На тему: «Проектирование металлического каркаса
Промышленного здания»
Выполнил: ст. гр. ПГС
Маковецкий А.О.
Проверил :
Тонков Л.Ю.
Пермь 2009
План
1 Компоновка поперечной рамы здания
2 Вычисление величин нагрузок
2.1 Нагрузки от собственного веса конструкций здания
2.2 Нагрузка от стенового ограждения при навесных панелях
2.2.1 Эксцентриситет стенового ограждения верхней и нижней частей колонны
2.3 Снеговая нагрузка
3 Статический расчет поперечной рамы
4 Расчет ступенчатой колонны производственного здания
4.1 Расчет верхней части колонны
4.1.1 Определение расчетных длин колонны
4.1.2 Подбор сечения верхней части колонны
4.1.3 Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента
4.1.4 Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента
4.2 Подбор сечения нижней части колонны
4.2.1 Проверка устойчивости ветвей
4.2.2 Расчет решетки подкрановой части колонны
4.2.3 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
4.3 Узел сопряжения верхней и нижней частей колонны
4.4 Расчет и конструирование базы колонны
4.5 Расчет траверсы
4.6 Расчет анкерных болтов
4.6 Расчет анкерной плитки
5 Расчет фермы в осях А-Б
5.1 Геометрические размеры и расчётная схема фермы
5.2 Узловые нагрузки
5.3. Статический расчёт
5.4 Расчёт стержней на прочность и устойчивость
5.5 Набор сечений стержней
5.6 Подбор сечений стержней
5.7 Расчет длин швов
5.8 Расчет и конструирование узлов фермы
5.8 1 Нижний опорный узел
5.8.2 Верхний опорный узел
5.8.3 Промежуточный узел
6.Расчет подкрановой балки
6.1 Статический расчет
6.1.1 Определение расчетных усилий от колес кранов
6.1.2 Определение критического груза
6.1.3 Определение расстояний от колес до опор балки
6.1.4 Проверка правильности расстановки колес на балке
6.1.5 Определение наибольшего изгибающего момента
6.1.6 Определение наибольшей поперечной силы
6.1.7 Определение изгибающего момента и поперечной силы в ПБ от сил торможения
6.2 Подбор сечения подкрановой балки
6.2.1 Определение высоты подкрановой балки
6.2.2 Определение размеров поясов
6 2.3 Выбор элементов тормозной балки
6.2.4 Определение геометрических характеристик подкрановых конструкций
6.2.5 Соединение поясов со стенкой
6.2.6 Проверка общей устойчивости балки
6.2.7 Проверка местной устойчивости стенки ПБ
6.2.8 Расчет опорной части балки
Компоновка поперечной рамы здания
Геометрическая схема поперечной рамы здания представлена на рисунке 1.1.
Рис. 1.1 Геометрическая схема поперечной рамы
Таблица 1.1.
| Обозначения по рис. 1.1. | Формулы вычисления, мм. |
| H2 | 
|
| H | 
|
| h2 | 
|
| h1 | 
|
| h | 
|
| H0 | 
|
| B0 | 
|
| Bv | 
|
| λ | 
|
| Bн | 
|
| Lk | 
|
Вычисление величин нагрузок.
Снеговая нагрузка
Интенсивность расчетной снеговой нагрузки, согласно [3], определяется по формуле:
,
где В – шаг рам, Sо – нормативное значение веса снегового покрова на один квадратный метр горизонтальной поверхности земли, принимается по [4] в зависимости от района строительства (Sо = 1,5 
),
– коэффициент, зависящий от конфигурации кровли ( 
= 1 для кровель с уклоном менее 25 град. при отсутствии фонарей и перепадов высот).
– коэффициент надежности по нагрузке (равен 1,4).
Нагрузки от мостовых кранов
При движении мостового крана на крановый рельс передаются силы трёх направлений, рисунок 2.2.
