Расчёт и конструирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания


Примечание	Работа предназначена для студентов. Дисциплина: Металлические конструкции. В комплект работы входят: 1. пояснительная записка MS Word2003, 2. чертежи AutoCAD 2000 DXF
	Загрузить архив:
	Файл: ref-27817.zip (633kb [zip], Скачиваний: 201) скачать

Содержание

1. Компоновка каркаса здания	3
2. Расчёт и конструирование фермы	5
2.1 Расчётные усилия в элементах фермы	6
2.2 Подбор сечения элементов фермы	8
2.3 Расчёт сварных швов	15
3 Расчёт связей	24
Список используемой литературы	26

1 Компоновкакаркаса здания

Исходные данные:

Грузоподъемность мостовых кранов (2 крана)	50 т.
Пролет здания	18 м.
Длина здания	96 м.
Отметка головки рельса	14,0 м.
Материал конструкций:
Колонн	С285
Ферм	С285
Подкрановых балок	С285
Фундаментов	В15
Место строительства	г. Ростов

Компоновку поперечной рамы начинают с установления основных габаритных размеров элементов конструкций в плоскости рамы. Размеры по вертикали привязываются к отметке уровня пола, принимая ее нулевой. Размеры по горизонтали привязываются к продольным осям здания. Все размеры принимаются в соответствии с основными положениями по унификации и другими нормативными документами.

Вертикальная компоновка.

Определяем расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия:

, (1)

где - запас габарита крана и конструкций.

мм;

Принимаем Н₂ = 3600 мм (кратно 200 мм).

Определяем высоту цеха от уровня пола до низа стропильных ферм:

(2)

мм.

Принимаем Н₀ = 18000 мм (кратно 0,6 м.).

Принимаем мм.

Определяем размер верхней части колонны:

, (3)

где - высота подкранового рельса;

мм;

- высота подкрановой балки.

Принимаем 1500 мм.

Тип кранового рельса КР 70.

Определяем размер нижней части колонны:

, (4)

где Н_б – заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола, принимаем 500 мм.

мм;

Общая высота колонны от низа базы до низа ригеля:

мм.

Горизонтальная компоновка.

Принимаем мм.

Принимаем высоту сечения верхней части колонны

мм.

Принимаем мм.

Определяем расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны:

; (5)

мм.

Принимаем мм (кратно 250 мм).

Определяем высоту сечения нижней части колонны:

; (6)

мм мм.

Определяем пролет мостового крана:

; (7)

мм.

2 Расчет и конструирование стропильной фермы

Исходные данные:

Пролет фермы - 18 м.

Шаг фермы в продольном направлении - 12 м.

Район строительства - г. Ростов

Марка стали - С285

Класс ответственности здания I

Рисунок 1 – Расчётная схема фермы

Подсчёт нагрузок производим в табличной форме.

Таблица 1 - Подсчёт расчётных нагрузок

Вид нагрузки	Подсчёт, кН/м²	Нор. кН/м²	Коэфф. надёж.	Расчёт. кН/м²
1. Гравийная защита		0,4	1,3	0,52
2. Гидроизоляция: 4сл. руберойда	600×0,02	0,12	1,2	0,144
3. Утеплитель: мин. плиты, t=100мм	0,1× 1,5	0,15	1,2	0,18
4. Пароизоляция: 1слой руберойда.	600×0,01	0,06	1,2	0,072
5. Фермы, связи и проф. лист 0,35÷0,45	42	0,42	1,05	0,441
Итого постоянная		1,15		1,357
Снеговая		0,84	0,7	1,2
Полная		1,99		2,557

Для вычисления узловых нагрузок предварительно вычисляем длину панели фермы l_m= 3000 мм. Нагрузка от ребер плит передается непосредственно на узлы фермы.

Рисунок 2 – Узловые нагрузки

При уклоне кровли α = 6⁰34’; cos α = 0,9935; tgα = (3,285 – 2,25)/9 = 0,115

Усилие на средние узлы:

; (8)

кН;

Опорная реакция от полного загружения фермы:

кН.

