Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

Казанская государственная архитектурно-строительная академия

Кафедра металлических конструкций

и испытания сооружений

Пояснительная записка к курсовой работе

На тему:”Стальной каркас одноэтажного производственного здания”

Выполнил: Ст.гр.03-405

Руководитель проекта:

Ефимов О.И.

Казань 2005

Содержание

1. Общие замечания по выполнению курсового проекта.

1.1 Исходные данные

2. Компоновка конструктивной схемы каркаса

2.1 Поперечная система каркаса

2.2 Продольная система каркаса

3. Расчет и конструирование подкрановых конструкций

3.1 Определение действующих нагрузок. Расчетные внутренние усилия.

3.2 Подбор сечения бисимметричной сплошной подкрановой балки. Компоновка сечения тормозной конструкции

3.3 Проверка принятого сечения подкрановой конструкции

4.Статический расчет рамы.

4.1 Нагрузки на раму

4.1.1 Расчетные постоянные нагрузки

4.1.2 Расчетная снеговая нагрузка

4.1.3 Нагрузка от мостовых кранов

4.1.4 Ветровая нагрузка

4.2 Статический расчет рамы. Определение расчетных внутренних усилий

5.Расчет и конструирование стропильной фермы

5.1 Нагрузки на ферму

5.2 Подбор сечений стержней стропильной фермы

5.2.1 Подбор сечения сжатых стержней

5.2.2 Подбор сечения растянутых стержней

5.3 Расчет узлов стропильной фермы

6. Расчет и конструирование ступенчатой колонны

6.1 Определение расчетных длин участков ступенчатой колонны

6.2 Расчет и конструирование надкрановой части колонны

6.3 Расчет и конструирование нижней части колонны

6.4 Расчет и конструирование стыка верхней части колонны с нижней

6.5 Расчет и конструирование баз колонны

6.6 Расчет анкерных болтов

Список используемой литературы

1. Общие замечания по выполнению курсового проекта

В данном проекте предусматривается разработка стального каркаса одноэтажного производственного здания. Расчету и конструированию подлежат:

· Подкрановые конструкции;

· Стропильная ферма покрытия;

· Ступенчатая внецентренно-сжатая колонна.

1.1 Исходные данные

Пролет цеха: 36м.

Грузоподъемность мостового крана: 32/5 т.

Отметка верха кранового рельса: 14,2 м.

Шаг колонн: 6 м.

Несущая конструкция кровли: ж/б плиты.

Длина здания: 252 м.

Класс бетона фундамента: В 15

Место строительства: Томск

Утеплитель: пенопласт

Марка стали для рам: ВСт3сп

Марка стали под подкрановые балки: 18Гсп

2. Компоновка конструктивной схемы каркаса

При проектировании каркас производственного здания обычно расчленяется на две системы - поперечную и продольную, работа в каждой из них под нагрузкой принимается независимой. В состав этих систем включают конструкции, работа которых является определяющей для данной системы.

2.1 Поперечная система каркаса

В поперечную систему - раму включают только колонны и ригели покрытия. Рама образуется двумя жестко заделанными в фундамент ступенчатыми колоннами и ригелем - жестко опертой стропильной фермой. Стропильная ферма - ферма с трапециевидными поясами.

Определим вертикальные размеры рамы и ее элементов, привязывая размеры к уровню чистого пола.

Размер h1 =14200 мм - отметка верха кранового рельса.

Размер h2 - диктуется вертикальными габаритами мостового крана:

h2 = (hc + 100) + a,

где: hс = 2750 мм. - габаритный размер крана от верха подкранового рельса до верхней точки тележки мостового крана; 100мм - зазор между этой точкой и низом стропильной фермы; а = 200-400мм - возможный прогиб конструкции.

h2 = (2750 + 100) + 400 = 3250мм.

h2 = 3400мм.

Полезная высота цеха:

H = h1 + h2 = 14200 + 3400 = 17600мм.

H = 18000мм.

Высота верхней части колонны:

hu = hb + hr + h2

где hb = 600 мм - высота подкрановой балки; hr = 120 мм - высота рельса.

hu = 600 + 120 + 3400 = 4120мм

Высота нижней части колонны:

hd = H - hu + (500-800мм)

hd =18000 - 4120 + 600 = 14480 мм.

Общая высота колонны:

h = hu + hd = 4120 + 14480 = 18600мм

Размер hf =2220 мм - высота колонны у опоры ригеля.

Далее устанавливаем горизонтальные размеры с привязкой их к разбивочным осям. Привязка наружной грани колонны к разбивочной оси - b0 = 250мм.

Ширина верхней части колонны назначается из конструктивных соображений:

bu = b0 + 200мм = 250 + 200 = 450 мм

Ширина верхней части колонны из условия обеспечения необходимой изгибной жесткости:

bu 1/12 hu

450 343.33мм.

Расстояние от оси колонны до оси подкрановой балки.

B1 + (bu - b0) + 75мм),

где B1 = 300мм - часть кранового моста, выступающая за ось рельса; 60-75 мм - зазор между краном и колонной.

300 + (450 - 250) + 75 = 575мм

= 750мм.

Ширина нижней части колонны:

bd = + b0 = 750 + 250 = 1000 мм

bd 1/20 hd

1000 724мм.



2.2 Продольная система каркаса

В продольную систему каркаса входят колонны, подкрановые балки, вертикальные связи и те из продольных элементов, которые выполняют роль связевых, обеспечивая устойчивость и неизменяемость каркаса в продольном направлении. В продольной системе колонны проектируются шарнирно опертыми на фундамент, при этом геометрическая неизменяемость обеспечивается постановкой по колоннам вертикальных связей. Вертикальные связи по колоннам проектируются двух типов: основные, располагаемые по всей высоте колонны от верхнего конца до фундаментов; верхние, располагаемые в пределах верхних участков колонн от верха подкрановых балок.

Основные связи следует располагать в средней части здания или температурного блока здания.

