Каркас одноэтажного производственного здания

Каркас одноэтажного производственного здания

1.      Компоновка поперечной схемы рамы

поперечный рама ригель каркас

Рисунок 1 - Поперечная схема рамы

Рисунок 2 - Связи по верхним и нижним поясам фермы

Рисунок 3 - Продольный разрез, связи по колоннам

2. Сбор нагрузок

.1 Постоянная нагрузка

Таблица 1 - Собств6енная масса 1м² покрытия

Расчетная равномерно распределенная линейная нагрузка на ригель рамы:

q_п = q × В = 1,916× 6 = 11,496 кН/м

Опорная реакция ригеля на раму:

R_П =q_п∙ l/2=11,496∙30/2=172,44 кН

М_п=R_П∙l=172,44∙0,500=86,22 кН∙м;

Рисунок 4 - Схема рамы, загруженной постоянной нагрузкой

2.2 Снеговая нагрузка

Для расчёта рамы распределение снеговой нагрузки по покрытию принимается равномерным. Расчетная снеговая нагрузка на покрытие (S_g - Расчетное значение веса снегового покрова S_g на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое по табл. 4 СНиП 2.01.07-85* для IV снегового района):

Р_сн = S∙В = 2,4∙6=14,4 кН/м, где S=S_g∙μ=2,4∙1=2,4кН/м

R_S=P_сн∙L/2=14,4∙30/2=216 кН

М_s = R_S∙e=216∙0,5=108 кН

Рисунок 5 - Схема рамы, загруженной снеговой нагрузкой

2.3 Ветровая нагрузка

Значение напора ветра на определённой высоте от земли:

= W₀×k×c×γ_w

где W₀ - нормативное значение ветрового давления [1, табл. 5],

для 4 ветрового района W₀ = 0,48 кН/м^2;

с - аэродинамический коэффициент:

с = + 0,8 - с наветренной стороны;

с = - 0,6 - с подветренной стороны.

γ_w =1,4 - коэффициент надежности

В-шаг рам, 6 м.

Рисунок 6- К расчету ветровой нагрузки

q₅ = 0,48×0,5×0,8×1,4×6 = 1,613 кН/м

q_8,4 = 0,48×0,602×0,8×1,4×6= 1,941 кН/м

q₁₀= 0,48×0,65×0,8×1,4×6= 2,100 кН/м

q_12,1= 0,48×0,692×0,8×1,4×6= 2,232 кН/м

S₅=1,613∙5=8,065 кН

S_8,4 =  кН

Ветровая активная нагрузка:

Ветровая пассивная нагрузка:

Сосредоточенная ветровая нагрузка W' и W''

W' = ()∙3,7/2=(1,941+2,100+2,232)∙3,7/2=11,61 кН

W'' = 11,61∙0,75 = 8,71 кН

Учитывая, что ригель в продольном направлении принимается абсолютно жестким, действие сосредоточенных сил с наветренной и заветренной сторон здания принимаем как действие суммы этих сил, приложенных с наветренной стороны:

W = W′ + W″= 11,61+8,71= 20,32 кН

Рисунок 7 - Схема рамы, загруженной ветровой нагрузкой

3. Проектирование сквозного ригеля

Усилия в стержнях фермы рассчитаны в программе SCAD 11.5.

3.1 Подбор сечения элементов

Рисунок 8 - Трапециевидная ферма пролетом 30 м

Расчетные усилия в стержнях фермы

Расчетные длины в плоскости фермы (l_x):

l_x = l_г - для опорных раскосов, опорных стоек, элементов верхнего и нижнего поясов, (1, табл. 11);

l_x = 0,8∙ l_г - для прочих элементов решетки, (1, табл. 11);

Расчетные длины из плоскости фермы (l_у):

l_у = l₁;

где l₁ - расстояние между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы.

Предельные гибкости элементов:

По (3, гл. 9, § 4, п. 2) принимаем предельные гибкости для элементов:

[λ] = 250 - для растянутых поясов и опорных раскосов;

[λ] = 350 - для прочих растянутых элементов;

[λ] = 120 - для сжатых поясов, опорных стоек и опорных раскосов;

[λ] = 150 - для прочих сжатых элементов.

Подбор сечения:

Для растянутых элементов

A^тр =N/2R_y γ_с - требуемая площадь сечения 1 уголка

где γ_с=0,95 [1, табл. 6], R_y=23 кН/см²

λ_max=l_расч./i ≤ [λ]

Для сжатых элементов

A^тр =N/2φR_y γ_с - требуемая площадь сечения 1 уголка

где γ_с=0,95 (1, табл. 6), R_y=27 кН/см², задаемся λ=100, при которой φ=0,6

λ_max=l_расч./i ≤ [λ]

После назначения сечения определяем φ_min при λ_max и повторяем главную проверку напряжений.

