Курсовой проект - Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания - файл n2.doc

приобрести
Курсовой проект - Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания
скачать (363 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.rar
n2.doc437kb.23.05.2003 12:14скачать

n2.doc



Санкт-Петербургский Государственный Технический Университет.

Кафедра Строительных конструкций и материалов.


КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Дисциплина: "Металлические конструкции"

Тема: Проектирование стального каркаса одноэтажного

промышленного здания.

Выполнил студент гр. 3012/2 (подпись) Головина Е.В.

Руководитель к.т.н., доц (подпись) СеменовК.В.
" "____________2003 г.
Санкт-Петербург

2003
Содержание
Введение 4

  1. Статический расчет поперечной рамы каркаса промышленного здания 4

    1. Определение нагрузок на поперечную раму

    2. Определение расчетных усилий в сечениях рамы от действия нагрузок 6

    3. Определение усилий в сечениях рамы при расчетных сочетаниях нагрузок

Построение эпюр M, N, Q; их анализ.

    1. Определение расчетных усилий для подбора сечения стержня колонны в плоскости действия момента

    2. Определение усилий в сечениях рамы при расчётных сочетаниях нагрузок

  1. Проектирование стропильной фермы заданного очертания 11

    1. Определение генеральных размеров фермы 11 Определение усилий в элементах фермы

    2. Подбор сечений стержней стропильной фермы 13

    3. Конструирование и расчет узлов фермы 16

  2. Проектирование составной внецентренно сжатой колонны сплошного сечения 20

    1. Подбор сечения из условия общей устойчивости 20

    2. Проверка прочности ствола колонны 21


Задание на курсовой проект

«Стальной каркас производственного здания»

Запроектировать поперечную раму стального каркаса одноэтажного здания по следующим исходным данным:

- Сталь ВСт3пс6

Район строительства:

вес снегового покрова = 7 кН/м2

скоростной напор ветра = 0,48 кН/м2

1 Введение.

Цель работы: В рамках выполнения курсового проекта по Металлическим конструкциям сделать статический расчет поперечной рамы каркаса одноэтажного однопролетного промышленного здания без крановой нагрузки.

Содержание проекта:

      • по заданным исходным данным: основным геометрическим размерам поперечника рамы, шагу колонны, заданному типу покрытия, конструкции стенового ограждения, климатическим условиям, типу местности и виду сопряжения фермы с колонной – определить расчетные нагрузки на раму и в расчетных сечениях определить три компонента внутренних усилий M, N, Q.

      • Произвести расчет каркаса рамы на ЭВМ для ряда соотношений жесткостей ригеля и колонны.

      • На основе анализа результатов определить расчетные значения M, N, Q для расчета сплошной колонны.




  1. Статический расчет поперечной рамы каркаса промышленного здания.

На поперечную раму каркаса промышленного здания без крановой нагрузки от мостового крана действуют: постоянные нагрузки от веса конструкции, кратковременные нагрузки от веса снегового покрытия и давления ветра

    1. Определение нагрузок на поперечную раму.

Постоянная нагрузка от веса шатра.

Постоянная нагрузка на раму каркаса создается весом конструкций покрытия (плиту покрытия, утеплитель, гидроизоляция, профильный настил, прогоны, фермы, связи и т.д.). На колонны непосредственно действуют нагрузки от веса снеговых панелей, собственного веса колонн.

Покрытия производственных зданий (в том числе и зданий энергетических объектов) подразделяются на: на утеплительные покрытия отапливаемых зданий и на не утепленные покрытия не отапливаемых зданий и зданий избыточным тепловыделением установленного в нем основного оборудования.

Конструкции покрытия условно можно разделить на ограждающие и несущие.

К ограждающим конструкциям относится: ЖБ плиты, металлические плоские или профилированные листы корытного сечения, расположенные на них элементы гидро и пароизоляции. В последнее время нашло применение покрытие, состоящие из готовых блоков заводского изготовления (покрытие типа «сэнгвич»).

Конструкция кровли.

Основное назначение кровельного покрытия – защита помещения от атмосферных воздействий. По конструкциям различают два вида покрытий: беспрогонное и по прогонам. В данном проекте используется покрытие беспрогоное.
Нагрузки от веса покрытия приведены в табл.1




Вид нагрузки

Норм кН/м2

f

Расч. кН/м2

1

Трехсл. гидроизол. ковер на кровельной маст.

0,15

1,3

19,5

2

Асфальтовая стяжка ?=20мм ?=18кН/м

0,4

1,3

0,52

3

Утеплитель пенобетон ?=100мм ?=6кН/м

0,6

1.3

0,78

4

Ж/б плита покрытий ПНС 2.

1,27

1.1

1,40

5

Стропильная ферма.

0,30

1,05

0,315

9

Связи.

0,05

1,05

0,052




Итого

2,77




g 3,262

В проекте можно принять h= 0,05 м ,=50 кг/м3

Очевидно, что линейная нагрузка на ригель рамы от веса шатра собирается с грузовой полосы. Ширина которой равна расстоянию между соседними фермами. В случае нашего курсового проекта без подстропильных ферм ширина грузовой полосы равна шагу колонны В. Тогда линейная нагрузка на ригель от собственного веса шатра:

q =g*b, кг/м.

q = 3,262*6 = 19,572кН/м

В - шаг колонны.

Постоянная нагрузка от веса колонн


и типового ограждения
В зданиях без мостовых кранов колонны имеют, как правило, постоянное сечение по длине. В данном случае колонна представляет собой сварной двутавр.


Собственный вес колонны принимается из опыта проектирования

qкн = 150... 250кг/м

для пролета 6м qкн=150кг/м

Расчетная линейная нагрузка от собственного веса колонны:

qк = *qкн, кг/м.

