Курсовая работа - Проектирование одноэтажного здания - файл n1.doc

Курсовая работа - Проектирование одноэтажного здания
скачать (659.8 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.doc1451kb.20.10.2010 18:25скачать
n2.dwg

n1.doc

  1   2   3

Московский государственный строительный университет




ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА



К КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО МЕТАЛЛИЧЕСКИМ КОНСТРУКЦИЯМ:
«Проектирование одноэтажного здания

павильонного типа»

­

Выполнил: студент факультета ПГС группы Э15-т


Проверил: преподаватель кафедры

Металлических конструкций

Вершинин Владимир Петрович

г. Москва, 2010г

Содержание


  1. Исходные данные для проектирования




  1. Компоновка каркаса здания




  1. Определение нагрузок для расчета рамы

    1. Определение собственного веса кровли и конструкций покрытия

    2. Определение снеговой нагрузки

    3. Определение ветровой нагрузки




  1. Статический расчет рамы, определение расчетных усилий в колоннах

    1. Определение усилий в колоннах от собственного веса

    2. Определение усилий в колоннах от снеговой нагрузки

    3. Определение усилий в колоннах от ветра

    4. Определение расчетных усилий в колонне




  1. Расчет колонны

    1. Подбор и проверка сечения стержня колонны

    2. Конструирование и расчет базы колонны

    3. Конструирование и расчет оголовка колонны




  1. Проектирование стропильной фермы

    1. Определение узловых нагрузок, действующих на ферму

    2. Определение усилий в стержнях фермы

    3. Подбор и проверка сечений стержней фермы

    4. Расчет и конструирование узлов стропильных ферм




  1. Список литературы

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Район (место) строительства: I – вес снегового района, II- район по средней скорости ветра
Назначение проектируемого одноэтажного здания – крытый рынок.
Длина проектируемого здания Взд = 84м.
Пролет здания L = 30м.
Отметка низа покрытия H = 5,9м.
Заглубление верха фундаментов hфунд = 0,6м.
Материал конструкций – сталь С235 или С245.
2. КОМПОНОВКА КАРКАСА ЗДАНИЯ
Компоновка конструктивной схемы заключается в размещении колонн и стен здания в плане, выборе схемы поперечной рамы, назначении генеральных размеров ферм и колонн, размещении связей между колоннами и по шатру здания.

Размещение колонн здания в плане определяется размерами L и B.

L – пролет, расстояние между разбивочными осями в поперечном направлении; по заданию L = 30м.

В – шаг колонн, расстояние между разбивочными осями в продольном направлении. Принимается в зависимости от длины здания Взд. Если длина здания кратна 6м, то шаг колонн В принимается равным 6м. Если длина здания кратна 12м, то шаг колонн В принимается равным 6м или 12м. Так как длина здания Взд задана равной 84 м (кратно 6м), то шаг колонн принимаем равным В = 6м.

Оси всех колонн совмещаются с разбивочными осями, за исключением крайних колонн, середины которых смещаются с разбивочной оси внутрь здания на 500мм. Стены здания примыкают к колоннам.

Для проектируемого здания наиболее целесообразна схема поперечной рамы с жестким креплением колонн к фундаментам и шарнирным сопряжением их с ригелями.

Ригели рам принимаются в виде ферм с параллельными поясами. Высота ферм по обушкам поясных уголков принимается в зависимости от пролета. Для пролета L = 36м высота фермы hф принимается равной 3,15м. Уклон ферм в 1,5% обеспечивает наружный отвод воды. Схема стропильной фермы указана на рис. 2.1.




Рис. 2.1. Схема стропильной фермы.
Высота колонны определяется отметкой опирания нижнего пояса ферм (отметкой низа покрытия) и заглублением ее ниже уровня чистого пола (до верха фундамента).

Компоновка конструктивной схемы каркаса здания заканчивается расстановкой системы связей между колоннами и по покрытию здания.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК ДЛЯ РАСЧЕТА РАМЫ
На конструкции каркаса здания воздействуют нагрузки от собственного веса кровли и самих конструкций, снеговая и ветровая нагрузки. В соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» нагрузка от собственного веса относится к постоянным нагрузкам, а от снега и ветра – к кратковременным. Коэффициент надежности по назначению здания принимается равным 1.
3.1. Определение собственного веса кровли и конструкций покрытия
Для определения собственного веса кровли и конструкций покрытия сначала найдем нагрузку на 1м2 кровли, а затем определим линейную погонную нагрузку на раму. Определение нагрузок произведем в табличной форме (табл. 3.1). Толщина утеплителя принимается в зависимости от района строительства; в данной работе принимаем толщину утеплителя 100мм.

