стальной каркас одноэтажного однопролетного производственного здания

1 Задание на проектирование 4
2 Компоновка конструктивной схемы каркаса здания 7
2.1 Размещение колонн в плане 7
2.2 Компоновка поперечной рамы 7
3 Нагрузки, действующие на каркас здания 9
3.1 Постоянные нагрузки на покрытие здания 9
3.2 Снеговая нагрузка 10
3.3 Ветровая нагрузка 10
4 Расчет прогона пролетом 12000 мм 11
4.1 Нагрузки, действующие на прогон 11
4.2 Подбор поперечного сечения 11
4.3 Геометрические характеристики сечения прогона 14
4.4 Проверки подобранного сечения/ Проверка местной устойчивости стенки при совместном воздействии на нее нормальных и касательных напряжений 15
4.5 Расчет и конструирование опорного узла прогона 17
5 Расчет и конструирование стропильной фермы 19
5.1 Нагрузки, действующие на ферму 19
5.2 Сосредоточенные нагрузки 19
5.3 Усилия в стержнях фермы 20
5.4 Подбор поперечного сечения элементов фермы 21
5.4.1 Требуемая площадь поясов фермы 21
5.4.2 Требуемая площадь сечения решетки фермы 22
6 Статический расчет рамы каркаса здания 24
6.1 Общие данные для расчета 24
6.2 Нагрузки на рамв 24
6.2.1 Постоянная нагрузка 24
6.2.2 Снеговая нагрузка 25
6.2.3 Ветровая нагрузка 26
7 Расчет внецентренно нагруженной крайней колонны производственного здания 29
7.1 Расчет и компоновка поперечного сечения колонны 29
Список литературы 37
 

Загружение рамы сосредоточенной ветровой нагрузкой на уровне нижнего пояса фермы с подветренной стороны: = 4,2*2,25 = 9,45кН.Рис. 6.5. Расчетная схема SCAD. Ветровая нагрузка справа.Таблица 6.1. Расчетные сочетания усилийЭлементСечениеЗначенияФормулаNMQ11-314665,7-77,2L1+L311-314-758,890,8L1+L411-473,8-104,320,9L1+L211-465,9-726,590,4L1+0.95*L2+0.9*L412-428,9208,720,9L1+L212-420,9204,833,7L1+0.95*L2+0.9*L4Расчет внецентренно нагруженной крайней колонны производственного зданияРасчет и компоновка поперечного сечения колонныРанее установлено, что в однопролетных бескрановых зданиях с жестким закреплением колонн в фундаменте расчетная длина колонн определяется зависимостьюВ соответствии с таблицей (Таблица 6.1) максимально возможный момент в жестком узле колонн Мх =758,8кH·см; продольное усилие N = 473,8 кН; перерезывающая сила в заделке колонны в фундаментеQ= 90,8кH.Требуемая площадь поперечного сечения колонны:при ,где – коэффициент продольного изгиба внецентренно нагруженных стержней, зависящий от условной гибкости стержняи приведенного эксцентриситета.В первом приближении радиус инерции сечения можно принять( –высота поперечного сечения стержня). Тогда условная гибкость: = = .Заметим, что на стадии компоновки сечения каркаса нами принято, что высота сечения колонны из условия обеспечения ее общей устойчивости равна = 90,0 см.В соответствии с табл. 19 [3] предельная гибкость колонн производственных зданий:.Полагая = 0,5, находим, что предельная гибкость для колонн, изготовленных из малоуглеродистой стали, может быть равна 150. Полученное значение гибкости колонны позволяет установить соответствующую этой гибкости высоту поперечного сечения при условии, что радиус инерциисечения колонны := 150; 150 = 3450/0,4hw; = = 57,5 см.Снижение гибкости колонны будет сопровождаться увеличением высоты поперечного сечения стержня.В дальнейшем расчете примем, что hw = 85,0 см, поскольку это значение определено из условия предельной гибкости колонны – раз, мы его приняли на стадии компоновки сечения рамы – два, и на основании именно такого размера сечения колонны уже выполнен расчет фермы – три.Почему 85,0? Потому что это (не совсем понятно, почему высота стенки, а не общая высота), и общая высота сечения колонны складывается из высоты стенки и толщины полок.С учетом принятой высоты сечения колонн условная гибкость: = = 3,2.Условно также принимаем, что ядровое расстояние, равное отношению площади сечения стержня к его моменту сопротивления: = 0,35*90 = 31,5 см-1.С учетом изложенного приведенный эксцентриситет: = = 5,1.Из отношения площади сечения поясного листа двутавра к площадисечения его стенки = 0,5, а также с учетом того, что относительный эксцентриситет приложения внешних нагрузок = 5,1>5, коэффициент влияния формы сечения на основании прил. 8 [1] = 1,25.В таком случае приведенный эксцентриситет:= 5,1*1,25 = 6,375.На основании прил. 9 [1] коэффициент продольного изгиба внецентренно нагруженного стержня , зависящий от приведенной гибкости= 6,375 и условной гибкости = 3,2, может быть принят  = 0,157.Тогда требуемая площадь поперечного сечения колонны: = = 145,8 см2.Приступая к компоновке поперечного сечения колонны, следует стремиться к тому, чтобы создать сечение с тонкой стенкой. Снижение толщины стенки приводит к снижению гибкости стержня относительно оси, параллельной стенке. Вместе с этим необходимо помнить, что снижение толщины стенки ведет к снижению ее местной устойчивости и, естественно, к вероятному снижению несущей способности.В целях предотвращения потери устойчивости стенки ее гибкость должна удовлетворять условию:где – максимальная относительная гибкость.При максимальная относительная гибкость стенки: = 1,2+0,35*3,2 = 2,32.Ранее нами была найдена площадь сечения пояса . Отсюда следует, что . С другой стороны, . Сопоставляя значения для, находим: = = 1,02 см.Принимаем = 11 мм.В таком случае: = = 66,3 см.Это значит, что из условия прочности достаточна была бы высота стенки 66,3 см. Тем не менее, мы не можем изменять сечение колонны по высоте, поэтомупринимаем = 11 мм и оставляем = 85 см.При рассчитанных геометрических размерах стенки ее условная гибкость составит: = = 2,6< 4.При условии, что , отношение расчетной ширины свеса поясного листа (половины полки колонны) к его толщине составит: = = 19,04 ≈ 20.Из этой зависимости находим ширину свеса поясного листа:.Требуемая площадь сечения поясного листа:, или .С учетом того, что , ширина свеса поясного листа . Следовательно, , откуда находим, что: = = 0,95 см ≈ 1,0 см.Согласно ГОСТ 19903-74 принимаем толщину поясного листа  = 10 мм. С учетом найденной толщины поясного листаширина листа, поскольку , то = = 36,45 см.На этой стадии подбора поперечного сечения стержня колонны следует вспомнить о том, что стержень должен быть равноустойчивым, т. е. гибкость относительно главных осей должна быть приблизительно одинаковой(). Поэтому принимаем ширину поясного листа = 70 см, хоть это и значительно превышает требуемую ширину.Для проверки указанного требования определим геометрические параметры сечения:момент инерции относительно оси X-X: = = 309170 см4;радиус инерции относительно оси Х-Х: = = 36,4 см;гибкость относительно оси Х-Х: = = 94,8;момент инерции относительно оси Y-Y: = = 57176 см4;радиус инерции относительно оси Y-Y: = = 15,6 см.При допущении, что расчетная длина колонны из плоскости изгиба равна геометрической длине (колонна закреплена в фундаменте шарнирно), гибкость: = = 110,6.Сопоставляя гибкости относительно главных осей, можно утверждать, что они почти одинаковы и, следовательно, колонна практически равноустойчива.Поскольку > , возможна изгибно-крутильная форма потери устойчивости стержня. Проверка устойчивости из плоскости действия момента внешних нагрузок выполняется по формуле:Выше установлено, что радиус инерции = 15,6 см, гибкость = 110,6. Из табл. 72 [3] следует, что при полученной гибкости коэффициент продольного изгиба = 0,474. Из прил. 10 [1] при условной гибкости  = 2,6  = 0,636. В расчет принимаем = 0,474.В соответствии с п. 5.31 [3] при гибкости = 110,6 > = = = 94,9 коэффициент не должен превышать:где = = 0,217; – момент инерции при кручении поперечного сечения колонны; – соответственно, толщина и ширина листов, образующих сечение; = = 109,61 см4.Тогда: = = 2; = = 0,434; = ; = 0,6.В таком случае = = 7,1 кН/см2 < 23*0,9 = 20,7 кН/см2.Таким образом, устойчивость стержня колонны относительно главных осей Х-Х,Y-Y обеспечена.Поскольку = = 77,3> = 69,5, на основании п. 7.21* [3] стенку колонны следует укреплять поперечными ребрами жесткости, расположенными на расстоянии: = (2,5*85-3,0*85) = 212,5…255 см.Поскольку длина колонны Н = 1725 см, то расстояние между промежуточными поперечными ребрами жесткости должно быть равным247,5 см.В соответствии с подсчитанными геометрическими размерами поперечное сечение представленоРис. 7.1. Сечение колонны.Список литературыКравчук, В.А. Стальной каркас одноэтажного однопролетного производственного здания: Учебное пособие / В.А. Кравчук, Хабаровск, Издательство ТОГУ, 2010.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.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.Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Под ред. Г.С. Веденикова. 7-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1998. 770с.Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Под ред. Е. И. Белени. 6-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1986. 570с.ГОСТ 8509-93 Уголки стальные горячекатаные равнополочные. Сортамент / 1997 (2005).