Стальной каркас промышленного здания

нет данных
...

Содержание
Введение
1 Исходные данные
Общие для всех данные
Числовые исходные данные согласно варианту
2 Определение компоновочных размеров поперечной рамы
2.1 Размеры по вертикали
2.2 Размеры по горизонтали.
3 Расчет поперечной рамы
3.1 Общие данные для расчета
3.2 Сбор нагрузок на раму
3.2.1 Постоянная нагрузка
3.2.2 Временные нагрузки
3.3 Составление расчётной схемы рамы
3.4 Подготовка исходных данных для программы «mk2»
3.5 Определение расчётных сочетаний усилий для колонн
4 Расчет стропильной фермы
4.1 Составление расчётной схемы фермы с нагрузками
4.2 Определение расчётных усилий в стержнях фермы (программа «mk2»)
4.3 Подбор сечений стержней фермы
5 Расчет колонны
5.1 Расчетные длины колонны
5.2. Подбор сечения верхней части колонны
4.3. Подбор сечения нижней части колонны
5.4. Расчет базы колонны
Список литературы
 

ВВЕДЕНИЕ
Целью данного курсового проекта является проектирование основных несущих конструкций одноэтажного промышленного здания.
Здание однопролетное с размерами 30x72м. Каркас воспринимает действующие на здание нагрузки: вертикальные (вес покрытия и снега, нагрузки от мостовых кранов или подвесного оборудования) и горизонтальные (усилия от торможения кранов, давления ветра сейсмических воздействий и т.д.).
Каркас собирается из отдельных элементов по стоечно-балочной схеме, которая состоит из стоек (колонн) ригелей, плит покрытия и связей жесткости. В поперечном направлении колонны устанавливают на расстоянии L, называемом пролетом, a в продольном – на расстояние l, называемом шагом колонн.
Каркас здания должен быть неизменяемым во всех направлениях и на всех этапах строительства и эксплуа тации, должна быть обеспечена устойчивость его элементов с помощью системы связей, которая ограничивает расчетную длину элементов; ясная статическая схема элементов каркаса; пространственную работу каркаса; должен обеспечиваться кратчайший путь передачи нагрузки на фундамент основания.
В данном курсовом проекте используется грузоподъемный транспорт –мостовые краны, с легким режимом работы (5К), грузоподъёмностью 10 т. Место строительства – г. Улан-Удэ.
 

1, б).Горизонтальная крановая нагрузка, возникающая при торможении крановых тележек, передается от подкрановых балок через тормозные конструкции только на одну из колонн рамы и при этом может быть направлена в любую сторону. Горизонтальные нагрузки нужно учитывать только совместно с вертикальным давлением крана, так как они не могут возникать при отсутствии кранов.Рис. SEQ Рисунок \* ARABIC 2. Схема расположения нагрузок от двух кранов Q = 10 т на линии влияния для колонны.Расчетная горизонтальная сила на колонну Т, приложенная к раме в уровне верхнего пояса подкрановой балки, получается наибольшей при том же размещении кранов на линии влияния для колонны ( REF _Ref396999872 \h Рис. 2), при котором возникают давления Dmax и Dmin. Поэтому силу Т вычисляют по формуле: где Тkп = b(Q+GT)/n0– нормативное значение горизонтальной силы, приходящееся на одно колесо с одной стороны крана;b = 0,05 – для кранов с гибким подвесом груза;GT = 2,4 т =2,4*9,81 \# "0" 24 кН – вес тележки крана (см. прил. 2 [12]).В соответствии с исходными данными здание оборудовано двумя мостовыми кранами грузоподъемностью Q = 10 т.По приложению 2 [12] Fn1,max = Fn2;max = 95 кН.Схема загружения подкрановых балок мостовыми кранами для определения опорного давления приведена на REF _Ref396999872 \h Рис. 2. Габариты крана взяты из прил. 2 [12].Вертикальная крановая нагрузка на раму: = 1,1*0,85* =0,26+1,5+1,25 3,01*95 = =1,1*0,85*3,01*95 \# "0,0" 267,4 кН; = 1,1*0,85*3,01*57 = =1,1*0,85*3,01*57 \# "0,0" 160,4 кН,где = 95 кН; = (98+206)/2-95 = =(98+206)/2-95 57 кН.Моменты:Mmax = Dmax*e0 = 267,4*0,4 = =267,4*0,4 \# "0,0" 107,0 кН*м;Mmin = Dmin*e0 = 160,4*0,4 = =160,4*0,4 \# "0,0" 64,2 кН*м.