Курсовая работа - Проектирование металлического каркаса одноэтажного промышленного здания - файл n1.doc

Курсовая работа - Проектирование металлического каркаса одноэтажного промышленного здания
скачать (729.5 kb.)
Доступные файлы (3):

n1.doc	1417kb.	27.12.2007 12:01	скачать
n2.dwg
n3.dwg

---

Смотрите также:
• Курсовая работа - Проектирование металлического каркаса одноэтажного промышленного здания (Курсовая)
• Курсовая работа - Проектирование металлического каркаса одноэтажного промышленного здания (Курсовая)
• Курсовая работа - Расчёт и проектирование основных несущих и ограждающих конструкций покрытия одноэтажного двухпролётного промышленного здания с деревянным каркасом (Курсовая)
• Курсовой проект - Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания (Курсовая)
• Курсовой проект - Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания (Курсовая)
• Курсовая работа - проектирование Одноэтажного промышленного здания с деревянным каркасом (Курсовая)
• Курсовой проект Каркас одноэтажного промышленного здания (Курсовая)
• Курсовой по металлическим конструкциям-Ферма, колонны, узлы (Курсовая)
• Курсовая работа - Проектирование одноэтажного каркасного здания из деревянных конструкций (Курсовая)
• Курсовой проект - Стальной каркас одноэтажного промышленного здания, оборудованного мостовыми кранами легкого и среднего режимов работы (№2) (Курсовая)
• Кирсанов Н.М. Методическое пособие к курсовому проекту стального каркаса промышленного здания (Документ)
• Проектирование стального каркаса одноэтажного производственного здания (Документ)

n1.doc

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Строительный институт

Кафедра «металлические и деревянные конструкции»

Методические указания

по проектированию металлического каркаса производственного здания
Утверждены редакционно-издательским

советом университета 2007 г
Самара 2007


УДК 624.014: 725.4
Настоящие методические указания предназначены для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство» дневного и заочного отделений, выполняющих курсовой проект «Стальной каркас производственного здания» по дисциплине «Металлические конструкции».

Методические указания составлены в соответствии программой курса «Металлические конструкции» и образовательным стандартом.

Методические указания содержат рекомендации по выполнению соответствующих расчетов с применением компьютерных технологий, по оформлению рабочих чертежей и пояснительной записки. Все разделы расчета иллюстрированы примерами. В приложениях приведены необходимые справочные данные.

Общие указания
При выполнении расчетов используются следующие размерности величин

- усилия (нагрузки) - Кн (Килоньютон), Тс (Тонна-сила), Кгс (Килограмм-сила).

- напряжения, расчетное сопротивление, модуль упругости – МПа (Мегапаскаль), КПа (Килопаскаль) Кн/см², Кгс/см².

- размеры – мм (Милиметр)

- погонная нагрузка – Кн/м, Тс/м.

- нагрузка на площадь (ветровая, снеговая) – Кн/м², Кг/м², Тс/м².

- момент (изгибающий, крутящий) – , , .

На чертежах все размеры проставляются в миллиметрах.

При выполнении расчетов необходимо следить за тем, чтобы все величины в расчетные формулы проставлялись в одной и той же размерности.

При использовании вычислительных комплексов (ЛИРА, МИРАЖ и т.п.) требуемые величины следует подставлять в тех размерностях, которые рекомендованы инструкцией.

Ниже приводятся формулы перевода размерностей

1 Тс = 1000 Кгс = 9,82 Кн ~ (10 Кн)

1 Мпа = 10⁶Па/м² = 10³Кпа = 10³Кн/м² = 0,1 Кн/см² =

= 9,82 Кгс/см² ~ 10 Кгс/см²

1 м = 100 см = 1000 мм.

1 см⁴ = 1*10^-8м⁴. 1 см³ = 1*10^-6 м³.

Основные буквенные обозначения приняты в соответствии со

СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования.
При выполнении курсового проекта следует в соответствии с заданием

- определить климатические нагрузки (снеговая, ветровая) по СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия,

-выбрать крановые нагрузки используя учебник «Металлические конструкции» под ред. Беленя Е.И. (приложение 2),

- выполнить компоновку каркаса,

-вычислить нагрузки, действующие на элементы каркаса,

- подготовить данные для расчета на ЭВМ внутренних усилий, возникающих в элементах каркаса,

- определить внутренние усилия в элементах каркаса при действии расчетного сочетания усилий,

- подобрать сечения элементов (верхняя и нижняя части колонны, стержни фермы),

- выполнить расчет и конструирование узлов (соединение верхней и нижней частей колонны, узел опирания фермы на колонну, база колонны, промежуточные узлы фермы, монтажный узел фермы, опорный узел фермы),

-оформить пояснительную записку,

- выполнить необходимые чертежи (планы и разрезы на стадии КМ, конструкции фермы или колонны на стадии КМД).

При оформлении пояснительной записки следует руководствоваться ГОСТ 2.105-95 Общие требования к текстовым документам.

Графическую часть курсового проекта следует выполнять в соответствии с требованиями СПДС (Система проектной документации для строительства). (Справочник проектировщика Металлические конструкции том 1, глава 14.)

Ниже приведен пример выполнения расчетной части курсового проекта с соответствующими пояснениями.
Задание

Место постройки	Оренбург
Длина здания, м	240
Шаг рам, м	6
Шаг ферм, м	6
Количество пролетов	2
Величина пролетов, м	18/18
Грузоподъемность кранов, т	30 и 50
Отметка подкранового рельса, м	16,75
Кровля здания	холодная по прогонам
Здание	неотапливаемое
Стены здания	самонесущие
Освещение здания	боковое
Материал конструкций	С245
Класс бетона фундамента	В15
Ферма	ГСП

1 Компоновка каркаса

Отметка подкранового рельса

Н_рельса=16,75 м

Отметка верха подкрановой балки

Н_в.пб=Н_рельса-h_рельса=16.75-0.13=16.62 м

h_рельса=130 мм

При высоте подкрановой балки h_пб=1000 мм (табл. [1])

Отметка низа подкрановой балки

Н_н.пб=Н_в.пб-h_пб=16.62-1.0=15.62 м

База колонны относительно уровня пола заглубляется на высоту траверсы, которая ориентировочно равна 1 м.

Следовательно, длина нижней части колонны

h_н.кол=Н_н.пб+1,0=15,62+1=16,62 м

Отметка низа фермы с учетом зазора между фермой и максимально выступающей точкой крана 150 мм, а также возможного прогиба фермы 75 мм

Н_{н.фермы} = Н_рельса+ h_крана+0.15+0,075=16.75+3.15+0.15+0,075=20.125 м

h_крана=3150 мм

Отметка верха фермы

Н_{в.фермы}=Н_{н.фермы}+h_фермы=20,125+3,15=23,3 м

h_фермы=3150 мм

Компоновка конструктивной схемы показана на рис. 1.

Рисунок 1 Конструктивная схема



2 Сбор нагрузок
2.1 Снеговая нагрузка.

Полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия s определим по формуле

s = s₀,

где s₀  нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии с п. 5.2 [2];

  коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с пп. 5.3  5.6 [2].

Нормативное значение веса снегового покрова s₀ на 1 м² горизонтальной поверхности земли примем в зависимости от снегового района по карте приложение 5 [2].

Коэффициент , примем по приложению 3 [2].

S₀=100 кг/м²

S_н=100 * 1=100 кг/м²

Определим нормативную погонную нагрузку

S^н_п=S^н*В=100*6=600 кг/м
При легкой кровле коэффициент надежности по нагрузке . Расчетная погонная нагрузка

S_п^р =S^н_п 1.6=600*1.6=960 кг/м
Определим узловую снеговую нагрузку

S_р^уз=S_р^п*3=960*3=2880 кг
2.2 Нагрузка от собственного веса конструкций.

Тип кровли: холодная по прогонам.