Где f = 1,2 коэффициент надежности по нагрузке

qк = f*qкн = 150*1,2 = 180 кг/м.

Нагрузка qк приложена по оси колонны.

Нагрузка от стенового ограждения




Нагрузку от веса панелей полагаем распределённой равномерно по всей длине колонны.

В качестве стенового ограждения примем однослойные плиты из ячеистого бетона

Толщина плит принимается стандартной  = 0,3м. Плотность ячеистого бетона  = 1100 кг/м3.


Нормативная линейная нагрузка от веса стенового ограждения:

qст.н = *В*1* кг/м.

qст.н = 1980 кг/м.

Расчетная нагрузка: qст. = f * qст.н кг/м.


где f = 1,1 коэффициент надежности по нагрузке

qст. = 2178 кг/м.



Кратковременные нагрузки


Снеговая нагрузка.

Расчетная линейная снеговая нагрузка на ригель рамы от всего снегового покрова находится по формуле:

P = f*С*Р0*В, кг/м.

P = 70*1*6*1,4 = 588кг/м.

где р0- вес снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемой в зависимости от района строительства объекта.

Для 2 снегового района = 70кг/м2.

Р0 определено на основе статистической обработки многолетних метеонаблюдений.

f - коэффициент надежности по нагрузке f = 1,4.

С - коэффициент перехода, С=1

Таким образом, для условий курсового проекта:
Ветровая нагрузка.

Расчетное ветровое давление на 1м2 площади вертикальной стены объекта на высоте H над уровнем поверхности земли определяется по формуле:

g п= К* Cx*g0*В, кг/м.

g = f*gп, кг/м.

где f = 1,4 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

Для IV ветрового района qо = 48кг/м2.

Скоростной напор – это давление, которое оказывает воздушный поток на высоте 10м. над уровнем земли на плоскую поверхность расположенную вертикально и нормально к направлению потока.

Cx - коэффициент, характеризующий аэродинамические св-ва здания и принимаемый по СНиП 2.01.07-85. В данном случае C = 0,8., С’=0,6
К – коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте, зависит от высоты и от типа местности. Принимается по таблице7 методического пособия. В данном случае для Н = 18,5, К = 1,21.

g п= 1,21*48*0,8*6 =278.78 кг/м. gп’ = 1,21*48*0,6*6 =209.09 кг/м.

gн=302.4*1.4=390.3 кг/м. gн’=226.8*1.4=292.72 кг/м.
g п= 1,21*48*0,8*6 =302.4 кг/м. gп’ = 1,21*48*0,6*6 =226.8 кг/м.

gв=302.4*1.4=423.36 кг/м. gв’=226.8*1.4=317.52 кг/м.



gэкв=Кср*g0*C*В*f=1,048*48*0,8*6*1,4=338,043

g’экв=Кср*g0*C’*В*f=1,048*48*0,6*6*1,4=253.532

Ветровая нагрузка, действующая на здание выше от ригеля, заменяется равнодействующими W и W , которые прикладываются в верхних узлах рамы на уровне от нижнего пояса фермы







Для упрощения расчетов эпюра нагрузки qмг может быть заменена ступенчатой qст, в которой усреднена нагрузка в пределах каждой из зон высотой до 10м. Допускается еще большее упрощение, когда нагрузка усредняется в пределах высоты колонны (от фундамента до отметки от нижнего пояса фермы)


Статический расчет рамы





В расчёте требуется определить значения усилий и моментов в сечениях 1 – 1, 2 – 2, 3 – 3 и 4 – 4 от постоянных нагрузок, от снеговой и ветровой нагрузок.

Усилия от постоянной нагрузки





Усилия в сечениях рамы от веса шатра.

MA = MB = M1 = M2= ql2/(12(k+2)) =326,2*302/(12*(18,5+2)) = 1193,415 кгм = 1,193 Тм

MС = M D= M3 = M4 = -2 M1 =  2386,83 кгм =  2,386 Тм

HA = HB = ql2/(4H*(k+2 )) = 326,2*302/(4*18,5*(18,5+2) =193,527 кг = 0,193 Т

Q = |HA | = 0,193 Т

В колонне в сечении х: Mqст = Mq к= 0

Только от веса шатра Nq = -q*l/2 =-326,2*30/2 = -4,893 Т/м ;

Только от веса стен и колонн Nqст+qk = -(qст+qk)*x = const ;

Сечение 1 ,2 x = (ho+H) = 3,1+18,5 = 21,6 м Nqст+qk = -(1,2+0,0973)*21,6 = -28,02т




Усилия от снеговой нагрузки




MA = MB = M1 = M2 = pl2/(12*(k+2)) = 588*302/(12*(18,5+2) = 2151 кгм =2,151 Тм

MС = MD = M3 = M4 = -2 M1 = -4302 кгм =-4,302 Тм

HA = HB = pl2/(4H*(k+2)) = 588*302/(4*18,5*(18,5+2)) =8820 кгм =8,82 Т

VA = VB = pl/2 = 588*30/2 = 17280 кг = 17,3 Т

Np = - VА = -17,3 Т; Qp = |HA| = 2,1 Т


Усилия от ветровой нагрузки






MA = M1 = -(H2/24)*(5qэ+3q'э)-H/4*(W+W') =

= -18,52/24*(5*338,043+3*253,532)-18,5/4(1261,17+945,877 ) = -45160 кгм = -45,16 Тм

MB=M2=(H2/24)*(3qэ+5q'э)+H/4*(W+W')=18,52/30(3*338,043+5*253,532)+18,5/4(1261,17+945,877 )= =42750 кгм =42,75 Тм

MC=M3=(H2/24)*(qэ+3q'э)+H/4*(W+W')=18,52/30(338,043+3*253,532)+ 18,5/4(1261,17+945,877)=25870кгм= =25,87 Тм

MD=M4=-(H2/24)*(3qэ+q'э)-H/4*(W+W')= 18,52/24(3*338,043+253,532)- 18,5/4(1261,17+945,877)=

=28280 кгм= -28,28 Тм

HA=(H/4)*(3qэ+q'э)+0.5*(W+W') =18,5 /4(3*338,043+253,532)+0.5(1261,17+945,877) = 6970 кг= 6,97 Т

HB = (H/4)*(qэ+3q'э)+0.5*(W+W')=/ 18,54(338,043+3*253,532)+0,5(1261,17+945,877) =6180 кг= 6,18 Т

VA = VB = (H2/6*l) * (qэ+q'э) + (H/2*l) * (W+W') = (218,5/24*6) * (338,043+253,532) + +18,5/2*30*(1261,17+945,877) =1500кг = 1,5 Т

Npриг = - HА +W+ qэ = -3710+1261,17+ 338,043= -1810 кг = 1,81 Т.

Определение усилий в сечениях рамы при расчётных сочетаниях нагрузок.


Расчётные усилия моменты, продольные усилия и перерезывающие силы в сечениях рамы 1, 2, 3, 4 от каждой из нагрузок раздельно приведены в таблице

Определение расчётных усилий для подбора сечения стержня колонны в плоскости действия

момента (в плоскости рамы) и из её плоскости.


В таблице (продолжение) приведены расчётные усилия в сечениях рамы в трёх сочетаниях нагрузок:










1

2

3

4

M

N

Q

M

N

Q

M

N

Q

M

N

Q

Покрытие

1

-1,19

-4,89

0,19

1,19

-4,89

-0,19

2,39

-4,89

0,19

-2,39

-4,89

-0,19

стены + колоны

1




-28,2







-28,2







-4,02







-4,02




Снег

1

-2,15

-8,82

0,35

2,15

-8,82

-0,35

4,3

-8,82

0,35

-4,3

-8,82

-0,35

0,9

-1,94

-7,94

0,32

1,94

-7,94

-0,32

3,87

-7,94

0,32

-3,87

-7,94

-0,32

Ветер

1

45,16

1,81

-6,97

42,75

-1,81

6,18

-25,87

1,81

-0,71

-28,28

-1,81

-1,5

0,9

40,64

1,63

-6,27

38,48

-1,63

5,56

-23,28

1,63

-0,64

-25,45

-1,63

-1,35

Пост + снег




-3,34

-41,9

0,54

3,34

-41,9

-0,54

6,69

-17,7

0,54

-6,69

-17,73

-0,54

Пост+ветер




-43,97

-5,63

6,77

41,55

-9,24

6,38

23,49

-5,63

0,91

-30,67

-6,7

3,2

Пост + 0.9*ветер + 0,9снег




-37,51

-8,85

5,76

35,34

-17

5,06

17,03

-13,8

0,52

-31,72

17

1,86


Анализ усилий и моментов показывает, расчётное сечение - в сечении 1 рамы, то есть правая колонна, 3-е сочетание нагрузок, верхняя треть расчётной длины:

М =43,97тм

N = -31,28т

Q = -6,78т
Для проверки прочности колонны из плоскости действия изгибающего момента определяется максимальный момент и сжимающая сила в средней трети расчётной длины верхней половины колонны и в средней трети расчётной длины нижней половины колонны, так как колонна имеет одну распорку. Значения момента и сжимающей силы можно определить по формулам или графически

2Проектирование стропильной фермы

заданного очертания

    1. Определение усилий в элементах фермы.


И инженерных расчётах применяют следующую методику определения усилий в стержнях стропильных ферм. Вначале определяют усилия от вертикальной нагрузки, рассматривая ферму как свободно опёртую. Упругое прикрепление фермы к колоннам учитывают путём приложения к опорам шарнирно опёртой фермы рамных изгибающих моментов и продольной силы, которые берут из таблицы расчётных усилий колонны в верхних сечениях.

При расчёте фермы на вертикальные нагрузки предполагают, что в узлах – идеальные шарниры, стержни прямолинейны и их оси пересекаются в центре узлов. Внешние силы передаются на ферму в узлах. В стержнях возникают только осевые усилия.

      1. Определение усилий в каждом стержне фермы от единичной нагрузки, приложенной к узлам верхнего пояса левой половины фермы.

В курсовом проекте при определении усилий в стержнях фермы используется табличный метод расчёта на единичные узловые нагрузки, заданные на половине фермы (таблица 2).

По таблице 2. заполняются графы 3 и 4 таблицы 2.2.

Графа 6 таблицы 2.1 заполняется суммой значений граф 3 и 4 – получаем усилия в стержнях фермы от единичных нагрузок по всей ферме.


      1. Определение узловой нагрузки.

где: а = 3м – длина панели по верхнему поясу,

В = 6м – шаг колонн

g = 3,262кН/м2 - нагрузка от веса покрытия (табл. 1)

Gузл = 5,876т

Р = f  В т р0 Ва

Р =0,098*1*6*3 =1,764т


      1. Определение усилий в стержнях фермы от расчётной узловой нагрузки


Определение усилий в стержнях приведено в таблице 2.

Отрицательный момент Моп даёт растяжение в верхнем поясе (+) и сжатие в нижнем (-). Влияние опорного момента сказывается только в крайних панелях.

Верхний пояс – сжатие по всем панелям, максимальное сжатие в центральной панели.

