Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Разработка схемы стального каркаса цеха

1.1 Определение основных размеров поперечной рамы цеха

1.2 Разработка схем горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм; вертикальных связей между фермами и колоннами

1.3 Разработка схем продольного и торцевого фахверка

2. Статический расчет поперечной рамы

2.1 Определение нагрузок на раму

2.2 Заполнение бланка исходных данных

3. Расчет подкрановых и тормозных балок

3.1 Выбор сечения подкрановой балки по типовым проектам

4. Проектирование ступенчатых колонн

4.1 Определение расчетных длин колонн

4.2 Расчет нижней части сквозной колоны

4.3 Расчет верхней части колонны

4.4 Расчет сопряжения верхней части колонны с нижней

4.5 Расчет базы колонны

4.6 Расчет анкерных болтов

5. Расчет ригеля рамы

5.1 Определение усилий в стержнях

5.2 Подбор сечений стержней

6. Выбор защитного покрытия металлоконструкций от коррозии

Список литературы

1. Разработка схемы стального каркаса цеха

1.1 Определение основных размеров поперечной рамы цеха

Исходными данными для определения размеров рамы являются: пролет рамы: L = 24 м, отметка головки рельса: h1 = 14,8 м, грузоподъемность крана: Q = 100 т.

Расстояние от головки рельса до низа фермы при высоте крана Hкр=3700 мм по ГОСТ 6711-31 будет равным:

,

где величина f = 250..400 мм учитывает крановый зазор, прогиб фермы и выступающие части связей.

Полная высота рамы при заглублении колонны h3 = 150 мм.

Длина верхней и нижней части колонны:

, ,

где hр - высота кранового рельса (КР100 по ГОСТ 4141-76*), hр=150 мм;

hб - высота подкрановой балки, hб =1444мм

Тогда:

,

,



Расстояние от пола до низа ригеля h назначается кратным
высотному модулю 0,6 м.

,

Принимаем h=19,2м, что кратно 0,6м. Соответственно H = 19,35 м.

,

Так же:

,

Из условий жесткости и устойчивости высоту сечения верхней части принимают:

Принимаем bв =750 мм, кратно 0,25м.Пролет крана: Lk = 22м где л - расстояние от оси подкрановой балки до разбивочной оси колонны (при Q=100т - л =1000 мм).

Высота сечения нижней части колонны:

где а - расстояние от разбивочной оси до наружной грани колонны. Так как Q= 100 т., B = 12 м и h1=14,8<18 м, то, а принимаем равным 250 мм. Тогда:

мм.



Рисунок 1.1 - Основные размеры поперечной рамы

1.2 Разработка схем горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм; вертикальных связей между фермами и колоннами

В систему связей каркаса входят горизонтальные связи в плоскости верхних и нижних поясов ригеля, вертикальные - между фермами и по колоннам.

Связи в плоскости верхних поясов ферм состоят из поперечных связевых ферм и распорок. Они служат для обеспечения устойчивости верхнего пояса фермы и удобства монтажа.

Рисунок 1.2 - Горизонтальные связи в плоскости верхних поясов ферм:

1-поперечные горизонтальные связи, 2-прогоны, 3-вертикальные связи между фермами.

Связи по нижним поясам ферм состоят из поперечных и продольных связей ферм и растяжек. Они обеспечивают пространственную работу каркаса, неподвижность верхних частей колонн и воспринимает давление ветровой от стоек фахверка.

Рисунок 1.3 - Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов ферм:

1-поперечные горизонтальные связи, 2-прогоны, 3-вертикальные связи между фермами, 4-продольные горизонтальные связи.

Вертикальные связи между фермами служат для увеличения их боковой жесткости и удобства при монтаже. Связи устраивают по опорам ферм и в промежутке по 1 штуке. Вдоль здания эти связи размещать нужно в плоскости поперечных связей и в промежутке через 3-4 шага ферм. Вертикальные связи необходимо выполнять в виде крестовой решетки из одиночных уголков.

Вертикальные связи между колоннами обеспечивают общую устойчивость и неизменяемость сооружения, а также воспринимают усилия от продольного торможения кранов и давления ветра на торец здания. Нижние связи по колоннам, во избежание значительных температурных воздействий, размещаем вблизи от середины здания в плоскости подкрановой и наружной ветвей колонны.



Рисунок 1.4 - Вертикальные связи по колоннам и фермам: 2-вертикальные связи между фермами, 5-верхние связи между колоннами, 6-нижние связи между колоннами.

1.3 Разработка схем продольного и торцевого фахверка

Фахверк - система конструктивных элементов, служащих для восприятия ветровой и тормозной нагрузки и поддерживания стенового ограждения. Фахверк бывает для внутренних и наружных стен, продольных и поперечных. Стойки фахверка опираются внизу на фундамент, вверху - на горизонтальные связевые фермы шатра с помощью листового шарнира.

При высоте здания более 14 м. стойки фахверка получаются гибкими, и для их разгрузки ригели фахверка часто выполняют в виде горизонтальных ветровых ферм шириной 2,2 м, являющихся промежуточными опорами стоек фахверка. По высоте здания ветровые фермы размещаются через 7-10 м. В торце здания опорами стоек фахверка могут служить ремонтные площадки кранов.

Рисунок 1.5 - Схема торцевого фахверка: 1-стойка фахверка, 2-ригельфахверка.

2. Статический расчет поперечной рамы

2.1 Определение нагрузок на раму

На ригель действует постоянная нагрузка (вес кровли, утеплителя, собственный вес фермы) и временная (снеговая, пыль). Их определяют исходя из состава кровли и района строительства. Все вычисления сводим в таблицу 2.1, где указываем толщину и объемный вес элементов кровли.

Таблица 2.1 - Нагрузки, действующие ригель рамы

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке, гf	Расчётное значение, кН/м2
Постоянные
Железобетонные плиты шириной 3м	1,45	1,1	1,595
Стропильная ферма со связями	0,3	1,05	0,32
Рубероид	0,1	1,3	0,13
Утеплитель	0,6	1,3	0,78
Цементно-песчаная стяжка	0,4	1,3	0,52
Итого	2,85		3,345
Временная
Снеговой покров (s) IV район	1,5		2,4
Полная	4,35		5,75

Для расчета рамы вычисляем погонные нагрузки на ригель, постоянную g и временную s, а так же опорные давления стропильных ферм от этих нагрузок:



Рисунок 2.1 - Схема приложения постоянных нагрузок к раме

Рисунок 2.2 - Схема приложения снеговой и крановой нагрузок к раме

Определим постоянные нагрузки на колонну.

Расчетные нагрузки от собственного веса подкрановой и тормозной балок, верхней и нижней частей колонны определяются по формулам:.

где -коэффициент веса подкрановой и тормозной балок, принимаем 0,35;

- пролет балки и подстропильной фермы, м;

- вес 1 м кранового рельса;

и - нормальные силы в верхней и нижней частях колонны.

,

,

Подставим числовые значения в формулы и получим:

,

,

,

,

,

Для удобства расчета рамы все вертикальные нагрузки, приложенные к колонне, переносят в центр тяжести сечения с добавлением моментов:

Подставим числовые значения в формулы и получим:



Определим временные нагрузки на колонну.

К ним относятся нагрузки от снега, кранов и ветровая. Воздействие снеговой нагрузки на колонну передается через стропильную ферму и подстропильные фермы. Давление Fs, вычислено ранее. Давление подстропильной фермы при наличии одной промежуточной фермы: Fs= Fns. Эти нагрузки также переносят в центр тяжести сечения с добавлением момента:

Определим крановую нагрузку.

Вертикальное давление кранов определяют при крайнем положении тележки с грузом. При этом одна из колонн испытывает максимальное давление Dmax, другая минимальное Dmin. Расчетные значения этих давлений определим от двух наиболее неблагоприятных по воздействию кранов с помощью линий влияния опорных реакций двух смежных балок.

;

где ш - коэффициент сочетаний, принимаем ш=0,85 при учите двух кранов режимов работы 1К- 6К; yi - ординаты линий влияния.

Согласно характеристикам крана F1 = 439 кН, F2= 410кН.

Расчетные давления колес крана при коэффициенте надежности по нагрузке определяем по формулам: ; .

Соответственно имеем:

,

,

Минимальное давление (нормативное) колес крана определим по формуле:

;

где Q, Gкр - грузоподъемность и полный вес крана, n0 - число колес крана на одном рельсе.

,

,

Согласно построенным линиям влияния имеем: y0=1; y1=0,488; y2=0,562; y3=0,925; y4=0,754, y5=0,679, y6=0,317, y7=0,242.

,

,

Поскольку давления и относительно нижней части колонны действуют с эксцентриситетом , то они вызывают не только сжатие, но и изгиб колонны моментами:



,

,

Расчетную горизонтальную силу от поперечного торможения кранов определяем по формуле: ,

где коэффициент сочетаний, - сумма ординат линии влияния.

Расчетная горизонтальная нагрузка на одно колесо крана

,

где k - величина, равная 0,05; Q и GT - вес груза и вес тележки крана равные 1000 кН и 370 кН соответственно.

Вычислим:

Соответственно горизонтальное усилие:

,

Ветровая нагрузка

Согласно заданию необходимо определить ветровую нагрузку для г. Пенза. Местность типа В. Пролет здания - 24 м, длина здания - 84 м.

Для II-го ветрового района W0 = 0.3 кПа

Определим аэродинамические коэффициенты при h1/l = 19,5/24=0.813,

b/l=84/24=3,5

ce = 0,8 - коэффициент активного давления;

ce1 = -0,675; ce2 = -0,475; ce3 = -0,575.

W=W0•к•сe=0.3•0.85•0.8=0.204 кПа.



Рисунок 2.5 - Определение ветровой нагрузки на раму

Средневзвешенное значение давления ветра для первой и среднее для второй зоны:

Расчетная горизонтальная нагрузка на раму:

Скатная составляющая:

Расчетную схему получают из действительной, отбрасывая несущественные детали и учитывая главные факторы, к которым относятся: размеры контура рамы, жесткости ее элементов, характер закрепления стержней рамы.

За расчетный пролет рамы принимают расстояние между осями верхней сети колонн, а за расчетную высоту - расстояние от низа базы до оси нижнего пояса ригеля.

Момент инерции ригеля, эквивалентный моменту инерции сплошной балки, определяют по формуле:

Момент инерции нижней части колонны:

Для верхней части колонны:

Вычислив моменты инерции элементов рамы, принимают меньший из них за единицу и находят соотношение:

Статический расчет рамы сводится к определению усилий в ее расчетных сечениях от всех внешних воздействий.

Коэффициент пространственной жесткости:

;

,



,

Рисунок 2.6 - Схема каркаса к статическому расчету рамы

2.2 Заполнение бланка исходных данных

№	Наименование	Размерность	Величина
1	Пролет рамы	L, м	24
2	Шаг рам	м	12
3	Длина верхней части колонны	hв, м	5,994
4	Длина нижней части колонны	hн, м	13,356
5	Высота верхней части колонны	bв, м	0,75
6	Высота нижней части колонны	bн, м	1,25
7	Высота фермы на опоре	м	3,15
8	Отношение момента инерции		16
9	Отношение момента инерции		4
10	Высота подкрановой балки	hб, м	1,444
11	Привязка колонны по оси	м	0,250
12	Толщина стен панели	м	0,2
13	Шаг ферм	м	12
14	Постоянные нагрузки на ригель	кПа	3,35
15	Снеговые нагрузки на ригель	кПа	2,4
16	Вес стеновых панелей	G1, кН	347,4
17	Вес стеновых панелей	G2, кН	108,46
18	Давление крана	Dmax, кН	1995,2
19	Давление крана	Dmin, кН	525,3
20	Поперечное торможение крана	Т, кН	79,5
21	Ветровая нагрузка	w, кН	17,37
22	Ветровая нагрузка	, кН	12,13
23	Ветровая нагрузка	, кН/м	8,06
24	Ветровая нагрузка	, кН/м	5,8
25	Коэффициент пространственного сжатия		0,22
26	Величина скатной составляющей	, кН/м	2,6



3. Расчет подкрановых и тормозных балок

3.1 Выбор сечения подкрановой балки по типовым проектам

Подкрановые балки рассчитываются на два наиболее неблагоприятных по воздействию крана. При определении расчетного давления колеса крана учитывается коэффициент динамичности.

где - максимальное нормативное давление колеса крана, принимаемое по ГОСТ 6711-81 (кН ); гf - коэффициент надежности по нагрузке, принимается гf=1,1; k - коэффициент динамичности, принимаем равным kd = 1,0, так как в проектируемом здании предусматриваются краны среднего и легкого режимов работы.

Горизонтальная нагрузка от поперечного торможения тележки с грузом, приходящаяся на одно колесо, определяется по формуле:

где k - коэффициент, учитывающий тип подвеса груза, принимаем k=0,05 (гибкий подвес); Q -грузоподъемность Q = 100т = 1000 кН; GT - вес тележки GT = 37т=370 кН; n0 - число колес крана с одной стороны, получим:

Расчетная горизонтальная нагрузка, вызываемая продольным торможением моста крана, вычисляется по формуле:

где nT - число тормозных колес крана расположенных на одной стороне крана, nT=0,5n0=2, получим:

Момент в середине балки от вертикальной и горизонтальной нагрузок определим по линии влияния (рис 3.1).

Предварительно проверим расстановку грузов по критериям:

,

,

где R1 - равнодействующая грузов, расположенных на участке a без учета критического груза Fcr; Fcr - груз, расположенный над вершиной линии влияния; ?Fi - сумма давления всех грузов, расположенных на балке пролетом l. По схеме расположения кранов приведенной на рис. 3.1 получим: ;



Проверим, выполняются ли условия:

;

оба критерия выполняются, поэтому расстановку грузов считаем правильной.

Mmax: y0=ab/l=1.5

Вычислив ординаты линии влияния, определим изгибающие моменты в подкрановой балке от вертикальной нагрузки по формуле:

где Fmax - вертикальная расчетная нагрузка на одно колесо крана; yi - ординаты линии влияния под грузом Fmax; - коэффициент сочетаний при учете двух кранов режимов работы 1К-6К, равный 0,85; - коэффициент, учитывающий собственный вес подкрановой балки, тормозной конструкции и рельса, при l=12м =1,03, =1,03. Получим:

Поперечные силы определяем по линиям влияния на опоре балки Qmax и в том же сечении, что и изгибающие моменты.



Компоновка сечения балки

Определим требуемый момент сопротивления по наибольшему изгибающему моменту в балке:

,

здесь в - коэффициент, учитывающий влияние горизонтальной нагрузки, принимаем равным 0,9; - коэффициент условий работы, =1; Rу-расчетное сопротивление стали, 240МПа, получим:

Определим минимальную высоту балки из условия требуемой жесткости:

где l-пролет балки; n0-величина обратная предельному прогибу, для среднего режима работы n0=500; -усредненный коэффициент надежности, =1,15; kd-коэффициент динамичности, kd=1,15,



Высота балки по приближенной формуле:

Определим толщину стенки из двух условий :

1) Из условий прочности на срез от поперечной силы на опоре:

2) Из условия постановки только поперечных ребер жесткости:

Принимаем толщину стенки равной tw=12 мм по ГОСТ 19903-74

Определим оптимальную высоту стенки по формуле:

Сечение стенки по ГОСТ 19903-74 принимаем 1400 х 12 мм.

Пренебрегая асимметрией поперечного сечения балки принимаем условно Суммарную площадь сечения поясов определим по формуле:



,

Площадь верхнего с учетом коэффициента в будет равна:

,

Площадь нижнего будет равной:

,

Ширину верхнего пояса принимаем 450 мм.

Требуемая толщина верхнего пояса:

По ГОСТ 82-70 принимаем сечение верхнего пояса равным 450 х 22 мм.

Проверим устойчивость пояса:

,

устойчивость пояса обеспечена.

Ширина нижнего пояса:

,

Размеры поясов (ГОСТ 82-70 и ГОСТ 19903-74) приняты: верхнего - 450 х 22;

нижнего - 380 х 22.

Геометрические характеристики

Площадь поясов:

Площадь подкрановой балки:

,

Рисунок 3.2 - Поперечные сечения подкрановой и тормозной балок

Определим координату центра тяжести сечения балки:

,

Моменты инерции относительно центральной оси брутто и нетто будут равны:

,

,

Моменты сопротивления для верхней и нижней точек сечения:

,

Статические моменты верхнего и нижнего поясов и полусечения S:

,

,

,

Геометрические характеристики тормозной балки:

Для швеллера №16: A=18,1см2; Ix=747см4; Iy=63,3см4; Wx=93,4см3. Лист тормозной балки толщиной 6 мм.

Площадь сечения балки:

,

Координата центра тяжести:

,

Момент инерции брутто и нетто:

,

,

Моменты сопротивления для крайних точек тормозной балки:



,

,

Проверочные расчеты

Максимальные напряжения общего изгиба - нормальные в середине балки определяют по формулам:

,

,

,

Касательные напряжения на опоре подкрановой балки вычисляются по формуле:

,

Для проверки прочности по местным напряжениям предварительно определим сумму собственных моментов инерции пояса и кранового рельса - КР-100 ().

,

- сумма собственных моментов инерции пояса и кранового рельса, определим условную длину распределения местного давления по формуле:



,

Тогда

Для стенок балок должны так же выполнятся условия прочности по приведенным и средним касательным напряжениям:

, где

,

,

Вычислим прочность по приведенным напряжениям:

,

Проверим прочность наружного пояса по формуле:

,

Жесткость подкрановой балки проверяем от нормативной нагрузки:

,



,

условие жесткости выполняется.

Для определения толщины верхних поясных швов необходимо вычислить усилия T и V на опоре балки:

,

,

,

,

,

.Катет шва по металлу границы сплавления:

,

По таблице 38* СНиП II.23-81* принимаем катет шва равным 6 мм.

Принимаем b=360 мм. Проверим устойчивость ребра, предварительно определив:

; .

Устойчивость считаем обеспеченной, так как выполняется условие:

Определяем катет шва крепления опорного ребра балки:

,

Принимаем kf = 6мм, в соответствии с таб. 38* [1].



4. Проектирование ступенчатых колонн

4.1 Определение расчетных длин колонн

Для сечений колоны (A, BA, BC, C) необходимы следующие сочетания: наибольшее сжатие внутренней ветви или волокна, если колонна сплошная, и наибольшее сжатие наружной ветви (волокна).

Для сквозной части колонны (нижней части) наибольшее сжатие (растяжение) можно установить по наибольшему значению приведенной нормальной силы:

Для сплошной части (верхней части) усилия устанавливаются по наибольшим сжимающим краевым напряжениям:

Приняв с=0,35•bв, приведем эту формулу к выражению условной нормальной силы:

bн - ширина нижней (или верхней) части колоны.

Для расчета значений приведенной нормальной силы составим таблицу 4.1.



Таблица 4.1 - Определение невыгодных сочетаний усилий в сечениях колонны

Сечения и элементы колоны	Индексы таблицы расчетных усилий	Усилия	Наружная ветвь	Внутренняя ветвь
		M, кН•м	N, кН	M/(bв 0,35) кН•м	N, кН	Nусл, кН	M/(bв 0,35) кН•м	N, кН	Nусл, кН
C	9	35.1	-695.7	-133.7	-695.7	-829.4	133.7	-695.7	-562.0
	10	-1055.8	-850.7	4022.1	-850.7	3171.4	-4022.1	-850.7	-4872.8
BC	9	405.2	-988.9	-1543.6	-988.9	-2532.5	1543.6	-988.9	554.7
	10	-424	-1211.1	1615.2	-1211.1	404.1	-1615.2	-1211.1	-2826.3
		M, кН•м	N, кН	M/bн , кН•м	N/2, кН	Nпр, кН	M/bн ,кН•м	N/2,кН	Nпр, кН
BA	9	87.1	-1128.7	-69.7	-564.35	-634.0	69.7	-564.35	-494.7
	10	-1019.7	-3182.7	815.8	-1591.35	-775.6	-815.8	-1591.35	-2407.1
A	9	1928.1	-3230.4	-1542.5	-1615.2	-3157.7	1542.5	-1615.2	-72.7
	10	-997.6	-1646.2	798.1	-823.1	-25.0	-798.1	-823.1	-1621.2
Анкерные болты	14	1679.8	-1597.7	-	-	-	1343.8	-798.85	545.0
	15	-1119.3	-864	895.4	-432	463.4	-	-	-

4.2 Расчет нижней части сквозной колоны

Сквозную колонну рассчитывают как ферму с параллельными поясами, предположив, что моменты и нормальные силы воспринимаются ветвями, поперечная сила - решеткой. Поэтому ветви колоны рассчитывают как центрально сжатые стержни.

