеспечена.

4.4 Расчет и конструирование базы колонны

4.4.1 Определение размеров опорной плиты в плане

Ширина нижней части колонны (м) превышает , поэтому проектируем базу раздельного типа.

Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны:

ь ; - изгибающий момент догружает наружную ветвь;

ь ; - изгибающий момент догружает подкрановую ветвь.

Продольные силы, сжимающие каждую из ветвей:

ь в наружной ветви:

ь в подкрановой ветви:

Из расчета прочности бетона определяем требуемую площадь плиты:



,

здесь - коэффициент условий работы элемента, - расчетное сопротивление бетона сжатию .

Принимаем плиту с размерами в плане и площадью .

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

.

Проверим условие:

,

- условие выполняется.

Для определения толщины плиты представляем ее как плиту на упругом основании загруженной давлением фундамента.

Изгибающие моменты в опорной плите:

ь на участке 1, опертом на 4 канта:

;

,

- меньший из размеров пластины,

- больший из размеров пластин;

ь на участке 2, опертом на 3 канта:

,

- защемленная сторона,

- свободная сторона;

ь на консольном участке 3:

,

с - консоль;

Толщина плиты определяется по наибольшему из моментов:

,

.

Принимаем толщину плиты равной



4.4.2 Расчет траверсы

Прикрепление траверса к колонне выполняется полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св - 08ГА, .

Высоту траверсы определяем расчетом шва ш1 на срез.

Вертикальный шов ш1 соединяет траверсу и колонну.

,

где - количество швов;

- катет шва;

- коэффициент, принимаемый при сварке элементов из стали;

- расчетное сопротивление металла шва сварного соединения с угловым швом;

- коэффициент условий работы шва;

- коэффициент условий работы элемента.

Высота траверсы Окончательно принимаем высоту траверсы

Толщину и длину траверсы принимаем конструктивно и.

Базу подкрановой ветви колонны принимаем такую же, как и базу наружной ветви.

4.4.3 Расчет анкерных болтов

При расчете анкерных болтов принимаем комбинацию усилий, дающих наибольшие растягивающие усилия в болтах и .

Определим растягивающее усилие в одном анкерном болте:

.

Требуемая площадь сечения одного анкерного болта:

,

где - количество болтов;

- коэффициент условий работы;

- расчетное сопротивление растяжению анкерных болтов.

. Принимаем два болта диаметром с площадью сечения .

Геометрические размеры анкерных плиток . Длина плитки .

4.4.4 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны

Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом:

ь ; .

Давление кранов:

ь .

Высоту стенки траверсы принимаем конструктивно равной

Толщину стенки определим из условия прочности на смятие:



,

где - длина площадки смятия, равная

здесь - ширина опорного ребра подкрановой балки, - толщина опорного листа подкрановой балки;

- расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.

- коэффициент условий работы.

. Принимаем .

Длина шва равна

.

Проверим прочность сварного шва:

ь по металлу шва:

,

где - катет шва;

- коэффициент глубины провара шва;

- расчетное сопротивление срезу по металлу шва;

- коэффициент условий работы шва;

- коэффициент условий работы.

;

ь по границе сплавления:

,

где - катет шва;

- коэффициент глубины провара шва;

- расчетное сопротивление срезу по границе сплавления;

- коэффициент условий работы шва;

- коэффициент условий работы.

.

Условия соблюдаются.

Конструктивные особенности и размеры элементов сопряжения верхней и нижней частей колонны смотрите ниже.

5. РАСЧЕТ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ

5.1 Исходные данные

Материал фермы - сталь , .

Пояса фермы и решетку проектируем из электросварных труб.

Сбор нагрузок на ферму:

ь узловые силы:

; .

5.2 Подбор и проверка сечений стержней ферм

Сечение элементов фермы подбираем по сортаменту «Трубы стальные электросварные прямошовые по ГОСТ 10704-91» в зависимости от расчетного усилия.

Проверка устойчивости сжатых стержней:

,

где - расчетное усилие;

- площадь поперечного сечения стержня;

- коэффициент продольного изгиба,

- коэффициент условий работы стержня.

Гибкость стержня:



,

здесь - расчетная длина стержня в плоскости (из плоскости) фермы, ;

- момент инерции относительно оси x(y).

Необходимая площадь поперечного сечения сжатого стержня:

.

- требуемый радиус инерции сечения,

здесь - расчетная длина элемента;

- условная гибкость стержня для поясов;

- условная гибкость стержня для решетки.

Проверка устойчивости растянутых стержней:

.

Необходимая площадь поперечного сечения растянутого стержня:

.



ЛИТЕРАТУРА

СНиП II-23-81 (1990) «Стальные конструкции». Пермский ЦНТИ 2003г.

СНиП 2.01.07-85 (с изм. 1 1993, 2 2003) «Нагрузки и воздействия». Пермский ЦНТИ 2003г;

Металлические конструкции. В 3т. Т1. Элементы конструкций: Учеб. для строит. вузов/ В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева.-3-е изд., стер.-М.: Высш. шк., 2004.-551с.: ил.

Альбом чертежей конструкций и деталей промышленных зданий: Учеб. для строит. вузов/ Р.И. Трепененков.-3-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 1980.-284с.: ил.

Металлические конструкции: Учеб. для строит. вузов/ Е.И.Беленя. .-3-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 1984.-446с.: ил.

Размещено на Allbest.ru