Металлические конструкции промышленных зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект «Металлические конструкции промышленных зданий» состоит из двух частей: проектирование конструкций рабочей площадки (балочной клетки) и проектирование стропильного покрытия промышленного здания.

Целью курсового проекта является закрепление на практике теоретических знаний, полученных при изучении курса «Металлические конструкции» и освоение основ конструирования элементов и узлов металлических конструкций в процессе выполнения конструктивной части пролета.

1. РАСЧЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

1.1 Исходные данные для проектирования

Запроектировать балочную клетку рабочей площадки промышленного здания со следующими данными:

пролет главной балки LБ-1 = 10 м;

пролет балки настила LБ-2 = 5,5 м;

шаг балок настила LН = 1 м;

нормативная временная нагрузка на перекрытие Рn = 15 кПа;

высота колонн Н = 8 м.

Примечание. Балки настила принять прокатными, главные балки - сварного составного сечения, колонну - из прокатного двутавра типа «К», марку стали и тип электрода - согласно [1], сопряжение балок настила с главной балкой - этажное, опирание главной балки на колонну - сверху, класс бетона для фундаментов - В20.

1.2 Расчет стального настила

Нормальная балочная клетка (НБК):

Расчет листового настила выполняем из условия второй группы предельных состояний. Толщину настила определяем по формуле:

где Е` - приведенный модуль упругости стали,

н - коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона), н=0,3 (табл.63 [1])

Е - модуль упругости стали, Е=2,06?104 кН/см2 (табл.63 [1])

gнс - расход стали на настил,

с - плотность стали, с = 7850 кг/м3

- предельно допустимый относительный прогиб конструкции пролетом до 1 м (табл. 19 [2]).

Задаемся толщиной настила tн = 12 мм = 0,012 м

Толщину настила принимаем в соответствии с сортаментом листового проката tн=10 мм.

1.3 Расчет балки настила нормальной балочной клетки

Определяем нормативные и расчетные значения:

где - коэффициент надежности по временной нагрузке (п. 3.7 [2]);

- коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса металлоконструкций (табл. 1 [2]);

- коэффициент надежности по назначению. Принимается в зависимости от класса надежности здания (2 класс).

Определяем усилия, возникающие в балке.

Из условия прочности определяем требуемый момент сопротивления балки (ф.39 [1]):

- коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в сечениях, принимаем согласно прил.5 [1] в зависимости от размеров поперечного сечения.

кН/см2 - расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести (принимаем согласно табл. 51* [1] в зависимости от марки стали - С245),

- коэффициент условий работы конструкции (табл. 6* [1]).

Определяем требуемый момент сопротивления балки:

Принимаем

По сортаменту двутавровых балок [6] подбираем двутавр I26Б1, имеющий следующие характеристики: Wx=312 см3; Ix=4024 см4; А=35,62 см2; m=28 кг/м; h=258 мм; b=120 мм; s=5,8 мм; t=8,5 мм.

Уточняем значение по табл. 66 [1]:

Выполняем проверку прочности балки:

- условие выполняется.

Проверяем сечение балки по второй группе предельных состояний:

, условие выполняется.

Определяем расход стали на балку настила:

1.4 Расчет главной балки нормальной балочной клетки

Главную балку предусматриваем в виде сварного составного двутавра.

Определяем нормативные и расчетные значения:



Определяем усилия, возникающие в балке.

Максимальный изгибающий момент в балке:

Максимальная поперечная сила:

Из условия прочности определяем требуемый момент сопротивления балки (ф.39 [1]):

Задаемся толщиной стенки: tw=7+3h, где h=1/10LБ-2=10/10=1 м

tw=7+3?1=10 мм

Округляем согласно сортаменту листового проката: tw=10 мм.

Задаемся толщиной полкиtf = 2tw=20 мм.

Определяем высоту стенки балки исходя из 2-ух значений: оптимальной (hopt) и минимальной (hmin) высоты стенки балки.

hopt определяется из условия минимального расхода стали и вычисляется по формуле:

где k - коэффициент, учитывающий условную гибкость стенки (при = 3,2 k=1,15)

hmin определяется из условия жесткости по 2-ой группе предельных состояний и вычисляется по формуле:

Высоту балки назначаем из условий:.

Ширину полки определяем из условия прочности:.

- момент инерции стенки балки

- момент инерции полки балки

Проверка местной устойчивости главной балки

Выполним проверку местной устойчивости сжатой полки:

, где bef - величина свеса полки,

- условие выполняется

Выполним проверку устойчивости стенки балки:

(п.7.3 [1])

- условная гибкость стенки балки,

Т.к. условие не выполняется, то стенки балок необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости в соответствии с п.7.10 [1]:

Ширина выступающей части поперечных ребер:

Толщина ребра:

Определение расхода стали на главную балку:

1.5 Расчет колонны

Вариант опирания главной балки на колону - сверху.

Колонну предусматриваем сплошного поперечного сечения из двутавра колонного типа. Рассчитываем ее на устойчивость, как центрально сжатый стержень.

Расчетная нагрузка на колонну:

N=2?Qmax=2?552,1=1104,2кН,

где Qmax - поперечная сила в главной балке.

Расчет колонны выполняем из условия устойчивости по формуле:

,

Где ц - коэффициент продольного изгиба, определяемый по табл.72 [1] в зависимости от предела текучести стали (Ryn) и гибкости стержня (л=lef/i).

lef =м?lгеом - расчетная длина колонны

м - коэффициент расчетной длины колонны, зависящий от условий закрепления и вида нагрузки, в нашем случае м=1,0(табл.71а [1]);

lгеом =Н=8 м; lef =1,0?8 м=8,0 м=800 см.

Задаемся гибкостью колонны лор=60 и по табл. 72 [1] определяем коэффициент продольного изгиба цор=0,805.

Из условия устойчивости определяем требуемую площадь:

По сортаменту [6] принимаем I20К2, имеющий следующие характеристики: А=59,7 см2; ix =8,61 см; iy =5,07 см.

Гибкость колонны:

лx =lef/ ix=92,9

лy = lef /iy=157,79

лmax = лy =157,79

С помощью интерполяции по табл.72 [1] определяем цф=0,251

Выполняем окончательную проверку устойчивости:

Т.к. условие не выполняется, то по сортаменту [6] принимаем I30К1, имеющий следующие характеристики: А=108 см2; ix =12,95 см; iy =7,5 см; h=300 мм; b=300 мм; s=10 мм; t=15,5 мм.

Гибкость колонны:

лx =lef/ ix=61,77

лy = lef /iy=106,6

лmax = лy =106,6

С помощью интерполяции по табл.72 [1] определяем цф=0,499

Выполняем окончательную проверку устойчивости:

Т.к. условие выполняется, то окончательно принимаем двутавр I30К1.

1.6 Расчет базы колонны

Определяем высоту траверса

Расчет ведем из условия прочности сварных швов, прикрепляющих траверсу к колонне.

Условие прочности:

- расчет сварных швов по металлу шва,

- расчет по границе сплавления,

где вf , вz - коэффициенты, определяемые в зависимости от вида сварного соединения (табл. 34 [1]). Т.к. сварка полуавтоматическая, диаметр сварочной проволоки 2 мм, то вf=0,9 , вz=1,05 ,

kf=7 мм - катет шва определяется в зависимости от толщины более толстого из свариваемых элементов (табл. 38* [1]),

Rwf =18 кН/см2 - расчетное сопротивление сварного шва срезу по металлу шва(табл.56 [1] в зависимости от вида сварочной проволоки);

Rwz =0,45 Run=0,45?37 = 16,7кН/см2 - расчетное сопротивление сварного шва срезу по металлу границы сплавления (табл.3 [1]);

гwf= гwz=1 - коэффициенты условий работы сварного соединения;

гс=1 - коэффициент условий работы (табл.6* [1]).

Крепление опорных ребер к стенке балки выполняем полуавтоматической сваркой в среде СО2 сварочной проволокой Св-08А (табл. 55* [1]) диаметром d=2 мм.

Согласно п. 11.2* [1], длина сварных швов:

где n=4 - количество сварных швов

hтр=+1см= 25 +1=26 см

Принимаем hтр=26 см

Определение размеров опорной плиты в плане

Расчет опорной плиты выполняем из условия прочности бетона фундамента под опорной плитой:

где Rb - расчетное сопротивление бетона класса В20 сжатию для предельного состояния первой группы (табл. 2.2 [3])., Rb=11,5 МПа=1,15 кН/см2.

Задаемся шириной плиты В:

L=Lmax=50 см

Определение толщины опорной плиты

Толщина плиты определяется из условия прочности при изгибе от реактивного давления со стороны фундамента.

Определим изгибающие моменты в опорной плите на участках, подкрепленных ребрами жесткости.

I участок (закреплен по 4 сторонам):

 ,

где б - коэффициент, определяемый в зависимости от размеров участка по табличным данным (таблицы Галеркина)

a - ширина участка I,

б - длина участка I,

q - распределенная нагрузка на плиту,

II участок (закреплен по 3 сторонам):

,

где в - коэффициент, определяемый в зависимости от размеров участка по табличным данным (таблицы Галеркина)

a1 - ширина участка II, a1=100 мм

б1 - длина участка II, б1 =b =300 мм

III участок (закреплен с 1 стороны):

Из полученных значений выбираем максимальный момент и определяем толщину плиты:

Мmax =МI =13,74 кНсм

1.7 Расчет опирания главной балки на колонну

Главная балка опирается на колонну сверху. Расчет опорных ребер выполняем из условия смятия при действии опорной реакции:

где Rp - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (табл. 1* [1]);

, - расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению (табл. 51* [1]);

Требуемая площадь смятия:

- ширина и толщина опорного ребра соответственно

Задаемся

2. Расчет стальной стропильной фермы покрытия промышленного здания

2.1 Исходные данные для проектирования

Запроектировать стропильную ферму покрытия здания по схеме со следующими данными: объект нормального уровня ответственности; место строительства - г. Ростов-на-Дону; пролет L = 24 м; шаг ферм B =12 м; покрытие - утепленное по стальному профилированному настилу; элементы решетки фермы выполнены из парных уголков с соединением при помощи листовых фасонок, элементы поясов фермы - из прокатных тавров.

настил колонна ферма покрытие

2.2 Сбор нагрузок на покрытие

Постоянная нагрузка

Сбор постоянных нагрузок на 1м2 горизонтальной проекции покрытия здания представлен в табл. 1.

Снеговая нагрузка

Рсн = 1,2 кН/м2, т.к. место строительства - Ростов-на-Дону (II снеговой район) - СНиП [2].

Таблица 1 - Сбор нагрузки на покрытие

№ п/п	Наименование	Рн, кН/м2	гf	гn	Рп, кН/м2
	Постоянные:
1.	Гидроизоляция из 2-ух слоев стеклоизола	0,03	1,3	1	0,039
2.	Плиты из пенобетона	0,6	1,2		0,72
3.	Пароизоляция из окраски битумом	0,05	1,3		0,065
4.	Стальной профилированный настил	0,13	1,05		0,137
5.	Прогоны решетчатые пролетом 12 м	0,07	1,05		0,074
6.	Связи покрытия	0,05	1,05		0,053
7.	Стропильные фермы	0,1	1,05		0,105
	Всего:				1,14

2.3 Расчетная схема фермы и определение узловых нагрузок

Расчетная схема стропильной фермы показана на рис. 1.

Выбор расчетной схемы фермы делается на основе конструктивной схемы с учетом всех основных факторов, влияющих на ее напряженно-деформированное состояние.

Для легких стропильных ферм считается, что:

оси прямолинейных стержневых элементов в узлах пересекаются в одной точке;

конструктивное решение сопряжения стержневых элементов в узлах соответствует шарнирному;

одна из опор фермы является шарнирно-неподвижной, а вторая - шарнирно-подвижной;

нагрузка действует на узлы верхнего пояса центрально;

материал стержней (сталь) работает в упругой стадии.

На ферму действуют равномерно-распределенные постоянная нагрузка от собственного веса конструкций покрытия, равная Рп =1,14 кН/м2, и временная снеговая нагрузка Рсн =1,2 кН/м2.

Определяем расчетную нагрузку, распределенную по пролету фермы:

Определяем узловые силы на верхний пояс фермы:

2.4 Определение усилий в элементах фермы

Определение опорных реакций

-Q(3+6+9+12+15)+RB18=0

RB=84,24 кН45м/18=210,6 кН



Q(15+12+9+6+3)-RA18=0

RA=84,24 кН45м/18=210,6 кН

Проверки:

RA +RB - 5Q = 0

210,6 +210,6 - 584,24 = 0

421,2-421,2= 0

-RA3-Q3-Q6-Q9- Q12+RB15=0

3159-3159=0

Определение усилий в стержнях фермы для 12 узла (использованы метод Ритера и метод вырезания узлов)

Сечение I-I, узел 2 - моментная точка

-RA3+N12-110,5=0

N12-11=210,6 3/0,5=1263,6 кН

Сечение I-I, узел 1 - моментная точка

-Q3-N2-11 sinб3=0

N2-11= -84,24 3/ sin 80,53= -87,13 кН

N2-12 = Qуз = кН N2-3 = N1-2 = 170,87кН Вырежем узел 2:

-Q-N2-12+N2-3sinб =0

-- + N2-3sin 80,5=0

N2-3 =170,87 кН

2.5 Подбор поперечных сечений элементов фермы

Расчет растянутых элементов

Подбор сечения выполняем из условия прочности по формуле:

, где N - усилие в элементе

Подбор поперечного сечения стержня 2-11 (раскос)

По сортаменту подбираем сечение из 2-ух равнополочных уголков 50?5, имеющих следующие характеристики: Аф=4,8 см2; ix =1,53 см; = 2,53 см

Проверка подобранного сечения

Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

гибкость элемента в плоскости и из плоскости фермы соответственно

коэффициенты расчетной длины ( для элементов решетки, для элементов поясов;=1)

- геометрическая длина элемента (равна расстоянию между узлами)

- радиусы инерции сечения

предельная гибкость растянутых элементов (табл.20* [1])

Проверяем подобранное сечение на прочность:

- условие выполняется.

Расчет центрально сжатых элементов

Подбор сечения выполняем из условия устойчивости по формуле:

 , где ц - коэффициент продольного изгиба (табл.72 [1])

Подбор поперечного сечения стержня 1-2 (элемент верхнего пояса фермы).

По сортаменту подбираем сечение из широкополочного тавра 13ШТ1, имеющего следующие характеристики: Аф=26,94 см2; ix =3,27 см; iy =4,25 см

Проверка подобранного сечения

Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

Проверяем подобранное сечение на прочность:

- условие выполняется.

Подбор поперечного сечения стержня 2-3 (элемент верхнего пояса фермы).

По сортаменту подбираем сечение из широкополочного тавра 13ШТ1, имеющего следующие характеристики: Аф=26,94 см2; ix =3,27 см; iy =4,25 см

Проверка подобранного сечения

Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

Проверяем подобранное сечение на прочность:

- условие выполняется.

Подбор поперечного сечения стержня 2-12 (стойка)

Задаемся гибкостью

По сортаменту подбираем сечение из 2-ух равнополочных уголков 50?5, имеющих следующие характеристики: Аф=4,8см2; ix =1,53 см; iу =2,53см.

Проверка подобранного сечения.

Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

Определяем предельную гибкость сжатых элементов согласно табл. 19*[1]:

Проверяем подобранное сечение на устойчивость:

- условие выполняется.

2.6 Расчет узла стропильной фермы

Расчет узла выполняем из условия прочности сварных швов, прикрепляющих элементы решетки к фасонке фермы.

В фермах со стержнями из двух уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасонках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швами. Усилие в элементе распределяется между швами по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстояниям до оси стержня:

; ,

где б1=0,7, б2=0,3 - для равнополочных уголков.

Концы фланговых швов для снижения концентрации напряжений выводят на торцы стержня на 20 мм (п. 13.9* [1]).

Сварные швы выполняем полуавтоматической сваркой в среде СО2 сварочной проволокой Св-08А (табл. 55* [1]) диаметром d=2 мм.

Согласно п.11.2* [1] полная длина сварного углового шва:

- по металлу шва

- по металлу границы сплавления

где - количество сварных швов; , (табл. 34* [1]);

kf = 6 мм (табл.38* [1]); Rwf = 18 кН/см2 (табл. 56 [1]);

Rwz=0,45Run =16,7 кН/см2 (табл. 3 [1]); кН/см2 (табл. 51* [1]); (п. 11.2* [1]); (табл. 6* [1]).

Стержень 2-12 (стойка):

по обушку:



по перу:

Стержень 2-11 (раскос):

по обушку:

по перу:

Список литературы

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции/Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 2000.- 96 с.

2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 2003.- 55 с.

3. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. - М.: ГУП ЦПП, 1996. - 106 с.

4. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. - 3-е изд., перераб. и доп.- М., 2006.- 431 с.

5. Металлические конструкции: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / [Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.]; Под общ. ред. Ю.И. Кудишина.- 8-е изд., перераб. и доп.- М.: Издательский центр «Академия», 2006.- 680 с.

6. Сокращенный сортамент металлопроката для применения в строительных стальных конструкциях: Методические указания/Д.Б. Демченко.- Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2007.- 24 с.

Размещено на Allbest.ru