Расчет и конструирование одноэтажного промышленного здания

Псковский государственный университет

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе по металлическим конструкциям на тему:

" Расчет и конструирование одноэтажного промышленного здания"

Факультет: ИС

Группа: 044−0504

Студент: Иванов Я.В.

Преподаватель: Васильев С.Ю.

Псков 2012 г.

1. Исходные данные

Вариант № 725

Размеры здания.

1. Пролет здания: .

2. Шаг колонн:.

3. Отметка головки кранового рельса: .

4. Высота фермы на опоре: .

5. Уклон верхнего пояса фермы: .

6. Зазор между тележкой крана и фермой: .

7. Заглубление колонны в грунт: .

Тип решетки фермы.

Ветровые и снеговые нагрузки, тип кровли.

1. Снеговой район: .

2. Нормативная снеговая нагрузка: .

3. Ветровой район: .

4. Нормативный скоростной напор ветра: .

5. Тип кровли: .

Справочные данные по мостовым кранам.

1. Грузоподъемность: .

2. Пролет крана: .

3. Давление колеса: .

4. Количество колес с одной стороны: .

5. Вес тележки: .

6. Вес крана: .

7. Высота крана: .

8. Вылет консоли крана: .

9. .

10. Высота рельса: .

2. Компоновка конструктивной схемы каркаса

Отметка на уровне пола здания: .

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

Высота подкрановой балки:

.

Высота балки:

.

Высота верхней части колонны:

.

Высота нижней части колонны:

.

Принимаем привязку .

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

.

Ширина нижней части колонны:

.

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

Зазор между краном и колонной:

.

3. Нагрузки и воздействия на каркас здания

3.1 Постоянные нагрузки

Расчетная постоянная нагрузка для железобетонного покрытия:

где: — коэффициент надежности;

— шаг колонн;

— уклон отсутствует.

Реакция опоры колонны:

.

Вес верхней части колонны:

.

Вес нижней части колонны:

.

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

;

;

;

.

Момент от постоянной нагрузки:

.

3.2 Снеговая нагрузка

Расчетная снеговая нагрузка:

.

Реакция опоры колонны:

.

Момент от снеговой нагрузки:

.

3.3 Нагрузки от мостовых кранов

3.3.1 Вертикальные усилия от мостовых кранов

Вес подкрановой балки:

.

Максимальное давление крана на колонну:

где: — коэффициент сочетания работы;

— коэффициент надежности;

— максимальное нормативное давление на колесо крана;

— сумма ординат под колесами крана при невыгодном загружении.

.

Минимальное нормативное давление:

где: — максимальная грузоподъемность крана;

— вес крана с тележкой.

.

Минимальное давление крана на колонну:

.

Эксцентриситет приложения давления крана: .

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

;

.

3.3.2 Горизонтальные усилия от мостовых кранов

Нормативное давление на одно колесо крана:

.

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

3.4 Ветровые нагрузки

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

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

Для местности типа B:; ;.

С наветренной стороны:

С подветренной стороны:

; .

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка:

;

.

4. Статический расчет поперечной рамы

4.1 Расчет на постоянную нагрузку

Принимаем .

.

.

.

.

Моменты от поворота узлов на угол (эпюра М1):

Моменты от нагрузки на стойки (эпюра Мр):

Каноническое уравнение:

.

Коэффициенты канонического уравнения:

Моменты от фактического угла поворота (М1·):

Моменты окончательной эпюры (эпюра Мок):

Эпюра поперечных сил:

Эпюра продольных сил:

4.2 Расчет на снеговую нагрузку

Каноническое уравнение:

.

Моменты от поворота узлов на угол (эпюра М1):

Моменты от нагрузки на стойки (эпюра Мр сн):

Коэффициенты канонического уравнения:

Моменты от фактического угла поворота (М1·):

Моменты окончательной эпюры (эпюра Мок):

Эпюра поперечных сил:

Эпюра продольных сил:

4.3 Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов

Каноническое уравнение:

.

Моменты от смещения верхних узлов на (эпюра М1):

Моменты на левой стойке:

Реакция верхних концов стоек:

Смещение плоской рамы:

Моменты от фактического смещения рамы

Моменты окончательной эпюры (эпюра Мок):

Эпюра поперечных сил:

Эпюра продольных сил:

4.4 Расчет на горизонтальное воздействие мостовых кранов

Моменты от смещения верхних узлов на (эпюра М1):

Эпюра поперечных сил

4.5 Расчет на ветровую нагрузку

Моменты от смещения верхних узлов на (эпюра М1):

Эпюра моментов

Эпюра поперечных сил

Таблица расчетных усилий.