Верхние связи устанавливают по краям здания или температурного блока, а также в тех местах, где расположены поперечные горизонтальные связи между ригелями покрытия. Рекомендуется применение связей с обычной крестовой решёткой. Примыкание связей к колоннам осуществляется по оси колонны при условии, что ширина колонны не превышает 600мм. При большей ширине колонны и при сквозных колоннах применяются парные связи, примыкающие к каждой полке или к каждой ветви колонны.

Связи по покрытию предусматриваются: в уровне верхних поясов стропильных ферм; в уровне нижних поясов стропильных ферм; вертикальные связи между стропильными фермами.

Связи по верхним поясам стропильных ферм состоят из продольных элементов - распорок и горизонтальных поперечных связевых ферм. Последние помещают по торцам здания или температурного блока. Узлы связевых ферм должны совпадать с узлами стропильных ферм. Коньковые узлы раскрепляются распорками.

Связи по нижним поясам стропильных ферм состоят из горизонтальных поперечных и продольных связевых ферм. Поперечные связевые фермы по нижним поясам ставятся под поперечными связевыми фермами по верхним поясам стропильных ферм.

Вертикальные связевые фермы располагают и местах установки поперечных связевых ферм.

3. Расчет и конструирование подкрановых конструкций

К подкрановым конструкциям относятся:

· подкрановые балки;

· тормозные балки;

· вертикальные и горизонтальные связи, обеспечивающие необходимую жесткость и неизменяемость конструкции;

· крановые рельсы с креплениями и упорами.

Подкрановые балки работают на подвижную динамическую нагрузку от мостовых кранов, воспринимая большие сосредоточенные силы давления крановых колес и испытывая одновременное воздействие вертикальных и горизонтальных (от торможения крановой тележки) нагрузок.

3.1 Определение действующих нагрузок. Расчетные внутренние усилия

Расчет подкрановой балки обычно производят на совместное действие двух сближенных кранов с грузовыми тележками, тормозящими вблизи балки.

Расчетные значения вертикальных и горизонтальных крановых нагрузок определяют по формулам:

F = Fn f h kd1 ;

T = Tn f h kd2 ,

где Tn= T0/n0..

Здесь Fn =320 кН - нормативная сила вертикального давления колеса крана на рельс; f = 1.1 - коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок; n = 0.95 - коэффициент надежности по ответственности; kd1 =1.1 и kd2 =1 - коэффициенты динамичности; = 0.85 - коэффициент сочетаний; Tn - нормативная горизонтальная нагрузка, приходящаяся на одно колесо крана; T0 - полная нормативная горизонтальная нагрузка, вызываемая торможением тележки крана; n0 = 2 - число колес с одной стороны крана. T0 определяется по следующей формуле:

T0 = (Q + G),

где, = 0.05; Q = 320 кН - грузоподъемность крана, G = 554 кН - полный вес крана с тележкой.

T0 = 0.05 (320 + 554) = 0.05*874 = 43.7 кН

Tn = 43.7 / 2 = 21.85 кН

F = 320*1.1*0.95*1.1*0.85 = 312,66 кН=31266кг

T = 21.85*1.1*0.95*1*0.85 = 19,4 кН=1940кг

Максимально возможные внутренние усилия в подкрановой балке:

Максимально возможный изгибающий момент в разрезной балке, нагруженной системой взаимосвязанных подвижных грузов, возникает в том случае, если равнодействующая этой системы грузов и ближайший к ней груз равноудалены от середины пролета балки. Максимальный изгибающий момент возникает в этом случае в сечении под этим грузом (правило Винклера).

Для определения максимально возможной перезывающей силы в балке от вертикальной нагрузки, краны располагают таким образом, чтобы одно из колес находилось непосредственно над опорой, а остальные - как можно ближе к ней.



Эпюры внутренних усилий.

M,кН*м

 Q,кН

Расчетные внутренние усилия в балке от действия вертикальных крановых нагрузок с учетом собственного веса подкрановых конструкций MF и QF получают умножением величин Mmax и Qmax на коэффициент 1 = (1.05 1.07).

MF = Mmax * 1 = 759,76 * 1.05 = 797,752 кН*м

QF = Qmax * 1 = 250,128 * 1.05 = 262,634 кН=26263,4кг

Расчетные изгибающий момент MT и перерезывающая сила QT от горизонтальной нагрузки, вызываемой торможением тележки, определяются по формулам:

MT = (T / F)* Mmax = (19,4 / 312,66)* 797,752 = 49.4 кН*м

QT = (T / F)* Qmax = (19,4 / 312,66)* 262,634 = 16.29 кН

3.2 Подбор сечения бисимметричной сплошной подкрановой балки

Компоновка сечения тормозной конструкции.

Подбор сечения начинается с определения требуемого момента сопротивления крайних фибр:

где Ry =230 МПа - расчетное сопротивление по пределу текучести стали поясов, ?с =0.9 - коэффициент условий работы.

Затем назначаются ориентировочные значения t? и h:

где

Здесь B = 6м - пролет подкрановой балки.

Из условия наименьшего расхода стали определяется оптимальная высота балки:

Принимаем высоту стенки:

h = 560 мм.

Далее устанавливается минимальная толщина стенки из условия среза:

Ry =240 МПа

где RS = 139,2МПа =1421- расчетное сопротивление сдвигу стали стенки;

Кроме этого, толщина стенки должна удовлетворять условиям:

 и

Итак, имеем:

Принимаем толщину стенки балки:

Ориентировочная площадь сечения поясного листа балки:

Принимаемые размеры полки должны удовлетворять условиям;

;

;

Окончательно принимаем следующие размеры сечения поясных листов подкрановой балки:

tf = 16мм;

bf = 400мм.

В состав тормозной конструкции (балки) входят верхний пояс подкрановой балки, горизонтальный лист, поддерживающий швеллер. Тормозные балки при ширине до 1.25-1.5м (расстояние от оси подкрановой балки до грани поддерживающего швеллера) обычно проектируют со стенкой из рифленого листа (ГОСТ 8568-57* «Сталь листовая рифлёная») толщиной tsh = б-8 мм с рёбрами жёсткости из полосовой стали, расположенными через 1.5м по длине балки (ширина ребра не менее б5мм, толщина не менее 6мм). Ширина тормозной балки назначается из конструктивных соображений. Поддерживающий швеллер №16 при шаге колонн 6м обычно располагается наружной гранью стенки по наружной грани колонны (если не предусматриваются фахверковые стойки).

3.3 Проверка принятого сечения подкрановой конструкции

По назначенным размерам сечения подкрановой конструкции вычисляются фактические геометрические характеристики поперечного сечения подкрановой балки:

1. A - площадь поперечного сечения:

2. Sx - статический момент полусечения относительно оси X-X:

3. Sf - статический момент верхнего пояса относительно оси X-X:

4. Jxn - момент инерции сечения нетто относительно оси X-X:

5. Wxn - момент сопротивления крайних фибр сечения нетто относительно оси X-X:

6. Jy1n - фактический момент инерции сечения тормозной балки относительно центральной оси Y1-Y1;

Для упрощения последующих расчётов, несколько в запас прочности, общепринято условно считать, что на восприятие вертикальных крановых нагрузок работает только подкрановая балка, а на восприятие горизонтальных крановых нагрузок - только тормозная конструкция. При этом если специальная тормозная конструкция отсутствует, её роль выполняет верхний пояс подкрановой балки.

Расчет по первой группе предельных состояний.

1) Проверка уровня максимальных нормальных напряжений в крайних от колонны фибрах

Здесь Ry - расчетное сопротивление по пределу текучести материала пояса подкрановой балки, определяемое при фактической его толщине.

2) Проверка уровня максимальных касательных напряжений у опор балки

где RS = 2295 кг/см2 - расчетное сопротивление сдвигу материала стенки, определяемое при фактической её толщине.

3) Проверка уровня местных вертикальных нормальных напряжений в стенке под колесом крана

где ?f1 = 1.1 - дополнительный коэффициент надежности, учитывающий возможное перераспределение нагрузки между колёсами и повышенную динамичность в местах стыков рельсов;

- расчетная сила вертикального давления колеса без учета коэффициентов динамичности и сочетаний;

F' = 320*1.1*0.95 = 334.4 кН=33,44т

=см

- условная длина распределения местного давления, здесь J1f - сумма моментов инерции сечений верхнего пояса балки и кранового рельса относительно собственных горизонтальных центральных осей.

4) Проверку уровня приведенных напряжений в стенке в уровне верхнего поясного шва следует производить в двух сечениях при соответствующих положениях кранов: в опорном с Qmax; в пролётном с Mmax. При кранах с группами режимов работы до 6К включительно:

- в пролётном сечении

где: ?x - нормальные напряжения изгиба в стенке на уровне верхнего поясного шва, для бисимметричной балки:

- нормальные напряжения, перпендикулярные оси балки.

- среднее касательное напряжение в стенке, QM =281,394кН - поперечная сила в сечении с максимальным изгибающим моментом Mmax при соответствующем положении кранов; здесь Ry и Rs - расчетные сопротивления, определяемые при фактической толщине стенки;

;

в опорном сечении аналогично при ?x =0



здесь - среднее касательное напряжение в стенке в опорном сечении.

5) Проверка обеспечения общей устойчивости бисимметричной подкрановой балки при наличии тормозной конструкции не производится (общая устойчивость обеспечена), если ширина тормозной конструкции (расстояние от внутреннего края верхнего пояса балки до наружной грани поддерживающего швеллера) h1 = 120см >B/16 (B - пролёт балки).

6) Проверка обеспечения местной устойчивости элементов сечения подкрановой балки производится так же, как для обычных балок. Отличие состоит в том, что при решении вопроса об устойчивости стенки необходимо рассматривать несколько положений кранов (грузов) на балке, наихудшим образом загружающих рассматриваемые отсеки.

Местная устойчивость верхнего сжатого пояса обеспечена и не требует специальной проверки. Перед решением вопроса об устойчивости стенки нужно убедиться в необходимости постановки поперечных основных рёбер жёсткости, а также, в необходимости проведения самой проверки устойчивости. Условная гибкость стенки

>2.2

поэтому её следует укреплять поперечными основными рёбрами жёсткости, кроме того , поэтому проверка обеспечения местной устойчивости стенки не требуется.

Максималное расстояние между поперечными основными ребрами

Принемаем 100см

Ширина выступающей части парных симметричных ребер

Принемаем 90мм

Толщина

Принемаем 0.7мм.

7) Проверку выносливости верхней зоны стенки сварной подкрановой балки производят при действии на неё нагрузок только от одного крана, располагаемого по правилу Винклера таким образом, чтобы в одном из сечений балки появлялся максимально возможный изгибающий момент. Кроме этого, при расчётах на выносливость вертикальная сила давления колеса на рельс определяется с пониженным нормативным значением по формуле:

где Fn = 320кН - нормативная нагрузка колеса крана на рельс; k =1.0 - коэффициент понижения нормативного значения нагрузки; ?f1 = 1.1 - дополнительный коэффициент надежности, учитывающий возможное перераспределение нагрузки между колёсами и повышенную динамичность в местах стыков рельсов; ?n = 0.95 - коэффициент надежности по ответственности:

Выносливость верхней зоны стенки подкрановой балки для кранов с группами режимов работы до 6К включительно проверяется по формуле:

где: ?max - максимальные сжимающие напряжения у верхней границы стенки при изгибе, для бисимметричной балки:

где ?1 =1.06; MF”,max =50160тсм - максимальный изгибающий момент; ? = 1.1 - коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений;.R? = 1220кг/см2 - расчетное сопротивление усталости; - коэффициент, отражающий вид напряжённого состояния и асимметрию цикла, характеризуемую коэффициентом асимметрии ?(для разрезных подкрановых балок ? = 0,1).

