Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

Исходные данные

1. Компоновка конструктивной схемы каркаса

1.1 Компоновка поперечной рамы здания

2. Определение нагрузок, действующих на поперечную раму

2.1 Постоянные нагрузки

2.2 Снеговая нагрузка

2.3 Крановая нагрузка

2.4 Ветровая нагрузка

2.5 Коэффициент пространственной работы

3. Статический расчет рамы

4. Определение расчетных усилий

5. Расчет колонны

5.1 Проверка сечения колонны в плоскости действия момента

5.2 Проверка сечения колонны из плоскости действия момента

6. Расчет стропильной фермы

6.1 Определение нагрузок на ферму

6.2 Расчетные усилия в стержнях фермы от постоянной и снеговой нагрузки

6.3 Подбор сечения стержней фермы

7. Конструирование и расчет узлов каркаса промздания

7.1 Узел опирания фермы на колонну

7.2 Узел опирания подкрановой балки на консоль колонны

7.3 Узел опирания колонны на фундамент

Библиографический список

Исходные данные

1. Наименование цеха - э/сталеплавильный;

2. Грузоподъёмность мостовых кранов (два крана среднего режима работы) Q=80/20 тс.

3. Пролёт здания - L=30 м.

4. Длина здания - 108 м.

5. Отметка головки рельса - 10.8 м.

6. Место строительства - г. Чита.

7. Шаг колонн - B=12 м.

1. Компоновка конструктивной схемы каркаса

1.1 Компоновка поперечной рамы здания

Рисунок - Поперечная рама здания.

4000+100+300=4400 мм

f - возможный прогиб фермы.

Принимаем H₂ кратным 200 мм в сторону увеличения.

H₂ = 4400 мм , тогда H₀ = H₁ +H₂ = 10800+4400=15200 мм

Принимаем H₀ кратным 600 мм. H₀ = 15600 мм

При этом увеличивается отметка головки рельса по заданию на столько же, на сколько увеличена H₀, т.е. на 400 мм, т.е.H₁ = 11200 мм

Высота подкрановой балки h_б = B = = 1500 мм.

Высоту рельса h_р можно принять в пределах от 130 до 200 мм.

Высота верхней части колонны

H_в = h_б + h_р +H₂ = 1500+200+4400=6100 мм

Высота нижней части колонны

H_н = H₀ - H_в + 800 = 15200-6100+800=9900 мм

Высота фермы H_ф принимается в зависимости от пролёта L :

H_ф = 3150 при пролёте L=30 м

Привязка наружной грани колонны к разбивочной оси а=250мм.

Ширина сечения колонны h из соображений жёсткости не должна превышать 1/20 общей высоты колонны H.

h .

Принимаем h=900 мм.

Привязка оси подкрановой балки к разбивочной оси l₁ не должна превышать l₁ B₁ + (h -a) + 75

l₁ 400 + (900 - 250) + 75 = 1125 мм.

Принимаем кратным 250 мм l₁ = 1250 мм.

Эксцентриситет .

2. Определение нагрузок, действующих на поперечную раму

2.1 Постоянные нагрузки

Постоянные нагрузки на 1 м² кровли производственного здания определяются по приложению 1 как сумма нагрузок от компонентов покрытия. Расчётная нагрузка получается умножением нормативной на коэффициент надёжности по нагрузке г_f.

Расчётная равномерно распределённая линейная нагрузка:

q = _n q_кр B cos

, Кн/м

где _n - коэффициент надёжности по назначению, q_кр - расчётная нагрузка, равномерно распределённая по площади кровли, B - шаг стропильных ферм, - угол между покрытием и горизонтальной плоскостью.

Опорная реакция ригеля рамы:

, Кн

где l - пролёт здания.

Постоянная нагрузка.

Состав покрытия	Нормативная, КПа	Коэффициент перегрузки	Расчетная, Кпа
Гофрированные листы: стальные, толщиной 0,6-0,8 мм, высота гофра 40-60 мм.	0,08	1,05	0,084
Прогоны сплошные пролётом 12 м	0,15	1,05	0,158
Собственный вес металлических конструкций шатра	0,3	1,05	0,32
Итого:	qнкр = 0,53		q = 0,562

2.2 Снеговая нагрузка

Расчётное значение снеговой нагрузки следует принимать по приложению 2. Нормативное значение получается из расчётного умножением на коэффициент 0,7. S = 0,8 МПа.

Расчётная снеговая линейная нагрузка:

где - коэффициент перехода от веса снегового покрова

земли к снеговой нагрузке на покрытие.

При уклонах кровли меньше или равных 25 = 1.

кН/м.

2.3 Крановая нагрузка

кН, кН

кН,

кН,

кН,

кН,

кН,

кН,

кН,

кН.

P _max = _c F_{н max} Y

где - коэффициент сочетаний, равный 0,85 для режимов 1К-6К.

Y - ордината линии влияния.

F=169,34+195,36+339,48+367+261,64+235,61+116,34+88,81=1773,58 кН

кН

Расчётное минимальное усилие P _min, передаваемое на колонну колёсами крана, определяется аналогично:

P _min = _c F_{н min} Y

кН,

кН,

кН,

кН,

кН,

кН,

кН,

кН.

F=81,74+94,30+136,44+147,5+126,3+113,73+46,76+35,70=782,47 кН

Fн min = 9,8 (Q + Qк)/nк - Fн max

где Q - грузоподъёмность крана, т, Q - масса крана с тележкой, кН, n - число колёс с одной стороны крана.

F_{н min 1} = 9,8 (80 + 130)/4 - 347 = 167,5 кН

F_{н min 2} = 9,8 (80 + 130)/4 - 367 = 147,5 кН

Расчётная горизонтальная сила Т, передаваемая подкрановыми балками на колонну:

Т = _c Т _н Y

где Т _н - нормативное значение горизонтальной нагрузки, направленной поперёк кранового пути и вызываемое торможением электрической тележки.

Y===4,968

Т = 1,1 0,85 13,9 4,968 = 64,57 кН

Моменты от крановой нагрузки определяются как

M_{max (min)} = P_{max (min)}e

M_max =1658,31,05 = 1741,22 кНм, M_min = 731,611,05 = 768,19 кНм

2.4 Ветровая нагрузка

Нормативное значение ветровой нагрузки W _m на высоте Z над поверхностью земли следует определять по формуле:

W _m = W _o k c

где W _m - нормативное значение ветрового давления по приложению 2, k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (приложение), c - аэродинамический коэффициент (для наветренной стороны с = +0,8 , для подветренной с = -0,6).

Расчётная ветровая линейная нагрузка:

W = _{n f} W _o k c B

где _f = 1,4 - коэффициент надёжности по ветровой нагрузке.

Эквивалентная ветровая линейная нагрузка:

W_экв = W

Для приведения ветровой нагрузки к эквивалентной применяется коэффициент б, на который следует умножать значение ветровой нагрузки в уровне низа фермы. В приложении приводятся коэффициенты kб для различных типов местности при заделке колонны ниже отметки 0.000 на 800 мм. Промежуточные значения коэффициентов k и kб получаются интерполированием.



Сосредоточенная сила в уровне низа фермы определяется как

F =

где W₂ - значение ветровой нагрузки в уровне низа фермы,

W₃ - значение ветровой нагрузки в уровне верха фермы.

Рисунок - Схема определения ветровой нагрузки.

F =

2.5 Коэффициент пространственной работы

б_пр = б₁ + б₂(n₀/y - 1)

где n₀ - число колёс двух кранов на одной подкрановой балке (на одной стороне кранов),

y - сумма ординат линий влияния, полученная при определении Р_max,

б₁ и б₂ - коэффициенты упругого отпора, определяемые по табл.

С	б1	б2
0	0,2	0,2
0,01	0,211	0,204
0,05	0,248	0,218
0,1	0,285	0,231
0,5	0,426	0,269

С = B³/H³

С=12³/16,4³=0,392

б_пр=0,388+0,259(8/4,968-1)=0,546

Коэффициент пространственной работы отражает перераспределение сосредоточенной нагрузки, приложенной к одной из рам пространственного блока промздания (в данном случае крановой, как давления, так и торможения), на соседние рамы из-за жёсткости кровли. На него следует умножать эпюры моментов при смещении верхней опоры соответственно только от крановой нагрузки. Расчёт рамы от ветровой нагрузки следует выполнять как плоской системы.

3. Статический расчет рамы

Эпюры моментов от горизонтального торможения.

1). , n=1, k=0,472, R=16,64 кН

2).;



рама стропильный конструирование каркас

Эпюры моментов от горизонтального торможения.

1). , n=1, k=0,472, R=16,64 кН

2).; ;



Эпюры моментов от ветровой нагрузки.

1). , n=1, k=0,375, R=15,29 кН

2).;

W



Эпюры моментов от ветровой нагрузки.

1). , n=1, k=0,375, R=11,47 кН

2).

Эпюры моментов от вертикального давления крана.

1). , n=1, kR=1,292; R=-33 кН

;

2).;

Ммin

;

Эпюры моментов от вертикального давления крана.

1). , n=1, kR=1,292; R=75 кН

;

2).;

;

Эпюра от сосредоточенной силы в низе ригеля



4. Определение расчетных усилий

Таблица комбинаций усилий.

№	Нагрузки, комбинации	nc	1-1	2-2	3-3
			М,	N,	M,	N,	M,	N,
1	Постоянная	1	0	-96	0	-96	0	-96
2	Снеговая	1 0,9	0 0	-137 -123	0 0	-137 -123	0 0	-137 -123
3	Dmax на левую стойку	1 0,9	+457 +411	0 0	-1284 -1155	-1658 -1492	-512 -461	-1658 -1492
3*	Dmax на правую стойку	1 0,9	-201 -181	0 0	+567 +510	-732 -659	+227 +204	-732 -659
4	±Т на левую стойку	1 0,9	±102 ±92	0 0	±102 ±92	0 0	±393 ±353	0 0
4*	±Т на правую стойку	1 0,9	±83 ±75	0 0	±83 ±75	0 0	±224 ±202	0 0
5	Ветер слева	1 0,9	-55 -50	0 0	-55 -50	0 0	-359 -323	0 0
5*	Ветер справа	1 0,9	-67 -60	0 0	-67 -60	0 0	-338 -304	0 0
Основные сочетания	Mmax, Nсоотв.	№	1+3+4*(+)	1+3+4*(-)	1+3+4*(-)
		nc=1	+540	-96	-1367	-1754	-736	-1754
		№	1+2+3+4*+5*	1+2+3+4*+5	1+2+3+4*+5
		nс=0,9	+426	-219	-1280	-1711	-986	-1711
	Nmax, Мсоотв.	№	1+2	-	-
		nс=1	0	-233	-	-	-	-
		№	-	-	-
		nс=0,9	-	-	-	-	-	-
	Nmin, Mсоотв	№	Усилия от постоянной нагрузки учтены с коэф. 0,8	1+5*
		nс=1		-338	-77

5. Расчет колонны

5.1 Проверка сечения колонны в плоскости действия момента

Ширина сечения колонны задаётся согласно компоновке 900 мм и принимается двутавровой из сортамента І 90Б2. А=272,40,

Определяется относительный эксцентриситет

m===2,02

Определяется приведенная гибкость

===3,0

Находится коэффициент влияния формы сечения

;

=0,5

_e=0,275

===22,74 < R_yг_c=23 кН/см²

Недонапряжение =1,1%

5.2 Проверка сечения колонны из плоскости действия момент

_y ===170>120,

поэтому ставятся распорки из плоскости колонны, делящие нижнюю часть колонны пополам. Тогда

_y=79,3 ,_y=0,691 ;_с=3,14=94, _y<_c

=0,65+0,05m=0,65+0,052,02=0,751;

=1

с==

===22,75 < R_yг_c=23кН/см²

Недонапряжение =1,09%

6. Расчет стропильной фермы

6.1 Определение нагрузок на ферму

Нагрузка от веса кровли q кр = 6,37 кН/м

Нагрузка от снега S=9,12 кН/м

Итого расчетная нагрузка q= q_кр+S = 6,37+9,12=15,49 кН/м

Узловая сила F=15,493=46,47кН

Опорная реакция фермы 46,474,5=209,12 кН

6.2 Расчетные усилия в стержнях фермы (от постоянной и снеговой нагрузки)

Расположение стержня фермы	Обозначение стержня фермы	Расчетные усилия в стержнях фермы, кН
Верхний пояс	B-3	7,6146,47=354
	C-4	7,6146,47=354
	D-6	11,4346,47=531
	E-7	11,4346,47=531
Нижний пояс	H-2	4,2946,47=199
	H-5	10,046,47=465
	H-8	11,946,47=553
Раскосы	1-2	6,2146,47=289
	2-3	4,8546,47=225
	4-5	3,4446,47=160
	5-6	2,0546,47=95
	7-8	0.746,47=33
Стойки	3-4	1,046,47=46
	6-7	1,046,47=46

Усилие в стержне А-1 верхнего сжатого пояса фермы являются нулевыми, т.к. нагрузка передаётся непосредственно на колонну.

Сечения стержней фермы подбираются как центрально растянутые или сжатые по требуемой площади

6.3 Подбор сечения стержней фермы

Для растянутых Атр=

для сжатых Атр=

Нижний пояс

1.Н-2

N=199 кН

R=240 МПа

0,95

= = 0,000873 м=8,73 см

Принимаем + № 10ШТ1 с А=19,5 см , = 2,5 см ; = 3,6 см

Максимальное напряжение в сечении Н-2

МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

2.Н-5

N=465 кН

R=240 МПа

0,95

= = 0,002039 м=20,39 см

Принимаем + № 11,5 ШТ1 с А=23,0 см , = 3 см ; = 3,7 см

Максимальное напряжение в сечении Н-5

МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

3.Н-8

N=553 кН

R=240 МПа

0,95

= = 0,002425 м=24,25 см

Принимаем + № 13 ШТ1 с А=27,2 см , = 3,4 см ; = 4,2 см



Максимальное напряжение в сечении Н-8

МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

Верхний пояс

4.В-3

Задаемся = 0,6

N=354 кН

R=240 МПа

0,95

= = 0,002588 м=25,88 см

Принимаем + № 13 ШТ1 с А=27,2 см , = 3,4 см ; = 4,2 см

Максимальное напряжение в сечении В-3

МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

5.Д-6

Задаемся = 0,7

N=531 кН

R=240 МПа

0,95

= = 0,003327 м=33,27 см

Принимаем + № 15 ШТ1 с А=34,2 см , = 4 см ; = 4,6 см

Максимальное напряжение в сечении Д-6

 МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

Раскосы

6. 1-2

Задаемся = 0,7

N=289 кН, R=240 МПа, 0,95

= = 0,001811 м=18,11см

Принимаем 2L № 100636 с =9,592=19,18 см , = 3,2см,

= 4,92 см

Максимальное напряжение в сечении 1-2

МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

7. 2-3

N=225 кН, R=240 МПа, 0,95

= = 0,000987 м=9,87 см

Принимаем 2L №565 с =5,412=10,82 см , = 1,72см, = 2,69 см.

Максимальное напряжение в сечении 2-3

МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

8. 4-5

Задаемся = 0,38, N=160кН, R=240 МПа, 0,8

= = 0,002193=21,93 см

Принимаем 2L № 907 с =12,32=24,6 см , = 2,77см, = 4,06 см



Максимальное напряжение в сечении 4-5

МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

9. 5-6

N=95 кН, R=240 МПа, 0,95

= = 0,000417 м=4,17 см

Принимаем 2L №505 с =4,82=9,6 см , = 1,53см, = 2,45 см.

Максимальное напряжение в сечении 5-6

МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

10. 7-8

Задаемся = 0,3, N=33кН, R=240 МПа, 0,8

= = 0,000573=5,73 см

Принимаем 2L №755 с =7,392=14,78см= 2,31см, = 3,42 см.

Максимальное напряжение в сечении 7-8

МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

Стойки

11.3-4

Задаемся = 0,23, N=46кН, R=240 МПа, 0,8

= = 0,000104=10,41см

Принимаем 2L №565 с =5,412=10,82см= 1,72см, = 2,69 см.

Максимальное напряжение в сечении 3-4

МПа

условие выполнено прочность сечения обеспечена. Недогружение сечения составляет

Расчет узлов фермы

Для сварки поясов фермы с раскосами и стойками выбирается полуавтоматическая сварка проволокой Св-08 и затем выясняется, как будет разрушаться шов- по металлу шва или по металлу границы сплавления: R_wf в_f г_wf> или< R_wz в_z г_wz. Для дальнейшего расчёта выбирается минимальное из произведений. Длина шва определяется по формуле:

=

R_wf = 0,55R_wun/г_wm = 0,55410/1,25=180Мпа;

R_wz = 0,45R_un= 0,45370=167Мпа

R_wf в_f г_wf=1800,9=162Мпа< R_wz в_z г_wz=1671,05=175Мпа

1-2

2L 100636

кН

Принимаем

2-3

2L 565

кН

Принимаем

4-5

2L 907

кН

Принимаем

5-6

2L 505

кН

Принимаем

7-8

2L 755

кН

Принимаем

3-4

2L 565

кН

Принимаем

7. Конструирование и расчет узлов каркаса промздания

7.1 Расчет шарнирного сопряжения фермы с колонной

Определим катет шва "ш1", прикрепляющий опорное ребро к фасонкам по формулам

или

где и

Т.к. < , то расчет ведем по металлу шва.

Согласуя катет шва расчетный и по табл.38 (СНиП 11-23-81*) принимаем .

Определяем размеры опорного ребра из условия работы его на смятие по площади опирания. Принимаем

,

где F=209 кН - опорная реакция фермы; - расчетное сопротивление местному смятию.

Принимаем мм.

Определяем катет шва "ш2", прикрепляющий ребро оголовка колонны к плите.

Принимаем

Определяем высоту ребра оголовка колонны из условия прикрепления его сварными швами "ш3" к стенке колонны, передающих опорную реакцию на колонну по формуле, принимая

;

Высоту ребра оголовка колонны принимаем из соображений технологии изготовления

< .

Определяем толщину ребра оголовка колонны из условия работы его на сдвиг по формуле

;

;

Принимаем .

< ,

где F=20.9 кН - опорная реакция фермы;

b=24см - ширина двух ребер оголовков колонны;

- расчетное сопротивление местному смятию.

Узел шарнирного опирания фермы и колонны.

7.2 Узел опирания подкрановой балки на консоль колонны

Узел опирания подкрановой балки на консоль колонны.

1.Высота консоли в месте её крепления к колонне принимается равной ширине колонны из соображений равномерной передачи момента от крановой нагрузки с консоли на колонну, т.к. момент можно представить в виде двух сил с одинаковым плечом, равным ширине колонны (высоте консоли).

2.Толщина полки консоли принимается равной толщине полки колонны из вышеназванных соображений.

3.Определяется толщина стенки консоли

t_ст ==1.4 см

4. Катет шва, прикрепляющий консоль к колонне. рассчитывается на максимальное из усилий: D_max или H=M_max / h. Длина шва определяется суммированием длин швов, прикрепляющих консоль к колонне, или, в запас прочности, её можно принять равной высоте двутавра плюс ширина его полки.

H= 17412.2 / 90 = 193 кН < D_max = 1658 кН

k_f ===0,38 см

Размер катета принимаем конструктивно равным 6 мм.

5. Проверяется стенка колонны в месте примыкания консоли

_пр =1,15R_yc

==6.45 кН /см²

ф = =0.71 кН /см²

_пр = < 1,1523=26,5 кН/см²

7.3 Узел опирания колонны на фундамент.

База колонны.

1. Определяем размеры опорной плиты базы колонны.

1.1 Ширина плиты B принимается равной ширине полки колонны плюс 1020 см. Данный размер уточняется после определения длины плиты и согласования с размерами выпускаемого проката.

1.2 Длина плиты

L

где R_б=R_пр=1,20,7=0,84 кН/см² - расчётное сопротивление сжатию бетона фундамента.

L==141 см

Принимаем длину плиты равной 145 см.

1.3 Толщину опорной плиты в запас прочности можно рассчитать на максимальные нормальные напряжения, действующие под плитой в фундаменте.

_max= ==0,80 < R_б=0,84 кН/см²

_min= == -0,33 кН/см²

Плита разбивается на участки, и в каждом из них определяется момент от отпора фундамента.

Опорная плита колонны.

Участок 1 (консольный)

M₁= _maxc²/2=0,808,8²/2=31,0 кНсм

Участок 2 (плита, опёртая на 3 канта). Участок 2 может рассчитываться и как консоль, если расстояние между траверсами превышает вылет консоли более. чем в 2 раза.

M₂=_maxb²= 0,1080,8030²= 77,8 кНсм

Участок 3 (плита, опёртая на 4 канта)

M₃=_maxa²=0,1250,80(30/2)²=22,5 кНсм

Толщина плиты рассчитывается на максимальный момент.

t_пл==4,6 см

Принимаем толщину опорной плиты равной 50 мм.

2. Высота траверсы определяется из условия размещения сварных швов, прикрепляющих её к полкам колонны и передающих часть усилия с колонны на траверсу. В запас прочности можно считать, что всё усилие передается с колонны через траверсу на опорную плиту, тогда оно определится как

N_тр===1951 кН

h_тр= ==100см

3.Расчёт анкерных болтов производится на комбинацию N_min, M_соотв из таблицы комбинаций усилий. Усилие в анкерном болте

Z==445,0 кН

где а = h/2-c/3=45/2-102,66/3=-11,72 см;

c = 102,66 см;

y=(L/2+a)+15 см=145/2-11,72+15=75,78 см.

Диаметр анкерных болтов подбираем по требуемой площади

A_bn==12,02 см²

где n- количество болтов с одной стороны колонны, R_bt-расчётное сопротивление растяжению анкерного болта (табл.60*2).

Анкерный болт d=48 мм (A_bn=14,72 см²).

Расчет анкерных планок

Принимаем

Библиографический список

1. Металлические конструкции: [Учебник для вузов по специальности "Промышленное и гражданское строительство" / Е.И.Беленя, Г.С.Ведеников и др.]; Под общ. ред. Е.И.Беленя. - 6-е издание, переработанное и дополненное.- М.: Стройиздат, 2006. - 560с., ил.

2. СНиП II-23-81*.Стальные конструкции. / Минстрой России. -М.: ГП ЦПП, 2006. - 96с.

3. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Мин- строй России. - М.: ГП ЦПП, 2006. - 44с.

4. Металлические конструкции: Справочник проектировщика: В 3-х т. / Под. общ. ред. В.В. Кузнецова. -М.: АСВ.

5. Белик А.З., Белик В.М. Конструирование и расчёт узлов стальных конструкций: Учебное пособие.- Тула: ТПИ, 2008.-59 с.

6. Металлические конструкции. В 3 т. Т.2.Конструкции зданий: [Учебник для строительных вузов / В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В.Филиппов, Г.И. Белый и др.]; Под общ. ред. В.В. Горева. - М.: Высш. шк., 2009. - 528с., ил.

7. Шестак Г.А. Стальные конструкции. Учебник для строительных вузов. - М.: Издательство литературы по строительству, 1968.- 208с., ил.

Размещено на Allbest.ru