Рис. 2.2. Схема давления колеса на крановый рельс
Наибольшее вертикальное нормативное усилие Fк max определяется при крайнем положении тележки крана на мосту с грузом равным грузоподъемности крана, рисунок 2.3.
Рис. 2.3 Положение тележки крана при определении Fк max
Вертикальное давление на раму:
где 
;
= 370 кН – нормативное значение максимального давления от колеса мостового крана;
– наименьшее нормативное значение давления от колеса крана;
– вес крана с тележкой [1, прил. 1];
– число колес по одну сторону крана;
– сумма ординат линий влияния;
– ширина тормозной балки или ремонтной площадки (равна 1,5 м);
– нормативная нагрузка на тормозную балку ( 
).
– коэффициент сочетания воздействия кранов.
Схема загружения при нахождения крановой нагрузки.
Рис. 2.4.
От вертикальных крановых нагрузок возникают сосредоточенные моменты, которые определяются по формулам:
где 
– эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки от кранов.
Расчетное горизонтальное давление на колонну:
,
где 
– нормативная величина силы поперечного торможения крана. Для кранов с гибким подвесом груза величина 
определяется по формуле:
,
где Q – грузоподъемность крана;
GТ – вес тележки крана.
Ветровая нагрузка
В соответствии с обозначениями (рис. 2.2.) величины ветровой нагрузки определяются по формулам:
где – коэффициент надежности по нагрузке ( = 1,4);
– нормативное значение ветрового давления в зависимости от района строительства [4] (в данном случае = 0,38 для III р-на);
С – аэродинамический коэффициент активного давления ветра, С = 0,8;
С3 – аэродинамический коэффициент отсоса ветра, С3 = 0,6;
k – коэффициент, учитывающий возрастание скоростного напора ветра по высоте.
В данном случае, берется из таблицы для типа местности А.
А11, А12 – заштрихованные площади на эпюрах ветрового давления (рис. 2.5.) для активного давления и отсоса соответственно.
Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30×h – при высоте сооружений h до 60 м и 2 км – при большей высоте.
Схемы действия ветровой нагрузки на раму: расчетная и эквивалентная.
Рис. 2.5.
Нахождение величин qi (рис. 2.5.) для определения А11, А12 следует вычислять по формулам, подставляя вместо k соответствующие значения из табл. 2 [5]. Промежуточные значения k находятся интерполяцией.
;
;
;
;
;
Исходные данные.
Требуется подобрать сечения сплошной верхней и сквозной нижней частей колонны однопролетного производственного здания (ригель имеет жесткое сопряжение с колонной). Расчетные усилия:
Для верхней части колонны:
– в сечении 1-1 N = -344,3 кН; M = -74,5 кНм; Q = 3,6 кН;
– в сечении 2-2 N = -373,0 кН; M = -91,8 кНм; Q = 3,6 кН;
.
Материал колонны сталь марки С245, бетон фундамента марки М150.
Конструктивная схема колонны показана на рис. 4.1.
Расчет траверсы
|
|
.
Максимальный изгибающий момент:
.
Максимальная поперечная сила:
.
|
, 
.
Нормальные напряжения возникающие траверсе:
.
Касательные напряжения возникающие в траверсе:
.
Расчет анкерных болтов
Для расчёта анкерных болтов принимаем комбинацию нагрузок, дающую наибольший момент при минимальной силе.
Комбинации усилий для расчёта анкерных болтов в сечении 4-4:
M=827,5 кНм, N=508 кН,
Суммарное усилие во всех анкерных болтах, приходящихся на одну ветвь колонны:
;
;
Требуемая площадь сечения анкерных болтов находится по формуле:
,
для стали С235 [2, табл. 60].
Принимаем 4 болта Æ30, 
. Нормальная заделка l = 1500 мм по типу соединения с помощью шайб.
