Стальной каркас одноэтажного производственного здания

Содержание
Вариант 12 3
1 Исходные данные 4
2 Определение компоновочных размеров поперечной рамы 5
2.1 Размеры по вертикали 5
2.2 Размеры по горизонтали. 7
3 Расчет поперечной рамы 9
3.1 Общие данные для расчета 9
3.2 Сбор нагрузок на раму 9
3.2.1 Постоянная нагрузка 9
3.2.2 Временные нагрузки 11
3.3 Составление расчётной схемы рамы 16
3.4 Определение расчётных сочетаний усилий для колонн 18
4 Проектирование и расчет колонны 22
4.1 Расчетные длины колонны 22
4.2. Подбор сечения верхней части колонны 24
4.3. Подбор сечения нижней части колонны 28
4.4. Расчет базы колонны 32
5 Проектирование и расчет стропильной фермы 39
5.1 Составление расчётной схемы фермы с нагрузками 39
5.2 Определение расчётных усилий в стержнях фермы 40
5.3 Подбор сечений стержней фермы 43
5.4 Расчет узлов 48
5.4.1 Общие данные для расчета 48
5.4.2 Расчет рядовых узлов 49
5.4.3 Расчет опорного узла 52
6 Расчет подкрановой балки 54
6.1 Задание на проектирование 54
6.2 Сбор нагрузок 54
6.3 Определение расчетных усилий в подкрановой балке 55
6.4 Подбор сечения подкрановой балки 56
6.5 Проверки подобранного сечения 59
7 Графическая часть проекта 61
Список литературы 62

При кранах режимов 1К...6К предельная гибкость растянутых элементов ферм равна 400.Предельные гибкости сжатых поясов и опорных раскосов вычисляются по формуле,где , причем α≥0,5. Здесь N – усилие в стержне, φ – коэффициент продольного изгиба, А – площадь поперечного сечения стержня, – расчётное сопротивление стали по пределу текучести, – коэффициент условий работы.Для прочих сжатых элементов решётки [λ] = 210-60α.Наименьший профиль, рекомендуемый для применения в фермах, – уголок 50x5. Пояса ферм пролётом 30 м принимать постоянного сечения. Стропильные фермы разбивают на отправочные марки длиной 12... 15 м. При этом в пределах одной отправочной марки сечения поясов не меняются.Подбор сечений следует начинать со сжатых поясов для стержней с наибольшими усилиями. После этого подбирают элементы нижнего пояса и решетки. Алгоритмы подбора стержней, работающих на осевые силы, приведены ниже.При малой величине усилия сжатого стержня его сечение подбирают по предельной гибкости, для чего вычисляют требуемые радиусы инерции и далее по сортаменту принимают сечение. Под малой величиной усилия следует понимать усилие меньше предельного усилия для сечения, скомпонованного из уголков наименьшего размера (50x5).Толщину фасонок в зависимости от усилия в опорном раскосе = -1378,3 кН принимаем равной16 мм[2, табл. 8.7]. Подбирать сечения стержней фермы удобно в табличной форме без промежуточных вычислений (Таблица 7). Такая таблица позволяет выполнить расчет в наиболее компактной форме и в то же время служит контролем учета всех факторов расчета.Определив необходимые сечения всех стержней фермы, нужно проследить, чтобы стержней различных калибров было не слишком много. Если в фермах пролетом 24 м их окажется больше пяти-шести, а в фермах пролетов 30, 36 м больше семи-девяти, то близкие сечения унифицируются, т.е. принимаются по большему сечению.Алгоритм подбора сечений сжатых стержней фермы:Выбор типа сечения стержня и марки стали.Определение расчетных длин стержня в плоскости и из плоскости фермы.Вычисление требуемой площади сечения стержня Атр= N/(fRyyc),где f– коэффициент продольного изгиба, принимается по гибкостиl= 80... 100 для поясов, опорных раскосов и стоек и l= 100... 130 – для остальных сжатых стержней решетки по [6, табл. 72];Ry– определяется по [11, табл. 51*, 51а], – коэффициент условий работы элемента по [11, табл. 6*].Выбор сечения стержня по сортаменту.Определение геометрических характеристик подобранного стержня: Определение гибкостей: Проверка гибкостей стержня в плоскости и из плоскости фермы:Проверка устойчивости стержня:где – коэффициент, соответствующий максимальной гибкости.