Таблица 3.1



п/п

Состав покрытия

(нагрузка)

Нормативная

нагрузка,

кН/м2

Коэфф. надежности по нагрузке

Расчетная нагрузка, кН/м2

1

Защитный слой с втопленным гравием (h=20мм)

0,40

1,3

0,52

2

Гидроизоляция из 3-х слоев рубероида

0,15

1,3

0,20

3

Утеплитель пенопласт =50кг/м3 (h=100мм)

0,05

1,2

0,06

4

Пароизоляция - 1 слой рубероида

0,05

1,3

0,07

5

Профилированный настил

0,15

1,05

0,16

6

Каркас стальной панели (3 х 6 м)

0,20

1,05

0,21

7

Стропильная ферма

0,30

1,05

0,32

8

Связи по фермам

0,05

1,05

0,06

ИТОГО:

gн = 1,35



gр = 1,60


Расчетная линейная нагрузка от собственного веса кровли и конструкций покрытия определяется по формуле:

,

где В – шаг стропильных ферм; В = 6м;

g – нагрузка от собственного веса кровли и конструкций покрытия на 1м2 кровли (смотри табл. 3.1.); g = 1,6кН/м2.

кН/м.
3.2. Определение снеговой нагрузки
Нормативная снеговая нагрузка на 1м2 покрытия зависит от района строительства и профиля кровли. Для принятой в проекте плоской кровли без фонарей она равна весу снегового покрова So, указанному в СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», который относится к I снеговому району. Для данного снегового района расчетное значение снегового покрова So составляет 0,8кН/м2.

Расчетная линейная снеговая нагрузка определяется по формуле:

,

где В – шаг стропильных ферм; В = 6м;

So – нормативная снеговая нагрузка на 1м2 покрытия; So = 0,8кН/м2.

кН/м.
3.3. Определение ветровой нагрузки
Для расчета рамы определим ветровую нагрузку на 1м2 стены здания как с наветренной (активное давление), так и с заветренной стороны (пассивное давление) (рис.3.1).

L = 30м


Рис. 3.1. Расчетная схема рамы и действующие на нее нагрузки.
Для невысоких зданий (высотой до 10м) распределение ветровой нагрузки по высоте принимается постоянным и равным:

– при активном давлении ;

– при активном давлении ;

где Wo – нормативное ветровое давление, принимаемый в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» в зависимости от района строительства. В работе используется II ветровой район. Для данного района нормативное значение ветрового давления Wo составляет 0,30кН/м2;

С и С’ – аэродинамические коэффициенты соответственно с наветренной и заветренной стороны, принимаемый в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» равными С = 0,8; С’ = 0,6;

1 – коэффициент надежности по ветровой нагрузке; 1 = 1,4.

кН/м2.

кН/м2.

На колонны по всей высоте стойки действуют равномерно распределенные нагрузки qв и qв, и в уровне нижнего пояса стропильных ферм сосредоточены силы W и W, эквивалентные действию ветровой нагрузки на шатер здания.

Равномерно распределенные нагрузки qв и qв определяются по формулам:

,

,

где Wв – ветровая нагрузка на 1м2 с наветренной стороны; Wв = 0,34кН/м2;

Wв – ветровая нагрузка на 1м2 с заветренной стороны; Wв = 0,25кН/м2;

В – шаг стропильных ферм; В = 6м;

кН/м.

кН/м.

Сосредоточенные силы W и W определяются по формулам:

,

,

где qв – равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну с наветренной стороны; qв = 2,04кН/м;

qв – равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну с заветренной стороны; qв = 1,50кН/м;

Нф – высота шатра здания, равная hф+0,5м; Нф = 3,15+0,5 = 3,65м.

кН.

кН.

4. Статический расчет рамы,

определение расчетных усилий в колоннах
Расчет рамы производится отдельно на нагрузки от собственного веса, снега и ветра. Отдельно для каждого вида нагружения определяют моменты, продольные и поперечные силы, возникающие в стойках.
4.1. Определение усилий в колоннах от собственного веса
В стойках рассматриваемой рамы под воздействием нагрузки от собственного веса покрытия момента не будет, а возникнут только сжимающие продольные силы Nн (рис.4.1).