Нижний пояс – растяжение по всем панелям. В крайней панели два случая: собственный вес (гр 6) минус сжимающее усилие от момента в ригеле (гр 8)и продольной силы в ригеле (гр 9) ветровой нагрузки и собственный вес (гр. 6) плюс усилие от снеговой нагрузки (гр 7) минус продольная сила в ригеле.

Раскосы – имеют расчётные усилия постоянного знака, сжаты или растянуты.


Наменование



Единичные усилия в кН

Ng

Nр

Nм

NQ

?N

слева

справа

с двух сторон

Верхний пояс

1

0

0

0

0

0

-7.57

0

-7.57

2

-5.9

-2.8

-8.7

-51.0864

-15.347

0

0

-66.43

3

-5.9

-2.8

-8.7

-51.0864

-15.347

0

0

-66.43

4

-6.2

-4.4

-10.6

-62.2432

-18.698

0

0

-80.94

5

-6.2

-4.4

-10.6

-62.2432

-18.698

0

0

-80.94

Нижний пояс

6

3.9

1.6

5.5

32.296

9.702

7.57

-0.52

39.198

7

6.5

3.7

10.2

59.894

17.99

0

0

77.88

8

5

5

10

58.72

17.64

0

0

76.36

раскосы

9

-5

-2.1

-7.1

-41.69

-12.52

0

0

-54.21

10

2.6

1.5

4.1

24.08

7.23

0

0

31.31

11

-0.9

-1.4

-2.3

-13.51

-4.06

0

0

-17.57

12

-0.5

1.2

0.7

4.11

1.235

0

0

5.35

13

4.8

-1.3

0.5

2.94

8.47/-2.3

0

0

11.41/0.64

стойки

14

-0.5

0

-0.5

-2.94

-0.88

0

0

-3.82

15

-1.0

0

-1

-5.872

-1.764

0

0

-7.64

16

-1.0

0

-1

-5.872

-1.764

0

0

-7.64

17

-0.5

0

-0.5

-2.94

-0.88

0

0

-3.82

2.2 Подбор сечений стержней стропильной фермы.


  1. Общие данные: п =0,95; сталь –Вст3пс6 ; Ry=Ry / n=2612,5(2200)кг/см2;

п – коэфф., учитывающий степень ответственности объекта. п=0.95(0.8)

ф.=14 мм.

Элемент

Длина элемента

Расчетная длина

В плоскости фермы

Из плоскости фермы

Верх. пояс

3

3

3

Нижний пояс

6

6

18

Раскосы

3,95

3,16

3,95

4,454

3,56

4,454

5,058

4,05

5,058

Стойки

2,2

1,76

2,2

2,963

2,37

2,963

3,731

2,98

3,731

4,075

3,26

4,075


Подбор сечения верхнего пояса.
Максимальное усилие в верхнем поясе: Nmax= - 80.64 т.

[]-=120;

Покрытие по прогонам  l0=300 cм.; lx=x l0=1300=300 cм.;

l1=600 см.; ly=2lх=1300=600 см.;

Принимаем сечение №1 и проводим расчет методом последовательных приближений.

Задаемся 0=100по графику 0=0,522 тогда:

0 – гибкость стержня; 0 – коэфф. продольного изгиба.

Атреб=Nmax / (0Ryc)=80940/(0.5222750)=56,385 cм2

c - коэфф. условия работы элемента

По сортаменту берем 2 уголка: 2   160х100х10. А =50,6 cм2

rх=5,13 см; ry=7,84см ;  x = lx / rx = 300 /5,13=58,48

y = ly / ry = 600 / 7,84 =38,27

max=58,48  min=0,797; max=58,48<[]-=120;

Проверка: =Nmax / (min А c)=80940/(0,79750,61)= 2007,03 кг/ cм2

К=/Ry = 2070 /2421=0.76  недогруз 14% 

сечение выбрано правильно
Расчетная длина НП равна расстоянию между центрами узлов, т.е. длине панели lx = l0 =d

Расчетная длина из плоскости фермы равна расстоянию между узлами НП, закрепленными пространственными связями от горизонтальных смещений из плоскости фермы ly=l1 и зависит от схемы размещения этих связей.
Подбор сечения нижнего пояса.

Nmax=48 т.; []=400

l0 =600 cм.; lx=x l0 =1600=600 cм.;

l1=1200 см.; ly=yl1=11800=1800 см.;

Атреб=Nmax / (Ryc)= 77880/(27501)=28,32 cм2
По сортаменту берем 2 уголка: 2   125х6\80х8, А =32 cм2

rx=4; ry=6,27;  x = lx / rx = 600 / 6,27=150

y = ly / ry = 1800 /6,27 =287,08

max=287,08<[]= 420;

Проверка: =Nmax / ( А c)= 77880/(321)= 2434 кг/ cм2

К=/Ry=2434/2612,5=0.93  недогруз 2% 

сечение проходит по прочности и по гибкости

Подбор сечения раскосов.
Сжатый (а-б);
Максимальное усилие в верхнем поясе: Nmax= - 54,21 т.

[]-=120;

.;

Принимаем сечение №1 и проводим расчет методом последовательных приближений.

Задаемся 0=90по графику 0=0,593 тогда:

0 – гибкость стержня; 0 – коэфф. продольного изгиба.