Расчет по второй группе предельных состояний заключается в определении наибольшего прогиба подкрановой балки при действии на неё вертикальных крановых нагрузок от одного крана по формуле:

где: Mn,max = 480кНсм - наибольший возможный изгибающий момент в балке от нормативной вертикальной крановой нагрузки; ; - предельный относительный прогиб, равный l /250;

4.Статический расчет рамы

4.1 Нагрузки на раму

4.1.1 Расчетные постоянные нагрузки

При расчете рамы следует установить расчетные постоянные нагрузки от массы ограждающих и несущих конструкций, расчетные временные, технологические и атмосферные нагрузки.

Нагрузка от массы всех ограждающих и несущих конструкций покрытия принимается равномерно распределенной по длине ригеля. Обычно величина этих нагрузок определяется в табличной форме.

Наименование нагрузки	Нормативная giн, кг/см2	Коэффициент надёжности по нагрузке, fi	Расчётная, gi, кг/см2
1	2	3	4
Гравийная защита	4*10-3	1,3	5,2*10-3
Гидроизоляционный ковёр из 3-х слоёв рубероида и одного слоя пергамина	1,6*10-3	1,3	2,08*10-3
Асфальтовая стяжка t=20 мм, =1800 кг/м3	3,6*10-3	1,3	4,48*10-3
Пенопласт, t=500 мм, =125кг/м3	6.25*10-5	1,3	8.125*10-5
Пароизоляция из одного слоя рубероида	0,4*10-3	1,3	0,52*10-3
Сборные ж/б плиты из тяжелого бетона	1,6*10-3	1,1	17,6*10-3
ИТОГО:			0.029961

Собственный вес стальных конструкций: 0,03882т/м

Расчетная постоянная погонная нагрузка на ригель рамы

g = g0 B n

g = 0,029961*600*0.95+0,3882 = 17.45 кг/см

4.1.2 Расчетная снеговая нагрузка

При расчете рамы нагрузка от веса снега принимается равномерно распределенной по длине ригеля. Нормативное значение снеговой нагрузки на 1 м2 горизонтальной проекции покрытия определяют по формуле:

Sn = S0 ,

где, S0 = 150кг/м2 - нормативное значение веса снегового покрытия на 1 м2 горизонтальной поверхности земли; =1 - коэффициент перевода веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Sn = 150*1 = 150кг/м2;

Расчетную снеговую нагрузку на ригель рамы определяют по формуле:

S = f Sn B n ,

где, f = 1.4 - коэффициент надежности по нагрузке для снеговой нагрузки; n = 0.95.

S = 1.4*150*6*0.95 = 1197 кг/м.

4.1.3 Нагрузка от мостовых кранов

Вертикальное давление подкрановых конструкций на рассматриваемую раму определяют от двух сближенных кранов при их невыгодном для колонны расположении. Считается, что грузовые тележки максимально приближены к одной стороне рамы.

Наибольшее расчетное вертикальное давление на колонну рамы, ближайшую к грузовым тележкам, определяется по формуле:

Dmax =F yi + GП.К.

где, F = 31266кг - расчетное значение вертикальной нагрузки; GП.К.- вес подкрановой конструкции,

Dmax = 31266*1.95+ 1225 = 62193,7кг

Наименьшее расчетное вертикальное давление на противоположную колонну рамы:

Dmin = kd1 f h Fn min yi + GП.К.;

где f = 1.1 - коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок; n = 0.95 - коэффициент надежности по ответственности; kd1 =1.1 - коэффициент динамичности; = 0.85 - коэффициент сочетаний; Fn min - вертикальная нормативная сила минимального давления крана на рельс, определяемая по формуле:

Dmin = 0.85*1.1*1.1*0.95*11700*1.95+ 1225 = 23517кг.

Расчетное горизонтальное давление на колонну рамы Tk от торможения тележек кранов с грузом определяется, как произведение горизонтальной крановой нагрузки на сумму ординат линии влияния:

Tk = 1807*1.95= 3523,65кг.

4.1.4 Ветровая нагрузка

Расчетные значения статической составляющей ветровой погонной нагрузки с наветренной и подветренной сторон на колонны рамы определяют по формулам:

= n f 0 kcB

' = n f 0 kc'B

где: n =0.95 - коэффициент надежности по ответственности; f =1,4 - коэффициент надежности по нагрузке для ветровой нагрузки; 0 = 38 кг/м2 - нормативное значение ветрового давления, для данного района строительства; k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; с = 0.8 и с' = 0.6 - аэродинамические коэффициенты для наветренной и подветренной сторон соответственно.

5 = 0.95*1.4*38*0.5*0.8*6 = 121.3кг/м

10 = 0.95*1.4*38*0.65*0.8*6 = 157.7 кг/м

20 = 0.95*1.4*38*0.85*0.8*6 = 206.2 кг/м

40 = 0.95*1.4*38*1.1*0.8*6 = 266.8кг/м

'5 = 0.95*1.4*.38*0.5*0.6*6 = 90.9 кг/м

'10 = 0.95*1.4*38*0.65*0.6*6 = 118.3 кг/м

'20 = 0.95*1.4*38*0.85*0.6*6 = 154.6 кг/м

'40 = 0.95*1.4*38*1.1*0.6*6 = 200кг/м

4.2 Статический расчет рамы. Определение расчетных внутренних усилий

Учитывая возможную изменчивость нагрузок от собственного веса в меньшую сторону от нормативных, при расчете анкерных болтов все постоянные нагрузки должны приниматься с коэффициентом надежности по нагрузке ?f = 0.9.

Для выполнения этого условия в курсовом проекте внутренние усилия в опорном сечении колонны от загружения рамы постоянными нагрузками должны быть умножены на понижающий коэффициент.