Рис. 4.1. Эпюра моментов в раме от собственного веса покрытия
Продольная сила в нижних сечениях колонн определяется по формуле:

,

где Fф – опорная реакция стропильной фермы, определяемая по формуле:

,

где q – расчетная линейная нагрузка от собственного веса; q = 9,6кН/м;

L – пролет фермы; L = 30м;

кН;

Рк – вес колонны, принимаемый при шаге колонн В = 6м равным 10…20кН; принимаем Рк = 20кН;

кН.

4.2. Определение усилий в колоннах от снеговой нагрузки
В стойках рассматриваемой рамы под воздействием снеговой нагрузки момента не будет, а возникнут только сжимающие продольные силы Nсн (рис.4.2).


Рис. 4.2. Эпюра моментов в раме от снеговой нагрузки
Продольная сжимающая сила в стержнях колонн от снеговой нагрузки определяется по формуле:

,

где qсн – расчетная линейная нагрузка от собственного веса; qсн = 4,8кН/м;

L – пролет фермы; L = 30м;

кН.
4.3. Определение усилий в колоннах от ветра
В стойках рамы под воздействием ветровой нагрузки возникают моменты, продольные и поперечные силы (рис.4.3). Продольными силами ввиду их малой величины можно пренебречь.

L = 30м


Рис. 4.3. Эпюра моментов в раме от ветровой нагрузки
Максимальные значения моментов и поперечных сил, возникающих в стойках рамы, определяются по формулам:

,

,

где qв – равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну с наветренной стороны; qв = 2,04кН/м;

qв – равномерно распределенная ветровая нагрузка на колонну с заветренной стороны; qв = 1,50кН/м;

Hк – высота колонны (стойки) от верха фундамента до низа покрытия, определяемая по формуле: ,

где Н – отметка низа покрытия; Н = 5,9м;

hфунд – заглубление верха фундамента; hфунд = 0,6м;

м;

W – действующая на колонну сосредоточенная сила, эквивалентная действию ветровой нагрузки на шатер здания с наветренной стороны; W = 7,45кН;

W– действующая на колонну сосредоточенная сила, эквивалентная действию ветровой нагрузки на шатер здания с заветренной стороны; W = 5,48кН;

кН∙м,

кН.
4.4. Определение расчетных усилий в колоннах

Вычисленные усилия в колонне от всех нагрузок (смотри п. 4.1-4.3) вносим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Номер нагрузки

Нагрузка

Коэффициент сочетания

M,

кН∙м

N,

кН

1

Постоянная

1

0

164

2

Снеговая

1

0

72

2*

0,9

0

64,8

3

Ветровая

1

80,6

0

3*

0,9

19.0

0


Для определения расчетных усилий от действия всех нагрузок рассматриваются два основных сочетания. В первое основное сочетание включаются усилие от постоянной нагрузки и наибольшее усилие от одной из временных нагрузок (снега или ветра). Во второе основное сочетание включаются усилия от всех нагрузок. При этом усилия от временных нагрузок берутся с учетом коэффициента сочетания, равного 0,9 (табл.4.2).

Для расчета анкерных болтов наиболее неблагоприятно сочетание усилие от собственного веса и ветра. При этом усилия от постоянной нагрузки берутся с коэффициентом 0,9.

Таблица 4.2

Сочетания нагрузок

Комбинация загружения

Усилия

M, кН∙м

N, кН

Постоянная нагрузка и одна кратковременная нагрузка

[1] + [3]

80,6

164

[1] + [2]

0

236

Постоянная нагрузка и все кратковременные нагрузки

[1] + [2*] + [3*]

19,0

228,8

Для анкерных болтов: постоянная нагрузка (с коэф. s=0,9) и ветер

[1]∙0,9 + [3]

80,6

147,6

5. расчет колонны
Колонны здания принимаем сплошностенчатыми, сваренными из 3-х листов (рис. 5.1). Все металлические конструкции выполняем из стали марки С235. Проектирование колонны заключается в подборе и проверке несущей способности сечения стержня колонны, конструировании и расчете базы и оголовка.


Рис. 5.1. Сечение колонны
5.1. Подбор и проверка сечения стержня колонны
По таблице 4.2 выбираем наиболее невыгодное сочетание усилий M и N. Наиболее невыгодным сочетанием усилий будет одновременное действие постоянной нагрузки и всех кратковременных нагрузок, при которых M = 19,0 кН∙м, N = 228,8 кН. Данные усилия принимаем как расчетные.

Определяем расчетные длины колонны по формулам:

- в плоскости рамы lx = 2∙Hк;

- из плоскости рамы ly = Hк;

где Hк – высота колонны от верха фундамента до низа покрытия; Hк = 6,5м.

lx = 2∙6,5= 13м;

ly = 6,5м.