При расчете колонн предварительно необходимо установить расчетные длинны нижней и верхней частей колонны в плоскости и из плоскости рамы, а для сквозных колонн - также расчетные длины ветвей и элементов решетки в двух плоскостях. Расчетные длины колонн в плоскости рамы определяют по формулам:

- для нижней части:

- для верхней части:

Коэффициент расчетной длины м1 для одноступенчатых колонн, закрепленых только от поворота, определябт по таблице 68 СНиПа в зависимости от соотношений:

, где

Силы F1 и F2 принимают наибольшими по величине при одних и тех же сочетаниях. Принимаем F1 = 3182,7 кН (Сечение ВА, индекс 10). При этом нормальная сила F1 в верхней части колонны должна соответствовать тем же загружениям. Получим F2=850,7 (Сечение С, индекс 10).

Для определения расчетных длин вычисляем отношения:

, тогда имеем

По таблице 68 [1] определим коэффициенты м1:

м1=1,76, ,

следовательно принимаем м2=3

Расчетные длины элементов колонны сведем в таблицу 4.1.

Таблица 4.2 - Расчетные длины элементов колонн, м

Элементы колонны	В плоскости момента х - х	Из плоскости момента у - у
Верхняя часть
Нижняя часть
Стержень
Ветви
Раскосы
Распорки

Рисунок 4.1 - К расчету нижней части колонны

Расчет подкрановой (внутренней) ветви. Расчетное усилие Nв= 2407,1 кН. Высота сечения должна быть в пределах:

1,25(0,3…0,5)=0,375…0,625м,

0,54…0,45 м.

Принимаем h= 550 мм. Коэффициент цх определим по приближенному значению гибкости:

,



По таблице 72[1] определяем цч=0,848, тогда:

Требуемую площадь сечения ветви определим по формуле:

Внутреннюю ветвь колонны компонуем из широкополочного двутавра 55Б1.

Его характеристики:

h=545,2мм, b=215 tц=9.2 мм, tf=13,7 мм, А=110 см 2; Iy=54480см 2; iy=22,3 см;

iy=4.55 см; Ix=2280см 2

Гибкости:

;

По вычисленным гибкостям определяем цy=0,806; 60,1/29,3=2,05

Проверим местную устойчивость пояса ветви:

;

,

следовательно, местная устойчивость пояса ветви обеспечена.

Проверим общую устойчивость ветви:



общая устойчивость подкрановой ветви обеспечена.

Рисунок 4.2 - Сечение нижней части сквозной колонны

Наружную ветвь рассчитываем на усилие Nн =3157,7кН.

Требуемая площадь ветви:

Принимаем сечение листа 500х16 мм;

Компонуем ветвь из двух уголков 160х12 мм; А=37,4 см2

Iy=376см 4; iy=3,17 см;

Ix1=913см 4; ix1=4,94см.

z =4.39 см.

Характеристики сечения:

50·1,6+2·37,4=154,8 см 2;



Координаты центра тяжести:

см;

тогда см.

.

,

Гибкости

; ;

тогда цmin=0,792

Устойчивость наружной ветви обеспечена.

Ранее приведенные усилия в ветвях определены в предположении, что нейтральная ось проходит посередине сечения, поэтому нормальная сила между ветвями распределялась поровну. Теперь, имея сечение ветвей можно определить точное положение нейтральной оси сечения после чего уточнить усилие в ветвях.

Определим центр тяжести всего сечения:

.

Корректируем усилия в ветвях с учетом фактического положения центра тяжести:

;

Устойчивость наружной ветви проверим повторно:

Устойчивость сечения обеспечена

Геометрические характеристики всего сечения:

.

;

;

.

;

;

Для проверки устойчивости колонны как целого стержня предварительно определяем сечение раскоса, который выполняют из одиночного уголка. Раскосы рассчитываются на большую поперечную силу Q: фактическую или условную Qfic.

Расчет раскоса производим на большую поперечную силу: расчетную Q=179,9 кН или условную определяемую по формуле:

, где

c=10,5; N - наибольшая сила в нижней части колонны, N=3230,4 кН. Коэффициент продольного изгиба определяем по гибкости лх= 1340/60,13=22,3, откуда ц= 0,955, следовательно

Расчетной является сила Q=179,9 кН ;

Тогда расчетное усилие в раскосе одной системы планок (sinб=0,856)

Требуемая площадь сечения раскоса при ц=0,7 и =0,75:

.

Принимаем уголок 80х7 мм Ar=10,8 см2; imin= 1,58см; ц= 0,595



.

устойчивость раскоса обеспечена.

Устойчивость нижней части колонны как целого стержня в плоскости действия момента поверяем по двум расчетным комбинациям усилий. Вычислим приведенную гибкость колонны по формулам:

Условная гибкость

Проверку устойчивости колонны как целого стержня производим в таблице 4.3. рама стропильный колонна балка

Таблица 4.3 - Проверка устойчивости колонны как целого стержня

Формула	Комбинация №1	Комбинация №2
N, кН	3182,7	3230,4
M, кН•м	1019,7	1928,1
yс, м	0,510	0,712
,м	0,32	0,60
, см
	2,14	2,14
(табл. 75 СНиПа)	0,542	0,474
Результат

Устойчивость колонны как целого стержня обеспечена.

4.3 Расчет верхней части колонны

Расчетными усилиями M и N являются те, которые вызывают наибольшее сжатие крайнего волокна колонны в сечениях C или BC.

Эти усилия будут равны:

· Для сечения С - сочетание 1', 2',3', 5', 8':
M=-1055,8 кН•м и N=-850,7 кН•м;

· Для сечения ВС - при том же сочетании 1', 2',3', 5', 7':
M=405,2 кН•м и N=-988,9 кН•м

· Расчетная поперечная сила: Q = -131,7 кН.

Требуемую площадь верхней части колонны приближенно устанавливают по формуле:

,

Предварительно вычислим радиус инерции:

,

откуда , следовательно цx=0,828



Тогда .

Наибольший по абсолютной величине момент на опоре ригеля (cм. таблицу машинного расчета) M=1049,3 кН•м, при высоте ригеля в осях 3,15 м получим перерезывающую силу:

При высоте стенки hw = 75 - 5 = 70 см, толщина стенки из условия прочности на срез:

Принята tw = 8 мм.

Площадь сечения пояса:

Принято сечение:

- пояса 360х20 мм

- стенка 710х8 мм

Геометрические характеристики принятого сечения:



Местная устойчивость пояса обеспечена, поскольку

Проверка прочности сечения:

Прочность проверяем по формуле, при с = 1,04:

Прочность обеспечена.

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия изгибающего момента.

Определим относительный эксцентриситет по максимальному моменту в верхней части колонны M=1055,8 кН•м

.

При и по таблице 73 [1] имеем:

Тогда приведенный эксцентриситет

, откуда по таблице 74 [1] це=0,197

Устойчивость обеспечена так как

Проверка устойчивости колонны из плоскости действия момента. Относительный эксцентриситет вычисляем по большему изгибающему моменту в средней трети колонны, но не менее половины максимального:

кН•м, что больше 0,5•1055,8=527,9 кН•м;

По имеем цy=0,844. Поскольку и mx<5, то коэффициент с вычисляем по формуле:

;

Где ; ;

тогда

Устойчивость колонны из плоскости действия момента обеспечена, так как:

.

Местная устойчивость стенки считается обеспеченной, если ее гибкость не больше предельной гибкости стенки. Поскольку , то предельная гибкость стенки зависит от параметра б:

;

Тогда ;

Согласно [1] при б>1 устойчивость стенки следует проверять по формуле:

;

Местная устойчивость стенки обеспечена.

4.4 Расчет сопряжения верхней части колонны с нижней

Расчет сводится к тому, чтобы установить основные размеры подкрановой траверсы и толщины сварных швов.

Расчетной схемой траверсы является балка на двух опорах, загруженная крановым давлением Dmax и усилиями M и N, которые вызывают наибольшее сжатие внутреннего пояса колонны в сечении BC.

Торец колонны фрезерован, тогда толщину траверсы принимаем из условия ее прочности на торцевое смятие

Принимаем t = 18 мм.

Высота траверсы

,

Принимаем hw = 0,75м.

Определим приведенные силы и опорные реакции.



,

,

Принимаем полуавтоматическую сварку проволокой марки СВ-08ГА, , , расчетные сопротивления , .

Так как , то расчет ведем по металлу шва.

,

где B - опорная реакция от силы F; t1 - толщина стенки двутавра подкрановой ветви, t1 = 9,2мм.

,

Принимаем kf = 6 мм.

Толщину сварных швов k1 определяют из условия среза их силой F:

,

Принимаем

Катет шва рассчитывают на большую силу A или F':

,

Принимаем

Поперечное сечение траверсы проверяют на изгиб от момента M0 и на срез от большей силы A, B или F'.

Вычислим геометрические характеристики сечения:

Определим положение центра тяжести

Откуда:

Рисунок 4.3 - Узел и расчетная схема сопряжения верхней части колоны с нижней



Толщину горизонтальных швов определяют, как в балке, по большей поперечной силе:

здесь 53·1,4·40,79=3026,6см3 - статический момент нижнего пояса относительно нейтральной оси;

Толщину горизонтальных швов принимаем равной 6мм.

Толщину шва kf3 рассчитывают на сжимающее усилие Nf в поясе балки пролетом, равным bн, и высотой сечения hw.

где WВ.П. - момент сопротивления,

,

принимаем катет шва равным 6 мм.

Передача усилий от верхней части колонны к нижней осуществляется через фрезерованные торцы колонн и стыковую сварку. Растягивающие напряжения не должны превышать Rwy=184МПа для полуавтоматической сварки. Напряжения необходимо проверить для обоих поясов соответственно по усилиям M, N и M', N'.

Геометрические характеристики сечения верхней части колонны:

5698,8 см3, 200,8 см2

Получим:

Прочность соединения верхней части колонны с траверсой обеспечена.

4.5 Расчет базы колонны

Базу рассчитываем на центральное сжатие от максимальных усилий. В уровне верхнего обреза фундамента действуют усилия (сечение А):

1) Внутренняя:

2) Наружная:

Сжимающие усилия для расчета наружной и внутренней баз определяют по формулам:

,

Определяем размеры опорных плит конструктивно принимая:

Длину плит определяем из условия прочности бетона на сжатие.

Для наружной ветви:

Принимаем

,

Уточняем:

Принимаем

Для внутренней ветви:

Принимаем

,

Уточняем:



Принимаем

Расчет плит производим по фактическому давлению её на фундамент:

,

,

Проверка:

,

,

Толщину плиты определяют по наибольшему в ней моменту по формуле:

,

Определим максимальные моменты во внутренней и наружной плите.

Для наружной ветви:

1) Консоль:

2) Опирание по 3-м сторонам(рис.4.4а): в/с=160/167=1,04,



3) Опирание по 3-м сторонам(рис.4.4.б): в/с=190/167=1,14,

Принимаем толщину плиты 30мм(ГОСТ 82-70).

Для внутренней ветви:

1) Консоль:

2) Опирание по 3-м сторонам(рис.4.4в): в/с=136/167=0,72,

Принимаем толщину плиты 25мм(ГОСТ 82-70).

Высота траверсы при толщине 12 мм, определяем из условия размещения сварных швов, необходимых для передачи усилия с ветви на траверсу:

Для наружной ветви:

,

Задаемся толщиной вертикальных швов мм

Для внутренней ветви:

.

.

Принимаем высоту траверсы .

Горизонтальные швы рассчитываем по формуле:

Предварительно определим суммарную длину горизонтальных швов для каждой из траверс:

- для наружной ветви: , откуда

- для внутренней ветви, получим

.

Рисунок 4.5 - Раздельная база сквозной колонны

4.6 Расчет анкерных болтов

Анкерные болты работают на растяжение. Их оси совмещают с центрами тяжести ветвей колоны, что исключает работу ветвей на изгиб. Усилия в наружном и внутреннем болте определим по формулам:

Сечение болтов определяем по формуле:

принимаем анкерный болт диаметром 36 мм с площадью Abn=8,16 см2

принимаем анкерный болт диаметром 36 мм с площадью Abn=8,16 см2



5. Расчет ригеля рамы

5.1 Определение усилий в стержнях

Усилия в стержнях ригеля определяем от постоянной и снеговой нагрузок:

,

,

а также от опорных моментов, возникающих в раме в результате жёсткого соединения ригеля с колоннами:

При узловой передаче нагрузки усилия в ригеле определяются методом вырезания узлов. Для определения усилий в ферме от опорных моментов строится диаграмма усилий от положительного единичного момента, приложенного на левой опоре, который заменяется парой сил:

,

Усилия в любом стержне фермы от опорных моментов вычисляются по формуле:



а в нижнем поясе с учётом нормальной силы по формуле:

Рисунок 5.1 - Диаграмма усилий от вертикальной нагрузки

Рисунок 5.2 - Диаграмма усилий от единичного момента на левой опоре

Рисунок 5.2 - Диаграмма усилий от единичного момента на правой опоре

Таблица 5.1 - Определение расчетных усилий в стержнях фермы

5.2 Подбор сечений стержней

Предварительно назначаем тип сечения - уголки, и устанавливаем согласно нормам расчетные длины и предельные гибкости элементов.

Таблица 5.2 - Расчетные длины и предельные гибкости стержней ферм

Примечание. l - геометрическая длина стержня; l1 - расстояние между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы.

Подбор сечений стержней фермы

Сжатые стержни.

Подбор сечений и проверку их устойчивости производим по формулам:



, .

При этом коэффициент , для сжатых элементов решетки из парных уголков (кроме опорных раскосов) при гибкости л ? 60..0,8

Задавшись ц = 0,7..0,9, из условия устойчивости находи требуемую площадь:

По сортаменту подбирают подходящий профиль и вычисляем гибкости в двух плоскостях

,

По большей гибкости находим ц, проверяем устойчивость и при необходимости корректируем сечение, добиваясь более полного использования материала.

Таблица 5.2 - Расчет сечений стержней стропильной фермы



5.3 Расчет узлов фермы

В целях унификации принимаем следующие типоразмеры профилей:

1. Верхний пояс - тавр 25ШТ3;

2. Нижний пояс - тавр 25ШТ3;

3. Раскосы:

опорный- парный уголок 160х14;

растянутые и сжатые - парный уголок 140х9;

4. Стойки - парный уголок 70х6.

Узел 1 (верхний монтажный узел).

Длина швов для 2 - а:

,

,

Количество высокопрочных болтов

(см. п. 11.13 СНиП II-23-81*)

Принимаем 4 болта диметром 20мм, Abn = 2,45см2, класс прочности болтов 4.6. Минимальное расстояние между болтами 2,5d, до края 2d.

Принимаем размеры пластины 300x320.

Длина шва для крепления фасонки к пластине



,

Тогда катет шва:

1) Узел II (нижний монтажный узел)

Расчет сварных швов, соединяющих опорную фасонку с опорным листом. Толщина углового шва, необходимого для восприятия давления Fоп , сжимающего усилия Hc и момента M = Hc•e:

,

где

,

,

,

,



Для раскоса а-б:

,

.

Конструктивно принимаем 8 болтов диметром 20мм Abn = 2,45см2, класс прочности болтов 4.6, расчетное сопротивление растяжению Rbt = 170 МПа.

Конструктивно принимаем толщину опорной планки t = 20мм.

Рассчитаем опорную планку на смятие:

,

Опорный столик рассчитывают на срез опорным давлением 1,5Fоп.

При длине столика l = 300 мм, толщина шва:

,

Несущую способность болтового соединения:

,

,

Принимаем kf=t-2=9-2=7 мм (парный уголок 140х9), kf=4 мм (парный уголок 70х6).

Длины швов по обушку и перу будут определены из условий:

:

,

,

,

,

,

,

,

Принимаем .

Рис. 5.5 - Детали промежуточного узла

Узел IV

Стойка в-г:

Nв-г=207 кН

Принимаем kf= t-2=6-2=4 мм (уголок 70х6).

Длины швов по обушку и перу будут определены из условий:

,

,

Узел VI

Принимаем:

kf=t-2=14-2=12 мм (парный уголок 160х14),

kf = t-2=9-2=7 мм (парный уголок 140х9).

Длины швов по обушку и перу будут определены из условий:

- для усилия :

,

,

- для усилия

,

,

,

,



,

,

,

Принимаем .

Укрупнительные узлы

2) Узел VII (Верхний укрупнительный узел)

Усилия в поясе между полкой и вертикальной стенкой распределяются прямо пропорционально площади сечения полки и стенки

,

,

Длина верхней накладки

,

Длина косых швов

,

Сжимающее напряжение

,

,



,

Число высокопрочных болтов

(см. п. 11.13 СНиП II-23-81*). Принимаем 4 болта диметром 30 мм, Abn = 5,2 см2, класс прочности болтов 4.6

Рис. 5.8 - Детали верхнего укрупнительного узла

3) Узел V (Нижний укрупнительный узел).

,

,

Длина нижней накладки

,

Длина косых швов

,

Сжимающее напряжение

,

,

,

Число высокопрочных болтов

(см. п. 11.13 СНиП II-23-81*)

Принимаем 4 болта диметром 24 мм, Abn = 3,2 см2, класс прочности болтов 4.6.

Определяем длины швов:

:



,

,

Рис. 5.9 - Детали нижнего укрупнительного узла



6. Выбор защитного покрытия металлоконструкций от коррозии

Не защищённая от действия влажной атмосферы, а иногда (что ещё хуже) атмосферы, загрязнённой агрессивными газами, сталь коррозирует (окисляется), что постепенно приводит к её полному разрушению. При неблагоприятных условиях это может произойти через два-три года. Хотя алюминиевые сплавы обладают значительно большой стойкостью против коррозии, при неблагоприятных условиях они также коррозируют. Хорошо сопротивляется коррозии чугун.

Повышение коррозионной стойкости металлических конструкций достигается включением в сталь различных легирующих элементов, периодическим покрытием конструкций защитными плёнками (лаки, краски и т.п.), а также выбором рациональной конструктивной формы элементов (без щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль), удобной для защиты и очистки.

Для отапливаемого здания защиту от коррозии производить лакокрасочными покрытиями по группе In - 2(55) лаками ПФ - 171 (ГОСТ 5494 - 71*) по грунтовке ГФ - 020 (ГОСТ 25129*).

Лакокрасочное покрытие представляет собой органический состав, включающий различные пигменты и наполнители, который при высыхании образует тонкий защитный слой на поверхности. Толщина этого слоя может варьироваться от десятков до сотен микрометров в зависимости от области применения покрытия.

При проведении всего цикла работ важно соблюдать ряд обязательных требований, чтобы покрытие впоследствии было качественным и прослужило максимально долго:

· проводить работы по сухой, чистой поверхности, защищенной от попадания влаги и пыли;

· исключить большой разрыв между этапом подготовки поверхности и этапом нанесения финишного слоя;

· каждый новый слой грунтовки или эмали наносить, выдержав необходимый интервал времени для просыхания предыдущего;

· выбирать ЛКП, исходя из состава и состояния металла и условий эксплуатации - температуры, влажности, перепадов температур, наличия инея или соляного тумана.



Список литературы

1. СНиП - 11-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования. - М., 1986.СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. Введ. 01.01.1987. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 36с.

2. Чепурной И. Н. Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания. Ч.1. - Гомель, 1992.

3. Чепурной И. Н. Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания. Ч.2. Подкрановые балки - Гомель, 1992.

4. Чепурной И. Н. Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания. Ч.3. Стропильные фермы - Гомель, 1981.

5. Чепурной И. Н., Залеева В. Д. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования по строительным конструкциям. - Гомель, 1988.

6. Беленя Е. И. и др. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1986

7. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.: Стройиздат, 1986.

Размещено на Allbest.ru