2.1 Расчётные усилия в элементах фермы

Определение усилий в элементах фермы производим на ЭВМ при помощи программы StructureCAD 7.31 R.4. Распечатка отчета программы о вычислении, содержащая таблицу усилий в элементах фермы и ее расчетную схему приводится ниже.

Загружения
Номер	Наименование
1	Ферма 18м

Максимальные усилия элементов расчетной схемы, kН, м
Наиме- нование	MAX+	MAX-
	Значение	Номер эл-та	Номер сече- ния	Номер загру- жения	Значение	Номер эл-та	Номер сече- ния	Номер загру- жения
N	365,543	4	3	1	-364,796	10	3	1
M	0,	25	3	1	0,	25	3	1
Q	0,	25	3	1	0,	25	3	1

Усилия и напряжения элементов, kН, м
Номер эл-та	Номер сечен.	Номер загруж.	Усилия и напряжения
			N	M	Q
1	1	1	250,713	0,	0,
	2	1	250,713	0,	0,
	3	1	250,713	0,	0,
2	1	1	362,297	0,	0,
	2	1	362,297	0,	0,
	3	1	362,297	0,	0,
3	1	1	365,543	0,	0,
	2	1	365,543	0,	0,
	3	1	365,543	0,	0,
4	1	1	365,543	0,	0,
	2	1	365,543	0,	0,
	3	1	365,543	0,	0,
5	1	1	362,297	0,	0,
	2	1	362,297	0,	0,
	3	1	362,297	0,	0,
6	1	1	250,713	0,	0,
	2	1	250,713	0,	0,
	3	1	250,713	0,	0,
8	1	1	-252,443	0,	0,
	2	1	-252,443	0,	0,
	3	1	-252,443	0,	0,
9	1	1	-364,796	0,	0,
	2	1	-364,796	0,	0,
	3	1	-364,796	0,	0,
10	1	1	-364,796	0,	0,
	2	1	-364,796	0,	0,
	3	1	-364,796	0,	0,
11	1	1	-252,443	0,	0,
	2	1	-252,443	0,	0,
	3	1	-252,443	0,	0,
13	1	1	109,054	0,	0,
	2	1	109,054	0,	0,
	3	1	109,054	0,	0,
14	1	1	3,55471	0,	0,
	2	1	3,55471	0,	0,
	3	1	3,55471	0,	0,
16	1	1	3,55471	0,	0,
	2	1	3,55471	0,	0,
	3	1	3,55471	0,	0,
17	1	1	109,054	0,	0,
	2	1	109,054	0,	0,
	3	1	109,054	0,	0,
18	1	1	-340,857	0,	0,
	2	1	-340,857	0,	0,
	3	1	-340,857	0,	0,
19	1	1	-156,024	0,	0,
	2	1	-156,024	0,	0,
	3	1	-156,024	0,	0,
20	1	1	-4,81399	0,	0,
	2	1	-4,81399	0,	0,
	3	1	-4,81399	0,	0,
21	1	1	-4,81399	0,	0,
	2	1	-4,81399	0,	0,
	3	1	-4,81399	0,	0,
22	1	1	-156,024	0,	0,
	2	1	-156,024	0,	0,
	3	1	-156,024	0,	0,
23	1	1	-340,857	0,	0,
	2	1	-340,857	0,	0,
	3	1	-340,857	0,	0,

Рисунок 3 – Значения эпюры N

2.2 Подбор сечений элементов фермы

По заданию на проектирование, материал конструкций фермы – сталь С285.

кН/см².

Подбор сечений элементов верхнего пояса фермы.

Расчетное усилие N_max= -364,8 кН.

;

Требуемая площадь поперечного сечения:

; (9)

см².

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 100´7. Для него выпишем из сортамента следующие величины: А = 13,75´2 = 27,5 см², i_х = 3,08 см, z₀=2,71см, см; (принимаем толщину фасонки 10 мм, так как N₁₈=-340,86кН).

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

< (10)

< (11)

(12)

> 0,5 (13)

> 0,5

По /2 / таб.72 находим, j = 0,512 интерполяцией.

Проверим несущую способность подобранного сечения

; (14)

кН/см².

Условие выполняется.

Подбор сечений раскосов фермы

Расчетное усилие N₁₈ = 340,86 кН.

;

Требуемая площадь поперечного сечения:

см².

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 110´7. Для него выпишем из сортамента следующие величины: А = 15,15´2 = 30,3 см², i_х = 3,4 см, см; z₀ = 2,96см

см.

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

j = 0,415.

Проверим несущую способность подобранного сечения

кН/см².

Условие выполняется.

Расчетное усилие N₁₉ = 156,02 кН.

;

Требуемая площадь поперечного сечения:

см².

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 100´7. Для него выпишем из сортамента следующие величины: А = 27,5 см², i_х = 3,08 см, см.

см.

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

(15)

j = 0,434.

Проверим несущую способность подобранного сечения

кН/см².

Условие выполняется.

Расчетное усилие N₂₀ = 4,81 кН.

;

Требуемая площадь поперечного сечения:

см².

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 70´5. Для него выпишем из сортамента следующие величины: А = 13,72 см², i_х = 2,16 см, см; z₀ = 1,9 см.

см.

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

j = 0,201

Проверим несущую способность подобранного сечения

кН/см².

Условие выполняется.

Подбор сечений элементов нижнего пояса фермы

Расчетное усилие N_max= 365,54 кН.

Требуемая площадь поперечного сечения:

см².

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

Проверим несущую способность подобранного сечения

кН/см².

Условие выполняется.

Подбор сечений стоек фермы

Расчетное усилие N₁₃ = 109,05 кН.

Требуемая площадь поперечного сечения:

см².

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 50´5. А = 9,6 см², i_х = 1,53 см, см; z₀ = 1,42 см.

см.

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

Проверим несущую способность подобранного сечения

кН/см².

Условие выполняется.

Сечение остальных стоек принимаем конструктивно из двух равнополочных уголков 50´5; ( А = 9,6см², i_х = 1,53 см, см.) так как:

N₁₃=109,05кН> N₁₄=3,55кН > N₁₅=0

Подбор сечений элементов фермы сводим в таблицу 2.

2.3 Расчёт сварных швов

Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08А диаметром d = 2 мм.

Узел 1:

Торцовый лист опорного раскоса применяем толщиной 12 мм. и шириной 180 мм. (из условия размещения болтов).

Напряжение смятия у торцов:

, (16)

где R_р = 41,6 кН/см².

кН/см²

Толщину швов опорного раскоса назначаем на обушке 7 мм. и на пере 5 мм.

Раскос 18:

; (17)

; (18)

где g_wf = 1;

кН/см²;

b_f = 0,9;

см;

см.

см;

Швы нижнего пояса - 1:

см;

см.

см;

Принимаем конструктивно мм.

Производим расчет прикрепления торцового листа к фасонке. При полуавтоматической сварке расчет следует производить по металлу шва.

Толщину шва принимаем 5 мм.

, (19)

где ; (20)

см;

кН/см².

Фактическая длина шва равна высоте фасонки и больше требуемой длины.

Расчетное сопротивление на срез:

, (21)

где кН/см².

Требуемая площадь среза:

; (22)

см².

Требуемая высота фасонки:

; (23)

см;

Фактическая высота фасонки намного больше.

Узел 8:

Усилия в стержнях равны нулю.

Верхний пояс - 7:

; .

см.

Принимаем конструктивно мм.

Шпренгель 24:

; .

см.

Узел 9:

Верхний пояс- 8;

N=252,44кН

;

см;

см, принимаем

Стойка 13

N=109,05кН

;

см;

см.

Принимаем 6см

Узел 10:

Верхний пояс 8 привариваем к фасонке швами и вычисленный по узлу 9.

Верхний пояс -9:

N=364,8кН

;

см; Принимаем 12см

см.

Стойка 14:

N=3,55кН

;

см;

см.

Принимаем конструктивно6см

Раскос 19

N=156,02кН

;

см;

см. Принимаем 6см.

Узел 11:

Верхний пояс 9 и 10 привариваем к фасонке швами и вычисленный по узлу 10.

Стойка 15:

N=0

Принимаем конструктивно 6см

Раскос 20 и 21

N= 4,81кН

;

см;

см.

Принимаем 6см

Рассчитываем крепление листовых накладок. Горизонтальные листовые накладки принимаем сечением 140×10 мм.

Прочность стыка рассчитываем по формуле:

< R_y (24)

кН/см² < 28 кН/см².

Усилие в листовой накладке:

; (25)

кН

Суммарная длина швов, прикрепляющих одну накладку к уголкам верхнего пояса см.

; (26)

см.

Расчетное усилие для крепления уголков пояса к вертикальной фасонке

; (27)

(28)

кН;

кН.

Требуемая длина швов у обушка:

см; см.

см;

Принимаем конструктивно мм.

Узел 4:

Стойку 15 привариваем к фасонке швами мм.

Рассчитываем крепление листовых накладок. Горизонтальные листовые накладки принимаем сечением 100 × 10 мм.

Прочность стыка рассчитываем по формуле:

кН/см² < R_y = 28кН/см².

Усилие в листовой накладке:

кН.

Суммарная длина швов, прикрепляющих одну накладку к уголкам нижнего пояса см.

см.

Расчетное усилие для крепления уголков пояса к вертикальной фасонке

кН;

кН.

Требуемая длина швов у обушка:

см; см.

см; Принимаем 16см

см; Принимаем 9см.

Принимаем конструктивно мм.

Узел 3:

Раскос 20 привариваем к фасонке швами см вычисленные по узлу 11. Нижний пояс 3 привариваемк фасонке швами 16см 9см вычисленные по узлу 4.Стойку 14 привариваем швами 6смвычисленные по узлу 10.

Нижний пояс – 2:

N=362,3кН

;

см, принимаем 16см.

см, принимаем 9см.

Узел 2:

Раскос 19 привариваем к фасонке швами см вычисленные по узлу 1. Нижний пояс 1 привариваемк фасонке швами 11см 7см вычисленные по узлу 1, нижний пояс 2 привариваем к фасонке швами см вычисленные по узлу 3.Стойку 13 привариваем швами 6смвычисленные по узлу 9.

3 Расчет связей

Связи служат для придания покрытию пространственной жесткости, а также для обеспечения устойчивости отдельных стержней. Связи располагаемые в уровне верхнего и нижнего пояса фермы, называют горизонтальными, а уста-навливаемые в вертикальной плоскости между смежными фермами – вертикаль-ными.

Предельная гибкость растянутых стержней равна 400. Сечение подбираем по заданной предельной гибкости. Сначала вычислим требуемый радиус инерции:

, (29)

где; (30)

м.

см.

Принимаем уголок 56×5:

см.

Подбираем вертикальные связи в сечении по коньку фермы.

Определим сечение распорок как сжатых элементов в плоскости связей.

; (31)

; (32)

см;

см.

Определим сечение распорок из плоскости связей.

см;

см.

Принимаем два уголка 140×9:

см > 6 см;

см > 1,314 см.

Раскосы, как растянутые элементы в плоскости связей.

см;

см.

Принимаем два уголка 70×5:

см > 1,54 см.

Таким образом вертикальные связи проектируем из двух спаренных уголков

140×9 и 70×5.

Список используемой литературы

1. СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" /Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988 г.

2. СНиП II-23-81* "Стальные конструкции. Нормы проектирования" М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990 г.

3. "Металлические конструкции. Элементы стальных конструкций", под редакцией В. В. Горева; М.: Высшая школа, 1997 г.

4. "Металлические конструкции. Общий курс", учебник для ВУЗов под редакцией Е. И. Беленя; М.: Стройиздат, 1991 г.

5. "Примеры расчета металлических конструкций", А. П. Мандриков; М.: Стройиздат, 1991 г.