Атреб=Nmax / (0Ryc)=54210/(0.5932750)=33,24 cм2

c - коэфф. условия работы элемента

По сортаменту берем 2 уголка: 2   140х90х8. А =36 cм2

rх=4,49 см; ry=6,86см ;  x = lx / rx = 316 /4,49=70,37

y = ly / ry = 395 / 6,86 =57,6

max=70,37  min=0,742; max=70,37<[]-=120;

Проверка: =Nmax / (min А c)=54210/(0,742361)= 2029,43 кг/ cм2

К=/Ry = 2029,43 /2612,5=0.78  недогруз 12% 

сечение выбрано правильно


Сжатый (г-д);

Максимальное усилие в верхнем поясе: Nmax= - 17,57 т.

[]-=120;

.;

Принимаем сечение №1 и проводим расчет методом последовательных приближений.

Задаемся 0=90по графику 0=0,593 тогда:

0 – гибкость стержня; 0 – коэфф. продольного изгиба.

Атреб=Nmax / (0Ryc)=17570/(0.5932750)=10,77 cм2

c - коэфф. условия работы элемента

По сортаменту берем 2 уголка: 2   100х63х6. А =9,59*2 cм2

rх=3,2 см; ry=5,07см ;  x = lx / rx = 356 /3,2=111,25

y = ly / ry = 445 /5,07 =87,77

max=111,25  min=0,458; max=111,25<[]-=120;

Проверка: =Nmax / (min А c)=17570/(0,4589,59*21)= 2000,13 кг/ cм2

К=/Ry = 2000,13 /2612,5=0.76  недогруз 14% 

сечение выбрано правильно
Сжатый (ж-и);
Максимальное усилие в верхнем поясе: Nmax= - 11,41 т.

[]-=120;

.;

Принимаем сечение №1 и проводим расчет методом последовательных приближений.

Задаемся 0=90по графику 0=0,593 тогда:

0 – гибкость стержня; 0 – коэфф. продольного изгиба.

Атреб=Nmax / (0Ryc)=11410/(0.5932750)=6,99 cм2

c - коэфф. условия работы элемента

По сортаменту берем 2 уголка: 2   100х63х6. А =9,59*2 cм2

rх=3,2 см; ry=5,07см ;  x = lx / rx = 405 /3,2=126

y = ly / ry = 506 /5,07 =99,8

max=126  min=0,298; max=126>[]-=120;

Проверка: =Nmax / (min А c)=11410/(0,2989,59*21)= 1729.33 кг/ cм2

К=/Ry = 2000,13 /2612,5=0.66  недогруз 24% 

сечение выбрано правильно
Растянутый (б-в);
Nmax = 31.31т.; [] = 400

Атреб = Nmax / (Ryc)=31310/(27501)=11.39 cм2

По сортаменту берем 2 уголка: 63х6 А = 7.28*2 cм2,

rx=1,93; ry= 3.44;  x = lx / rx = 316 / 1,93=163.7

y = ly / ry = 395 /3.44 =114.83

max=163.7<[]=+421;

Проверка: =Nmax / ( А c)=31310/(7,28*21)= 2150.41т кг/ cм2

К=/Ry=2150.41/2200=0.97  недогруз 2%

Раскос (д-е);

Nmax= 5,35 т. []-=400;

:

Атреб = Nmax / (Ryc)=5350/(27501)= 1,95cм2

По сортаменту берем 2 уголка: 2   50х5. А =4,8*2 cм2

rx=1,53; ry=2,61;  x = lx / rx = 356 /1,53 = 232,68

y = ly / ry = 445 / 2,61 = 170,5

max= 232,68 <[]- = 400;

Проверка: =Nmax / (А c) = 5350/(4,8*2)= 557,3,1кг/ cм2


Подбор сечения сжатых не опорных стоек.
Стойка (в-г);

N= -7,64т. []-=157,8;

Подбор ведётся по предельной гибкости.

rтреб.x= lx/[] = 1,5, rтреб.y= ly/[] = 1,88.

По сортаменту берем 2 уголка: 2   63х4 А = 4,96*2cм2

rx= 1,95; ry= 3,09;

x = lx / rx = 237 / 1,95 = 121,54,

y = ly / ry = 296 / 3,09 = 95,79

max = 121,54  min = 0,398; max= 121,54 <[]- = 157,9

Проверка: =Nmax / (min А c) = 7640/(0,3984,96*2)= 1935,08г/ cм2.

К=/Ryc =1935/2200 = 0,88.  недогруз 12% сечение выбрано правильно

.

Стойка (е-ж);

N= -7,64т. []-=157,8;

Подбор ведётся по предельной гибкости.

rтреб.x= lx/[] = 1,89 , rтреб.y= ly/[] = 2,36.

По сортаменту берем 2 уголка: 2   70х5 А = 6,86*2cм2

rx= 2,16; ry= 3,38;

x = lx / rx = 298 / 2,16 = 137,96,

y = ly / ry = 373 / 3,38 = 110,35

max = 137,96  min = 0,298; max= 137,96 <[]- = 157,9

Проверка: =Nmax / (min А c) = 7640/(0,2986,86*2)= 1868,63г/ cм2.

К=/Ryc =1868,63/2200 = 0,85.  недогруз 15% сечение выбрано правильно
2.3Расчет узлов стропильной фермы.
По расположению на ферме, конструкции и характеру работы узлы условно делят на опорные, промежуточные и укрупнительные; по месту изготовления – на заводские и монтажные.

Основной принцип проектирования узлов фермы – оси всех стержней должны пересекаться в одной точке – центре узла.

Сварной габарит для фасонки ф = 14мм.

Расчётные длины lОW ТР и по перу lПWТР находится по формулам:

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C , lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C .

где  - коэф – т, зависящий от формы уголка,

N – расчётное усилие в стержне,

f - коэф – т глубины проплавки. Для ручной сварки f = 0,7.