Снег

Снег слева

Dmax слева

Dmax справа

Торможение у левой колонны влево

Торможение у правой колонны вправо

Торможение у левой колонны вправо

Торможение у правой колонны влево

Снег справа

Собственный вес

Ветер

Принятые правила знаков внутренних усилий:

M+ растянутые волокна элемента расположены внутри контура рамы;

N+ растягивает элемент;

Q+ вращает отсеченную часть элемента по часовой стрелке.

5.Расчет и конструирование стропильной фермы

В качестве несущих конструкций покрытия в курсовом проекте предусмотрены стропильные фермы с треугольной решеткой со стойками.

5.1 Нагрузки на ферму

	Собственный вес.	Снеговая	Снеговая справ	Снеговая слева	Вертикальное крановое давление Dmax слева	Вертикальное крановое давление Dmax справа	Поперечное торможение Tk у левой колонны влево	Поперечное торможение Tk у левой колонны вправо	Поперечное торможение Tk у правой колонны влево	Поперечное торможение Tk у правой колонны вправо	Ветровая	Ветровая
1	26.711	17.511	13.357	4.859	0.777	-2.646	-0.008	0.008	4.488	-4.488	15.105	-15.766
2	60.146	39.344	26.652	14.832	-0.259	-1.859	0.994	-0.994	3.096	-3.096	7.079	-7.788
3	65.267	42.669	24.545	21.176	-0.92	-1.356	1.633	-1.633	2.206	-2.206	1.686	-2.493
4	8.504	5.633	3.601	2.332	-3.072	1.754	2.132	-2.132	-4.208	4.208	-17.522	17.641
5	-49.376	-32.234	-23.016	-10.807	-1.704	0.715	0.809	-0.809	-2.369	2.369	-8.06	7.959
6	-49.376	-32.234	-23.016	-10.807	-1.704	0.715	0.809	-0.809	-2.369	2.369	-8.849	8.551
7	-66.41	-43.341	-27.347	-18.722	-0.879	0.088	0.012	-0.012	-1.259	1.259	-3.006	2.608
8	-66.41	-43.341	-27.347	-18.722	-0.879	0.088	0.012	-0.012	-1.259	1.259	-3.806	3.208
9	-62.805	-40.98	-20.473	-23.993	-0.329	-0.329	-0.519	0.519	-0.519	0.519	0.012	-0.693
10	-5.358	-3.591	-3.591	0	0	0	0	0	0	0	-0.097	0.073
11	-5.368	-3.591	-3.591	0	0	0	0	0	0	0	-0.098
12	10.063	6.486	3.248	2.309	0.081	0.081	0.128	-0.128	0.128	-0.128	0.084	0.074
13	-47.396	-31.061	-22.647	-9.828	1.028	-0.78	-0.993	0.993	1.382	-1.382	7.673	-7.696
14	28.59	18.623	12.278	7.411	-0.767	0.583	0.743	-0.743	-1.031	1.031	-5.884	5.864
15	-17.688	-11.575	-5.986	-6.527	0.681	-0.517	-0.658	0.658	0.916	-0.916	5.343	-5.294
16	7.636	4.908	0.44	5.218	-0.544	0.413	0.526	-0.526	-0.732	0.732	-4.377	4.311
17	-0.078	-0.072	4.052	-4.816	0.502	-0.381	-0.485	0.485	0.676	-0.676	4.161	-4.07
18	-6.06	-4.026	-7.461	4.012	-0.418	0.318	0.404	-0.404	-0.563	0.563	-3.579	3.475

5.2 Подбор сечений стержней стропильной фермы

В данном курсовом проекте предусмотрены стропильные фермы со всеми стержневыми элементами из парных уголков, составленных в тавр.

5.2.1 Подбор сечения сжатых стержней

5.2.2 Подбор сечения растянутых стержней

Требуемая площадь растянутых стержней определяется по формуле:

Таблица подбора сечений стержней фермы для ее левой половины:

Элемент	№ стержня	Расчетное Усилие, т		Площадь, см	Расчетные Длины, см	Радиусы инерции, см	Гибкости			Напряжение, кН/см
1	2	3		4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Ниж. пояс	1 2 3	60.803 104.71 107.94	100*7 125*10 125*10	13,75 24,33 24,33	600 600 600	600 1200 1200	3,08 3,85 3,85	4,59 5,66 5,66	194,8 155,84 155,84	130,7 212 212	169 144 144		2211 2151 2218
Верхний пояс	7 8 9 10 11 12	-13.8 -89.31 -90.02 -110 -110.8 -103.8	140x10 140x10 140x10 160x10 160x10 160x10	27.33 27.33 27.33 31.43 31.43 31.43	300 300 300 300 300 300	300 300 300 300 300 300	4.33 4.33 4.33 4.96 4.96 4.96	6.26 6.12 6.12 6.91 6.91 6.91	69.28 69.28 69.28 60.48 60.48 60.48	47.92 49 49 43.41 43.41 43.41	757 757 757 802 802 802		317,45 2156 2173,6 2181,4 2195,6 2057,3
Раскосы	26 27 28 29 30 31	-84.22 52.081 -34.16 16.963 -8.397 -16.93	150x10 110x7 110x7 100x6.5 100x6.5100x6.5	29.33 15.15 15.15 12.82 12.82 12.82	396 316 358 358 404 404	396 396 448 448 506 506	4.65 3.4 3.4 3.09 3.09 3.09	6.66 4.85 4.85 4.43 4.43 4.43	85.1 105,41 105.41 131 131 131	59.45 92,37 92.37 114,2 114.2 114.2	647.8 507,36 507.36 355 355 355		2216 1718 2221,9 661,5 922 1859,5
Стойки	20 21 22	-8.949 -8.959 16.549	70x5 70x5 70x5	6.86 6.86 6.86	237 296 356	296 370 445	2.16 2.16 2.16	3.23 3.23 3.23	109,7 137 76,5	91,6 114.5 137,7	479 302 295,6		1359,5 2161,6 1206,1

5.3 Расчет узлов стропильной фермы

Для обеспечения совместной работы двух уголков, из которых состоит сечение стержневого элемента, между ними помещаются соединительные прокладки с шагом