Требуемую площадь сечения ориентировочно можно определить по формуле:

,

где e – эксцентриситет силы, определяемый по формуле:

,

где M – расчетное значение момента; M = 19,0кН∙м;

N – расчетное значение продольной силы; N = 228,8кН;

см;

Rу – расчетное сопротивление стали; для элементов толщиной до 20мм (толщина полок и стенок составной колонны) Rу = 23кН/см2;

h – высота сечения колонны; при шаге колонн B = 6м высоту сечения колонны рекомендуется принять равной h = 400мм;

см2.

Толщину стенки при высоте сечения колонны h = 400мм рекомендуется принять равной tw = 8мм.

Предварительно зададим толщину полки tf = 12мм. Высота стенки будет равна:

см.

Площадь стенки колонны будет равна:

см2.

Площадь одной полки будет равна:

см2.

Ширина полки будет равна:

см.

Найденная ширина полки слишком мала, поэтому принимаем ширину полки равной bf = 24см.

Площадь сечения колонны будет равна:

см2.

Моменты инерции сечения колонны относительно осей х-х, у-у определяются по формулам:

;

. (*)

* - моментом инерции стенки колонны можно пренебречь в виду его малого значения.

см4;

см4.

Радиусы инерции определяются по формулам:

; .

см; см.

Гибкости стержня в плоскости и из плоскости рамы определяются по формулам:

; .

; .
Проверка устойчивости стержня колонны в плоскости рамы

Проверка устойчивости стержня колонны в плоскости рамы производится по формуле:

,

где N – расчетное значение продольной силы; N = 228,8кН;

A – площадь сечения колонны; A = 87,68см2.

Ry – расчетное сопротивление стали; Rу = 23кН/см2;

c – коэффициент условий работы; для колонн общественных зданий c = 0,95;

?e – коэффициент, определяемый по табл.38 «Нормативных и справочных материалов» методом двойной интерполяции исходя из величины условной гибкости и приведенного относительного эксцентриситета.

Условная гибкость определяется по формуле:

,

где E – модуль упругости; модуль упругости прокатной стали E = 2,1∙104кН/см2;

.

Приведенный относительный эксцентриситет определяется по формуле:

,

где m – относительный эксцентриситет, определяемый по формуле:

,

где e – эксцентриситет силы; e = 13,03см;

Wx – момент сопротивления, определяемый по формуле:

,

где Ix – момент инерции; Ix = 25222см4;

h – высота сечения колонны; h = 40см;

см3.



 – коэффициент влияния формы сечения; Определяется по табл. 4.1 «Методических указаний» исходя из величины отношения площади полки к площади стенки колонны, а также величин условной гибкости и относительного эксцентриситета.

.

При значениях Af /Aw = 0,96; 0 ? ? 5 ( = 2,12); 0,1 ? m ? 5 (m = 0,91) значение коэффициента влияния формы сечения будет определяться по формуле:

;

.

.

Коэффициент ?e определяем по табл.38 «Нормативных и справочных материалов» методом двойной интерполяции при значениях . Он будет равен ?e = 0,453.
кН/см2кН/см2.

Полученное значение удовлетворяет условию устойчивости стержня колонны в плоскости рамы, но излишне большой запас прочности увеличивает расход металла. Следовательно, необходимо уменьшить сечение колонны.

Уменьшим ширину полки, приняв ее значение равным bf =20cм. Высота стенки будет равна:

см.

Площадь стенки колонны будет равна:

см2.

Площадь одной полки будет равна:

см2.

Площадь сечения колонны будет равна:

см2.

Моменты инерции сечения колонны относительно осей х-х, у-у будут равны:

см4;

см4.

Радиусы инерции будут равны:

см; см.

Гибкости стержня в плоскости и из плоскости рамы будут равны:

; .

Проверка устойчивости стержня колонны в плоскости рамы производится по формуле:

,

Момент сопротивления будет равен:

см3.

Относительный эксцентриситет будет равен:

.

Отношение площади полки к площади стенки колонны будет равно:

.

Условная гибкость будет равна:



При значениях Af /Aw = 0,8; 0 ? ? 5 ( = 2,15); 0,1 ? m ? 5 (m = 0,6) значение коэффициента влияния формы сечения будет определяться по формуле:

.

Приведенный относительный эксцентриситет будет равен:

.

Коэффициент ?e определяем по табл.38 «Нормативных и справочных материалов» методом двойной интерполяции при значениях . Он будет равен ?e = 0,430.
кН/см2кН/см2.

Полученное значение удовлетворяет условию устойчивости стержня колонны в плоскости рамы, но излишне большой запас прочности остался. Следовательно, необходимо уменьшить сечение колонны.
Уменьшим толщину полки, приняв ее значение равным tf =10мм. Высота стенки будет равна:

см.

Площадь стенки колонны будет равна:

см2.

Площадь одной полки будет равна:

см2.

Площадь сечения колонны будет равна:

см2.

Моменты инерции сечения колонны относительно осей х-х, у-у будут равны:

см4;

см4.

Радиусы инерции будут равны:

см; см.

Гибкости стержня в плоскости и из плоскости рамы будут равны:

; .

Т.к. y = 124 > 120, то уменьшить y можно за счет устройства дополнительной связевой распорки в середине высоты колонны. Тогда расчетная длина колонны уменьшится в два раза, что приведет к уменьшению гибкости тоже в два раза. Гибкость будет равна y = 124/2 = 62.

Проверка устойчивости стержня колонны в плоскости рамы производится по формуле:

,

Момент сопротивления будет равен:

см3.

Относительный эксцентриситет будет равен:

.

Отношение площади полки к площади стенки колонны будет равно:

.

Условная гибкость будет равна:



При значениях Af /Aw = 0,66; 0 ? ? 5 ( = 2,18); 0,1 ? m ? 5 (m = 0,62) значение коэффициента влияния формы сечения будет определяться по формуле:

.

Приведенный относительный эксцентриситет будет равен:

.

Коэффициент ?e определяем по табл.38 «Нормативных и справочных материалов» методом двойной интерполяции при значениях . Он будет равен ?e = 0,530.
кН/см2кН/см2.

Полученное значение удовлетворяет условию устойчивости стержня колонны в плоскости рамы, но большой запас прочности остался. Сечение колонны меньше данного принимать не рекомендуется. Следовательно, принимаем колонну, имеющую следующие характеристики сечения:

h = 40см; tw = 0,8см; hw = 38см; tf =1см; bf =20см; A = 70,4см2.

Проверка устойчивости стержня колонны в плоскости рамы

Проверка устойчивости стержня колонны из плоскости рамы производится по формуле:

,

где N – расчетное значение продольной силы; N = 228,8кН;

A – площадь сечения колонны; A = 70,4см2.

Ry – расчетное сопротивление стали; Rу = 23кН/см2;

c – коэффициент условий работы; для колонн общественных зданий c = 0,95;

?y – коэффициент продольного изгиба относительно оси у-у при центральном сжатии, определяемый по табл.37 «Нормативных и справочных материалов» исходя из величины расчетного сопротивления стали и гибкости. Для стали с расчетным сопротивлением Rу = 23кН/см2 и гибкости колонны у = 62 коэффициент продольного изгиба будет равен ?y = 0,795;

с – коэффициент, учитывающий влияние момента на устойчивость в плоскости, перпендикулярной плоскости действия момента; определяется по формуле:

,

где mx – относительный эксцентриситет, определяемый по формуле:

,

где Mx– максимальный момент в пределах средней трети длины колонны, но не менее половины Mmax. Принимаем Mx = 0,55 ∙ Mmax = 0,55 ∙ 19,0 = 10,45кН∙м = 1045кН∙см;

Wx – момент сопротивления; Wx = 943,4см3;

;

? – коэффициент, определяемый по табл. 4.1 «Методических указаний» исходя из величины относительного эксцентриситета mx; При mx ? 1 (mx = 0,32) коэффициент ? будет равен 0,7;

? – коэффициент, определяемый по табл. 4.1 «Методических указаний» исходя из величин гибкостей y и с; Гибкость с определяется по формуле:

,

где E – модуль упругости; модуль упругости прокатной стали E = 2,1∙104кН/см2;

,

Т.к. y < с (y = 62; с = 95), то в соответствии с табл. 4.1 «Методических указаний» коэффициент ? будет равен 1;

;

кН/см2кН/см2.

Полученное значение удовлетворяет условию устойчивости стержня колонны из плоскости рамы.
Проверка местной устойчивости полок колонны

Проверка местной устойчивости полок колонны заключается в проверке соблюдения условия:







Местная устойчивость полок колонны обеспечена (9,6 < 17,5 – верно).
Проверка местной устойчивости стенки колонны

Проверка местной устойчивости стенки колонны заключается в проверке соблюдения условий:

и .



Местная устойчивость стенки колонны обеспечена.
  1   2   3


Московский государственный строительный университет
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации