Строительные конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Разработка схемы стального каркаса цеха

1.1 Определение основных размеров поперечной рамы цеха

1.2 Разработка схем горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм; вертикальных связей между фермами и колоннами

1.3 Разработка схем продольного и торцевого фахверков

2. Статический расчет поперечной рамы

2.1 Определение нагрузок на раму

2.2 Заполнение бланка исходных данных для ЭВМ

2.3 Определение расчетных усилий в сечения рамы

2.4 Определение невыгодных сочетаний усилий для сечений колонны и анкерных болтов

3. Расчет подкрановых и тормозных балок

3.1 Определение усилий в подкрановой и тормозной балках; подбор сечений подкрановой и тормозной балок и проверка их прочности

4. Конструктивный расчет колонны

4.1 Определение расчетных длин колонн

4.2 Расчет нижней части колонны

4.3 Расчет верхней части колонны

4.4 Расчет сопряжения верхней части колонны с нижней.

4.5 Расчет базы сквозной колонны

4.6 Расчет анкерных болтов

5. Расчет ригеля рамы (стропильной фермы)

5.1 Определение усилий в стержнях ригеля

5.2 Подбор сечений стержней

5.3 Расчет узлов ригеля

6. Выбор защитного покрытия металлоконструкций от коррозии

Введение

Стальной каркас производственного здания представляет собой пространственную систему несущих конструкций, предназначенных для восприятия нагрузок от ограждения, воздействий снега, ветра и кранов.

Основой каркаса служит поперечная рама, так как она прямо или косвенно воспринимает все нагрузки. Она состоит из ступенчатых колонн, жестко защемленных в фундаменты, и ригеля. Ригелем рамы является унифицированная стропильная ферма. В зданиях с крановым оборудованием ригель с колонами, как правило, соединяется жестко в целях уменьшения деформативности рамы.

Жесткость каркаса в продольном направлении обеспечивается продольной рамой, образуемой поперечными рамами, подкрановыми балками и связями по колоннам и кровле. Поперечные и продольные рамы в совокупности создают пространственный каркас.

При компоновке каркаса основными задачами являются: размещение колонн в плане, выбор системы покрытия и типов ограждающих конструкций, определение размеров рамы, компоновка подкрановых путей, системы связей и выбор материалов конструкций и соединений. Эти задачи решаются на основании технологического задания на проектирование здания с учетом экономичности и надежности конструкций.

Размещение колонн в плане (рис.1) должно отвечать требованиям технологии, экономичности и унификации объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий. Расстояние между разбивочными осями рамы (пролет) устанавливают равными 6 м (18; 24; 30; 36; 42 м). Шаг колонн для однопролетных зданий принимается обычно 6-12 м, в зависимости от типа стенового ограждения и размеров рамы. В многопролетных зданиях шаг внутренних колонн может быть 6, 12, 18-48 м, в зависимости от технологии производства. Рациональный шаг колонн в каждом конкретном случае устанавливается сравнением вариантов.

При большой длине здания в продольных элементах каркаса возникают температурные деформации, вызывающие дополнительные напряжения в колоннах и повреждение стенового ограждения. Во избежание этого здание разделяют швами на температурные блоки (см. рис. 1), предельная длина которых зависит от зимней температуры наружного воздуха (табл. 1).

Температурные швы устраивают на парных колоннах (фундамент общий). Геометрические оси парных, а также торцовых колонн смещают с разбивочной оси на 500 мм (см. рис 1), что позволяет исключить доборные элементы в ограждающих конструкциях.

Покрытие здания может быть прогонным и беспрогонным. Наиболее распространенной является беспрогонная схема, при которой плиты покрытия укладывает непосредственно по фермам. Если шаг колонн 12 м и более, а плиты покрытия длиной 6 м и менее, то применяют прогонное покрытие или переходят на решение с подстропильными фермами, по которым устанавливают промежуточные стропильные фермы.

Настилом по фермам чаще всего являются железобетонные плиты шириной

1,5-3 м, но они имеют большую массу. Поэтому в последние время применяют легкие покрытия весом 0,2-0,8 кН/м², состоящие из стального или асбестоцементного настила, эффективного утеплителя и гидроизоляции - рулонной или металлической. Наиболее распространенным типом настила являются профилированные оцинкованные стальные листы длиной до 12 м. Кровля с применением таких настилов может быть осуществлена по прогонам путем полистовой сборки и с применением панелей заводской готовности - каркасных, а также бескаркасных типа "сэндвич" или монопанель, укладываемых также по прогонам с шагом 3 м.

Для восприятия и передачи на раму крановых нагрузок устраивают подкрановые и тормозные балки, пролет которых равен шагу рам. Верхний пояс подкрановой балки развязывают тормозными конструкциями - сплошными или сквозными, в зависимости от пролета балки, группы режимов работы и грузоподъемности кранов и наличия проходов вдоль крановых путей.

Стены здания обычно выполняют из панелей на основе тяжелого или легкого бетона. Возможно применение и эффективных легких стеновых панелей, конструктивно схожими с панелями типа "сэндвич" и монопанель.

Для поддержания стенового ограждения и остекления устраивают продольный и торцовый фахверки, состоящие из стоек шагом 6 м и ригелей. При высоте здания более 14 м стойки фахверка получаются гибкими, и для их разгрузки ригели фахверка часто выполняют в виде горизонтальных ветровых ферм шириной 2,2 м, являющихся промежуточными опорами стоек фахверка. По высоте здания ветровые фермы размещаются через 7-10 м.

Рис. 1 Сетка колонн

1. Разработка схемы стального каркаса цеха

1.1 Определение основных размеров поперечной рамы цеха

Исходными данными для определения размеров рамы (рис. 2) являются: пролет рамы L = 36 м, габариты крана, отметка головки рельса h₁ = 14,2 м. Остальные размеры устанавливаются расчетом. Расстояние от головки рельса до низа фермы при высоте крана H_k = 4000мм определяется по формуле: .

Величина f =250…400 мм учитывает крановый зазор, прогиб фермы и выступающие части связей. Принимаем f=400 мм. Тогда мм.

Полная высота рамы при заглублении колонны h₃ = 0,15 мм.

, тогда H = 14,2+4,4+0,15=18,75 м.

Длина верхней и нижней частей колонны ; ,

где - высота рельса, для данного крана принимаем 0,15 м; - высота балки, ориентировочно назначается из условия ; - пролет подкрановой балки. Получаем h_в = 4,4+0,15+12 = 6,05 м; =18,75-6,05=12,7 м.

Высота колонны от 0,000 до низа несущей конструкции должна быть кратна 0,6 м.

По расчету получаем h = H-f = 18,75-0,15=18,6 м, что кратно 0,6 м.

Ширина верхней части колонны из условия жесткости и устойчивости и ориентировочно принимается . Так как должно быть кратно 0,25 м, то получаем м.

Рассчитаем габариты крана: , где определяется по формуле: . Получаем мм, (= 500, 750, 1000, 1250, …), тогда м.

Ширина нижней части колонны определяется по формуле: , где а - расстояние от разбивочной оси до наружной грани колонны. Так как Q < 100 т., в = 12 м и h₁ < 18 м, то, а принимаем равным 250 мм. Тогда мм.

Рис. 2 Основные размеры поперечной рамы

1.2 Разработка схем связей

В систему связей каркаса входят горизонтальные связи в плоскости верхних и нижних поясов ригеля, вертикальные - между фермами и по колоннам.

Связи в плоскости верхних поясов ферм состоят из поперечных связевых ферм и распорок. Они служат для обеспечения устойчивости верхнего пояса фермы и удобства монтажа(см. рис. 3,4) .



Рис. 3. Горизонтальные связи в плоскости верхних поясов ригеля

Связи по нижним поясам ферм состоят из поперечных и продольных связей ферм и растяжек. Они обеспечивают пространственную работу каркаса, неподвижность верхних частей колонн и воспринимает давление ветровой от стоек фахверка.

Рис. 4. Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов ригеля

Вертикальные связи между фермами служат для увеличения их боковой жесткости и удобства при монтаже. Связи устраивают по опорам ферм и в промежутке по 1 штуке. Вдоль здания эти связи размещать нужно в плоскости поперечных связей и в промежутке через 3-4 шага ферм. Вертикальные связи необходимо выполнять в виде крестовой решетки из одиночных уголков.

Вертикальные связи между колоннами обеспечивают общую устойчивость и неизменяемость сооружения, а также воспринимают усилия от продольного торможения кранов и давления ветра на торец здания. Нижние связи по колоннам, во избежание значительных температурных воздействий, размещаем вблизи от середины здания в плоскости подкрановой и наружной ветвей колонны (рис. 5).

Рис. 5. Вертикальные связи

1.3 Разработка схем продольного и торцового фахверков

Фахверк - система конструктивных элементов, служащих для восприятия ветровой и тормозной нагрузки и поддерживания стенового ограждения. Фахверк бывает для внутренних и наружных стен, продольных и поперечных. Стойки фахверка опираются внизу на фундамент, вверху - на горизонтальные связевые фермы шатра с помощью листового шарнира. При высоте здания более 14 м. стойки фахверка получаются гибкими, и для их разгрузки ригели фахверка часто выполняют в виде горизонтальных ветровых ферм шириной 2,2 м, являющихся промежуточными опорами стоек фахверка. По высоте здания ветровые фермы размещаются через 7-10 м. В торце здания опорами стоек фахверка могут служить ремонтные площадки кранов.

2. Расчет рамы

2.1 Определение нагрузок на раму

Нагрузки на ригель. На ригель действует постоянная нагрузка (вес кровли, утеплителя, собственный вес фермы) и временная (снеговая, пыль). Их определяют исходя из состава кровли и района строительства. Все вычисления сводят в таблицу, где указывают толщину и объемный вес элементов кровли.

Нормативную нагрузку от веса фермы, кПа, со связями определяют по справочным данным или по приближенной формуле:

;

где - нормативная суммарная нагрузка от собственного веса покрытия и снега (см. табл. 2), ; - коэффициент, равный 0,14; и - шаг ферм и их пролет.

Расчетная снеговая нагрузка

,

где s₀ - нормативный вес снегового покрова, принимаем в зависимости от района строительства; - коэффициент перехода от веса снега на земле к весу снега на покрытие, принимаемый по приложению в зависимости от числа пролетов, наличия фонарей, уклона кровли.

Для расчета рам допускается принимать равномерное распределение снега, т.е. =1; - коэффициент надежности по нагрузке, обычно равный 1,4, но при <0,8; =1,6.

Таблица №1 Нагрузки на ригель рамы (без собственного веса ригеля)

Наименование нагрузок	Нормативная, кПа	Коэффициент надежности,	Расчетная, кПа
1. Постоянная:
гравий втоплен. в настил t=20мм	0,56	1,2	0,672
рубероид (три слоя)	0,1	1,2	0,12
цементная стяжка t=20 см	0,4	1,2	0,48
утеплитель t=12cм 5 кН/м3	0,6	1,2	0, 72
пароизоляция	0,03	1,2	0,036
профилирован. настил	0,153	1,05	0,161
прогон	0,1	1,05	0,105
итого	1,943		2,294
2. Временная
снеговая	1,5	1,4	2,1

Получаем

Таблица №2 Нагрузки на ригель рамы

Наименование нагрузок	Нормативная, кПа	Коэффициент надежности,	Расчетная, кПа
1. Постоянная:
гравий втоплен. в настил t=20мм	0,56	1,2	0,672
рубероид (три слоя)	0,1	1,2	0,12
цементная стяжка t=200мм	0,4	1,2	0,48
утеплитель t=	0,6	1,2	0,72
пароизоляция	0,03	1,2	0,036
профилирован. настил	0,153	1,05	1,056
прогон	0,1	1,05	0,161
собственный вес ригеля	0,25	1,05	0,2625
итого	2,193		2,5565
2. Временная
снеговая	1,5	1,4	2,1

Для расчета рамы вычисляют погонные нагрузки на ригель, постояннуюg и временную s, а также опорные давления стропильных ферм от этих нагрузок.

;;

кН;

кН*м.

Постоянные нагрузки на колонну

Вес стеновых панелей G₁ и G₂ вместе с остеклением передается на колонну в соответствии со схемой фасада. Давление стропильной фермы F_g действует в плоскости внутренней грани колонны. Расчетные нагрузки от собственного веса подкрановой и тормозной балок, верхней и нижней частей колонны определяются по формулам:

; ; ;

где -коэффициент веса подкрановой и тормозной балок, принимаем 0,3; - пролет балки и подстропильной фермы, м; - вес 1 м кранового рельса; и - нормальные силы в верхней и нижней частях колонны.

; .

Подставим числовые значения в формулы и получим:

кН,

кН,

кН,

кН,

Н.

Для удобства расчета рамы все вертикальные нагрузки, приложенные к колонне, переносят в центр тяжести сечения с добавлением моментов

;

;

м,

м,

м,

м,

м.

Подставим числовые значения в формулы и получим:

кН*м

кН*м.

Временные нагрузки на колонны

К ним относятся нагрузки от снега, кранов и ветровая. Воздействие снеговой нагрузки на колонну передается через стропильную ферму. Силу F_s также переносят в центр тяжести сечения с добавлением момента:

кН*м,

кН*м.

Крановая нагрузка

Вертикальное давление кранов определяют при крайнем положении тележки с грузом. При этом одна из колонн испытывает максимальное давление D_макс, другая - минимальное D_мин. Расчетное значение этих давлений определяют, как правило, от двух наиболее неблагоприятных кранов с помощью линий влияния опорных реакций двух смежных балок

Рис. 6. Линии влияния опорных реакций подкрановых балок

; .

Расчетные давления колес крана при коэффициенте надежности по нагрузке определяем по формулам:

; .

Минимальное давление колеса крана определяем по формуле: , где Q, G_кр - грузоподъемность и полный вес крана, n₀ - число колес крана на одном рельсе.

Получаем, что У₁=0,4875, У₂=0,5625, У₃=0,925, У₄=0,7542, У₅=0,6792, У₆=0,3167, У₇=0,2417, а F и F₁ равны 392 кН. и 422 кН. соответственно. Тогда

кН, кН,

кН,

кН.

Поскольку давления и относительно нижней части колонны действуют с эксцентриситетом , то они вызывают не только сжатие, но и изгиб колонны моментами: , .

Тогда кН*м, а кН*м.

Расчетную горизонтальную силу от поперечного торможения кранов определяем по формуле: , где коэффициент сочетаний, - сумма ординат линии влияния.

Расчетная горизонтальная нагрузка на одно колесо крана , где k - величина, равная 0,05, Q и G_T - вес груза и вес тележки крана равные 800кН и 330кН соответственно.

Тогда:

кН,

кН.

Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка должна определятся как сумма средней статической и пульсационной составляющих. Пульсационную составляющую не учитывается т.к. ,

По СниП для г. Ухта кПа, тип местности В.

кПа.

Рис. 7. Определение ветровых нагрузок на поперечную раму.

Средневзвешенное значение давления ветра для первой и среднее для второй зон:

кН/м

кН/м

Расчетная горизонтальная нагрузка на раму:

кН/м;

кН/м.

м²

кН

кН

Скатная составляющая

кН/м.

Расчетную схему получают из действительной, отбрасывая несущественные детали и учитывая главные факторы, к которым относятся: размеры контура рамы, жесткости ее элементов, характер закрепления стержней рамы.

За расчетный пролет рамы принимают расстояние между осями верхней сети колонн, а за расчетную высоту - расстояние от низа базы до оси нижнего пояса ригеля. Момент инерции ригеля, эквивалентный моменту инерции сплошной балки, определяют по формуле:

 м⁴

Момент инерции нижней части колонны:

м⁴

Для верхней части колонны:

м⁴

Вычислив моменты инерции элементов рамы, принимают меньший из них за единицу и находят соотношение: .

Статический расчет рамы сводится к определению усилий в ее расчетных сечениях от всех внешних воздействий.

,

<1.

2.2 Заполнение бланка исходных данных для ЭВМ

№	Наименование	Размерность	Величина
1	Пролет рамы	L, м	36
2	Шаг рам	м	12
3	Длина верхней части колонны	hв, м	6,05
4	Длина нижней части колонны	hн, м	12,7
5	Высота верхней части колонны	вв, м	0,75
6	Высота нижней части колонны	вн, м	1,25
7	Высота фермы на опоре	м	2,9
8	Отношение момента инерции		41
9	Отношение момента инерции		4
10	Высота подкрановой балки	hб, м	2,1
11	Привязка колонны по оси	м	0,25
12	Толщина стен панели	м	0,2
13	Шаг ферм	м	12
№	Наименование	Размерность	Величина
14	Постоянные нагрузки на ригель	кПа	2,56
15	Снеговые нагрузки на ригель	кПа	2,1
16	Вес стеновых панелей	G1, кН	237,38
17	Вес стеновых панелей	G2, кН	135,3
18	Давление крана	Dmax, кН	1914,6
19	Давление крана	Dmin, кН	523,444
20	Поперечное торможение крана	Т, кН	65,6
21	Ветровая нагрузка	w, кН	13,178
22	Ветровая нагрузка	, кН	14,692
23	Ветровая нагрузка	, кН/м	2,54
24	Ветровая нагрузка	, кН/м	1,27
25	Коэффициент пространственного сжатия		0,223
26	Величина сжатой составляющей	, кН/м	3,182

3. Расчёт подкрановых и тормозных балок

3.1 Определение усилий в подкрановой и тормозной балках; подбор сечений подкрановой и тормозной балок и проверка их прочности

Расчётные нагрузки. Вертикальная расчётная нагрузка на одно колесо крана:

,

.

Горизонтальная расчётная нагрузка на одно колесо крана:

Расчётная горизонтальная нагрузка, вызываемая продольным торможением моста крана:

Погонная нагрузка от пояса подкрановой балки:

.

кН/м.

Расчётная постоянная нагрузка от веса балки с рельсом:



Момент в середине от вертикальной и горизонтальной нагрузок определяем по линии влияния (рис. 3.1.). Предварительно проверяем установку по критериям:

.

При

по первому критерию: .

по второму:

Оба условия выполняются.

Определив ординаты линии влияния, вычисляем изгибающие моменты в подкрановой балке:

.

кН*м;

Поперечные силы на опоре и в середине балки от вертикальной и горизонтальной

нагрузок вычисляем с помощью линии влияния (рис. 3.1.) по формулам:

Компоновка сечения

Требуемый момент сопротивления:

Приближённая высота балки:

Минимальная высота балки по условию жёсткости:

По большей высоте определяем толщину стенки из условий:

- прочности на срез от поперечной силы Q:

- постановки только поперечных рёбер:

Оптимальная высота стенки балки:

Сечение стенки по ГОСТ 82 - 70 принято 1400 х 10 мм.

Суммарная площадь сечения поясов:

Сечение верхнего пояса:

Сечение нижнего пояса:

Ширина верхнего пояса принята 400 мм.

Требуемая толщина пояса:

По ГОСТ 82 - 70 принято t = 20 мм.

Устойчивость пояса обеспечена (табл. 30 [1]), т.к.

Ширина нижнего пояса:

Размеры поясов (ГОСТ 82 - 70) приняты:

Верхнего - 400 х 20 мм, нижнего - 320 х 20 мм.

Геометрические характеристики

Рисунок 9

Площадь сечений:

Балки - поясов -

Координаты центра тяжести сечения балки:

см.

Моменты инерции относительно нейтральной оси, брутто и нетто:

см⁴.

Моменты сопротивления для верхней и нижней точек сечения:

Статические моменты верхнего и нижнего поясов и полусечения:

Геометрические характеристики тормозной балки

Для швеллера №20:

Лист тормозной балки толщиной 6 мм.

Площадь сечения балки:

.

Координата центра тяжести:

Моменты сечения инерции брутто и нетто:

,

,

,

Моменты сопротивления для крайних точек тормозной балки:

; .

Проверка напряжений.

Максимальные напряжения общего изгиба - нормальные в середине балки по формулам:

,

Касательные на опоре балки:

Запас прочности по нормальным напряжениям общего изгиба допустим, т.к. составляет:

.

Для проверки прочности по местным напряжениям по формуле предварительно определяем:

.

.

Проверяем прочность для среднего сечения балки:

,

.

Для среднего сечения балки проверим прочность по приведённым касательным напряжениям:

Проверяем прочность наружного пояса:

Жесткость балки от нормативной вертикальной нагрузки

,

Толщина верхних поясных швов:

,

Катет по металлу шва:

Катет по металлу границы сплавления:

принимаем

Расчет опорного ребра

Ширина ребра:

; .

Принято

Рисунок 10. - Опорное ребро	; . ; ; .

В расчетную площадь включено ребро и устойчивая часть стенки

.

Устойчивость обеспечена, так как

4. Конструктивный расчет колонны

4.1 Определение расчётных длин элементов колонны

Таблица - Расчетные сочетания усилий для колонны

сечения и элементы колонны	инд. из таб.	Усилия	Наружная ветвь	Внутренняя ветвь
		M	N	M/0,35b	N	Nусл	M/0,35b	N	Nусл
С	10	-965,5	-1024,2	3678,095	-1024,2	2653,9	-3678,1	-1024,2	-4702,3
Bc	9	265,3	-696,7	-1010,67	-696,7	-1707,4	1010,67	-696,7	313,9
	10	-385,5	-1277,2	1468,571	-1277,2	191,4	-1468,57	-1277,2	-2745,8
	11	-342	-696,7	1302,857	-696,7	606,2	-1302,86	-696,7	-1999,6
Ba	10	-892,6	-3199,7	714,08	-1599,85	-885,8	-714,08	-1599,85	-2313,9
A	9	1234	-3250,8	-987,2	-1625,4	-2612,6	987,2	-1625,4	-638,2
	10	-258,4	-1109,5	206,72	-554,8	-348,0	-206,72	-554,8	-761,5
анкерные болты		379,4	-1784,4				303,52	-892,2	-588,7
		-214	-897,3	-171,2	-448,65	-619,8

При расчете колонн предварительно устанавливают расчетные длины нижней и верхней частей колонн в плоскости и из плоскости рамы, а также расчетные длины ветвей и элементов решетки в двух плоскостях.

Коэффициент определяют по табл. 68 СНиП II-23-81*, в зависимости от соотношения и , где .

Вычисляем отношения:

Так как и , то принимаем и .

Определим расчетные длины колонн в плоскости рамы:

для нижней части: м,

для верхней части: м.

Определим расчетные длины колонн из плоскости рамы:

для нижней части: м,

для верхней части: м.

Расчетные длины ветвей колонны:

в плоскости рамы: м,

из плоскости рамы: м.

4.2 Расчет нижней части колонны

Расчет подкрановой (внутренней) ветви

Требуемая площадь сечения подкрановой (внутренней) ветви при ,

.

Высота сечения ветви в пределах м, и подчиняется условию м. Принимаем м.

Ветвь компонуем из сварного двутавра. Толщина стенки при её высоте , когда не требуется поперечных рёбер

Принято - 10 мм. Площадь пояса . Размеры сечений приняты: стенки - 500 x 10 мм, поясов - 240 x 14 мм.

Геометрические характеристики сечения ветви:

,

, .

Гибкости: см; см.

По находим ;

Проверяем местную устойчивость:

,

Проверяем общую устойчивость ветви:

МПа

Расчет подкрановой наружной ветви.

Требуемая площадь ветви

,

Компонуем ветвь из листа 500 х 16 мм и двух уголков 16 х 12мм.

,

Координаты центра тяжести: ,

Тогда см.

, ,

, .

Гибкости: см; см.

По находим ;

Устойчивость обеспечена, так как

,

Центр тяжести всего сечения:

см.

Уточнение усилий в ветвях

Корректируем усилия в ветвях с учетом фактического положения центра тяжести сечения:

кН,

кН

Устойчивость наружной ветви проверяем повторно:

,

Геометрические характеристики всего сечения:

,

.

.

; ,

; .

Расчет раскоса

Расчетная поперечная сила кН

Условная

кН,

,

Расчетной является кН

Усилие в раскосе одной системы планок:

кН,

Требуемая площадь сечения

Принимаем уголок 75 х 6 мм.

; ,

.

Устойчивость раскоса обеспечена:

.

Проверяем устойчивость колонны как единого целого стержня:

,

.

Условная гибкость:

.

Таблица 4 - Проверка устойчивости колонны.

Формула	Комбинация усилий № 1	Комбинация усилий № 2
N, кН	3199,7	3250,8
М, кН*м	892,6	1234
, м	0,28	0,38
, см	70,08	54,56
	0,4	0,7
	2,72	2,72
(т. 75 [1])	0,474	0,446
	МПа	МПа

Устойчивость колонны в плоскости действия момента обеспечена.

4.3 Расчет верхней части колонны

Рассчитать верхнюю часть колонны при следующих исходных данных:

();

Расчетные усилия

(сечение С) (сечение Вс)

М = -965,5 кН*м М = 265,3 кН*м

N = 1024,2 кН*м N = 696,7 кН*м

Q = 97,8 кН

Длина верхней части колонны , расчетная длина колонны в плоскости рамы , из плоскости рамы , ширина верхней части колонны .

Для определения требуемой площади сечения предварительно вычисляем радиус инерции, гибкость и коэффициент продольного изгиба: см;

Тогда

.

Наибольший по абсолютной величине момент на опоре ригеля М=303,1 кН*м, при высоте ригеля в осях , получим перерезывающую силу

кН.

При высоте стенки толщина стенки из условия прочности на срез

принята

Площадь сечения пояса

Принято сечение пояса 240 х 20 мм.

Геометрические характеристики всего сечения окончательно:

см²,

; ;

, ,

, .

Местная устойчивость пояса обеспечена, поскольку

Проверка прочности сечения.

;

оба условия выполняются.



Прочность обеспечена.

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия изгибающего момента.

торцевый фахверк металлоконструкция коррозия

При и по таблице 73 СНиПа имеем

Тогда приведенный эксцентриситет

по таблице 74 СНиПа принимаем

Устойчивость обеспечена, так как

МПа

Проверка устойчивости колонны из плоскости действия момента

кН*м, > кН*м

>,

то и m_x<5, то с=

, .

Устойчивость обеспечена.

Проверка местной устойчивости стенки:

Поскольку (237,1 > 236,7) и , то

Местная устойчивость стенки обеспечена.

4.4 Расчет сопряжения верхней части колонны с нижней

 Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом :

1) М = 265,3 кН*м; N = 696,7 кН*м .

1) М = -385,5 кН*м; N =1277,2 кН*м.

Давление кранов

1-ая комбинация M и N:

- наружная полка

.

- внутренняя полка

.

2-ая комбинация M и N:

- наружная полка

.

- внутренняя полка

.

Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия по формуле



Принимаем

Усилие во внутренней полке верхней части колонны (2-ая комбинация):

.

Длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенки траверсы:

Принимаем полуавтоматическую сварку проволокой марки Св-08А, . Назначаем

, , .

,

; .

В стенке подкрановой ветви делаем прорез, в который заводим стенку траверсы.

Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви, составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы.

М = -385,5 кН*м; N =1277,2 кН*м ,

,

требуемая длина шва:

,

.

Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы определяем высоту траверсы по формуле:

.

Принимаем

Проверяем прочность траверсы как балки. Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 500 х 10 мм, верхние горизонтальные ребра - из двух листов 120 х 10 мм.

Положение центра тяжести сечения траверсы:

,

,

Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает при 2-ой комбинации усилий:



Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов:

Катет шва рассчитывают на большую силу или :

;

;

,

Принимаем 6 мм.

Толщину горизонтальных швов определяют, как в балке, по большей поперечной силе или :

, ,

Принимаем 6 мм.

Толщину шва рассчитывают на сжимающее усилие в поясе балки пролетом, равным , и высотой сечения :

кН*см,

Длина шва:

.

Принимаем 10 мм .

4.5 Расчет базы сквозной колонны

; ;

; .

,

,

Определяем размеры опорных плит:

,

,

Принято:

Расчет плит производим по фактическому давлению её на фундамент:

,

,

Толщина плиты:

,

толщина плиты .

,

Необходимо установить ребро толщиной 10 мм.

,

одного ребра достаточно.

Принимаем толщину плиты 38 мм.

Высоту ребер вычисляем из условия прочности на изгиб.

,

,

,

Принимаем высоту ребра .

Проверим напряжения в шве, прикрепляющим ребра к плите:

.

Принимаем ребра жесткости 650 х 10 мм.

Высоту траверсы определяем из условия размещения сварных швов, необходимых для передачи усилия с ветви на траверсу:

Для наружной ветви:

,

Принимаем .

Для внутренней ветви:

.

.

Принимаем .

Горизонтальные швы рассчитываем по формуле:

.

4.6 Расчет анкерных болтов

Усилия в наружном и внутреннем болтах:

Определяем сечение болта:

,

Принимаем болты для внутренней ветви c ,

Для наружной ветви принимаем 2 болта c .

5. Расчет ригеля рамы

5.1 Определение усилий в стержнях ригеля

Усилия в стержнях ригеля определяем от постоянной и снеговой нагрузок, а также от опорных моментов, возникающих в раме в результате жёсткого соединения ригеля с колоннами.

Усилия в ригеле определяем графическим способом по диаграмме Максвелла - Кремона.

Усилия в любом стержне фермы от опорных моментов вычисляются по формуле:

а в нижнем поясе с учётом нормальной силы по формуле:

Расчётные усилия определяем в табличной форме.

кН, кН.

5.2 Подбор сечений стержней

Сжатые стержни.

Подбор сечений труб и проверку их устойчивости производим по формулам:

, .

При этом коэффициент .

Проверка на местную устойчивость: , где .

Растянутые стержни.

Площадь сечения нетто подбираем по расчетному усилию N: .

Коэффициент условия работы .

Сжато-изогнутые стержни.

При подборе сечения задаемся , вычисляем радиус инерции: , по которому в сортаменте подбираем подходящий профиль. Для принятого профиля вычисляем необходимые величины и производим проверку прочности и устойчивости. Расчет ведем в табличной форме:

5.3 Расчет узлов ригеля

Узел 1

Крепление раскоса а-б к нижнему поясу:

, ,

,

м,

, мм<7,2мм.

Крепление поясной трубы к опорному листу рассчитывают на наибольшие растягивающие или сжимающие усилия:

N_p=893,8 кН,кН,

а также опорное давление кН.

Так как МПа > МПа, то

, мм<7,2мм.

Принимаем мм, м.

Принимаем болты: d=20 мм, А_вл=3,14 см², R_bt=400 МПа.

Количество болтов: , принимаем 12 болтов.

Болты проверяем на прочность по формуле: ,

МПа.

Опорный лист проверяем также на изгиб и смятие.

Толщина планки:мм.

Принимаем мм.

Проверка на смятие

.

Узел 2

Длина шва прикрепляющего пояс к опорному листу:

м.

.

Принимаем .

Растягивающее усилие передается на колонну без эксцентриситета, поэтому в элементах соединений не возникает напряжений от момента.

Количество болтов соединяющих пояс с колонной:

d=20 мм, А_вл=3,14 см², R_bt=400 МПа.

, принимаем 4 болта.

Узел 3

Крепление раскоса а-б к верхнему поясу:

, ,

,

м,

.

Принимаем .

Несущая способность узла на продавливание

При и , , то n=0,8, несущая способность пояса на продавливание проверяется по формуле:

.

Узел 4

Крепление стойки к верхнему поясу:

, ,

,

м,

.

Принимаем .

Несущая способность узла на продавливание

При и , несущая способность пояса на продавливание проверяется по формуле:

<156,8 кН.

Узел 5

Крепление раскоса г-д к верхнему поясу:

, ,

,

м,

Принимаем . Крепление раскоса д-е к верхнему поясу:

, ,

,

м,

.

Принимаем . Несущая способность узла на продавливание

При и , , то n=0,8, несущая способность пояса на продавливание проверяется по формуле:

.

Узел 6

Крепление стойки к верхнему поясу:

, ,

,

м,

.

Принимаем . Несущая способность узла на продавливание

При и , несущая способность пояса на продавливание проверяется по формуле:

<156,8 кН.

Узел 7

Крепление раскоса ж-з к верхнему поясу:

,

, ,

м,

.

Примем .

Крепление стойки к верхнему поясу:

, ,

,

м,

.

Принимаем .

Узел 9

Крепление раскоса б-в к верхнему поясу:

,

, ,

м,

,

Примем .

Крепление раскоса г-д к нижнему поясу:

, ,

,

м,

Принимаем .

Крепление стойки в-г:

, ,

,

м,

.

Принимаем .

Узел 10

Крепление раскоса д-е к верхнему поясу:

, ,

,

м,

,

Примем .

Крепление раскоса ж-з к нижнему поясу:

, ,

,

м,

Принимаем .

Крепление стойки е-ж:

, ,

,

м,

.

Принимаем .

Узел 11

Крепление стойки з-и:

, ,

,

м,

.

Принимаем .

Крепление раскоса и-к к нижнему поясу:

, ,

,

м,

Принимаем .

Прочность стыка проверяют на расчетное усилие в панели фермы по условию:

,

м,

,

МПа.

Условие выполняется.

Узел 8

Укрепительный стык верхнего пояса осуществлен на болтах. При болтовом соединении сжимающие усилия передаются через планку, а болты воспринимают сдвигающие усилия. Так как узел сжат, то его не рассчитываем.

Крепление раскоса и-к к верхнему поясу:

, ,

,

м,

Принимаем .

Нижний укрупнительный стык.

Стык выполнен на фланцах. Толщина шва для крепления фланца к профилю определяется по формуле:

,

, принимаем 5мм.

Растягивающее усилие в нижнем поясе передается болтам

,

принимаем 10 болтов O 16, А=2,01*10^-4м,

R_вun=1100МПа,

Усилие, приходящееся на один болт:

Толщину фланца при работе его на изгиб находим по формуле:

,

,

<50мм.

Прочность сварного соединения трубы с фланцем рассчитываем по трем сечениям

По металлу шва:

По металлу границы сплавления с профилем:

По металлу границы сплавления с фланцем в направлении его толщины:

.

6. Выбор защитного покрытия металлоконструкций от коррозии

Не защищённая от действия влажной атмосферы, а иногда (что ещё хуже) атмосферы, загрязнённой агрессивными газами, сталь коррозирует (окисляется), что постепенно приводит к её полному разрушению. При неблагоприятных условиях это может произойти через два-три года. Хотя алюминиевые сплавы обладают значительно большой стойкостью против коррозии, при неблагоприятных условиях они также коррозируют. Хорошо сопротивляется коррозии чугун.

Повышение коррозионной стойкости металлических конструкций достигается включением в сталь различных легирующих элементов, периодическим покрытием конструкций защитными плёнками (лаки, краски и т.п.), а также выбором рациональной конструктивной формы элементов (без щелей и пазух, где могут скапливаться влага и пыль), удобной для защиты и очистки.

Для неотапливаемого здания защиту от коррозии производить лакокрасочными покрытиями по группе I - n - 2(55) лаками ПФ - П4 (ГОСТ 15907 - 70) по грунтовке ПФ - 020 (ГОСТ 18353 - 72).

Литература

1. СНиП II - 23 - 81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции. М., 1990.

2. СНиП 2.02.07 - 85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. М., 1986.

3. СНиП 2.03.11 - 85. Защита строительных конструкций от коррозии. М., 1986.

4. Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции. М., 1986.

5. Чепурной И.Н. Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания. Ч. 1. Гомель, 1979.

6. Чепурной И.Н. Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания. Ч. 2. Подкрановые балки. Гомель, 1983.

7. Чепурной И.Н. Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания. Ч. 3. Стропильные фермы. Гомель, 1985.

8. Чепурной И.Н., Залеева В.Д. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования по строительным конструкциям. Гомель, 1988.

Размещено на Allbest.ru