Таблица сочетаний.

5. Расчет и конструирование стержня колонны

Верхняя часть.

Определяем наиболее неблагоприятное сочетание в 1 и 2 сечениях.

; .

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

5.1 Расчетные длины верхней и нижней частей колонны

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

.

Коэффициент приведения расчетной длины для верхней части колонны:

.

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

;

.

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

;

.

5.2 Конструирование и расчет верхней части колонны

Требуемая площадь сечения:

где: ;

— эксцентриситет продольной силы.

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

марка стали ВСт3кп2, см. т.50,51 /3/

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

Проверка условий:

— условие выполнено

— условие выполнено

Момент инерции:

Момент сопротивления сечения для наиболее сжатого волокна:

Радиусы инерции сечения:

5.3 Проверка общей устойчивости верхней части колонны

Гибкость стержня:

Условная гибкость относительно оси x-x:

5.3.1 Проверка общей устойчивости колонны в плоскости действия момента

Приведенный эксцентриситет:

где:

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

По табл. 74 /3/ принимаем .

Устойчивость стержня колонны:

.

Недонапряжение: — условие выполнено.

5.4 Расчет и конструирование нижней части колонны

Подкрановая ветвь

Наружная ветвь

Подбор сечения подкрановой части колонны сквозного сечения.

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

Задаемся:. .

. .

Усилия в ветвях колонны:

;

.

Требуемая площадь сечения ветвей:

;

.

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

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

Требуемая площадь полки сварного швеллера:

.

Ширина полки сварного швеллера:

. Принимаем .

Условие: — выполняется.

Фактическая площадь сварного швеллера:

.

Уточняем положение центра тяжести сечения:

.

Моменты инерции:

.

; .

Истинные расчетные усилия в ветвях:

;

.

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

Подкрановая ветвь.

; По табл. 74 /3/ принимаем .

Условие выполняется.

Наружная ветвь.

; По табл. 74 /3/ принимаем .

Условие выполняется.

Подбор сечения элементов решетки колонны.

Qmax =181,39 кН

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

Рассчитываем раскос: 1−2

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок

90×7; А = 12,3 см²

imin = iу =1,78 см

— условие не выполняется

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок

125×9; А =22см2

imin = iу =2,48 см

— условие выполнено

Рассчитываем стойку: 1−3

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок: 63×5; А = 6,13 см²

imin = iу =1,25 см

— условие невыполненяется.

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок: 75×6; А = 8,78 см²

imin = iу =1,48 см

— условие выполняется

Проверка устойчивости колонны как единого стержня составного

сечения.

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

;

;

;

Находим условную гибкость:

;

;

.

Относительные эксцентриситеты:

;

.

Проверяем нормальные напряжения:

;

.

5.5 Расчет стыка верхней и нижней частей колонны

Высота траверсы: .

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

N= - 767,55кН

M= - 252,63кН м

Усилие в полке верхней части колонны:

.

Принимаем: tp=15мм

Принимаем

Принимаем

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

>18мм

где:

— расчетное сопротивление смятию

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

;

где: — коэффициент неравномерности передачи давления от подкрановых балок.

Требуемый катет швов:

.

Принимаем

Узел сопряжения верхней части колонны с нижней.

Проверка на срез стенки подкрановой ветви колонны в месте крепления

вертикального листа траверсы и ребра.

где:

.

5.6 Расчет базы сквозной колонны

Подкрановая ветвь

Наружная ветвь

Усилия в ветвях колонны:

— подкрановая ветвь:

;

— наружная ветвь:

.

Принимаем бетон класса с призменной прочностью .

Требуемая площадь плиты:

— подкрановая ветвь:

— наружная ветвь: .

Назначаем ширину опорной плиты:

Определяем длину опорной плиты:

Принимаем конструктивно L1=63 см

Принимаем конструктивно L2= 63 см

Фактическое давление под плитой:

;

.

Подкрановая ветвь.

— участок опертый по трем сторонам:

;

Где б3 =

— участок опертый по четырем сторонам:

— консольный участок:

Толщина плиты:

.

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

;

Принимаем hтр1=40 см

Наружная ветвь.

— участок опертый по трем сторонам:

— участок опертый по четырем сторонам:

— консольный участок:

.

.

Толщина плиты:

.

.

каркас нагрузка рама колонна

Принимаем hтр2=70 см

Схема базы колонны

6. Расчет и конструирование стропильной фермы

6.1.1 Постоянные нагрузки

Усилия в стержнях фермы определяем с помощью диаграммы Максвелла-Кремона

Принимаем: 1 см = 90 кН

6.1.2 Снеговая нагрузка

Усилия в стержнях фермы определяем с помощью диаграммы Максвелла-Кремона

1 см =40 кН

6.1.3 Опорные моменты

Единичный момент заменяем парой сил:

.

Задаёмся

Реакции опор:

где: — длина фермы.

Усилия в стержнях фермы определяем с помощью диаграммы Максвелла-Кремона

6.2 Расчетные усилия в стержнях

Таблица подбора сечений стержней фермы.

6.3 Подбор сечений стержней фермы

1. Верхний пояс (растяжение).

;;; .

.

Принимаем с; ;

; .

— условие выполнено.

.

2. Верхний пояс и (сжатие).

;; ;;; .

.

Принимаем с;; .

;

— условие выполнено.

.

3. Верхний пояс (сжатие).

;; ;;; .

.

Принимаем с;; .

;

— условие выполнено.

.

4. Нижний пояс

(растяжение).

;;; .

.

Принимаем с;; .

; .

— условие выполнено.

5. Нижний пояс (растяжение).

;;; .

.

Принимаем с;; .

; .

— условие выполнено.

.

6. Опорный раскос (сжатие).

;; ;;; .

.

Принимаем с;; .

;

.

.

7. Раскос (растяжение).

;;; .

.

Принимаем с;; .

; .

— условие выполнено.

.

8. Раскос (сжатие).

;; ;100;; .

.

Принимаем с;; .

;

.

.

9. Раскос (растяжение).

;;; .

.

Принимаем с;; .

; .

— условие выполнено.

< .

10. Стойки 3−4 и 6−6? (сжатие).

;; ;;; .

.

Принимаем с;; .

;

.

.

6.4 Расчет и конструирование узлов фермы

Раскос .

N = - 840,97

Требуемая площадь сварных швов для пера.

— по металлу шва:

Длина сварных швов для пера:

;

Требуемая площадь сварных швов для обушка.

— по металлу шва:

Длина сварных швов для обушка:

;.

Раскос .

N = 625,89

Требуемая площадь сварных швов для пера.

— по металлу шва:

Длина сварных швов для пера:

;

Требуемая площадь сварных швов для обушка:

;

Длина сварного шва для обушка:

;.

Стойка .

N = - 134,404

Требуемая площадь сварных швов для пера.

— по металлу шва:

Длина сварного шва для пера:

;

Требуемая площадь сварных швов для обушка:

;

Длина сварного шва для обушка:

Раскос .

N = - 401,88

Требуемая площадь сварных швов для пера.

— по металлу шва:

Длина сварного шва для пера:

;

Требуемая площадь сварных швов для обушка:

;

Длина сварного шва для обушка:

;.

Раскос .

N = 177,87

Требуемая площадь сварных швов для пера.

— по металлу шва:

Длина сварного шва для пера:

Требуемая площадь сварных швов для обушка:

Длина сварного шва для обушка:

.

Стойка .

N = - 134,404

Требуемая площадь сварных швов для пера.

— по металлу шва:

Длина сварного шва для пера:

;

Требуемая площадь сварных швов для обушка:

;

Длина сварного шва для обушка:

;.

Узел 1

Узел 2

Узел 3

Узел 4

Узел 5

Узел 6

Узел 7

6.5 Заводские стыки верхнего и нижнего поясов ферм из тавров

Верхний пояс.

Рассчитываем длину сварных швов:

;

Где:

;

.

Площадь накладки

.

Толщина накладки:

.

Нижний пояс.

Рассчитываем длину сварных швов:

;

Где:

где:

.

Площадь накладки

.

Толщина накладки:

.

6.6 Монтажный стык фермы

Верхний пояс.

Используем: 45БТ1

Усилия в накладках:

;

.

Площади накладок:

;

.

Принимаем толщину горизонтальных накладок, вертикальных накладок — .

Ширина горизонтальных накладок :

вертикальных накладок:

.

Длина сварных швов для вертикальных накладок:

.

Длина сварных швов для горизонтальных накладок:

.

Нижний пояс.

Используем: 17,5КТ1

Усилия в накладках:

;

.

Площади накладок:

;

.

Принимаем толщину горизонтальных накладок, вертикальных накладок — .

Ширина горизонтальных накладок — ,

вертикальных накладок ;

Длина сварных швов для вертикальных накладок:

.

Длина сварных швов для горизонтальных накладок:

.

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

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

3. СНиП II-23−81* «Стальные конструкции» .