Расчет анкерной плитки
Плитка под анкерные болты рассчитывается как балка, лежащая на траверсах и нагруженная сосредоточенными силами:
– расстояние между траверсами в осях,
– усилие от одного анкерного болта.
Принимаем в качестве материала для анкерной плитки сталь С255 с Ry=230 МПа (t=20440 мм) табл. 51 [5].
Максимальный изгибающий момент:
.
Максимальная поперечная сила: 
.
Требуемый момент сопротивления анкерной плитки:
Wn=Mмах/Ry·gc=250/23·1=10,86 см3.
Принимаем диаметр отверстия под анкерный болт d=32 мм, а толщину анкерной плитки t=30 мм, тогда ширина анкерной плиты равна:
b=(6Wn/t2)+d=(6·10,86/32)+3,2=10,44 см.
Принимаем ширину анкерной плиты b=12 см.
Расчет фермы в осях А-Б
Узловые нагрузки
Величины узловых нагрузок приведены в табл.5.1, табл. 5.2.
Знак + соответствует направлению нагрузки к узлу; - от узла.
Таблица 5.1 Вертикальная нагрузка на верхний пояс
╔═══════╦═══════════════╦═══════════════╦════════════════╗
║ N ║ Постоянная ║ Снеговая ║Опорные моменты ║
║ узла ║ нагрузка, (кН) ║ нагрузка, (кН) ║Млев. = 75кНм ║
║ ║ ║ ║Мправ.= 75кНм ║
╠═══════╬═══════════════╬═══════════════╬════════════════╣
║ 1 ║ 102.06 ║ 134.40 ║ 0.00 ║
║ 2 ║ 0.00 ║ - ║ - ║
║ 3 ║ 0.00 ║ - ║ - ║
║ 4 ║ 0.00 ║ - ║ - ║
║ 5 ║ 102.06 ║ 134.40 ║ 0.00 ║
╚═══════╩═══════════════╩═══════════════╩════════════════╝
Статический расчёт
Расчётные усилия в стержнях фермы приведены в табл.5.3.
Таблица 5.3Расчётные усилия в стержнях фермы
╔════════╦════════╦═══════╦═════════╦═════════╦══════════════════╗
║ Элемент ║ Марка ║Усилия от ║Усилия от ║Усилия от ║ Расчётные усилия: ║
║ фермы ║элемента ║постоян. ║снеговой ║опорных ╠═════════╦════════╣
║ ║ ║нагрузки, ║нагрузки, ║моментов, ║ сжатие, ║растяже- ║
║ ║ ║ (кН) ║ (кН) ║ (кН) ║ (кН) ║ние,(кН) ║
╠════════╬════════╬═══════╬═════════╬═════════╬═════════╬════════╣
║ ║ В- 1 ║ 0.00 ║ 0.00 ║ 23.65 ║ - ║ 23.65 ║
║верхний ║ В- 2 ║ -155.91 ║ -205.31 ║ 23.02 ║ -361.22 ║ - ║
║пояс ║ В- 3 ║ -155.91 ║ -205.31 ║ 23.02 ║ -361.22 ║ - ║
║ ║ В- 4 ║ -204.36 ║ -269.12 ║ 22.41 ║ -473.48 ║ - ║
║ ║ В- 5 ║ -204.36 ║ -269.12 ║ 22.41 ║ -473.48 ║ - ║
║ ║ В- 6 ║ -155.91 ║ -205.31 ║ 23.02 ║ -361.22 ║ - ║
║ ║ В- 7 ║ -155.91 ║ -205.31 ║ 23.02 ║ -361.22 ║ - ║
║ ║ В- 8 ║ -0.00 ║ 0.00 ║ 23.65 ║ - ║ 23.65 ║
╠════════╬════════╬═══════╬═════════╬═════════╬═════════╬════════╣
║ ║ Н- 1 ║ 89.54 ║ 117.91 ║ -23.34 ║ - ║ 207.45 ║
║нижний ║ Н- 2 ║ 193.78 ║ 255.18 ║ -22.71 ║ - ║ 448.96 ║
║пояс ║ Н- 3 ║ 193.78 ║ 255.18 ║ -22.71 ║ - ║ 448.96 ║
║ ║ Н- 4 ║ 89.54 ║ 117.91 ║ -23.34 ║ - ║ 207.45 ║
╠════════╬════════╬═══════╬═════════╬═════════╬═════════╬════════╣
║ ║ Р- 1 ║ -135.77 ║ -178.79 ║ -0.47 ║ -314.56 ║ - ║
║раскосы ║ Р- 2 ║ 96.88 ║ 127.58 ║ 0.47 ║ - ║ 224.45 ║
║ ║ Р- 3 ║ -56.14 ║ -73.93 ║ -0.46 ║ -130.07 ║ - ║
║ ║ Р- 4 ║ 15.65 ║ 20.61 ║ 0.45 ║ - ║ 36.26 ║
║ ║ Р- 5 ║ 15.65 ║ 20.61 ║ 0.45 ║ - ║ 36.26 ║
║ ║ Р- 6 ║ -56.14 ║ -73.93 ║ -0.46 ║ -130.07 ║ - ║
║ ║ Р- 7 ║ 96.88 ║ 127.58 ║ 0.47 ║ - ║ 224.45 ║
║ ║ Р- 8 ║ -135.77 ║ -178.79 ║ -0.47 ║ -314.56 ║ - ║
╠════════╬════════╬═══════╬═════════╬═════════╬═════════╬════════╣
║ ║ С- 1 ║ 0.00 ║ 0.00 ║ 0.35 ║ - ║ 0.35 ║
║стойки ║ С- 2 ║ -29.16 ║ -38.40 ║ 0.00 ║ -67.56 ║ - ║
║ ║ С- 3 ║ -23.10 ║ -30.42 ║ -0.66 ║ -53.52 ║ - ║
║ ║ С- 4 ║ -29.16 ║ -38.40 ║ 0.00 ║ -67.56 ║ - ║
║ ║ С- 5 ║ 0.00 ║ 0.00 ║ 0.35 ║ - ║ 0.35 ║
╚════════╩════════╩═══════╩═════════╩═════════╩═════════╩════════╝
Подбор сечений стержней
Подберем сечения стержней для первой панели.
Таблица5.6.
Расчет длин швов
Таблица5.8.
Нижний опорный узел
Толщину фасонок фермы принимаем в зависимости от усилий в опорном раскосе [1, табл. 9.2.] 
; фасонка опорного узла 
Торцевой лист принимаем толщиной 20 мм и шириной 180 мм, из условия размещения болтов. Напряжение смятия у торца:
где 
- величина опорной реакции фермы
Толщина швов крепления опорного раскоса (Р-1) назначаем: на обушке 8мм, на пере 6 мм (их длины приведены в таблице 5.8.) То же для нижнего пояса (Н-1).
По требуемым расчетным длинам швов с учетом конструктивных требований (добавки 1 см длины на непровар и зазор между швами) намечаем графически конфигурацию и размеры опорной части фасонки.
Проверяем опорную фасонку на срез, а также швы ее крепления к торцовому листу (толщину швов назначаем 6мм):
Рис.5.2. Нижний опорный узел фермы
Верхний опорный узел
Рис.5.3. Верхний опорный узел фермы
При проектировании жесткого верхнего опорного узла, толщина фланца принимается 
, расстояние между болтами b назначают минимальным и крепление необходимо рассчитать на силу N.
Момент при изгибе фланца определяется как в защемленной балке пролетом b, равным расстоянию между болтами:
напряжение в нем определяется по формуле:
где a и 
длина и толщина фланца.
Количество болтов определяется по формуле:
Принимаем 4 болта Æ16 мм. 
Обычно стремятся запроектировать верхний узел так, чтобы линия действия силы N проходила через центр фланца. В этом случае напряжение в швах, прикрепляющих фланец к фасонке, проверяют по формуле:
Шов крепления фланца к фасонке работает на срез и его длину определяют по формуле:
bf=0,7, bz=1,0, принимается по табл. 34 [5],
gwf=gwz=1, принимается по п.п. 11.2 [5].
Для сварки принимаем электроды типа Э46 по ГОСТ 9467-75, табл. 55 [5].
Rwf=20 кН/см2, по табл. 56 [5], Rwz=0,45∙Run=0,45∙37=16,7 кН/см2.
см
Промежуточный узел
Толщину фасонок фермы принимаем в зависимости от усилий в промежуточном узле [1, табл. 9.2.] 
. Промежуточный узел фермы показан на рис. 5.4.
Рис. 5.4. Промежуточный узел фермы
Длина швов, прикрепляющих раскосы и стойки к фасонке, определяются по формулам
; 
и приведены в таблице 5.8.
Так как к узлу приложена сосредоточенная нагрузка то швы прикрепляющие накладку ( ; сечение накладки 150х10) к поясам воспринимают равнодействующее усилие от сосредоточенной силы и разности усилий в смежных панелях и возникающие напряжения в швах проверяются по формуле:
F – сосредоточенная узловая нагрузка (см. табл.5.1) F=29,16+38,4=67,56кН
Σkш·lш= 0,08· (2·0,25+0,65)=0,12м2 – суммарная площадь швов, крепящих накладку к поясам
Усилие действующее в накладке: 
Расчетным усилием для швов, прикрепляющих левые уголки пояса к фасонке, будет большее из:
Расчетным усилием для швов, прикрепляющих правые уголки пояса к фасонке, будет большее из:
Длины швов, прикрепляющих верхний пояс к фасонке приведены в таблице 5.8.
Конструктивно длина швов прикрепляющих пояса к фасонке принята по всей длине фасонки.
Расчет подкрановой балки
Статический расчет
Определение размеров поясов
Требуемый момент инерции подкрановой балки определяют по выбранной высоте:
момент инерции поясов выражают через площади поясных листов, пренебрегая при этом собственным моментом инерции поясов относительно горизонтальной оси:
(зададимся толщиной полок 1,8 см, тогда высота стенки 86,4см)
отсюда площадь поясного листа
,
по ранее принятой толщине пояса (tf=1,8мм) определяем ширину пояса:
Из условия 
принимаем пояс из листа сечением 18х300мм, Аf=54см2
В сжатом поясе должна быть обеспечена местная устойчивость свеса:
< 
Расчет опорной части балки
Концы разрезных балок усиливаются поперечными ребрами, которые передают опорное давление с балки на колонну. Применяют два типа: торцевые и внутренние. В торцевом ребре – нижний, а во внутренних – оба торца должны быть остроганы.
Применим торцевое опорное ребро жесткости, т.к. балка разрезная.
Рис. 6.9. – Торцевое опорное ребро
Требуемая площадь сечения ребра находится из условия сжатия при а>tp
Для (рис.6.9.) при величине a>1,5 tp требуемая площадь ребра:
,
где Rу – расчетное сопротивление стали сжатию, принимается по [5, табл.51 ].
Назначим ширину ребра равной bp = 300 мм. Толщина ребра:
,
принимаем 14мм
Предельное значение ширины выступающей части ребра вычисляется по формуле:
,
Фактический свес ребра:
,
Местная устойчивость ребра обеспечена
При нахождении условного стержня:
,
,
Площадь условного стержня:
,
, 
,
По [5, табл. 72] φ=0,975
Условия обеспечения общей устойчивости проверяются по формуле:
,
Общая устойчивость опорного ребра обеспечена.
Опорное ребро приваривается к балке угловыми швами. Рассчитывают вертикальные швы, длина которых 
. Исходя из этого, определяем требуемый катет шва:
По металлу шва
Принимаем:
bf=0,9, bz=1, 05 принимается по табл. 34∙ [5],
gwf=gwz=1, принимается по п.п. 11.2 [5].
Для сварки принимаем электроды типа Э42 по ГОСТ 9467-75, табл. 55 [5].
Rwf=18 кН/см2, по табл. 56 [5], Rwz=0,45∙Run=0,45∙38=17,1 кН/см2
По металлу границы сплавления
Принимаем катет шва 7 мм, что не меньше минимального значения по [5, табл.38], и не больше 1,2∙12мм=14,4мм.
Литература
1. Металлические конструкции Е.И. Беленя. - М., Стройиздат, 1986.
2. Пособие по проектированию каркасных промзданий для строительства в сейсмических районах. Госстрой СССР.- М., 1984.
3. СниП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М., 1988.
4. Методические указания. Статический расчет однопролетной поперечной рамы промздания с учетом сейсмического воздействия.
5. СниП II-23-81*. Стальные конструкции. М., 1990.
6. Методические указания. Расчет верхней части ступенчатой колонны промздания.
На тему: «Проектирование металлического каркаса
Промышленного здания»
Выполнил: ст. гр. ПГС
Маковецкий А.О.
Проверил :
Тонков Л.Ю.
Пермь 2009
План
1 Компоновка поперечной рамы здания
2 Вычисление величин нагрузок
2.1 Нагрузки от собственного веса конструкций здания
2.2 Нагрузка от стенового ограждения при навесных панелях
2.2.1 Эксцентриситет стенового ограждения верхней и нижней частей колонны
2.3 Снеговая нагрузка
3 Статический расчет поперечной рамы
4 Расчет ступенчатой колонны производственного здания
4.1 Расчет верхней части колонны
4.1.1 Определение расчетных длин колонны
4.1.2 Подбор сечения верхней части колонны
4.1.3 Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента
4.1.4 Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента
4.2 Подбор сечения нижней части колонны
4.2.1 Проверка устойчивости ветвей
4.2.2 Расчет решетки подкрановой части колонны
4.2.3 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
4.3 Узел сопряжения верхней и нижней частей колонны
4.4 Расчет и конструирование базы колонны
4.5 Расчет траверсы
4.6 Расчет анкерных болтов
4.6 Расчет анкерной плитки
5 Расчет фермы в осях А-Б
5.1 Геометрические размеры и расчётная схема фермы
5.2 Узловые нагрузки
5.3. Статический расчёт
5.4 Расчёт стержней на прочность и устойчивость
5.5 Набор сечений стержней
5.6 Подбор сечений стержней
5.7 Расчет длин швов
5.8 Расчет и конструирование узлов фермы
5.8 1 Нижний опорный узел
5.8.2 Верхний опорный узел
5.8.3 Промежуточный узел
6.Расчет подкрановой балки
6.1 Статический расчет
6.1.1 Определение расчетных усилий от колес кранов
6.1.2 Определение критического груза
6.1.3 Определение расстояний от колес до опор балки
6.1.4 Проверка правильности расстановки колес на балке
6.1.5 Определение наибольшего изгибающего момента
6.1.6 Определение наибольшей поперечной силы
6.1.7 Определение изгибающего момента и поперечной силы в ПБ от сил торможения
6.2 Подбор сечения подкрановой балки
6.2.1 Определение высоты подкрановой балки
6.2.2 Определение размеров поясов
6 2.3 Выбор элементов тормозной балки
6.2.4 Определение геометрических характеристик подкрановых конструкций
6.2.5 Соединение поясов со стенкой
6.2.6 Проверка общей устойчивости балки
6.2.7 Проверка местной устойчивости стенки ПБ
6.2.8 Расчет опорной части балки
Дата: 2019-05-29, просмотров: 237.