Определим максимальный изгибающий момент:



По ГОСТ 24045-94 примем профнастил Н114-600-0,8 с W=53.3 см³

Таким образом, q^наст=14 кг/м² и q^{мет. констр}=40 кг/м² (по прил. 4 [4].)

q=(q^наст +q^{мет. констр})*b*

q=(14+40)*6*1.05=320 кг/м

Принимаем q^{вес кровли} =0.32 т/м

P_р^уз=q*3=0.32*3=0,96 т

2.3 Ветровая нагрузка.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки w_m на высоте z над поверхностью земли определим по формуле

w_m = w₀kc,

где w₀  нормативное значение ветрового давления (см. п. 6.4 [2]);

k  коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (см. п. 6.5 [1]);

с  аэродинамический коэффициент (см. п. 6.6 [2]).

Нормативное значение ветрового давления w₀ следует принимать в зависимости от ветрового района бывшего СССР по данным табл.2.

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h  при высоте сооружения h до 60 м и 2 км  при большей высоте.

Место застройки г. Оренбург соответствует типу В.
W_m=W₀*k*c

W₀=38 кг/м²
Наветренная сторона

W⁵=38*0.5*0.8=15,2 кг/м²

W¹⁰=38*0.65*0.8=19,76 кг/м²

W^20,15=38*0.9*0.8=27,36 кг/м²
Подветренная сторона

W⁵=38*0.5*(-0,6)=-11,4 кг/м²

W¹⁰=38*0.65*(-0.6)=-14,82 кг/м²

W^20,15=38*0.9*(-0.6)=-20,52 кг/м²
Определяем погонную расчетную ветровую нагрузку

W_расч^п=W*B* кг/м

Наветренная сторона

W^5п_расч=15,2*6*1,4=127,68 кг/м

W^10п_расч=19,76*6*1,4=165,98 кг/м

W^20,15_расч=27,36*6*1,4=229,8 кг/м
Подветренная сторона

W^5п_расч=-11,4*6*1,4=-95,76 кг/м

W^10п_расч=-14,82*6*1,4=-124,5 кг/м

W^20,15_расч=-20,52*6*1,4=-172,4 кг/м

4. 
   Крановые нагрузки.
   

Схема действия крановых нагрузок приведена на рисунке 2.


Рисунок 2 Схема действия крановых нагрузок



Рисунок 3 Расположение колес кранов
Полные нормативные значения вертикальных нагрузок, передаваемых колесами кранов на балки кранового пути, и другие необходимые для расчета данные примем в соответствии с требованиями государственных стандартов на краны.

Максимальное давление D_max от двух сближенных кранов, передаваемое на колонну в месте опирания подкрановых балок, определим по правилу Винклера. Для этого необходимо сблизить оба крана до упора, одно из средних колес установить на рассчитываемую колонну и построить линию влияния опорной реакции от усилий, передаваемых колесами кранов на подкрановые балки (см. Рис. 4 и 5).

Для крана грузоподъемностью 50 т масса крана с тележкой G_k = 66.5 т, масса тележки G_т = 18 т, максимальное давление на колесо F_k = 47 т.

Для крана грузоподъемностью 30 т масса крана с тележкой G_k = 52 т, масса тележки G_т = 12 т, максимальное давление на колесо F_k = 31.5 т.



Рисунок 4 К определению D_max для кранов 50 т



Рисунок 5 К определению D_max для кранов 30 т
Нормативное значение горизонтальной нагрузки, направленной поперек кранового пути и вызываемой торможением электрической тележки для кранов с гибким подвесом груза  0,05 суммы веса поднятого груза и веса тележки

Для крана грузоподъемностью 50 т

Для крана грузоподъемностью 30 т

Расчетное усилие D_max , передаваемое на колонну колесами крана определяем по линии влияния опорных реакций подкрановых балок

Для крана грузоподъемностью 50 т

Для крана грузоподъемностью 30 т

Расчетная горизонтальная сила, передаваемая подкрановыми балками на колонну от силы T_k ,
Для крана грузоподъемностью 50 т

Для крана грузоподъемностью 30 т

Силы D приложены по оси подкрановой балки и поэтому не только сжимают нижнюю часть колонны, но и передают на нее изгибающие моменты:

Для крана грузоподъемностью 50 т М_max=D_max*e_k=88.08*0.5=44.04 т*м

Для крана грузоподъемностью 30 т М_max=D_max*e_k=61,43*0.5=30,72 т*м
На другой ряд колонны также будут передаваться усилия, но значительно меньшие. Силу D_min можно определить следующим образом:




Для крана грузоподъемностью 50 т

Для крана грузоподъемностью 30 т

Определяем F_k,min

Для крана грузоподъемностью 50 т

Для крана грузоподъемностью 30 т


Определяем соответствующие D_min и M_min

Для крана грузоподъемностью 50 т

Для крана грузоподъемностью 30 т
Для крана грузоподъемностью 50 т

М_min=D_min*e_k=22.73*0.5=11.37 т*м

Для крана грузоподъемностью 30 т М_min=D_min*e_k=19.5*0.5=9.75 т*м

3 Расчетная схема
В расчетной схеме элементы конструкций представляются стержнями, проходящими через центры тяжести сечений. Сквозной ригель (ферма) представлен стержнем, проходящем на уровне нижнего пояса стропильной фермы. В расчетной схеме произведена разбивка каждой колонны на несколько отдельных элементов. Цифрами обозначены узлы элементов, цифрами в кружках – сами элементы, а цифрами в прямоугольниках – типы жесткостей. Узлы 9, 10, 11 – точки, в которых передается горизонтальное усилие, возникающее от торможения тележки с грузом.

Расчетная схема рамы с принятыми обозначениями показана на рис. 6.

Рисунок 6. Расчетная схема рамы

4 Подготовка данных для ввода в компьютер.
4.1 Схемы загружений

На каждый вид загружений расчет выполняется отдельно. Затем для каждого элемента сооружения выбирается самые невыгодные загружения. От их воздействия определяются максимальные значения внутренних усилий (Расчетное Сочетание Усилий – РСУ).

Схемы действия на раму собственного веса, снеговой и ветровой нагрузок приведены на рисунке 7. Схемы загружений крановыми нагрузками приведены на рисунке 8.


Рисунок 7 Схемы загружений рамы собственным весом, снеговой

и ветровой нагрузками

Рисунок 8 Схемы загружения рамы крановыми нагрузками
Расчет выполняется с использованием вычислительных комплексов «МИРАЖ», «ЛИРА», «СКАД» или других.

Подготовленные заранее данные вводятся в компьютер, и производится расчет.

На выходе получают расчетное сочетание усилий, которое показывает, от суммы каких воздействий (из всех возможных) в каждом элементе конструкции возникают максимальные внутренние усилия (изгибающий момент, поперечная сила, нормальная сила).

Из полученных данных выбирают наиболее невыгодную комбинацию усилий, на которую и производят подбор сечений элементов конструкции.

5 Расчет и конструирование фермы.
5.1 Определение нагрузок.

Суммарная узловая нагрузка:

P=S^снега+P^{вес кровли} =2.88+0,963.8 т

Расчетные схемы фермы представлены на рис. 9 и 10. В первом случае рассмотрено шарнирное опирание, а во втором жесткое. Далее производится расчет внутренних усилий в элементах фермы для обоих загружений, как было показано выше. Из полученных данных выберем максимальные значения усилий для каждого стержня.




Рисунок 9 Расчетная схема фермы при шарнирном опирании на колонну




Рисунок 10 Расчетная схема фермы при жестком опирании на колонну



Рисунок 11 Схема фермы

В результате выполненного расчета получено, что максимальное усилие

в верхнем поясе равно – 15.2 Тс, а в нижнем +17.1 Тс. Усилия в опорных раскосах равны – 13.4 Тс, в раскосах Р2 и Р6 + 10.75 Тс, а в раскосах Р3 и Р4 - 2.7 Тс. Усилия в стойках составляют – 3.8 Тс.

В целях унификации принимаем сечение поясов одинаковым на всем пролете. На эти усилия и подобраны сечения элементов.

При этом необходимо помнить следующее: сечения растянутых элементов подбирают так, чтобы возникающие от внешних воздействий напряжения не превосходили расчетного сопротивления материала, а сечения сжатых элементов – из того условия, чтобы действующие напряжения не превышали критических напряжений. Проверку следует производить в двух плоскостях.

Растянутые элементы:



Сжатые элементы:

На первом этапе ориентировочно задают коэффициент продольного изгиба , определяют необходимую площадь поперечного сечения, из сортамента подбирают соответствующий профиль, для него находят радиусы инерции относительно обеих осей и вычисляют соответствующие гибкости. Далее по максимальной гибкости определяют фактическое значение коэффициента продольного изгиба и выполняют проверку.



В нижнем поясе

А_тр=N/R_y=17100/2300=7.43 см². Принят профиль 80х80х3, у которого А=9.4 см²




Рисунок 12 Поперечное сечение ГСП.

В верхнем поясе

А_тр= N/0.7R = 15200/0.7*2300 = 9.44 см²

Примем профиль 80х80х3, у которого А = 9.4 см², I =3.14 см

Гибкость



Коэффициент продольного изгиба (из таблицы)

Напряжения



Условие прочности не выполняется

Следующий профиль 100х100х3, у которого А = 11.64 см², I = 3.96 см

Гибкость

Коэффициент продольного изгиба

Напряжения



Длина опорного раскоса равна

Гибкость



Коэффициент продольного изгиба

Напряжения



Поскольку стержни имеют симметричное сечение, проверка выполняется только в одной плоскости.

Аналогично подобраны сечения остальных элементов.

В целях унификации примем верхний пояс, нижний пояс и опорные раскосы из квадратной гнутосварной трубы сечением 100х100х3 мм, остальные стержни 80х80х3 мм.

Размеры профиля представлены на рис. 12.
5.2 Расчет и конструирование узлов
Сварные швы, соединяющие в узлах стержни фермы, должны воспринимать усилия, которые в них возникают. При толщине стенки 3 мм катет шва принят 4 мм.

В качестве примера приведен расчет соединения опорного раскоса с нижним поясом.

При полуавтоматической сварке с применением сварочной проволоки Св-0.8 расчетное сопротивление шва срезу равно 1800 кг/см², требуемая длина сварного шва



При обварке стержня по контуру суммарная длина сварного шва составит 40 см, что вполне достаточно.

Конструкции нижнего и верхнего узлов фермы показаны на рисунках 12 и 13.


Рисунок 12 Нижний узел фермы.

Рисунок 13 Верхний узел фермы
В узлах ГСП обваривать по контуру полуавтоматической сваркой проволокой

марки Св-08А, к_ш=4 мм.

Расчетное сопротивление R_f=1.65 т/см²

Коэффициент проварки шва =0.9 – полуавтоматическая .

Так как R_f>R_y и площадь соприкосновения элементов в узлах  поперечному сечению самих элементов, то узлы не нуждаются в проверке.

Конструирование монтажных узлов

• 
  Верхний пояс сжат
  

Конструктивно принимаем 4 болта с каждой стороны М16 класса прочности 5,6.

• 
  Нижний пояс растянут
  

Выберем высокопрочные болты М16 из стали 40Х «Селект», R_y=11 т/см²

Несущая способность одного болта

N_б=A_bnR_bun=

Конструктивно принимаем 8 болтов. Схема узла показана на рисунке 14


Рисунок 14 Схема монтажного узла нижнего пояса
6 Расчет колонны
После статического расчета поперечной рамы здания (прил. 1) на постоянную, снеговую, крановую и ветровую нагрузки была определена наиболее неблагоприятная комбинация усилий в колонне:

• 
  Для верхней части колонны: N = -9.5 т, M = -24,63 т*м.
  
• 
  Для нижней части колонны:
  
  • 
    N = -161.24 т, M =-88.73 т*м. (момент догружает наружную ветвь)
    
  • 
    N= -160,94 т, M = 70 т*м. (момент догружает подкрановую ветвь)
    

Расчетные длины верхней и нижней части колонны будут соответственно равны

(примем ₁=3; ₂=2 )

В плоскости рамы:

=1320 см

=3320 см

Из плоскости рамы:

=440 см

=1660 см


6.1 Подбор сечения верхней части колонны
Расчет на устойчивость в плоскости рамы (относительно оси y-y)

Назначаем генеральные размеры колонны. Высоту сечения находим из условия жесткости

h_в.к.=13,2 м

h=(1/12…1/20)h_в.к.=50 см.

Вычислим условную гибкость



Рисунок 14 Размеры сечения



По прил. 7 [4] находим коэффициент 0.076

Требуемая площадь сечения

см²

Назначаем двутавр 40К1 А=175,8 см², W_x=2664 см³ , i_x=17,26 см.

Проверяем устойчивость





По прил. 8 [4] находим



По прил. 7 [4] находим коэффициент 0.073

<1

Устойчивость обеспечена.

Сечение принято.

6.2 Подбор сечения нижней части колонны
Сечение нижней части колонны сквозное, состоящее из двух ветвей, соединенных решеткой. Высота сечения 1000 мм. Подкрановую часть колонны принимаем из балочного двутавра, наружную – составного сварного сечения из трех листов.

Определяем требуемую площадь ветвей и назначаем сечение.


По сортаменту подбираем двутавр 60Б1, h=593 мм, b=230 мм, A=135,26 см²,

i_y=24,13 см³, i_x1=4,83 см, J_x=3154 см⁴, J_y =78760 см⁴
Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же, как в подкрановой балки (562 мм). Толщину стенки швеллера t_ст принимаем равной 12 мм; с учетом катета наружного шва, прикрепляющего полки к стенке, ее высота h_ст=593+2*10=613615 мм.

Из условия выполнения местной устойчивости полки швеллера принимаем

b_п=15 см; t_п=1,2 см; А_п=18 см².

Геометрические характеристики ветви:

А_в2=1,2*61,5+18*2=128,25 см²

А_в1=135,26 см²

Найдем положение центра тяжести швеллера:

S_x1=2*18*8.7+1.2*61,5*0.6=357,48 см³

y₁=S_x1/A_в2=357,48/128,25=2,8 см

Найдем положение центра тяжести всего сечения.

S_x2=99.4*1.2*61,5+2*1.2*15*91.3=10622,52 см³

y₂=S_x2/A_пол=10622,52/(128,25+135.26)=40,3 см

y₁=h₀-y₂=97.2-40.3=56.9 см
Определяем моменты инерции швеллера.

I_x=2*(1,2*15³/12+5,9²*1,2*15)+61,5*1,2³/12+2,2²*1,2*61,5= 1928,16+366,1=2294 см⁴

I_y=1,2*61,5³/12+2*(15*1,2³/12+29,05²*15*1,2)=23260,8+30384,8=53645,6 см⁴





Рисунок 15 Сечение нижней части колонны.
Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.

Геометрические характеристики всего сечения:

A=A_в1+А_в2=135,26+128,25=263,51 см²

I_x=2294+128,25*56,9²+3154+135,26*40,3²=426122,5 см⁴





Приведенная гибкость



Коэффициент ₁ зависит от угла наклона раскосов и при =45⁰ можно принять ₁=27.
А_р1=2*А_р=2*12,30=24,6 см² – площадь сечения раскосов по двум граням сечения колонны



Для комбинации усилий, догружающих наружную ветвь N=161.24 т, M= 88.73 т*м.



По прил. 9 [3] _е=0,296

<1

Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь N=160.94 т, M= 70 т*м.



По прил. 9 [3] _е=0,356

<1

Устойчивость сквозной колонны как единого стержня обеспечена.

Определим усилия в ветвях



Проверим устойчивость ветвей из плоскости рамы.

Подкрановая ветвь:



По прил.6 [4] находим коэффициент продольного изгиба =0,759

<1

Наружная ветвь:



По прил.6 [4] находим коэффициент продольного изгиба =0,671

<1
Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:



Принимаем l_в1=200 см.

Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей x₁-x₁ и x₂-x₂)

Для подкрановой ветви:



По прил.6 [4] находим коэффициент продольного изгиба =0,886

<1

Для наружной ветви:


Рисунок 2

Расположение панелей решетки
По прил.6 [4] находим коэффициент продольного изгиба =0,861

<1

Расчет решетки подкрановой части колонны. Поперечная сила в сечении колонны

В соответствии с п. 5.8 [1] определим условную поперечную силу

Q_fic=7.15*10^-6*(2330-E/R_y)*N/ и принимаемую примерно Q_fic=20*A=20*263,51=5.3 т.

Из статического расчета Q_max=10 т, расчет ведем на максимальную силу.

Усилие сжатия в раскосе:



Задаемся _р=100; =0,542

Требуемая площадь раскоса:



По сортаменту принимаем равнополочный уголок 80x80x6

A_р=9.38 см²; i_min=1.58; _max=l_p/i_min=141.4/1.58=90;

l_p=h_н/sin=100/0.707=141.4; =0.612;

<1

Устойчивость обеспечена.

Сечение принято.
6.3 Расчет и конструирование узлов колонны

6.3.1 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом :

1. 
   M= + 22,6 т*м; N=9 т.
   
2. 
   M= 25 т*м; N=11,9 т.
   

Давление кранов D_max= 88.08 т.

Конструктивное решение узла показано на рисунке 17.




Рисунок 17 Конструкция сопряжения верхней

и нижней частей колонны

Прочность стыкового шва (ш1) проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения верхней части колонны, А=175,8 см², W=2664 см³.

1-я комбинация M и N: M= + 22,6 т*м; N=9 т.

наружная полка:

< 2,4 т/см²

внутренняя полка:

< 2,4 т/см²

2-я комбинация усилий M и N: M= 25 т*м; N=11,9 т.

наружная полка:

< 2,4 т/см²

внутренняя полка:

< 2,4 т/см²

Усилие во внутренней полке верхней части колонны

т

Требуемая длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (ш2)



Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, катет шва 0,8 см.

Шов крепления траверсы к подкрановой ветви (ш3) рассчитаем на комбинацию усилий, дающих наибольшую опорную реакцию траверсы: M= 25 т*м; N=11,9 т.

т

Требуемая длина шва



Определяем высоту траверсы h_тр:



Принимаем h_тр=40 см.

Проверим прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями N, M и D_max. Расчетная схема и сечение траверсы представлены на рисунках 18 и 19.

Найдем геометрические характеристики траверсы.

Положение центра тяжести сечения траверсы:



Рисунок 18 К определению положения центра тяжести сечения



Рисунок 19 К определению момента инерции сечения.


Максимальный изгибающий момент в траверсе:



т/см² < R=2.4 т/см²

Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов:

т

т/см² < R=2.4 т/см²

Конструкция траверсы принята.


6.3.2 Расчет и конструирование базы колонны
Расчетные комбинации усилий:

N₁=160,94 т, M₁= 70 т*м. (для расчета базы наружной ветви)

N₂=161.24 т, M₂=-88.73 т*м. (для расчета базы подкрановой ветви)

Ширина нижней части колонны превышает 1м, поэтому проектируем базу раздельного типа. Каждая ветвь колонны имеет свою центральнозагруженную базу. Усилие, приходящиеся на одну ветвь колонны можно определить в зависимости от расчетных значений изгибающего момента М и нормальной силы N в опорном сечении колонны по формуле:



База наружной ветви

Требуемая площадь плиты



R_ф=R_b*=85*1.2=102 кг/см²

По конструктивным соображениям свес плиты с₂ должен быть не менее 4 см.

Тогда B>b_k+2*c₂=61.5+2*4=69.5 см, принимаем В=70 см.

L_треб=А_{пл.треб}/B=16630,4/70=23.3 см, принимаем L=40 см.

А_{пл.факт}=B*L=40*70=2800 см²>А_{пл.треб}

Среднее напряжение в бетоне под плитой

кг/см² ф=102 кг/см²

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно: 2*(b_п+t_ст-z₀)=2*(15+1.2-2.8)=26.8 см;

при толщине траверсы 12 мм c₁=(40-26.8-2*1.2)/2=5.4 см.

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

участок 1 (консольный свес с=с₁=5,4 см)

кг*см

участок 2 (консольный свес с=с₂=4 см)

кг*см

участок 3 (плита, опертая на четыре стороны; b/a=56.9/15=3.8>2; =0,125)

M₃=*_ф*а²=0,125*59*15²=1659,4 кг*см

участок 4 (плита, опертая на четыре стороны; b/a=56.9/12=4,7>2; =0,125)

M₃=*_ф*а²=0,125*59*12²=1062 кг*см

Принимаем для расчета M_max=1659 кг*см.

Требуемая толщина плиты

см

Принимаем t_пл=2,2 см.

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, к_ш=8 мм. Требуемая длина шва:



Принимаем h_тр=40 см.

Усилие сжатия по расчету N_в1=166,3 т, а отрицательный момент М=70 т*м; суммарное усилие в анкере т. Следовательно, растягивающие усилия в анкере не возникают. Принимаем конструктивно болты М30 класса 5,8.


База подкрановой ветви

Требуемая площадь плиты



R_ф=R_b*=85*1.2=102 кг/см²

По конструктивным соображениям свес плиты с₂ должен быть не менее 4 см.

Тогда B>b_k+2*c₂=61.5+2*4=69.5 см, принимаем В=70 см.

L_треб=А_{пл.треб}/B=16630,4/70=23.3 см, принимаем L=40 см.

А_{пл.факт}=B*L=40*70=2800 см²>А_{пл.треб}

Среднее напряжение в бетоне под плитой

кг/см² ф=102 кг/см²

Расстояние между траверсами в свету равно b_I =23 см;

при толщине траверсы 12 мм c₁=(40-23-2*1.2)/2=7,3 см.

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

участок 1 (консольный свес с=с₁=7,3 см)

кг*см

участок 2 (консольный свес с=с₂=5 см)

кг*см

участок 3 (плита, опертая на четыре стороны; b/a=56,2/10,975=5,1>2; =0,125)

M₃=*_ф*а²=0,125*56,5*10,975²=850,7 кг*см

Принимаем для расчета M_max=1505,5 кг*см.

Требуемая толщина плиты

см

Принимаем t_пл=2,0 см.


Рисунок 20 Конструкция базы колонны.

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилие в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, к_ш=8 мм. Требуемая длина шва:



Принимаем h_тр=40 см.

Усилие сжатия по расчету N_в1=158,2 т, а отрицательный момент М=88,73 т*м; суммарное усилие в анкере т. Следовательно, растягивающие усилия в анкере не возникают. Принимаем конструктивно болты М30 класса 5,8.

6.3.3 Конструирование опорного узла фермы




Рисунок 21 Конструктивная схема узла.
Длину опорного столика определим по условию размещения сварных швов.

Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, к_ш=8 мм. Требуемая длина шва:



Принимаем b_ос=4 см.

Библиографический список.

1. 
   СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. М., 1991
   

2 СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М., 1985.

3 Металлические конструкции. Под редакцией Е.И. Беленя.

М. 1986

4 Элементы стальных конструкций.

Том 1. Под ред. В.В. Горева. М. Высшая школа 1997

5 Металлические конструкции

под редакцией Г.С. Веденникова

М. Стройиздат 1998

---

Федеральное агентство по образованию