Горизонтальная крановая нагрузка: = 1,1*0,85*7,6*3,01 = =1,1*0,85*7,6*3,01 \# "0,0" 21,4 кН,где Тkп = b(Q+GT)/n0 = 0,05*(98+206)/2 = =0,05*(98+206)/2 7,6 кН.3.3 Составление расчётной схемы рамыРама с жёстким опиранием на фундамент и с шарнирным примыканием ригеля к колоннам статически неопределима, поэтому для расчёта внутренних усилий необходимы соотношения жёсткостей её элементов. Вычислим приближённые значения моментов инерции сечения верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы.Для нижней части колонны:In = (N+2Dmax)*hn2/(k2*Ry),где N = PB+PH+SB = 76,3+65,7+72,0 = =76,3+65,7+72,0 214 кН – продольная сила в основании свободно стоящей колонны от постоянной и снеговой нагрузок, приложенных к ригелю;hn = 1,0 м – высота сечения нижней части колонны;k2 – коэффициент, зависящий от типа сечения колонны, шага рам и их высоты;Ry = 240 МПа – расчётное сопротивление стали по пределу текучести.Для ступенчатых колонн k2 = 3,2...3,8 при шаге рам В = 12 м иk2 = 2,5...3 при шаге рам В = 6 м. Меньшие значения k2 следует применять при кранах малой грузоподъёмности и при большой высоте колонн.Итак, In = (214,0+2*267,4)*1,0^2/(2,5*240*10^3) = =(214,0+2*267,4)*1,0^2/(2,5*240*10^3) \# "0,0000" 0,0012 м4.Для верхней части колонны:Iv = In*(hv/hn)2/k1,где k1 = 1,2... 1,6 – меньшее значение принимается при кранах малой грузоподъёмности;Iv = 0,0012*(0,45/1,0)^2/1,2 = =0,0012*(0,45/1,0)^2/1,2 \# "0,000000" 0,000203 м4.Отношение моментов инерции нижней части к верхней (приближённое) п (в программе «N») = 0,0012/0,000203 = =0,0012/0,000203 \# "0,00" 5,91.В проекте программа «тк2» сама назначает жёсткости элементам рамы, основываясь на значении п. Кроме того, эта программа формирует файл исходных данных для программного комплекса SCAD, который, загрузив данный файл, создаёт конечноэлементную расчётную модель плоской рамы.Модель состоит из узлов и стержневых изгибаемых элементов, оси которых совпадают с осями, проходящими через центры тяжести поперечных сечений элементов рамы. Геометрия рамы соответствует результатам компоновки по п. 2. Сопряжения элементов жёсткие, кроме ригеля с колоннами (ригель крепится шарнирно к колоннам). Внешние связи на опорных узлах элементов колонн жёсткие (препятствующие повороту и перемещениям в плоскости рамы). Вид расчётной схемы с нумерацией элементов показан на REF _Ref397003677 \h Рис. 3.Нагрузки разбиты на 8 загружений (1– постоянная нагрузка; 2 – снеговая; 3 – ветровая слева; 4 – ветровая справа; 5 – вертикальная крановая (тележка крана слева); 6 – вертикальная крановая (тележка крана справа); 7 – горизонтальная крановая (на левую колонну); 8 – горизонтальная крановая (на правую колонну)). Горизонтальные крановые нагрузки программа «SCAD» учитывает в обоих направлениях.Рис. SEQ Рисунок \* ARABIC 3. Вид расчетной схемы с нумерацией элементов.Для подбора сечений элементов конструкции необходимы расчётные сочетания усилий (РСУ), которые в разных элементах могут возникать от разных комбинаций загружений. Поэтому программа также составляет таблицу исходных данных для вычисления РСУ в колоннах.3.4 Подготовка исходных данных для программы «mk2»Все исходные данные вводятся в программу «mk2» на закладке «Расчёт рамы», кроме того нужно указать фамилию и группу, тогда будет сформирован файл с именем «группа_фамилия(рама).spr». Выстроим данные по нашему заданию в порядке их ввода в компьютер.Длина колонны Н = 17,0 м.Длина верхней части колонны Нв = 3,22 м.Эксцентриситет Ек = ек = 0,375 м.Эксцентриситет Ео = е0 = 0,4 м.Отношение моментов инерции N = п = 5,91.Постоянная нагрузка сверху на верхнюю часть колонны Рв = 76,3 кН.Постоянная нагрузка на нижнюю часть колонны Рн = 65,7 кН.Снеговая нагрузка на верх колонны SB1 = 72,0 кН.Вертикальное крановое давление Dmах = 267,4 кН.Вертикальное крановое давление Dmin = 160,4 кН,.Горизонтальное крановое давление Т = 21,4 кН.Сосредоточенная ветровая на ригель W (активное давление) = 6,26 кН.Распределенная ветровая на колонну w (активное давление) = 1,68 кН/м.Сосредоточенная ветровая на ригель Wо (отсос) = 4,69 кН.Распределенная ветровая на колонну wо (отсос) = 1,26 кН/м.Момент на верхнюю часть колонны от постоянной нагрузки Мр = 12,7 кН*м.Момент на верхнюю часть колонны от снеговой нагрузки Ms = 16,2 кН*м.Момент от постоянной нагрузки на уступе колонны Мн = 9,4 кНм.Высота подкрановой балки hп.б. = hb = 0,7 м.После ввода данных нажимаем «ОК» и программа формирует файл с именем «группа_фамилия(рама).spr» в подкаталоге «DATA» каталога с программой. Если через меню «Путь» указать место расположения программы «scad», отметить окошко «Запустить SCAD» и нажать «ОК», то можно сразу запустить SCAD. Загрузить созданный файл можно через меню «Проект» – «Прочитать проект из текстового формата (Windows)».Для расчёта модели следует в папке «Расчёт» дерева проекта выбрать «Линейный».3.5 Определение расчётных сочетаний усилий для колоннЗаметим, что программа по умолчанию считает единицы сил – тонны, поэтому везде указывает «т» и «т*м». Но мы вводили всё в кН, соответственно на выходе получим силы в кН, а моменты – в кН*м.После успешного завершения расчёта вызовем модуль «Документирование» из папки дерева проекта «Результаты». Появляется диалог Вывод результатов «имя проекта». Этот модуль позволяет вывести результаты расчёта в редактор Word или табличный процессор Excel.В списке «Виды результатов расчета» двойным щелчком выбираем «Старые РСУ с фиксированными коэффициентами» (версия SCAD 11.5 – более новая, чем в методических указаниях). Ввиду симметрии расчётной схемы достаточно определить РСУ для левой колонны. На вкладке «Элементы» под надписью «Список» перечислим через пробел элементы 1, 2, 5, и 6 ( REF _Ref397003677 \h Рис. 3). Затем перейдем на вкладку «Усилия и напряжения». Выбираем М, N и Q.В окне «Информация о разделе отчета» (слева внизу) уже имеются номера наших элементов. Нажмём ОК. Нажмём «Создать таблицы МS Excel». Программа либо автоматически создаёт файл с типовым именем, либо просит задать имя. По окончании экспорта в строке состояния программы Excel появится сообщение «Готово». На листе «Таблица 2» будут находиться интересующие нас данные.Удалим ненужные столбцы и строки. Оставим столбцы «Номер элемента», «Номер сечения», «Усилия», «Номера загружений» и строки с РСУ для следующих пар «элемент - сечение»:1-1, 1-3, 2-3 - для подкрановой части колонны;5-1, 5-3, 6-3 - для верхнего (надкранового) участка колонны.Программа SCAD не всегда верно формирует сочетания загружений, поэтому удалим строки, где присутствуют загружения 7 или 8 без загружений 5 или 6, (то есть горизонтальная крановая без вертикальной крановой нагрузки). Теперь напишем в первой строке имя и группу и выведем таблицу на печать.Таблица SEQ Таблица \* ARABIC 3. Таблица РСУЭлементСечениеЗначенияФормулаNMQ11-127,8312,791-33,0440.9*L1+L3-447,46-435,73942,792L1+0.9*L2+0.9*L4+0.9*L6+0.9*L7-286,36-473,69843,35L1+0.9*L4+0.9*L5+0.9*L7-447,46425,624-36,077L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L6-0.9*L7-447,46110,57-1,838L1+0.9*L2+0.9*L6-0.9*L8-382,66-435,17843,35L1+0.9*L4+0.9*L6+0.9*L7-351,16387,104-36,077L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L5-0.9*L7-127,8-298,18927,8860.9*L1+L43-447,46-168,10530,206L1+0.9*L2+0.9*L4+0.9*L6+0.9*L8-127,8-135,96519,2040.9*L1+L4-447,46213,225-20,887L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L6-0.9*L8-286,36-201,93535,537L1+0.9*L4+0.9*L5+0.9*L7-447,46212,939-25,66L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L6-0.9*L7-447,4697,907-1,838L1+0.9*L2+0.9*L6-0.9*L8-382,66-163,41535,537L1+0.9*L4+0.9*L6+0.9*L7-351,16174,419-25,66L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L5-0.9*L723-447,4613,09922,393L1+0.9*L2+0.9*L4+0.9*L6+0.9*L8-447,46105,2-10,47L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L6-0.9*L8-286,3615,99527,723L1+0.9*L4+0.9*L5+0.9*L7-447,4672,032-15,242L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L6-0.9*L7-447,4685,244-1,838L1+0.9*L2+0.9*L6-0.9*L8-382,6654,51527,723L1+0.9*L4+0.9*L6+0.9*L7-351,1633,512-15,242L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L5-0.9*L751-141,1-38,94722,393L1+0.9*L2+0.9*L4+0.9*L6+0.9*L8-141,153,154-10,47L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L5-0.9*L8-76,3-22,15527,723L1+0.9*L4+0.9*L5+0.9*L7-141,119,986-15,242L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L6-0.9*L7-148,331,98-0,957L1+L23-141,1-23,5492,339L1+0.9*L2+0.9*L4+0.9*L6-0.9*L7-141,146,1969,849L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L5+0.9*L7-76,3-3,02626,929L1+0.9*L4+0.9*L5+0.9*L7-141,19,687-14,184L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L6-0.9*L7-148,331,311-0,957L1+L263-148,328,9-0,957L1+L2-76,312,719,299L1+0.9*L4+0.9*L6-0.9*L7-141,127,28-5,601L1+0.9*L2+0.9*L3+0.9*L5+0.9*L7При желании можно продолжить работу с таблицей в текстовом редакторе. Выделим таблицу, скопируем в буфер обмена кнопкой, а затем вставим в документ Word (который создадим в данный момент или заранее) кнопкой Результат обработки в редакторе «Word» дан в таблице ниже ( REF _Ref397023949 \h Таблица 3).Среди оставшихся в таблице ( REF _Ref397023949 \h Таблица 3) значений РСУ выделим строки строки с ; ; ; , которые используются для подбора сечений колонн, а для сечения 1 элемента 1 (база колонны) дополнительно выделим сочетания ; , которые используются для расчёта анкерных болтов.В реальном проектировании, для получения максимального растяжения в анкерных болтах, постоянная нагрузка в сочетаниях и принимается с коэффициентом = 0,9. В нашем проекте с целью экономии времени мы не будем уточнять усилия комбинаций, используемых для расчета анкерных болтов.Для расчёта нижней части колонны при догружении подкрановой ветви примем сочетание:N = -447,5 кН, М = 425,6 кН*М, Q = -36,1 кН,при догружении шатровой ветви примем сочетание:N = -286,4 кН, М = -473,7 кН*М, Q = 43,4 кН.Для расчёта анкерных болтов выберем сочетание:N = -127,8 кН, М = -298,2 кН*М, Q = 27,9 кН.Для верхней части колонны имеем три комбинации усилий:1)N = -141,1 кН, М = -38,9 кН*М, Q = 22,4 кН.2)N = -141,1 кН, М = 53,2 кН*М, Q = -10,5 кН.3)N = -148,3 кН, М = 32,0 кН*М, Q = -0,96 кН.4 Расчет стропильной фермы4.1 Составление расчётной схемы фермы с нагрузкамиПролёт фермы L = 30 м, высота по наружным граням hro = 3150 мм.При составлении расчётной схемы принимаем расстояние между осями поясов на 50 мм меньше, тогда hr = 3100 мм. Расчётная схема плоская, составляется из стержней с шарнирными сопряжениями в узлах. Стержни работают только на осевую силу. Схема статически определимая, поэтому жёсткости стержням можно присвоить любые (например одинаковые для всех стержней).Внешние связи накладываем как для однопролётной балки. Левый нижний узел закрепляем от смещения по горизонтали и по вертикали, а правый нижний узел закрепляем от смещения по вертикали. Нагрузку приводим к узловой, суммируя постоянную и временную часть.Расчётная погонная постоянная нагрузка на ригель составляет (см. REF _Ref396992877 \h Таблица 1):q = q0*В = 0,627*6 = =0,627*6 \# "0,00" 3,76 кН/м;расчётная временная (от снега):р = Sg*В* = 0,8*6*1,4 = =0,8*6*1,4 6,7 кН/м.Шаг узлов верхнего пояса фермы d = 3 м.Узловая нагрузка:Р = (р+q)*d = (6,7+3,76)*3 = =(6,7+3,76)*3 \# "0,0" 31,4 кН.4.2 Определение расчётных усилий в стержнях фермы (программа «mk2»)Для определения расчётных усилий в элементах фермы вновь воспользуемся программой «mk2». Запустим программу и перейдём на закладку «Расчёт фермы». Выберем L = 30 м, в поля ввода внесём значенияР = 31,4 кН и h = 3,1 м, отметим галочкой окошко «Запустить SCAD» и нажмём «ОК». Появится сообщение об успешном сохранении файла с именем «группа_фамилия(ферма).spr» в подкаталоге «DATA» каталога с программой «mk2», снова нажмём «ОК». Запустится «SCAD». Загружаем созданный файл через меню «Проект->Прочитать проект из текстового формата (Windows)». Для расчёта модели выбираем в папке «Расчёт» дерева проекта пункт «Линейный».После успешного завершения расчёта вызовем модуль «Документирование» из папки дерева проекта «Результаты». Появляется диалог Вывод результатов «имя проекта».Выбираем «Усилия и напряжения». Ввиду симметрии расчётной схемы достаточно определить усилия для элементов 1-3, 6, 8, 14-19, 27. На вкладке «Элементы» перечислим требуемые элементы, но при вводе вместо запятых ставим пробел. В качестве усилий выбираем только продольные силы N. Единицы измерений оставим без изменения, результат всё равно будет в кН. Нажмём ОК. Нажмём «Создать таблицы МS Excel».Программа либо автоматически создаёт файл с типовым именем, либо просит задать имя. По окончании экспорта в строке состояния программы Excel появится сообщение «Готово». На листе «Таблица 4» будут находиться интересующие нас данные.Программа выводит усилия в трёх сечениях, но они одинаковые, поэтому можно удалить строки для сечений 2 и 3, а также столбцы «Номер сечения» и «Номер загружения».Таблица SEQ Таблица \* ARABIC 4. Усилия в стержнях фермыЭлементЗначения1136,7422319,0653379,8396-243,0978-364,64514152,93615-31,416-109,241765,54418-31,419-21,84827-196,6324.3 Подбор сечений стержней фермыЭлементы поясов и решетки проектируем из спаренных уголков по ГОСТ 8509 и ГОСТ 8510 – для поясов сложенных тавром, для раскосов и стоек – расположенных крест-накрест.Расчётные усилия в стержнях фермы приведены в таблице ( REF _Ref397029089 \h Таблица 4). Расчётные длины стержней ферм принимаются по табл. 11 [6].Так в плоскости ферм для поясов и опорных раскосов расчётные длины равны расстоянию между узлами – , прочих элементов решётки ферм с узловыми сопряжениями на фасонках – .В направлении перпендикулярном плоскости фермы (из плоскости фермы) для опорных раскосов и элементов решётки ферм с узловыми сопряжениями на фасонках – .Для поясов расчётные длины из плоскости зависят от компоновки связей в шатре. В курсовом проекте шаг узлов верхнего пояса, закреплённых от смещения из плоскости, составляет 6 м, поэтому = 6 м.Для приопорных стержней нижнего пояса = 6 м (ввиду наличия продольных горизонтальных связей по нижним поясам ферм).При кранах режимов 1К...6К предельная гибкость растянутых элементов ферм равна 400.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. Сортамент профилей приведён в [1, 4, 5].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 следует выбирать в зависимости от действующих усилий по табл. 5.2 [12]. Подбирать сечения стержней фермы удобно в табличной форме без промежуточных вычислений ( REF _Ref397029404 \h Таблица 5). 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 [6, табл. 51*, 51а], – коэффициент условий работы элемента по [6, табл. 6*], все эти величины можно найти в приложениях [1, 4, 5].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 Атр= N/(Ryyc), где = 0,95 для сварных конструкций.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.Сталь С245 по ГОСТ 27772-88*. Расчетное сопротивление стали по пределу текучести при толщинах проката до 20 мм – = 24 кH/cм2. Фасонки фермы примем из стали С255 по ГОСТ 27772-88*. Толщины фасонок верхнего и нижнего пояса назначаем одинаковыми – 10 мм (в соответствии с усилиями в раскосах и с учётом толщин стенок уголков, к которым привариваются фасонки).Рис. SEQ Рисунок \* ARABIC 4. Вид расчетной схемы фермы с нумерацией элементов и узловыми нагрузками.Таблица SEQ Таблица \* ARABIC 5.