Кf – катет шва назначается в зависимости от ф и у. 4мм К0f  1,2*min ф и у

4мм Кпf  у – 2мм.

C - коэф – т условия работы конструкции C = 1.

Для стали Вст3пс6 и электрода Э42 RWf = 1850 кг/см2.

Расчет промежуточных узлов.
Верхний пояс.

Узел1:

PАСКОС: а-б

N = 54210 кг

4мм  К0f  1,2*min = 1,2*0,7 = 0,8 КfО = 8 мм – катет шва по обушку;

4мм Кпf  у – 2мм. Кпf  0,7-0,2 = 0,5 см КfП= 5 мм – катет шва по перу.

О=0,75; П=0,25 – коэфф., неравномерности распределения усилий

f= 0,7 - коэфф., глубины проплавления по металлу шва для полуавт. сварки.

RWf =1850– расчетное сопротивление углового сварного шва по металлу шва

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO* RWf *C=0.5*0.75*54210 / 0.7*0.8*1850=19,62 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*54210 / 0,7*0,5*1850=8,72 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,8+1=20,62 cм.

lПТР= lПW ТР +1=6,3+1=9,7cм.
б-в

N=31310 кг

КfО= 6 мм; КfП=4 мм ; О=0,7; П=0,3

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.7*31310 / 0.7*0.6 *1850= 14,1 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,3*31310 / 0,7*0,4*1850= 9,1 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 14,1 +1= 15,1 cм.

lПТР= lПW ТР +1=9,1 +1=10,1 cм.
4-в.

N= 66430 кг

КfО= 10 мм; КfП= 0,8мм ; О=0,75; П=0,25

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.75*66430 / 0.7*1*1850 = 11,4 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*66430 / 0,7*0,8*1850= 4,8 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,4+1=12,4 cм.

lПТР= lПW ТР +1=4,8 +1=5,8 cм.
3-а

N= 7570 кг

КfО=10 мм; КfП=8 мм ; О=0,75 П=0,25

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.75*7570 / 0.7*1*1850=3,9 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*7570 / 0,7*0,8*1850= 1,6 см.

lOТР= lОW ТР + 1=3,9+1=4,9 cм.

lПТР= lПW ТР +1=1,6+1=2,6 cм. lПТР = 4 cм
Узел2:
5-г

N= 7640 кг

КfО= 10 мм; КfП= 0,8мм ; О=0,75; П=0,25

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.75*39500 / 0.7*1*1850 = 11,4 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*39500 / 0,7*0,8*1850= 4,8 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,4+1=12,4 cм.

lПТР= lПW ТР +1=4,8 +1=5,8 cм.
4-в.

N= 39500 кг

КfО= 10 мм; КfП= 0,8мм ; О=0,75; П=0,25

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.75*39500 / 0.7*1*1850 = 11,4 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*39500 / 0,7*0,8*1850= 4,8 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,4+1=12,4 cм.

lПТР= lПW ТР +1=4,8 +1=5,8 cм.
в-г

N=5900 кг

КfО=6 мм; КfП=4 мм ; О=0,75; П=0,25

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.75*5900 / 0.7*0.6*1850= 2,9 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*5900 / 0,7*0,4*1850= 1,9 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 2,9 +1= 3,9 cм. lOТР = 4 cм

lПТР= lПW ТР +1= 1,9 +1= 2,9 cм. lПТР = 4 cм


Узел3:
5-г

N= 39500 кг

КfО= 10 мм; КfП= 0,8мм ; О=0,75; П=0,25

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.75*39500 / 0.7*1*1850 = 11,4 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*39500 / 0,7*0,8*1850= 4,8 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,4+1=12,4 cм.

lПТР= lПW ТР +1=4,8 +1=5,8 cм.
6-е

N= 44400 кг

КfО= 8 мм; КfП= 6 мм ; О=0,75; П=0,25

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.75*44400 / 0.7*0,8*1850=,16,1 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*444000 / 0,7*0,6*1850= 7,1 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 16,1 +1= 17,1 cм.

lПТР= lПW ТР +1= 7,1 +1= 8,1 cм.
г-д

N= 13900 кг

КfО= 8 мм; КfП= 6 мм ; О=0,7; П=0,3

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.7*13900 / 0.7*0,8*1850 = 4,7 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,3*13900 / 0,7*0,6*1850= 3,7 см.

lOТР= lОW ТР + 1 = 4,7+1= 5,7 cм.

lПТР= lПW ТР + 1 = 3,7 + 1 = 4,7 cм.
д-е

N= 6850 кг

КfО= 6 мм; КfП=4 мм ; О=0,7 П=0,3

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.7*6850 / 0.7*0,6*1850= 3,1 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,3*6850 / 0,7*0,4*1850 = 2 см.

lOТР= lОW ТР + 1=3,1+1=4,1 cм. lOТР = 4 cм

lПТР= lПW ТР +1=2+1=3 cм. lПТР = 4 cм
Нижний пояс.
Узел1:

PАСКОС: а-б

N = 32600 кг

4мм  К0f  1,2*min = 1,2*0,7 = 0,8 КfО = 8 мм

4мм Кпf  у – 2мм. Кпf  0,7-0,2 = 0,5 см КfП= 5 мм

О=0,75; П=0,25, f= 0,7

RWf =1850

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO* RWf *C=0.5*0.75*32600 / 0.7*0.8*1850=11,8 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*32600 / 0,7*0,5*1850*0.95=6,3 см.

lOТР= lОW ТР + 1=11,8+1=12,8 cм.

lПТР= lПW ТР +1=6,3+1=7,3 cм.
б-в

N=18200 кг

КfО= 6 мм; КfП= 4 мм ; О=0,7; П=0,3

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.7*18200 / 0.7*0.6 *1850= 8,2 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,3*18200 / 0,7*0,4*1850= 5,3 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 8,2 +1= 9,2 cм.

lПТР= lПW ТР +1=5,3 +1=6,3 cм.
1-б.

N= 27800 кг

КfО= 8 мм; КfП= 6 мм ; О=0,75; П=0,25.

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.75*27800 / 0.7*0.8 *1850= 10,1 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*27800 / 0,7*0,6*1850= 4,5 см.

lOТР= lОW ТР + 1 = 10,1 +1 = 11,1 cм.

lПТР= lПW ТР +1 = 4,5 +1 = 5,5 cм.
1-д

N= 48000 кг

КfО= 8 мм; КfП= 6 мм ; О=0,75; П=0,25.

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.75*48000 / 0.7*0.8 *1850= 17,4 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*48000 / 0,7*0,6*1850= 7,7 см.

lOТР= lОW ТР + 1 = 17,4 +1= 18,4 cм.

lПТР= lПW ТР +1 = 7,7 +1 = 8,7 cм.
в-г

N=5900 кг

КfО=6 мм; КfП=4 мм ; О=0,75; П=0,25

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO*RWf*C=0.5*0.75*5900 / 0.7*0.6*1850= 2,9 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*5900 / 0,7*0,4*1850= 1,9 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 2,9 +1= 3,9 cм. lOТР = 4 cм

lПТР= lПW ТР +1= 1,9 +1= 2,9 cм. lПТР = 4 cм
Конструирование и расчёт верхнего опорного узла.
N= 13500 кг

Верхний пояс: 140х90х10
4мм  К0f  1,2*min = 1,2*12 = 14 КfО = 14 мм

4мм Кпf  у – 2мм. Кпf  10-0,2 = 0,8 см КfП= 8 мм

О=0,75; П=0,25, f= 0,7

RWf =1850

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO* RWf *C=0.5*0.75*13500 / 0.7*1,4*1850= 2,8 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*13500 / 0,7*0,8*1850= 1,6 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 2,8 +1= 3,8 cм. lOТР = 4 cм

lПТР= lПW ТР +1= 1,6 +1= 2,6 cм. lПТР = 4 cм

Высота фланца: t = 28,5см.

Расчёт швов, крепящих фасонку к фланцу.
Кf = 14мм

Lw = t – 1 = 27,5см.

Условие
Принимаем болты 40Х “селект” (4штуки)


Конструирование и расчёт нижнего опорного узла.
N= 27800 кг

Нижний пояс: 100х63х7
4мм  К0f  1,2*min = 1,2*0,7 = 8 КfО = 8 мм

4мм Кпf  у – 2мм. Кпf  8-2 = 0,6 см КfП= 6 мм

О=0,75; П=0,25, f= 0,7

RWf =1850

lОW ТР=0.5*O*N / f*KfO* RWf *C=0.5*0.75*27800 / 0.7*0,8*1850= 10,1 см.

lПWТР=0,5*П*N / f*KfП *RWf*C=0,5*0,25*27800 / 0,7*0,6*1850= 4,5 см.

lOТР= lОW ТР + 1= 10,1 +1= 11,1 cм.

lПТР= lПW ТР +1= 4,5 +1= 5,5 cм.

Раскос : а-б lOТР= 12,8см. lПТР= 6,2см.

Высота фланца: t = 31см.
Расчёт фланца.

Толщину фланца принимаем 20мм, как и в верхнем опорном узле. Болты теже.

Требуемая толщина по условию смятия:
Высота фланца: t = 31см
Опорный столик.

Привариваем к колонне двумя швами, катет каждого из них принимаем:


Конструирование и расчёт нижнего укрупнительного узла.
Конструируем нижний укрупнительный узел так, чтобы все болты были равно растянуты, . болтовое соединение должно быть симметрично относительно центра узла. Задаёмся числом болтов 4.
Задаёмся маркой ВПБ – 40 “селект”.

Расчётное сопротивление растяжению материала ВПБ Rbh = 0.7*Rbun.

Rbun – наименьшее временное сопротивление болтов разрыву и зависит от марки стали.

Проверка несущей способности фланцевого соединения.
1. По несущей способности болтов:
где - несущая способность болтов на растяжение.

2. По сварному шву:


  1. По изгибу:



Конструирование и расчёт верхнего укрупнительного узла.
Верхний укрупнительный узел вычерчивается без расчётов.
3 Расчет колонны.
Колонны производственных зданий без мостовых кранов и с кранами грузоподъемностью до 20 т проектируют сплошными постоянного по высоте сечения. Сечение обычно симметричное двутавровое, скомпонованное из трех листов:


Расчетные усилия.

Значения M, Q, N определяют по расчетам поперечной рамы каркаса.

M=22,6105 кг Q=31,6103 кг N=3103 кг

H=1120 см. – геометрическая длина стержня колонны

lX=H=1120 см. - расчетная длина в плоскости рамы при жестком сопряжении ригеля к колонне

lУ=0,5H=560 см. расчетная длина из плоскости фермы.

RУ=2300 кг/см2 – расчетное сопротивление стали.

