Размещено на http://www.allbest.ru/

Псковский государственный университет

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе по металлическим конструкциям на тему:

"Расчет и конструирование одноэтажного промышленного здания"

Факультет: ИС

Группа: 044-0504

Студент: Иванов Я.В.

Преподаватель: Васильев С.Ю.

Псков 2012 г.

1. Исходные данные

Вариант № 725

Размеры здания.

1. Пролет здания: .

2. Шаг колонн:.

3. Отметка головки кранового рельса: .

4. Высота фермы на опоре: .

5. Уклон верхнего пояса фермы: .

6. Зазор между тележкой крана и фермой: .

7. Заглубление колонны в грунт: .

Тип решетки фермы.

Ветровые и снеговые нагрузки, тип кровли.

1. Снеговой район: .

2. Нормативная снеговая нагрузка: .

3. Ветровой район: .

4. Нормативный скоростной напор ветра: .

5. Тип кровли: .

Справочные данные по мостовым кранам.

1. Грузоподъемность: .

2. Пролет крана: .

3. Давление колеса: .

4. Количество колес с одной стороны: .

5. Вес тележки: .

6. Вес крана: .

7. Высота крана: .

8. Вылет консоли крана: .

9. .

10. Высота рельса: .

2. Компоновка конструктивной схемы каркаса

Отметка на уровне пола здания: .

Отметка низа ригеля: - не кратно 0,6 > увеличиваем отметку головки кранового рельса

Высота подкрановой балки:

.

Высота балки:

.

Высота верхней части колонны:

.

Высота нижней части колонны:

.

Принимаем привязку .

Ширина верхней части колонны: , при этом кратно 500 мм и

.

Ширина нижней части колонны:

,

.

Расстояние от оси подкрановой балки до оси привязки здания: , значит принимаем bн=2,0м.

Зазор между краном и колонной:

.

3. Нагрузки и воздействия на каркас здания

3.1 Постоянные нагрузки

Состав нагрузок	Ед. изм.	Нормативная нагрузка	Коэффициент надёжности	Расчетная нагрузка
1. Сборные Ж/Б плиты из тяжёлого бетона - 3*12 м (тип 1)		1,8	1,1	2,0
2. Утеплитель из плитного пенополиуретана - l=120мм		0,06	1,2	0,07
3. Гидроизоляционный ковёр из 3-х слоёв рубероида		0,16	1,1	0,18
4. Собственный вес металла		0,4	1,05	0,42
Всего:

Расчетная постоянная нагрузка для железобетонного покрытия:

,

где: - коэффициент надежности;

- шаг колонн;

- уклон отсутствует.

Реакция опоры колонны:

.

Вес верхней части колонны:

.

Вес нижней части колонны:

.

Где: - средний расход стали на колонны, табл. 12.1., с. 286, /2/.

;

;

;

.

Момент от постоянной нагрузки:

.

3.2 Снеговая нагрузка

Расчетная снеговая нагрузка:

.

Реакция опоры колонны:

.

Момент от снеговой нагрузки:

.

3.3 Нагрузки от мостовых кранов

3.3.1 Вертикальные усилия от мостовых кранов

Вес подкрановой балки:

.

Максимальное давление крана на колонну:

,

где: - коэффициент сочетания работы;

- коэффициент надежности;

- максимальное нормативное давление на колесо крана;

- сумма ординат под колесами крана при невыгодном загружении.

.

Минимальное нормативное давление:

,

где: - максимальная грузоподъемность крана;

- вес крана с тележкой.

.

Минимальное давление крана на колонну:

.

Эксцентриситет приложения давления крана: .

Сосредоточенный момент, возникающий в подкрановой части колонны от эксцентриситета приложения давления крана по отношению к центру тяжести сечения колонны:

;

.

3.3.2 Горизонтальные усилия от мостовых кранов

Нормативное давление на одно колесо крана:

.

Горизонтальное давление на колонну, передаваемое на уровне тормозных конструкций: .

3.4 Ветровые нагрузки

Ветровой поток вызывает давление с наветренной стороны и отсос с подветренной стороны здания. При расчете с наветренной стороны нагрузки принимаются с аэродинамическим коэффициентом , а с подветренной стороны .

,

где: - коэффициент, учитывающий изменение напора ветра в зависимости от высоты и типа местности.

Для местности типа B: ; ;.

С наветренной стороны:

С подветренной стороны:



; .

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка:

;

.



4. Статический расчет поперечной рамы

4.1 Расчет на постоянную нагрузку

Принимаем .

.

.

.

.



Моменты от поворота узлов на угол (эпюра М1):

Моменты от нагрузки на стойки (эпюра Мр):

Каноническое уравнение:

.

Коэффициенты канонического уравнения:

Моменты от фактического угла поворота (М1·):

Моменты окончательной эпюры (эпюра Мок):

Эпюра поперечных сил:

Эпюра продольных сил:

4.2 Расчет на снеговую нагрузку

Каноническое уравнение:

.

Моменты от поворота узлов на угол (эпюра М1):

Моменты от нагрузки на стойки (эпюра Мр сн):

Коэффициенты канонического уравнения:

Моменты от фактического угла поворота (М1·):



Моменты окончательной эпюры (эпюра Мок):

Эпюра поперечных сил:

Эпюра продольных сил:

4.3 Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов

Каноническое уравнение:

.

Моменты от смещения верхних узлов на (эпюра М1):

Моменты на левой стойке:

Реакция верхних концов стоек:

Смещение плоской рамы:



Моменты от фактического смещения рамы

Моменты окончательной эпюры (эпюра Мок):

Эпюра поперечных сил:

Эпюра продольных сил:

4.4 Расчет на горизонтальное воздействие мостовых кранов

Моменты от смещения верхних узлов на (эпюра М1):



Эпюра поперечных сил

4.5 Расчет на ветровую нагрузку

Моменты от смещения верхних узлов на (эпюра М1):

Эпюра моментов

Эпюра поперечных сил

Таблица расчетных усилий.

№ нагрузки	Вид нагрузки	Надкрановая часть колонны	Подкрановая часть колонны
		Сечение 1-1	Сечение 2-2	Сечение 3-3	Сечение 4-4
		M	N	M	N	M	N	M	N	Q
1	Постоянная	-163,46	-365,256	-172,87	-595,186	124,72	-595,186	109,36	-972,616	1,28
2	Снеговая	-95,92	-191,52	-69,95	-191,52	25,81	-191,52	74,06	-191,52	-4,18
3	Т на левую стойку	127,59	0	164,57	0	164,57	0	260,02	0	35,29
4	Т на правую стойку	30,43	0	3,89	0	3,89	0	67,71	0	5,31
5	Dmax на левую стойку	-303,67	0	625,47	0	-1267,13	-2102,89	455,55	-2102,89	-143,2
6	Dmax на правую стойку	-101,57	0	266,26	0	-550,86	-907,91	130,9	-907,91	56,67
7	Ветер слева	230,44	0	40,46	0	40,46	0	-1061,6	0	135,5
8	Ветер справа	-264,27	0	-18,67	0	-18,67	0	999,67	0	118,01

Таблица сочетаний.

Вид комбинации	Сочетания	Надкрановая часть	Подкрановая часть
		Сечение 1-1	Сечение 2-2	Сечение 3-3	Сечение 4-4
		M	N	M	N	M	N	M	N	Q
+Mmаx Nсоотв	№ нагрузки	1, 7	1, 3, 5	1, 7	1,8
	1	66,98	-365,256	617,17	-595,186	165,18	-595,186	1109,03	-972,616
	№ нагрузки		1, 3, 5, 7	1, 2, 7	1, 2, 3, 5, 8
	0,9		574,58	-595,186	184,36	-767,55	1719,73	-3037,59
	№ нагрузки				1, 2, 3, 5, 8
	1; 0,8; 0,6				1725,93	-2769,84
-Mmax Nсоотв	№ нагрузки	1, 3, 5	1, 2	1, 3, 5	1, 7
	1	-594,72	-365,256	-242,82	-786,71	-1306,98	-2698,08	-952,24	-972,616
	№ нагрузки	1, 2, 3, 5, 8	1, 2, 8	1, 3, 5, 8
	0,9	-875,77	-537,62	-252,63	-767,55	-1180,61	-2487,79
	№ нагрузки	1, 2, 3, 5, 8
	1; 0,8; 0,6	-863,69	-480,17
Nmax Mсоотв	№ нагрузки	1, 2	1, 2	1, 3, 5	1, 3, 5
	1	-259,38	-556,78	-242,82	-786,71	-977,84	-2698,08	304,89	-3075,51
	№ нагрузки			1, 2, 3, 5	1, 2, 3, 5
	0,9			-952,03	-2660,16	351,99	-3037,59
	№ нагрузки
	1; 0,8; 0,6
Nmin Mсоотв	№ нагрузки				1, 8
	1				1109,03	-972,616
	№ нагрузки				1,2,8
	0,9				1075,72	-1144,98
	№ нагрузки
	1; 0,8; 0,6
Qmax	№ нагрузки				1, 3, 5
	1						-177,21
	№ нагрузки				1, 2, 3, 5
	0,9						-181,39
	№ нагрузки
	1; 0,8; 0,6

5. Расчет и конструирование стержня колонны

Верхняя часть.

Определяем наиболее неблагоприятное сочетание в 1 и 2 сечениях.

; .

Номера нагрузок из таблицы расчётных усилий: 1,2,3,5,8

5.1 Расчетные длины верхней и нижней частей колонны



Коэффициент приведения расчетной длины для подкрановой части колонны принимаем по табл. 6.8. /3/:

.

Коэффициент приведения расчетной длины для верхней части колонны:

.

Расчетные длины в плоскости рамы для нижней и верхней частей колонны:

;

.

Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей колонны:

;

.

5.2 Конструирование и расчет верхней части колонны

Требуемая площадь сечения:

,

где: ;

- эксцентриситет продольной силы.

Ry=21,5- расчётное сопротивление стали по пределу текучести,

марка стали ВСт3кп2, см. т.50,51 /3/

Принимаем: tw=8мм, hw=950мм, tf=15мм, bf=300мм, A=166

Проверка условий:

- условие выполнено

- условие выполнено

Момент инерции:

Момент сопротивления сечения для наиболее сжатого волокна:

Радиусы инерции сечения:

5.3 Проверка общей устойчивости верхней части колонны

Гибкость стержня:

Условная гибкость относительно оси x-x:

5.3.1 Проверка общей устойчивости колонны в плоскости действия момента

Приведенный эксцентриситет:

,

где:

- коэффициент влияния формы сечения, т. 4.1. /1/.

По табл. 74 /3/ принимаем .

Устойчивость стержня колонны:

.

Недонапряжение: - условие выполнено.

5.4 Расчет и конструирование нижней части колонны

Подкрановая ветвь

Наружная ветвь

Подбор сечения подкрановой части колонны сквозного сечения.

Сечение компонуем из прокатного двутавра (подкрановая ветвь) и сварного швеллера (наружная ветвь).

Задаемся: . .

. .

Усилия в ветвях колонны:

;

.

Требуемая площадь сечения ветвей:

;

.

Для подкрановой ветви принимаем двутавр с ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

Для наружной ветви принимаем толщину стенки швеллера , толщину полки . . Принимаем .

Требуемая площадь полки сварного швеллера:

.

Ширина полки сварного швеллера:

. Принимаем .

Условие: - выполняется.

Фактическая площадь сварного швеллера:

.

Уточняем положение центра тяжести сечения:

.

Моменты инерции:

.

; .

Истинные расчетные усилия в ветвях:

;

.

Проверка ветвей колонны на устойчивость, как центрально-сжатых стержней.

Подкрановая ветвь.

; По табл. 74 /3/ принимаем .

Условие выполняется.

Наружная ветвь.



; По табл. 74 /3/ принимаем .

Условие выполняется.

Подбор сечения элементов решетки колонны.

Qmax =181,39 кН

Qfic = k A = 0,21(143+163,6) = 64,39 кН

Рассчитываем раскос: 1-2

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок

90х7; А = 12,3 см2

imin = iу =1,78 см

- условие не выполняется

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок

125х9; А =22см2

imin = iу =2,48 см

- условие выполнено

Рассчитываем стойку: 1-3

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок : 63х5; А = 6,13см2

imin = iу =1,25 см



- условие невыполненяется.

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок : 75х6; А = 8,78см2

imin = iу =1,48 см

-условие выполняется

Проверка устойчивости колонны как единого стержня составного

сечения.

Геометрические характеристики всего сечения колонны и ее приведенная гибкость относительно оси :

;

;

;

Находим условную гибкость:

;

;

.

Относительные эксцентриситеты:

;

.

Проверяем нормальные напряжения:

;

.

5.5 Расчет стыка верхней и нижней частей колонны

Высота траверсы: .

В таблице сочетаний найдем сочетание с максимальным отрицательным моментом в сеч 2-2:

N= - 767,55кН

M= - 252,63кН м

Усилие в полке верхней части колонны:

.

Принимаем: tp=15мм

Принимаем

Принимаем

Определяем толщину траверсы и вертикального опорного ребра из условия их смятия давлением подкрановых балок:

>18мм

где:

- расчетное сопротивление смятию

Рассчитываем сварные швы крепления вертикального листа траверсы к подкрановой ветви. Определяем усилия, действующие в шве:

;

,

где: - коэффициент неравномерности передачи давления от подкрановых балок.

Требуемый катет швов:

.

Принимаем

Узел сопряжения верхней части колонны с нижней.

Проверка на срез стенки подкрановой ветви колонны в месте крепления

вертикального листа траверсы и ребра.

,

где:

.

5.6 Расчет базы сквозной колонны

Подкрановая ветвь

Наружная ветвь

Усилия в ветвях колонны:

- подкрановая ветвь:

;

- наружная ветвь:

.

Принимаем бетон класса с призменной прочностью .

Требуемая площадь плиты:

- подкрановая ветвь:

- наружная ветвь: .

Назначаем ширину опорной плиты:

Определяем длину опорной плиты:

Принимаем конструктивно L1=63 см

Принимаем конструктивно L2= 63 см

Фактическое давление под плитой:

;

.

Подкрановая ветвь.

- участок опертый по трем сторонам:

;

Где б3 =

- участок опертый по четырем сторонам:

- консольный участок:

Толщина плиты:

.

Высота траверсы, из условия размещения вертикальных швов, прикрепляющих траверсу к ветвям колонны:

;

Принимаем hтр1=40 см

Наружная ветвь.

- участок опертый по трем сторонам:

- участок опертый по четырем сторонам:

- консольный участок:

.

.

Толщина плиты:

.

.

каркас нагрузка рама колонна

Принимаем hтр2=70 см

Схема базы колонны

6. Расчет и конструирование стропильной фермы

6.1.1 Постоянные нагрузки

Усилия в стержнях фермы определяем с помощью диаграммы Максвелла-Кремона

Принимаем: 1 см = 90 кН

6.1.2 Снеговая нагрузка

Усилия в стержнях фермы определяем с помощью диаграммы Максвелла-Кремона

1см =40 кН



6.1.3 Опорные моменты

Единичный момент заменяем парой сил:

.

Задаёмся

Реакции опор:

,

где: - длина фермы.

Усилия в стержнях фермы определяем с помощью диаграммы Максвелла-Кремона

6.2 Расчетные усилия в стержнях

Элемент фермы	№ стер-жня	Усилия от постоянной нагрузки	Усилия от снеговой нагрузки	Усилия от опорных моментов	Расчетные усилия
			nc=1	nc=0,9	S1 от М1=1	S2 от М2=1	S1·М1 -875,77	S2·М2 -161,192	№ усилий	Растяжение	№ усилий	Сжатие
-	-	1	2	3	-	-	4	5	-	-	-	-
Верхний пояс	В1-1	0	0	0	-0,4651	0	407,32	0	1,3,4	407,32	-	-
	В2-3	-730,51	-383,04	-344,74	-0,3555	-0,1097	311,34	17,68	-	-	1,2	-1113,55
	В3-4	-730,51	-383,04	-344,74	-0,3555	-0,1097	311,34	17,68	-	-	1,2	-1113,55
	В4-6	-974,02	-510,72	-459,65	-0,2325	-0,2325	203,62	37,48	-	-	1,2	-1484,74
Нижний пояс	Н-2	425,65	223,44	201,1	0,4168	0,0483	-365,02	-7,79	1,2	649,09	-	-
	Н-5	913,14	478,8	430,92	0,294	0,1711	-257,48	-27,58	1,2	1391,94	-	-
Раскосы	1-2	-532,67	-279,3	-251,37	0,065	-0,065	-56,93	10,48	-	-	1,3,4	-840,97
	2-3	380,48	199,5	179,55	-0,0752	0,0752	65,86	-12,12	1,3,4	625,89	-	-
	4-5	-228,29	-119,7	-107,73	0,0752	-0,0752	-65,86	12,12	-	-	1,3,4	-401,88
	5-6	76,1	39,9	35,91	-0,0752	0,0752	65,86	-12,12	1,3,4	177,87	-	-
Стойки	3-4	-91,314	-47,88	-43,09	0	0	0	0	-	-	1,2	-134,404
	6-6?	-91,314	-47,88	-43,09	0	0	0	0	-	-	1,2	-134,404

Таблица подбора сечений стержней фермы.

Элемент	№ стержня	Расчетное усилие	Сечение	Площадь А, см2						Ry·c
		Растяжение	Сжатие
Верхний пояс	В1-1	407,32	-	15БТ1	20,75	250 250	4,42 3,06	56,56 81,7	120	-	20,42	19,94
	В2-3	-	-1113,55	40БТ1	98,5	300 300	12,5 5,36	24 55,97	120	0,809	17,2	13,97
	В3-4	-	-1113,55	40БТ1	98,5	300 300	12,5 5,36	24 55,97	120	0,809	17,2	13,97
	В4-6	-	-1484,74	45БТ1	122,5	300 300	14,1 6,15	21,28 48,47	120	0,818	17,2	14,81
Нижний пояс	Н-2	649,09	-	11,5КТ1	32,55	550 1150	2,63 6,07	209,13 189,46	250	-	20,42	19,94
	Н-5	1391,94	-	17,5КТ1	69	600 1150	4,08 8,83	147,059 130,24	250	-	20,42	20,17
Раскосы	1-2	-	-840,97	16010	62,8	336 336	4,96 6,91	67,74 48,63	120	0,787	20,42	17,02
	2-3	625,89	-	1008	31,2	300 375	3,07 4,47	97,71 83,89	300	-	20,42	20,06
	4-5	-	-401,88	12510	48,6	300 375	3,85 5,52	77,92 67,93	150	0,702	17,2	11,78
	5-6	177,87	-	505	9,6	300 375	1,53 2,45	196,08 153,06	300	-	20,42	18,53
Стойки	3-4	-	-134,404	906	17,08	180 225	2,88 4,49	62,50 50,11	150	0,707	17,2	10
	6-6?	-	-134,404	906	17,08	180 225	2,88 4,49	62,50 50,11	150	0,707	17,2	10

6.3 Подбор сечений стержней фермы

1. Верхний пояс (растяжение).

; ; ; .

.

Принимаем с ; ;

; .

- условие выполнено.

.

2. Верхний пояс и (сжатие).

; ; ; ; ; .

.

Принимаем с ; ; .

;

 - условие выполнено.

.

3. Верхний пояс (сжатие).

; ; ; ; ; .

.

Принимаем с ; ; .

;

- условие выполнено.

.

4. Нижний пояс

(растяжение).

; ; ; .

.

Принимаем с ; ; .

; .

- условие выполнено.

5. Нижний пояс (растяжение).

; ; ; .

.

Принимаем с ; ; .

; .

- условие выполнено.

.

6. Опорный раскос (сжатие).

; ; ;; ; .

.

Принимаем с ; ; .

;

.

.

7. Раскос (растяжение).

; ; ; .

.

Принимаем с ; ; .

; .

- условие выполнено.

.

8. Раскос (сжатие).

; ; ;100; ; .

.

Принимаем с ; ; .

;

.

.

9. Раскос (растяжение).

; ; ; .

.

Принимаем с ; ; .

; .

- условие выполнено.

< .

10. Стойки 3-4 и 6-6? (сжатие).

; ; ;; ; .

.

Принимаем с ; ; .

;

.

.

6.4 Расчет и конструирование узлов фермы

Раскос .

N = - 840,97

Требуемая площадь сварных швов для пера.

- по металлу шва:

Длина сварных швов для пера:

;

Требуемая площадь сварных швов для обушка.

- по металлу шва:

Длина сварных швов для обушка:

;.

Раскос .

N = 625,89

Требуемая площадь сварных швов для пера.

- по металлу шва:

Длина сварных швов для пера:

;

Требуемая площадь сварных швов для обушка:

;

Длина сварного шва для обушка:

;.

Стойка .

N = - 134,404

Требуемая площадь сварных швов для пера.

- по металлу шва:

Длина сварного шва для пера:

;

Требуемая площадь сварных швов для обушка:

;

Длина сварного шва для обушка:

Раскос .

N = - 401,88

Требуемая площадь сварных швов для пера.

- по металлу шва:

Длина сварного шва для пера:

;

Требуемая площадь сварных швов для обушка:

;

Длина сварного шва для обушка:

;.

Раскос .

N = 177,87

Требуемая площадь сварных швов для пера.

- по металлу шва:

Длина сварного шва для пера:

Требуемая площадь сварных швов для обушка:



Длина сварного шва для обушка:

.

Стойка .

N = - 134,404

Требуемая площадь сварных швов для пера.

- по металлу шва:

Длина сварного шва для пера:

;

Требуемая площадь сварных швов для обушка:

;

Длина сварного шва для обушка:

;.

Узел 1

Узел 2

Узел 3

Узел 4

Узел 5

Узел 6

Узел 7

6.5 Заводские стыки верхнего и нижнего поясов ферм из тавров

Верхний пояс.

Рассчитываем длину сварных швов:

;

Где:

,

;

.

Площадь накладки

.

Толщина накладки:

.

Нижний пояс.

Рассчитываем длину сварных швов:

;

Где:

,

где:

.

Площадь накладки

.

Толщина накладки:

.

6.6 Монтажный стык фермы

Верхний пояс.

Используем: 45БТ1

Усилия в накладках:

;

.

Площади накладок:

;

.

Принимаем толщину горизонтальных накладок , вертикальных накладок - .

Ширина горизонтальных накладок :

,

вертикальных накладок:

.

Длина сварных швов для вертикальных накладок:

.

Длина сварных швов для горизонтальных накладок:

.

Нижний пояс.

Используем: 17,5КТ1

Усилия в накладках:

;

.

Площади накладок:

;

.

Принимаем толщину горизонтальных накладок , вертикальных накладок - .

Ширина горизонтальных накладок - ,

вертикальных накладок -

Длина сварных швов для вертикальных накладок:

.

Длина сварных швов для горизонтальных накладок:

.

Список литературы

1. Методические указания к выполнению курсового проекта «Расчет и конструирование одноэтажного промышленного здания», Псков, 1996.

2. «Металлически конструкции» под ред. Беленя Е.И., Москва, Стройиздат, 1986.

3. СНиП II-23-81* "Стальные конструкции".

Размещено на Allbest.ru