Алгоритм подбора сечений растянутых стержней фермы:Выбор типа сечения стержня и марки стали.Определение расчетных длин стержня в плоскости и из плоскости фермы (см. выше).Вычисление требуемой площади сечения стержня.Выбор сечения стержня по сортаменту.Определение геометрических характеристик подобранного стержня: Определение гибкостей: Проверка гибкостей стержня в плоскости и из плоскости фермы:Проверка прочности стержня:где – площадь сечения стержня с учетом ослаблений.Материал элементов решетки фермы – сталь С245 по ГОСТ 27772-88*. Расчетное сопротивление стали по пределу текучести при толщинах проката до 20 мм –=24 кH/cм2. Фасонки и пояса фермы примем из стали С255 по ГОСТ 27772-88*.Рис. . Вид расчетной схемы фермыс нумерацией элементов.Таблица 7. Таблица подбора сечений стержней стропильной фермыМестоЭле-мент,кНСече-ние, см2Геом.длинаРасчетныедлины,смРадиусыинерции, смГибкостикН/см2кН/см2кН/см2Верхний поясс-3-1704,0L 250х16*156,83003006007,7510,7538,755,814555,80,8250,95--13,222,80,58е-6-2556,0L 250х16156,83003006007,7510,7538,755,812855,80,8250,95--19,822,80,87Нижний пояса-1958,5L 220х14*120,766006006006,829,5188,0189,3400189,3--0,957,9--22,8--а-42236,5L 220х14*120,7660060018006,829,5188,0189,3400189,3--0,9518,5--22,8--а-72662,5L 220х14120,7660060018006,829,5188,0189,3400189,3--0,9522,0--22,8--Раскосы1-21072,0L 125х1048,664313454313,845,6589,876,340089,8--0,9522,0--22,8--3-4-765,7L 160х1062,864313454314,967,0469,661,216069,60,7560,8--16,119,20,844-5459,4L 70х821,344313454312,123,45162,7124,9400162,7--0,9521,5--22,8--6-7-213,3L 90х931,24313454312,744,25125,9101,4155125,90,3870,8--17,719,20,92Опорныйраскосb-1-1378,3L 180х1284,384182094185,587,938,761,612661,60,7970,95--20,522,80,90Стойки2-3,5-6-220,1L 80х824,63102483102,443,84101,680,7157101,60,5320,8--16,819,20,88* – сечения, принятые по унификации или конструктивно.5.4 Расчет узлов5.4.1 Общие данные для расчетаЗазор между спаренными уголками фермы по усилию в опорном раскосе ( = -1378,3 кН) принят 16 мм.Для обеспечения совместной работы стержней из двух уголков ставятся прокладки (Рис. 14), располагаемые по длине сжатых стержней на расстояниях растянутых –. При этом в пределах длины сжатого элемента следует предусматривать не менее двух промежуточных прокладок.Рис. . Расположение прокладокРасчет прокладок выполним в табличной форме (Таблица 8).Таблица 8. Расчет прокладокМестоЭлементСечение,кНГеом.длинаСоединительная планкаВерхний поясс-3L 250х16*-1704,07,7530010,757,75310--е-6L 250х16-2556,07,7530010,757,75310--Нижний пояса-1L 220х14*958,56,826009,516,82--546а-4L 220х14*2236,56,826009,516,82--546а-7L 220х142662,56,826009,516,82--546Раскосы1-2L 125х101072,03,844315,653,84--3073-4L 160х10-765,74,964317,044,96198--4-5L 70х8459,42,124313,452,12--1706-7L 90х9-213,32,744314,252,74110--Опорныйраскосb-1L 180х12-1378,35,584187,95,58223--Стойки2-3, 5-6L 80х8-220,12,443103,842,4498--5.4.2 Расчет рядовых узловКонструкция рядового узла верхнего пояса приведена на Рис. 36, а.Расчет рядовых узлов фермы из уголков удобно производить в табулированной форме –Таблица 12.Соединение элементов решетки в узлах рассчитывается на усилия, приведенные в таблице РСУ (Таблица 10). Соединение поясов с фасонками рассчитывается на суммарное усилие: – в узлах верхнего пояса; – в узлах нижнего пояса,где и – усилия в поясе, приложенные справа () и слева () от рассчитываемого узла фермы (Таблица 10).Расчет узлов ведем на основании СниП [11].Для расчета узлов принята ручная сварка электродами Э42.Материал фасонок – принята сталь С255, t = 2-20мм, Run =370 МПа. Расчетное сопротивление углового шва и коэффициенты, определяющие глубину провара,составляют:по металлу шва: = 180 Н/мм2, = 0,7;по металлу границы сплавления:= 0,45*370 = 166,5 Н/мм2, = 1,0.Проверяем правильность выбора марки электрода при ручной сварке:; 1,1*166,5 = 183,2 ≈ 180 < 166,5*1,0/0,7 = 237,86.Расчет сварного соединения с угловыми швами производится:по металлу шва при;по металлу границы сплавления при.В нашем случае расчет производим по металлу шва, так как0,7*180 = 126 < 1,0*166,5.С учетом значительных нагрузок катет углового шва принимаем 1,6 см, что отвечает требованиямо: 7 мм< = 16 мм< = 1,2*16 = 19,2 мм,где = 16 мм – толщина более толстого из свариваемых элементов (в нашем случае толщина фасонки).Требуемая суммарная расчетная длина шва определяется по формуле:.Расчетная длина шва должна быть: = 6,4 см < = 85*0,7*1,6 = 95,2 сми не менее 4 см.Длины сварных швов округляются до 1 см. В таблице (Таблица 8) приведены для каждого шва две длины: в числителе расчетная длина, в знаменателе – конструктивная (минимальная, устанавливаемая при конструировании узла).Таблица . Расчет рядовых узлов фермы из уголковЭлементфермыНомерстержняСечениестержняУсилие N,кНРазностьусилий DN,кНУзловаянагрузкакНСуммарныеусилиякНКатет шва смДлинашва смДлина шва, смобушокпероРаскосыb-1180х12-1378,3-----1378,31,6360,950,70,31-2125х101072,0----1072,01,6280,950,70,33-4160х10-765,7-----765,71,6240,80,70,34-570х8459,4----459,41,6120,950,70,36-790х9-213,3-----213,31,670,80,70,3Стойки2-380х8-220,1-----220,11,670,80,70,35-680х8-220,1-----220,11,670,80,70,37-7’80х8-220,1-----220,11,670,80,70,3Верхнийпоясb-2250х16-1704,0-1704,0220,11718,21,6450,950,70,3c-3-1704,00220,1220,11,660,950,70,3d-5-2556,0-852220,1880,01,6230,950,70,3e-6-2556,00220,1220,11,660,950,70,3Нижнийпояса-1220х14958,5958,5--958,51,6250,950,70,3а-42236,51278--12781,6330,950,70,3а-72662,526--261,610,950,70,35.4.3 Расчет опорного узлаОпределим размеры опорного ребра стропильной фермы.Ширина и толщина опорного ребра определяется из условия его нормальной работы на смятие, а высота – по длине сварного шва, прикрепляющего ребро к фасонке.Рис. 15. Опорный узел фермы.Толщина опорного ребра из конструктивных соображений принимается равной 12-24 мм. Принимаем = 20 мм. Величина опорной реакции фермы = 990,45 кН.Необходимая ширина ребра из условия его нормальной работы на смятие:,где = 166,5/1,025 = 162,44 МПа = 16,24 кН/см2 (табл. 1* [11]); = 1,025– коэффициент надежности по материалу (табл. 2* [4]); = = 32,1 см.Ребро крепится болтами Ø20 мм к надколонной опорной стойке. Учитывая условия размещения болтов, принимаем ширину ребра = 34 см.Сварной шов, прикрепляющий опорное ребро к фасонке, располагается относительно линии действия опорной реакции с некоторым эксцентриситетом. Этот факт учитывают в расчете, увеличивая опорную реакцию на 20%.Катет шва обычно принимают по толщине фасонки. Требуемая полная длина сварного шва (по металлу шва), а значит, и высота ребра: = +1..2 = 29,6+1,4 = 31 см.Окончательно с учетом требуемых длин сварных швов, прикрепляющих опорный раскос к узлу стропильной фермы, принимаем = 76 см.6 Расчет подкрановой балки6.1 Задание на проектированиеМостовой электрический кран среднего режима работы грузоподъемностью Q = 50/12,5 т (491/123 кН) по ГОСТ 25711-83 с гибким подвесом груза.Пролет крана Lкр=28,5 м.Материал подкрановых конструкций – сталь С255 по ГОСТ 27772-88 (Ry = 240 MПa при t = 10-20 мм).Пролет сварных разрезных подкрановых балок L = 12 м.6.2 Сбор нагрузокСхема ходовой части крана приведена на Рис. 13.Рис. . Схема ходовой части кранаНагрузка на колесо: = = 380 кН.Вес тележки: = 132 кН.Вес моста крана: = 584 кН.Расчетные значения вертикальных и горизонтальных сил определяют по формулам: = 380*1,1*1,1 = 459,8 кН, = = 17,13 кН,где – коэффициент динамичности, учитывающий ударный характер нагрузки при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов и принимаемый по табл. 15.1[16] в зависимости от режима работы крана и пролета подкрановых балок; = 1,1; = 1,0; = 0,05 – коэффициент, принимаемый для кранов с гибким подвесом груза (0,10 для кранов с жестким подвесом груза); = 2 – количество тормозных колес с одной стороны крана;6.3 Определение расчетных усилий в подкрановой балкеМаксимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Загружаем линию влияния момента в среднем сечении, устанавливая краны невыгоднейшим образом (Рис. 14).Для определения максимальной поперечной силы загружаем линию влияния поперечной силы на опоре (Рис. 15).Рис. . Схема для определения максимального расчетного момента.Рис. . Схема для определения максимальной расчетной поперечной силы.Изгибающие моменты и поперечная сила: = 0,85*1,03*459,8*(3+2,37+0,2) = 2242,2 кН·м; = 0,85*17,13*5,57 = 81,1 кН·м; = 0,85*1,03*459,8*(1+0,895+0,428) = 935,1 кН; = 0,85*17,13*2,323 = 33,8 кН.6.4 Подбор сечения подкрановой балкиРасчетное сечение подкрановой балки показано наРис. 16.Рис. . Сечение подкрановой балки и эпюра напряжений.Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6 мм и швеллера №30.Значение коэффициента b определим по формуле (15.23) [16]:где: = 1,0 м – ширина сечения тормозной конструкции (высота сечения нижней части колонны); = 1,2м – высота подкрановой балки (см. п. 2.1); = = 1,09.Требуемый момент сопротивления: = = 9496,7 см3.Задаемся = 120.Оптимальная высота балки, см: = = 119,6 120 см.Минимальная высота балки:где – момент загружения балки одним краном при = 1,0 (по Рис. 13); = 380*(3+0,2) = 1216 кН·м; – определен по линии влияния (Рис. 14); = 400 для кранов со средним режимом работы; = 2,06*104 кН/см2 – модуль упругости стали; = = 57,97 см.Принимаем высоту подкрановой балки больше и максимально близко к . Принимаем = 120 см (кратно 10 см).Поскольку полученная высота балки совпадает с принятой на стадии компоновки (см. п. 2.1), уточнение вертикальных размеров не требуется.Задаемся толщиной полок = 2,0 см, тогда: = 120-2*2,0 = 116 см; = 120-2 = 118 см.Из условия среза стенки силой Qх: = = 0,82 см.Принимаем стенку толщиной = 1,0 см; = 116/1,0 = 116,0 ≈ 120.Размеры поясных листов определяем по формулам: = = 569802 см4; = = 130075см4; = 569802-130075 = 439727 см4; = = 63,16 см2.Принимаем пояс из листа сечения 20х300 мм, = 60 см2.Принимаем сечение поясов чуть меньше требуемой – из опыта проектирования известно, что все равно прочность и устойчивость обеспечена с запасом (что будет подтверждено проверками).Устойчивость пояса обеспечена, т.к.: = = 7,25< = = 14,65.По полученным данным компонуем сечение балки (Рис. 16).6.5 Проверки подобранного сеченияОпределяем геометрические характеристики принятого сечения относительно оси (центральной оси подкрановой балки): = = 687035 см4; = = 11451 см3.Затем определяем геометрические характеристики тормозной балки относительно оси (в состав тормозной балки входят верхний пояс, тормозной лист и швеллер): = = 37,16 см; = = 1130620 см4; = 1130620/52,16 = 21676 см3,где – расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения.Проверим нормальные напряжения в верхнем поясе (точка А) (формула (15.8) [16]):= = 20,0 кН/см2< = = 25,3 кН/см2.Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена, так как принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.Жесткость балки также обеспечена, так как принятая высота балки.Проверим прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана (формула (15.9)[16]): = (1,1*418)/(1,0*37,6) = 12,2 кН/см2< = 25,3 кН/см2,где = 1,1 – коэффициент увеличения нагрузки на колесе, учитывающий возможное перераспределение усилий между колесами и динамический характер нагрузки, для кранов среднего режима работы (6К)[16, с. 435]; = 380*1,1 = 418 кН – условная (расчетная) длина распределения усилия ; = = 37,6 см; – сумма собственных моментов инерции пояса и кранового рельса = = 1543,7 см4; = 1523,7 см4 – момент инерции рельса КР80 [8, Приложение А]; = 3,25 – коэффициент для сварных балок.Далее в подобранном сечении балки следует проверить приведенные напряжения по формуле (15.11)[16]:где – коэффициент, при расчете разрезных балок равный 1,15; – касательные напряжения; = = 12,1 кН/см2; = 27,3 кН/см2< = 1,15*24 = 27,6 кН/см2.