Задаемся гибкостью колонны в плоскости рамы XН=70

Определяем ориентировочную высоту сечения колонны h=lX/0.42*X=1120/0.42*70=38,1см

rX=0.42*h=0.43*38,1=16,4 радиус инерции,

X=0.35*h=0.35*38,1=13,3 – радиус ядра сечения

X=X*RУ/E=70*0.030=2.1 условная гибкость

eX=MX/N=2260000/31600= 71,5 см.

mXН=eX/X=1,25*еX*X/lX=

=1.25*71,5*70/1120= 5,6 см. – относительный эксцентриситет

по таблице определяем коэффициент =1,25 z=AПСТ=0,5

m1=*mX=1.25*5,6= 7

Зная величину X и m1 по графику находим коэффициент НEX=0.17 и определяем требуемую площадь сечения АТРЕБ=N/НEX*RУ*С=31600/0.17*2300*0.95=85,1 см2

По требуемой площади компонуем сечение из трех листов

Задаем hСТ=38 см.. СТТР=hСТ/70=0,54см. берем СТ=0.8 см., hСТ/СТ=38/0,8=47.5<80

Определяем требуемую площадь полки АП=0,5*(АТР–hСТ*СТ)=

=0,5*(85,1 – 38*0.8)=27,4 см2

Определяем ширину полки bПТР=lУ/25=560/25=22,4 см., по сортаменту принимаем стандартную ширину – 22 см.

Определяем толщину полки

А) из условия прочности ПП/bП=27,4/22=1,25 см.

Б) из условия местной устойчивости П=bП/(0,72+0,2*X)*(Е/RУ)=

=22/(0,72+0,2*2,1)*33,33=0,57 см.

По сортаменту назначаем стандартную толщину – 1,4 см.
Определение статических и геометрических характеристик

выбранного сечения.

h=hСТ+2*П=40+2*3,0=46 см.

А=hСТ*СТ + 2*bП*П=38*0,8+2*22*1.4=92 см2

X=СТ*hСТ3/12 + 2*[П*bП*(hСТ/2 + СТ/2)2]=

=0.8*383/12 + 2*[1.4*22*(38/2 + 0,8/2)2]=26842 cм4

WX=X/(hСТ/2 + П)=26842/(38/2 + 1.4)=1316 см3

У=hСТ*СТ3/12 + 2*bП3*П/12=38*0,83/12 + 2*223*1.4/12=2486,2 см4

rX=X/A=26842/92=17,1 cм

rУ=У/А=2486,2/92=5,2 см

X=WX/A=1316/92=14,3 см


Проверка общей устойчивости относительно оси X (в плоскости действия момента или в плоскости рамы).
X=lX/rX=1120/17,1=65,5 < []=120 – фактическая гибкость колонны.

X=X*RУ/E=65,5*0.030=1.97

eX=MX/N=2260000/31600= 71,5 см

mX=eX/X= 71,5/14,3= 5,1 см

= 1,25 z=0,5 mef=*mX=1,25*5,1= 6,4 e=0,182

1=N/A*e=31600/92*0.182=1987 кг/см2У=2300 кг/см2, 1/RУ=1987/2300=0,86
Проверка общей устойчивости относительно оси У (из плоскости действия момента или в плоскости стенового фахверка).
Исходные данные: M1/3=20,8*105 кг., N1/3=35,7*103 кг.

еX= M1/3 / N1/3=2080000/35700= 58,3 см

mX=eX/X=58,3/14,3=4,1 см

У=lУ/rУ=560/5,2= 108 по графику У=0,53

У=108  C97  =1,1

=0.65+0.05*mX=0.65+0.05*4,1=0,855

c=/(1+*mX)=1,1/(1+0,855*4,1)=0,3

2=N1/3 / c*У*A=35700/0,3*0,53*92=2400,1 кг/см2> 2300 кг/см2, 2/RУ=2400,1/2300=1,04.
Проверка местной устойчивости стенки колонны.

=Q/hСТ*СТ=3000/38*0,8= 98,7 кг/см2

yC=yP=hСТ/2=38/2=19 см.

С=N/A+MX*yC/X=31600/92+2260000*19/26842=1943,2кг/см2

P=N/A-MX*yC/X=31600/92-2260000*19/26842= 1256,2кг/см2

=(СP)/C=(1943,2+1256,2)/1943,2=1.65 >1

=1.4*(2* 1)*/C=1.4*(2*1.65 1)*98,7/1943,2=0,16

[СТ]=[hСТ/СТ]=183>114  [СТ]=114

СТ= hСТ/СТ=38/0,8=47,5<[СТ]=114
Проверка местной устойчивости полки.

[bСВ/П]=0.5* [bП/П]=0.5*(0,72+0,2*X)*(Е/RУ)=0.5*(0,72+0,2*2.1)*33,33=18.9

bСВ/П=0,5*bП/П=0,5*22/1.4=7.85
Проверка прочности стержня колонны.

4=N/A+MX/WX=31600/92 + 2260000/1316=2061 кг/см2 < 2300 кг/см2

4/RУ=2061/2300=0.90

dБ=20 мм., d0=dБ+3=23 мм., АНЕТТО=А – 2*d0*П=92-2*2,3*1.4=85,56 см2.

S0=d0*П*(h - П)/2=2,3*1.4*(38-1.4)/2=58,93 см3., yC=S0/AН=58,93/85,56=0,69 см.,

0Xc=2*d0*П*[(h-П)/2 + yC]2=2*2.3*1.4*[(38 – 1.4)/2 + 0.69]2=2322,4 см4

НЕТТО=X+A*yC2 - 0Xc=26842 +92*0.692 – 2322,4=24563,4 cм4

WНЕТТО=НЕТТО/(0,5*h + 0.63)=24563,4/(0.5*38.0 + 0.63)=1251,3 см3

CX=1.12

5/RУ=(N/AНЕТТО*RУ*C)n + MX/CX*WНЕТТО*RУ*C=

=(31600/85,56*2300*0.95)1.5 + 2260000/1.12*1251,3*2300*0.95=0.069+0.773=0.84

5/RУ=0,84 < 1



Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации