одноэтажное каркасное здание с мостовыми кранами

Содержание
1 Задание на проектирование
2 Расчет поперечной рамы
2.1 Компоновка конструктивной схемы поперечной рамы
2.1.1 Вертикальные размеры рамы
2.1.2. Горизонтальные размеры рамы
2.1.3. Прочие размеры
2.2 Сбор нагрузок на поперечную раму
2.2.1. Постоянная нагрузка
2.2.2. Снеговая нагрузка
2.2.3. Ветровая нагрузка.
2.2.4. Нагрузка от мостовых кранов
2.3 Статический расчет поперечной рамы
3 Расчет колонны
3.1 Расчетные длины колонны
3.2 Подбор сечения верхней части колонны
3.3. Подбор сечения нижней части колонны
3.4 Расчет базы колонны
4 Расчет стропильной фермы
4.1 Определение усилий в элементах фермы
4.2 Подбор сечений элементов фермы
4.2.1 Определение расчетных длин элементов фермы
4.2.2 Подбор сечения верхнего, нижнего поясов и стержней решетки фермы
4.3 Расчет и конструирование узлов, соединений и стыков фермы
4.4 Конструирование соединительных планок в стержнях фермы
4.5. Расчет и конструирование опорных узлов фермы
4.6 Разбивка фермы на отправочные элементы
4.7.Расчет и конструирование заводских и монтажных стыков
5 Подбор сечения подкрановой балки
5.1 Нагрузки, действующие на подкрановую балку
5.2 Подбор сечения подкрановой балки
5.2.1 Предварительные расчеты
5.2.2 Определим толщину стенки
5.2.3 Определяем требуемую площадь одного пояса балки:
5.3 Проверка принятого сечения балки
Список использованной литературы

Np =1379,15-558,31 = 820,84 кН = 820,84/0,7/1/18/1,0/0,95 = 68,6 70 см;длина сварного шва , приходящегося на один уголок Lw= 35 см0,7*35 = 24,5 см; 0,3*35 = 10,5 см;конструктивная длина сварного шва lшо= 25см, lшп= 14см.Длина сварного шва для узла В верхнего пояса фермы:,Np – величина равнодействующей сдвигающих усилий;N2 = 1021,59 кН – величина усилий в левой от узла панели верхнего пояса;N1 = 0 кН – величина усилий в право от узла панели верхнего пояса;Fузл = 46,79кН – величина узловой нагрузки. = ((1021,59-0)^2+46,79^2)^0,5 = 1029,0 кН; = 1029,0/0,7/1/18/1,0/0,95 = 86,0 см;длина сварного шва , приходящегося на один уголок Lw= 43 см0,7*43 = 30,1 см; 0,3*43 = 12,9 см;конструктивная длина сварного шва lшо= 31см, lшп= 14смОпорный раскос 1-3 (18-19):катет сварного шва Кf; толщина фасонкиt = 14мм; толщина полки уголка t = 16мм; принимаем катет сварного шва 10мм– длина сварного шва = 895,78/0,7/1/18/1,0/0,95 = 74,8 76 см;длина сварного шва , приходящегося на один уголок Lw= 38 см0,7*38 = 26,6 см; 0,3*38 = 11,4 см;конструктивная длина сварного шва lшо= 28см, lшп= 14смВсе остальные результаты расчета длины сварных швов крепления элементов фермы приведены в таблице 7.1.Таблица 8. Расчет узловых сварных соединений элементов фермыВид сварного соединенияВеличина расчетного усилия, кНПринятый катет сварного шва, Кf, смОбщая расчетная длина сварного шва, смПринятое количество сварных швов, шт.Расчетная длина одного сварного шва, смКонструктивная длина одного сварного шва, смСтержни решетки к фасонкамПоясные уголки к фасонкам в узлах фермыОбушкаПераОбушкаПера123456789101 - 219 – 20–-58,450,610474961 -318 – 19–-895,781,076426,611,428143 - 416 – 18–669,110,6904311433164 – 57 – 816 - 1713 - 14–-46,791,01248410610 – 11–243,820,6414291231144 - 615 – 16–-569,531,0564391741196 – 713 – 15–368,490,6494341536177 – 912 – 13–-223,61,02341671899 – 1010 - 12–54,810,61047496Вид сварного соединенияВеличина расчетного усилия, кНПринятый катет сварного шва, Кf, смОбщая расчетная длина сварного шва, смПринятое количество сварных швов, шт.Расчетная длина одного сварного шва, смКонструктивная длина одного сварного шва, смСтержни решетки к фасонкамПоясные уголки к фасонкам в узлах фермыОбушкаПераОбушкаПера–Узел ВУзел V1029,01,086,0230,112,93114–Узел DУзел R46,791,0162-8-10–Узел EУзел P612,961,0512-26-28–Узел GУзел N46,791,0162-8-10–Узел HУзел L178,051,0322-16-18–Узел Y46,791,0162-8-10–Узел АУзел W895,781,075427112913–Узел CУзел Q820,841,070424,510,52514–Узел FУзел M394,371,0133447204922–Узел K243,821,0414156178Все обозначения для стержней и узлов фермы в табл. 7.1 приняты в соответствии сРис. 11.4.4 Конструирование соединительных планок в стержнях фермыСечения всех стержней фермы компонуются из двух уголков, поэтому для обеспечения совместной работы двух уголков в стержнях фермы на участках между фасонками необходимо объединять уголки соединительными планками (Рис.13). При отсутствии планок в сжатых стержнях фермы каждый уголок, составляющий сечение, может потерять устойчивость независимо от другого. Чтобы этого не произошло в сжатых стержнях устанавливаются планки одна от другой на расстоянии не более чем на 40i, где i- радиус инерции одного уголка сечения стержня относительно оси, параллельной плоскости расположения планок. Такой шаг соединительных планок в сжатых элементах обуславливается предельной гибкостью отдельной ветви как для сквозных колонн-в = 40.60-10010NN40i или 80i 40i или 80i40i или 80iРис.13. Схема расстановки соединительных планок в стержнях фермыВ растянутых стержнях соединительные планки устанавливаются на равных расстояниях не более 80i. Эти планки служат для повышения общей жесткости растянутых стержней и улучшения совместной работы уголков сечения при транспортировании, складировании и монтаже ферм.Соединительные планки назначаются шириной 60-100мм. Высота планок принимается больше высоты соединяемых уголков в плоскости фермы на 20 мм для того , чтобы наложить с двух сторон сварные швы крепления планок к уголкам. Толщина планок назначается равной толщине узловых фасонок фермы. Для всех сжатых стержней ферм необходимо определить количество соединительных планок по следующей зависимости: ,(7.2)а для растянутых стержней:,(7.3)где n – расчетное количество соединительных планок в стержне решетки или панели пояса фермы;lст – расчетная длина стержня или панели ферм;i – радиус инерции одного уголка сечения стержня относительно оси, параллельной плоскости расположения планок.При расчете количества соединительных планок необходимо учесть, что в каждом стержне или панели пояса фермы должно быть не менее двух соединительных планок. Результаты расчетов приведены в таблице 5.Пример расчета, посчитаем количество планок в сжатом раскосе 4-6:Все остальные расчеты соединительных планок представлены в таблице (Таблица 9).Таблица 9. Расчет количества соединительных планок.Обозначение стержня решетки или панели фермы на схеме фермыРасчетная длина стержня или панели пояса, смРадиус инерции i уголка относительно оси, параллельной плоскости установки планок, смЗнак усилия в стержне или панели пояса фермы (-) или (+)Максимальное расчетное расстояние между планками в элементе, смРасчетное количество планок в элементе, смПринятое количество планок в элементе, см12345679- 112881,95-782,69311 - 74906,38-255,20,9221 - 318 - 193443,393+271,440,2723 - 416 – 182882,101-84,042,4234 – 615 – 164903,775-1512,2436 – 713 – 153482,464+197,120,7627 – 912 – 134403,049-121,962,6139 – 1010 - 123521,53+122,41,8821 - 219 – 202882,147+171,760,6824 – 57 – 816 - 1713 - 143024,89-195,60,54210 – 113024,89-195,60,5429- 113024,89-195,60,54211 - 73024,89-195,60,5421 - 318 - 193024,89-195,60,5423 - 416 – 183024,89-195,60,5424 – 615 – 166005,517+441,360,3626 – 713 – 156005,517+441,360,3627 – 912 – 136005,517+441,360,3624.5. Расчет и конструирование опорных узлов фермыЧерез опорный узел фермы передается опорное давление на нижележащие конструкции – стены или колонны. При отпирании на кирпичные стены или на железобетонные колонны опорный узел образуется выпущенной за нижний пояс фасонкой с приваренной к ней опорной плитой из листовой стали толщиной 16-20 мм. К опорной плите и фасонке привариваются вертикальные ребра жесткости, которые обеспечивают жесткость узла и передачу давления на опору.Опорная плита проектируется обычно квадратной в плане и размещается симметрично относительно вертикальной оси ребер жесткости с целью обеспечения равномерного распределения опорного давления на кирпичную стену или железобетонную колонну.Требуемая площадь опорной плиты определяется как:,Aоп – требуемая площадь плиты;Nоп= (1029,0+46,79+612,96+46,79+178,05)*2+46,79 = 4257,52 кН - расчетное опорное усилие (опорная реакция);Rоп = 1,3 кН/см2 - расчетное сопротивления материала опоры сжатию; = 4257,52/1,3 = 3275см2;а – размер плиты в плане: = 3275^0,5 = 57,2см.Расстояние между нижнем поясом и опорной плитой принимается не менее 130 мм для удобства наложения швов по обушкам уголков и уменьшения концентрации напряжений в опорной фасонке. В опорной плите для анкерных болтов высверливаются отверстия, диаметр которых принимается в 2-2,5 раза больше, чем диаметр самих анкеров. Это дает возможность устанавливать ферму при монтаже даже в случае некоторого несовпадения осей заложенных в опоры анкерных болтов с осями отверстий в опорной плите фермы. При диаметре анкеров 25-30 мм отверстия в опорной плите делают диаметром 60-80 мм. После установки ферм на опоры анкерные отверстия прикрывают прямоугольными шайбами, которые приваривают к опорной плите.4.6 Разбивка фермы на отправочные элементыЗаводы изготовителей все металлические конструкции отправляют, как правило, в виде отдельных так называемых отправочных элементов (марок), размеры и масса которых ограничены условиями транспортировки и грузоподъемности применяемых подъемно – транспортных машин.С этой целью при заводском изготовление металлических ферм пролетом более 18,0м их разбивают на несколько отправочных элементов ограниченной длины в зависимости от вида транспорта перевозки этих элементов. Кроме того, ограниченная длина прокатных уголковых профилей (обычно не более 12,0м) вызывают необходимость устройства на заводе – изготовителя ферм заводских стыков на верхних и нижних поясах ферм.На месте строительства отдельные отправочные элементы соединяются между собой в общую конструкцию необходимого размера по длине с помощью устройства монтажных стыков.Разбивка расчетной фермы представлена на Рис.6.Рис.14. Разбивка фермы на отправочные элементы4.7.Расчет и конструирование заводских и монтажныхстыковВ стропильных фермах заводские и монтажные стыки, как правило, устраиваются в узлах. Конструктивно стыки ферм выполняются различно с уголковыми парными накладками, с плоской одинарной накладкой, с плоскими парными накладками и с разрезной фасонкой. Крепление стыковых элементов осуществляется в основном с помощью электросварки. В курсовом проекте используем стык с плоской одинарной накладкой. Стыкуемые поясные уголки перекрывается листовой накладкой и узловой фасонкой. В плане листовая накладка имеет вырезы по концам для того, чтобы при ее сварки с поясными уголками были наложены дополнительные швы с выводом на обушки уголков.Заводские и монтажные стыки должны быть равнопрочными стыкуемыми элементами. Для этого необходимого соблюдать следующие основные условия. Площадь поперечного сечения стыковых элементов должна быть не менее площади поперечного сечения стыкуемых поясов. Сечение листовых стыковых накладок подбирается по следующей зависимости:,Апояса – площадь поперечного сечения верхнего или нижнего пояса фермы; В – ширина листовой накладки , определяется по Рис. 7.Для верхнего пояса, В = 316 мм = 31,6 см; Апояса = 98,2 см2, тогдаtH =98,2 /31,6 = 3,11 смДля нижнего пояса, В = 391 мм = 39,1 см; Апояса = 77,6 см2tH =77,6 /39,1 = 1,98 см2Рис.15. К определению листовых стыковых накладок:а)для верхнего пояса; б) для нижнего пояса.Прикрепление накладки к стыкуемым поясам рассчитывается на величину предельного усилия Nпр , которое могут воспринять поясные уголки нижнего и верхнего поясов. При этом величина предельного усилия для верхнего сжатого пояса определяется :,а для нижнего пояса:.На величину предельного усилия рассчитывается и длина сварного шва крепления стыковых накладок к поясным уголкам, по формуле (7.1):.Рассчитаем придельное усилие и длину сварного шва:А) для верхнего пояса:Nпр = 0,795*98,2*24 = 1874 кНLw = 1874*0,95/0,7/1,0/0,95/1,0/18 = 149см.Б) для нижнего пояса:Nпр = 77,6*24 = 1862,4 кНLw = 1862,4*0,95/0,7/1,0/0,95/1,0/18 = 148см.5 Подбор сечения подкрановой балки5.1 Нагрузки, действующие на подкрановую балкуДля подбора сечения подкрановой балки необходимо определить максимальные значения усилий. Расчет ведется на действие нагрузок от двух сближенных для совместной работы кранов, максимально загруженных полезной нагрузкой. Нагрузка разделяется на 3 составляющих:– вертикальная;–горизонтальная поперечная (торможение грузовой тележки);–горизонтальная продольная (торможение самого крана).Рис.16. Расчетная схема крана.Таблица 10. Основные параметры и размеры мостового электрического кранаМассаРельсГОСТ, кН, кН1000/20034,54,69,60,44,04604803301310КР-1206711-81Таблица 11. Характеристики рельса КР-100 Крановый рельсКР-1201701701204024Вертикальнаярасчетная нагрузка от колеса крана:где коэффициент надежности по крановой нагрузке;коэффициент динамичности, для среднего режима крана.Горизонтальная поперечная расчетная нагрузка от колеса крана:Горизонтальная продольная расчетная нагрузка от колеса крана в курсовом проекте не рассматривается.Рис.17. Схема сближения кранов.Определение максимальных усилий М и Qв подкрановой балке от вертикальных и горизонтальных нагрузок. Усилия определяем по линиям влияния т.к. нагрузка подвижная.Устанавливаем краны в наиболее не выгодное положение.возникает, если один из грузов располагаем над опорой (рис. ), а остальные располагаем как можно ближе к этой опоре.Рис.18.Линия влияния поперечной силы.Приложим единичную силу в месте приложения первой нагрузки (на левую опору)и построим линию максимальной поперечной силы, по которой определим ординату под колесами кранов (Рис.18).Определим положение равнодействующей сил, относительно левой опоры:возникает, если краны установить в соответствии с теоремой Винклера, т.е. равнодействующая всех грузов на балке и критический груз (ближайший к середине пролета) должны быть равноудалены от середины пролета. Наибольший изгибающий момент возникает под критическим грузом.При постановке схемы наРис.18по теореме Винклера (см. рис 11) нагрузки на балке не появляются и не исчезают, тогда положение равнодействующей для всех грузов на изменится. Построим линии влияния для и .Для найдем значение ординаты:Для построения линии влияния приложим единичные нагрузки на левую и правую опоры и найдем ординаты под нагрузками.Определение максимальных усилий по линиям влияния:а) Расчетные усилия от вертикальной нагрузки:где коэффициент надежности по назначению;коэффициент сочетания учитывающий расчетную ситуацию: 2 крана сближены, грузовые тележки находятся у одного ряда колонн и поднимают груз равный грузоподъемности крана;учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке.б) Расчетные усилия от горизонтальной нагрузкиРис.19.Линия влияния изгибающих моментов.5.2 Подбор сечения подкрановой балки5.2.1 Предварительные расчетыПодбор сечения подкрановой балки выполняют в том же порядке, что и для обычных балок.Расчетное сопротивление стали балки, принимаемое по табл. 51* [4] для I группы принята сталь С255 (ГОСТ 27772-88*);при t=10..20 мм Ry=240 Мпа=24 .По наибольшему изгибающему моменту в балке от вертикальной нагрузки определяется требуемый момент сопротивления:где: - коэффициент, учитывающий влияние горизонтальной нагрузки;hПБ =1000 мм-высота подкрановой балки,hТОР =hН=1000 мм - ширина тормозной конструкции, предварительно принимаемая равной высоте сечения нижней части колонны.Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали мм и швеллера № 16 (Рис. 20).Рис. 20. К компоновке сечения подкрановой балки.Задаемся .Оптимальная высота балки: – средний режим.Значение при нагрузке от одного крана: ;-высота подкрановой балки.5.2.2 Определим толщину стенкииз условия работы на срез:из условия обеспечения местной устойчивости без укрепления ее продольными ребрами жесткости:ммиз условия коррозийной стойкости:С учетом приведенных требований и ГОСТ 199903-74 окончательно принимаем толщину стенки tW=12 мм.5.2.3Определяем требуемую площадь одного пояса балки:Определим ширину пояса из следующих соображений:Обеспечение общей устойчивости, т.е. bf = (1/3…1/5)h =333…200мм2)Технологические соображения (по условиям тормозной конструкции), т.е. bfbmin=180 мм3) Равномерное распределение нормальных напряжений, т.е.bf600 ммС учетом требований принимаем bf=300мм:.Определим толщину пояса из условия местной устойчивости:с учетом ГОСТ 82-89Окончательно принимаем tf=12 ммУточним hw с учетом найденных толщин полок:Предварительно, перед проверкой принятого сечения, определяем его геометрические характеристики (Рис. 20).При расчете подкрановой балки, для упрощения, принимается следующее условие: вертикальная нагрузка воспринимается только сечением подкрановой балки, а горизонтальная – тормозной конструкцией и верхним поясом подкрановой балки.Рис.21. Сечение подкрановой балки с вычислерными размерами.Момент инерции балки относительно оси Х:Момент сопротивления для верхнего и нижнего пояса:Геометрические характеристики тормозной балки:Для швеллера №27 (по ГОСТ 8240-89) А=35,2см2 , Ix=4160cм4 , Iу=262cм4, Wx=308cм3, z0=2,47cмПлощадь сечения балки:Координация центра тяжести:Рис. 22. Сечение подкрановой балки и тормозной конструкции снайденными размерами и осями.Момент инерции балки относительно оси Y:Момент сопротивления для крайней точки А тормозной балки:5.3 Проверка принятого сечения балки1) Проверка нормальных напряжений в верхнем поясе подкрановой балки в точке А:Недонапряжение, т.о. сечение подобрано удачно.Проверка касательных напряжений в опорном сечении:Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена, так как принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.Проверка местных напряжений в стенке под колесом крана: - условная длина распределения местного давления; - сумма собственных моментов инерции подкранового рельса и верхнего пояса подкрановой балки: - коэффициент увеличения вертикальной нагрузки на отдельное колесо крана, вследствие неравномерного распределения давления; для мостовых кранов среднего режима работы.Проверка приведенных напряжений в стенке балки:Проверка изгибной жесткости балки:Так как принятая высота подкрановой балки больше, чем минимально необходимая, жесткость подкрановой балки обеспечена.Обеспечение местной устойчивости стенки:Потеря местной устойчивости - это местное выпучивание отдельных элементов конструкции под действием сжимающих нормальных и касательных напряжений.Обеспечение местной устойчивости стенки добиваются постановкой ребер жесткости, которые устанавливаются нормально к поверхности стенки.О необходимости постановки ребер судят по условной гибкости:Т.к. , то необходимы ребра жесткости.Определим ширину bр и толщину tр ребра:, должно быть не менее 90мм. Принимаем ., должно быть не менее 6мм. Принимаем Парные поперечные ребра жесткости (-100х1364х8) ставим конструктивно с шагом 1,5 м.Список использованной литературы1. Мандриков А. П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 431 с.2. Кудишин Ю. И., Беленя Е. И., Игнатьева В. С. и др. Металлические конструкции: Учебник для студ. высш. учеб.заведений/Под общ. редакцией Ю. И. Кудишина – 8-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 688 с.3. Горев В. В., Уваров Б. Ю., Филиппов В. В. и др. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы стальных конструкций: Учебное пособие для строит. вузов/Под ред. В. В. Горева. – М.: Высш. шк., 1997. – 527 с.4. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции/Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2000. – 96 с.5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой России. – М.: ГУПЦПП, 2003. – 36 с.6. 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.