Все проверки выполняются, сечение подкрановой балки подобрано успешно.Общая устойчивость балки обеспечивается за счет устройства сплошного тормозного настила, раскрепляющего верхний пояс подкрановой балки.7 Графическая часть проектаСогласно [8] ГРАФИЧЕСКАЯ часть курсового проекта выполняется на двух листах формата А1 и должна включать следующие элементы (см. ниже).Первый лист.Схему разработанной поперечной рамы с указанием размеров, отметок, состава кровли и бокового ограждения, план связей по верхним и нижним поясам стропильных ферм, связи по колоннам, а также разработанную конструкцию поперечной рамы и основные узлы.Количество основных узлов поперечной рамы на листе должно быть три или четыре, узлы выполняются в масштабах 1:10, 1:15 или 1:20 и должны иметь от двух до четырех проекций и разрезов.Таким ооразом, первый лист соответствует требованию технического проекта КМ (см. схему листа 1, рис. 9.1[8]).Второй лист.Соответствует требованиям к рабочим чертежам КМД и является техническим документом дтя изготовления стропильной фермы или колонны поперечной рамы. Чертеж должен содержать исчерпывающие данные для выполнения всех технологических операций по изготовлению отправочного элемента:графическое изображение отправочного элемента со всеми размерами и указаниями для изготовления каждой детали (позиции);спецификацию деталей (сборочных марок) для отправочного элемента;таблицу потребности в отправочных марках.В данном проекте на втором листе дается изображение стропильной фермы.На деталировочном (рабочем) чертеже показан фасад отправочного элемента, планы верхнего и нижнего поясов, вид сбоку и, если необходимо, разрезы. Узлы вычерчивают на фасаде, причем для ясности чертежа узлы и сечения стержней вычерчивают в масштабе 1:10 на схеме осей фермы, вычерченной в масштабе 1:20[16, с. 297].Список литературыКонстантинов И.А. Строительная механика. Применение программы SCADдля расчета стержневых систем. Часть 1. Учебное пособие. СПб, 2003.Мандриков А. П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 431 с.Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Под ред. Г.С. Веденикова. 7-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1998. 760с.Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Под ред. Е. И. Белени. 6-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1986. 560с.Металлические конструкции: В 3 т. Т.1. Элементы стальных конструкций/Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 1997. 527с.Металлические конструкции: В 3 т. Т.2. Конструкции зданий / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 1999. 528с.Металлические конструкции: В 3 т. Т.3. Специальные конструкции и сооружения/ Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 1999. 544с.Новоселов А.А., Казарновский B.C. Стальной каркас одноэтажного производственного здания: Учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009. – 78 с.Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП П-23-81* «Стальные конструкции»)/ ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. -148 с.СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2003. - 44 с.СНиП II-23-81* Нормы проектирования. Стальные конструкции / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1991. 96 с.Справочник современного проектировщика / под общ. ред.Д.Р. Маиляна. – Изд. 2-е. – Ростов н/Д : Феникс, 2005. – 540 с.Справочное пособие разработчиков проектно-вычислительного комплекса SCADЦай Т.Н. Строительные конструкции. В 2-х томах. Т.1, М., Стройиздат, 1984. – 544 с.Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 52-101-2003). ЦНИИПромзданий, НИИЖБ. – М.: ОАО «ЦНИИПромзданий, 2005. – 214 с.Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учеб. заведений / [Ю.И.Кудишин, Е.И.Беленя, B.C.Игнатьева и др.]; под ред. Ю.И.Кудишина. – 10-е изд., стер. – М. : Издательский центр «Академия», 2007. – 688 с.