для сжатых элементов

для растянутых элементов

Требуемые длины сварных швов определяются формулами:

-по металлу шва:

каркас подкрановый конструкция колонна

-по металлу границы сплавления:

Расчет длины сварных швов ведется в виде таблицы:

Элемент	Расчетное Усилие, кН	Катет шва, мм	Требуемая длина шва, см	Принятая длина шва, см
		По перу	По обушку	По металлу шва	По границе сплавления
				По перу	По обушку	По перу	По обушку	По перу	По обушку
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1 2 3 7 9 10 12	60.8 104.7 107.9 13.8 90 110 103.7	0.5 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5	1 1 1 1 1 1 1	15.2 12.3 12.66 4.23 22.07 26.37 24.9	19.9 34.6 35.64 5.3 29.08 35.5 33.5	10.7 8.7 8.7 3.2 15.4 18.3 17.39	14 24 24.7 3.9 20.2 24.6 23.3	16 13 13 5 23 27 25	20 35 36 6 30 36 34
26 27 28 29 30 31	84.23 52.08 34.15 16.96 8.39 16.93	0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5	1 1 1 1 1 1	20.6 13 8.8 4.9 2.9 4.89	27.3 17.3 11.7 6.3 3.63 6.31	14.4 9.23 6.4 3.6 2.32 3.66	19 12.1 8.3 4.6 2.8 4.6	20 14 9 5 5 5	28 18 12 7 5 7
20 21 22	8.94 8.95 16.5	0.4 0.4 0.4	0.5 0.5 0.5	3.6 3.6 5.8	6.59 6.6 11.34	2.78 2.78 4.3	4.8 4.83 8	5 5 5	7 7 12

Концы стержней решетки не доводят до пояса на расстояние

а = 6t - 20

64 мм при t=14 мм 40 мм при t=10 мм.

Обрезку уголков стержней решетки предусматривают перпендикулярно оси стержня.

В укрупнительном (верхний пояс) узле горизонтальные накладки применяются толщиной 14мм и шириной 180мм. Вертикальные накладки принимаются толщиной, равной толщине листовых фасонок в данном узле.

Высота этих накладок определяется из условия:

принимаем l=160мм.

Усилие, приходящееся на горизонтальную накладку:

Требуемая длина сварных швов, прикрепляющих горизонтальную накладку к поясу:

-по металлу шва:

-по металлу границы сплавления:

Усилие, приходящееся на вертикальную накладку:

Требуемая длина сварного шва прикрепляющего вертикальную накладку к листовой фасонке:

-по металлу шва:

-по металлу границы сплавления:

В укрупнительном (нижний пояс) узле горизонтальные накладки применяются толщиной 14мм и шириной 240 мм. Вертикальные накладки принимаются толщиной, равной толщине листовых фасонок в данном узле.

Высота этих накладок определяется из условия:

принимаем l=350мм.

Усилие, приходящееся на горизонтальную накладку:

Требуемая длина сварных швов, прикрепляющих горизонтальную накладку к поясу:

-по металлу шва:

-по металлу границы сплавления:

Усилие, приходящееся на вертикальную накладку:

Требуемая длина сварного шва прикрепляющего вертикальную накладку к листовой фасонке:

-по металлу шва:

-по металлу границы сплавления:

Узел с изменением сечения (нижний пояс)

Суммарная длина сварных швов, прикрепляющих горизонтальную накладку к уголку лобовой части пояса

По металлу шва

По границе сплавления

Уровень нормальных напряжений в основном металле фасонки и накладок

Компоновка опорного узла нижнего пояса

В начале опорный узел компонуется исходя из требуемых длин сварных швов, прикрепляющих опорный раскос и нижний пояс к листовой фасонке, и нахлеста листовой фасонки на опорные ребра приблизительно в 100мм.

Принимаем lw=660

Проверка несущей способности швов.

Для швов wф:

- металлу шва:

?Rwf=v( ?2wfg+ ?2wfv)?Rwf*?wf*?c

- металлу границы сплавления:

?Rwz=v( ?2wzg+ ?2wzv)?Rwz*?wz*?c

Опорная реакция фермы F=55.25т.

Сила обжатия нижнего пояса фермы колоннами Np=Hл+Нпр=58.908т

Эксцентриситет еN=152 мм

Эксцентриситет еF=150мм

Тогда:

?wfg=(55.25 *15-58.908*15.2)*6/(2*0,7*1*652)+ 58.908 /(2*0,7*1*65)=0.579 т/см2

?wfg=(55.25 *15-58.908*15.2)*6/(2*1*1*652)+ 58.908 /(2*1*1*65)=0.405т/см2

?wfv=55.25 /(2*0.7*1*65)=0.607т/см2

?wfv=55.25 /(2*1*1*65)=0.425т/см2

Для швов wk:

?wfg=(55.25 *15*6)/(3*0,7*1*652)+ 58.908 /(3*0,7*1*65)=0.914 т/см2

?wfg=(55.25 *15*6)/(3*1*1*652)+ 58.908 /(3*1*1*65)=0.694т/см2

?wfv=55.25 /(3*0.7*1*65)=0.404т/см2

?wfv=55.25 /(3*1*1*65)=0.283т/см2

6. Расчет и конструирование ступенчатой колонны

6.1 Определение расчетных длин участков ступенчатой колонны

Для одноступенчатых колонн одноэтажных промышленных зданий, жестко закрепленных и фундаментах при помощи анкерных болтов, значения коэффициентов приведения расчетной длины в плоскости рамы определяются раздельно: для нижнего ?x1 и верхнего ?x2 участков колонны. Коэффициент ?x1 следует принимать в зависимости от отношения погонных изгибных жесткостей участков.

и величины отношения критических сил потери устойчивости по участкам:

где: J1, l1, J2, l2 -моменты инерции сечений и длины соответственно нижнего и верхнего участков колонны;

Здесь F1 = Dmax = 62.193 кН; F2 =55.237 кН - опорное давление ригеля от действия на него нагрузки от собственного веса и снега.



При верхнем конце колонны, закрепленном от поворота и возможности его свободного смещения вдоль рамы, коэффициент ?x1 определяется по табл. 68 СниП II-23-81* “Стальные конструкции”

?x1=2.33

Коэффициент расчетной длины ?x2 для верхнего участка колонны следует определять по формуле:

Из плоскости рамы участки ступенчатой колонны считаются закрепленными шарнирно, и поэтому коэффициенты приведения расчетной длины ?y1 ?y2 принимаются равными единице.

Расчетные длины участков колонны в плоскости и из плоскости рамы определяются по формулам:

(hb = 592 мм- высота подкрановой балки).

6.2 Расчет и конструирование надкрановой части колонны

Составное сварное сечение верхней части колонны компонуется из трех листов (рис. 6.2), которые должны соответствовать ГОСТ 82-70 "Сталь широкополосная универсальная"

Сечение верхней части колонны.

Сначала определяются размеры стенки колонны

Размеры полки колонны назначают из условий:

Принимаем:

;

Далее производится проверка несущей способности верхней части колонны с подобранным сечением.

По назначенным размерам сечения определяются его фактические геометрические характеристики: A - площадь поперечного сечения; Jx, Jy - моменты инерции сечения относительно центральных осей X-X и Y-Y; Wx - момент сопротивления крайних фибр сечения относительно оси X-X; ix; Iy - радиусы инерции сечения относительно центральных осей X-X и Y-Y.



Определяются гибкости и условные гибкости стержня верхней части колонны в плоскости и из плоскости рамы:

Для проверки устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента предварительно находят приведенный относительный эксцентриситет:

где; ? - коэффициент влияния формы сечения (определяется по табл.73

СниП II-23-81* “Стальные конструкции”) зависящий от отношения площади сечения полки к площади сечения стенки:



условной гибкости стержня колонны , и относительного эксцентриситета:

здесь ex - эксцентриситет действия силы.

В зависимости от , и mefx по табл. 74 СниП II-23-81* “Стальные конструкции” определяется коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии ?e:

Проверка обеспечения устойчивости колонны в плоскости рамы выполняется по формуле:

При изгибе колонны в плоскости наибольшей жесткости (Jx>Jy) необходимо выполнить проверку обеспечения устойчивости участка колонны из плоскости действия момента.

Устойчивость верхней части колонны из плоскости рамы проверяется по формуле:



Так как mx=5.94 > 10, здесь коэффициент с следует определять по формуле

=0.901

c = c5(2 0,2mx) + с10(0,2mx 1),

1 mx 5

=0,65 + 0,05mx=0.9

y =

y c

=1

c=0.18*(2-0.2*5.94)+0.233(0.2*5.94-1)=0.189

После вышеприведенных проверок, следует проверять местную устойчивость полок и стенки принятого сечения колонны.

Так как:

местная устойчивость полок будет обеспечена, если отношение не будет превышать значения определяемого по формуле:

7.9<16.6

Для проверки местной устойчивости стенки необходимо сначала найти параметр ?, характеризующий полноту эпюры нормальных напряжений сжатия в стенке;

где ? - наибольшее сжимающее напряжение у границы стенки:

?1 - соответствующее напряжение у противоположной границы стенки.

Оба напряжения берутся со своими знаками.

Так как ?>1 , наибольшее отношение ограничивается значением

которое принимается не больше

где ;

- усредненное касательное напряжение в стенке рассматриваемого сечения.



Стенку укреплять парными поперечными ребрами жесткости не следует.

Проверку прочности принятого сечения верхней части колонны выполнять не требуется, так как

Катет угловых швов, прикрепляющих стенку к поясам верхней части колонны, в курсовом проекте принимается конструктивно (табл. 38 СниП II-23-81* “Стальные конструкции”) и принимается равным:

6.3 Расчет и конструирование нижней части колонны

Сечение нижней части сквозной колонны принимается состоящим из двух ветвей: подкрановой и наружной (шатровой), соединенных в двух плоскостях решеткой.

Расчет нижней части колонны начинают с выбора расчетных значений внутренних усилий для наружной (N2, M2, растягивающий внутренние волокна стержня колонны) и подкрановой (N1, M1, растягивающий наружные волокна стержня колонны) ветвей колонны. Эти нагрузки выбираются из таблицы расчетных сочетаний.

Предварительно продольные усилия в ветвях колонны находят следующим образом:

в подкрановой ветви:

в наружной ветви

где y1, y2 - расстояния от центра тяжести сечения нижней части колонны до центра тяжести соответствующей ветви (на этой стадии ):

Далее назначаются сечения ветвей колонны. В качестве подкрановой ветви примем двутавр №45 со следующими геометрическими характеристиками:

h = 450мм, A = 84,7см2; b=160мм; d=9мм; t=14,2мм;

Jx = 27696см4; Wx = 1231см3; ix = 18,1см;

Jy = 808см4; Wy = 101см3; iy = 3,09см;

В качестве наружной ветви принимаем сварное сечение в виде швеллера.

Далее определяются точные геометрические характеристики сечений ветвей и всего сечения колонны.

Вновь вычисляются продольные усилия в обеих ветвях с подстановкой в них точных значений y1 и y2.

в подкрановой ветви:

в наружной ветви

После этого производится проверка устойчивости каждой из ветвей из плоскости рамы по формулам:

Здесь ?yН и ?yП - коэффициенты продольного изгиба при центральном сжатии соответственно для подкрановой и наружной ветвей, определяемые в зависимости от гибкостей этих ветвей из плоскости рамы:



Устойчивость ветвей обеспечена.

Далее определяется максимально возможное расстояние между узлами соединительной решетки. Чтобы исключить возможную местную потерю устойчивости, назначим размеры стержней колонны между ветвями решеток такими, чтобы они работали как сжатый элемент. Разобьем колонну на 20 участков длиной по 814мм. Тогда гибкости подкрановых и наружных участков колонны в плоскости рамы будут соответственно равны:

Из плоскости:

Проверку устойчивости колонны как единого стержня составного сечения начинают с подбора сечения элементов решетки.

Раскосы решетки рассчитывают на большую из поперечных сил - действующую при комбинации загружений 1,2,3,6,10 (табл. Расчетных сочетаний сечение 1-1) или условную

Поперечная сила распределяется поровну между решетками, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси, относительно которой производится проверка устойчивости.

Продольное усилие в раскосе находят по формуле:

где ? - угол наклона раскоса.

По сортаменту подбирается сечение раскоса с площадью Ad и выписывается Imin.

по ГОСТ 8509-72*

Расчетная длина и максимальная гибкость определяется формулами

Далее выполняется проверка устойчивости раскоса, как центрально сжатого с подобранным сечением:

Гибкость стержня нижней части колонны относительно свободной центральной оси Х-Х:



Приведенная гибкость сквозной нижней части колонны при соединении ветвей раскосной решеткой:

где 1 - коэффициент, определяемый по табл. 7 [I].

Условная приведенная гибкость:

Заранее неизвестно, какая из групп внутренних усилий (N2, M2) и (N1, M1) определяет общую устойчивость. Поэтому по каждой группе внутренних усилий определяются относительные эксцентриситеты.

Для группы внутренних усилий, вызывающих наибольшее сжатие в подкрановой ветви:

Для группы внутренних, усилий, вызывающих наибольшее сжатие в наружной ветви:

По и каждому из относительных эксцентриситетов mx по табл. 75 СНиП II-23-81* “Стальные конструкции” определяются коэффициенты ?e1 и ?e2.

Наконец, проверка устойчивости нижней части колонны как единого стержня в плоскости действия момента производится по формуле (6.12) для каждой группы внутренних усилий со своим ?e;

6.4 Расчет и конструирование стыка верхней части колонны с нижней

Сопряжение нижней части колонны с верхней осуществляется через траверсу.

Толщина стенки траверсы определяется из условия смятия давлением Dmax, распределенным на длине

где а = 200мм - ширина опорного ребра подкрановой балки и tf1- толщина верхней полки траверсы, принимаемая предварительно 25-30 мм.

Тогда



Здесь Rp = 3700кг/см2 - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки) материала стенки траверсы.

Толщина нижней полки траверсы предварительно назначается tf2 = 14 мм.

При расчете данного узла условно считается, что нагрузка с верхней части колонны на нижнюю передается только полками верхней части колонны, а траверса рассматривается как однопролетная свободно опертая балка пролетом bd.

Для получения расчетных внутренних усилий N и M в таблице расчетных сочетаний нагрузок отыскивается такая комбинация загружений, которая дает в сечении 3-3 по возможности максимальное сжимающее усилие и максимальный изгибающий момент со знаком "-", (растягивающий наружные волокна верхней части колонны) без действия кранового загружения.

Высота сечения траверсы ht диктуется несущей способностью четырех сварных швов w1 или w2.

Сварные швы w1 должны воспринимать усилие Nn1, поэтому по металлу шва:

по металлу границы сплавления



Сварные швы w2 должны быть способны воспринимать максимально возможную опорную реакцию. Отсюда, по металлу шва

по металлу границы сплавления

Здесь Nn2 - усилие, передаваемое внутренней полкой верхней части колонны на траверсу при предыдущей комбинации загружений с добавлением загружений Dmax и того поперечного торможения, которое дает максимальный возможный изгибающий момент в сечении 3-3 со знаком "-", т.е.:

;

MК - момент в сечении 3-3 при действии Dmax, МT - момент в сечении 3-3 от поперечного торможения (коэффициент 0.9 учитывает то, что используется второй тип основного сочетания.

Принимаем высоту траверсы hwt = 330мм.

После определения hwt назначается полная высота сечения траверсы ht, которая не должна быть меньше 400-500мм.

ht = 14+700+30 = 744мм.

Далее проверяется прочность траверсы при ее работе на изгиб в сечении 1-1 (см рисунок). Для этого определяется положение центральной оси Х-Х и относительно нее момент инерции сечения траверсы Jx.

Максимальный изгибающий момент в этом сечении

Уровень максимальных нормальных напряжений в сечении траверсы:

Максимально возможная перерезывающая сила:

Здесь коэффициент 1.2 учитывает неравномерную передачу давления.

Уровень максимальных усредненных касательных напряжений в стенке траверсы:

6.5 Расчет и конструирование баз колонны

Конструкция внецентренно сжатой колонны принимается раздельной, а ее расчет ведется так же как, расчет центрально сжатой колонны. Нагрузки воспринимаемые наружной и подкрановой ветвями колонны:

Прочность бетона фундамента на сжатие:

Rb = 6 Мпа;

Расчетная прочность фундамента:

Rф = 6*1.2 = 7.2 Мпа;

Из конструктивных соображений назначаем ширину опорных листов:

Исходя из прочности фундамента, определим площадь опорных листов и назначим их второй размер:



Вычислим напряжения под опорными листами базы колонны.

Определим толщину опорного листа исходя из максимального изгибающего момента:

Высота траверсы определяется прочностью сварных швов, прикрепляющих траверсу к ветвям колонны. Назначим катет сварного шва равным 0.8мм и определим его длину для наиболее загруженной ветви:



Исходя из сортамента листовой стали, назначаем высоту траверсы 240мм.

Расчет анкерных болтов

Расчетное значение усилий для анкерных болтов

М1= 71,26тм N1=78.45т

R=(71.26-78.45*0,3842)/0,9602=42,82т



Принимаем

Список использованной литературы:

1. СНиП 2-23-81* «Стальные конструкции»

2. СНиП 2.02.07-85* «Нагрузки и воздействия»

3. Методическое указание к курсовому проекту (часть1)

4. Методическое указание к курсовому проекту (часть2)

Размещено на Allbest.ru