Для растянутых элементов, для которых возможно сжимающее усилие (соизмеримое с растягивающим) выполняются обе проверки. (В данной работе таких элементов нет)

Уголки принимаем с полкой толщиной не менее 5 мм для обеспечения возможности сварки по перу.

Таблица 2 - Подбор сечения элементов ригеля

Элемент            Обозначение элемента   Расчетное усилие             Состав сечения  А, см²     Радиус инерции, см          Расчетная длина, см          гибкость              

3.2 Расчет и конструирование узлов

Принимаем толщину фасонки опорного узла  остальных узлов - .

Верхний опорный узел:

Назначаем толщину швов крепления верхнего пояса 2-3 на обушке -6 мм, на пере - 4 мм.

Определение длины:

Размеры фасонки 300х225х12 мм

Определяем количество болтов крепления опорного фланца к колонне (болты работают на растяжение).

Принимаем болты Ø16, нормальной точности, класса 4.8 из стали 40Х «Селект» с расчетным сопротивлением растяжению R_bt=160Мпа (1, т. 58) и площадью нетто болта А_нт=1,57см² (1, т. 62).

Усилие, воспринимаемое 1 болтом:

 принимаем 4 болта Ø16.

Принимаем опорный фланец верхнего пояса 300х240х14,

Определяем катет крепления фасонки к фланцу:

 принимаем k=6 мм.

Проверка фланца на изгиб (продольное усилие проходит через центр фланца):

Определяем момент во фланце:

.

Напряжение во фланце:

Рисунок 9 - Верхний опорный узел

Нижний опорный узел:

Назначаем толщину швов крепления нижнего пояса 1-9 на обушке - 8 мм, на пере - 6 мм.

Определение длины:

Назначаем толщину швов крепления стержня раскоса 1-3: на обушке - 12 мм, на пере - 8 мм.

Определение длины:

Принимаем опорный фланец нижнего пояса 380х240х14 мм.

Проверка опорного фланца на торцевое смятие:

R - опорная реакция фермы; R_см.т.=37кН/см² - расчетное сопротивление стали С275 смятию торцевой поверхности.

Принимаем фасонку 380х300х12 мм.

Расчет швов крепления фасонки к опорному фланцу.

Принимаем катет шва крепления 10 мм:

Касательное напряжение в шве от вертикальной силы:

R - опорная реакция фермы

Нормальное напряжение от действия момента:

Нормальное напряжение от продольной силы по стержню 1-11

Определяем угловые швы крепления опорного столика:

Принимаем опорный столик 180х110х30 мм.

Опорный фланец крепят к полке колонны на болтах нормальной точности Ø16 мм, которые ставят в отверстия на 3-4 мм больше диаметра болтов, чтобы они не могли воспринять опорную реакцию в случае неплотного опирания фланца на опорный столик.

Рисунок 10 - Нижний опорный узел

Промежуточный узел:

Назначаем толщину швов крепления верхнего пояса 2-3 на обушке - 6 мм, на пере - 4 мм:

Назначаем толщину швов крепления раскоса 1-3 на обушке - 8 мм, на пере - 6 мм:

Назначаем толщину швов крепления раскоса 9-3 на обушке - 7 мм, на пере - 5 мм:

Назначаем толщину швов крепления верхнего пояса 3-5 на обушке - 8 мм, на пере - 6 мм:

Размеры фасонки 500х210х10 мм.

Рисунок 11 - Промежуточный узел

Верхний укрупнительный монтажный узел:

Назначаем толщину швов крепления верхнего пояса 5-7 на обушке - 6 мм, на пере - 8 мм:

Определение длины швов:

Назначаем толщину швов крепления раскоса 8-7 на обушке - 6 мм, на пере - 4 мм:

Определение длины швов:

Назначаем горизонтальную накладку 940х145х12 мм.

Сварные швы двух вертикальных стыковых накладок рассчитываются на усилие:

N=N_5-7+ N_8-7·cosα=-421,51+30,01·cos 28⁰=-395,01 кН

Принимаем катет сварного шва k_ш=10 мм, тогда требуемая длина шва:

Назначаем размеры фасонки: 400х210х12 мм.

Принимаем вертикальную накладку 140х220х8 мм.

Рисунок 12 - Верхний укрупнительный узел

Нижний укрупнительный монтажный узел:

Назначаем толщину швов крепления нижнего пояса 9-8 на обушке - 6 мм, на пере - 4 мм:

Назначаем толщину швов крепления раскоса 5-8 на обушке - 6 мм, на пере - 4 мм:

Назначаем толщину швов крепления стойки 6-8 на обушке - 5 мм, на пере - 3 мм:

Назначаем толщину швов крепления раскоса 7-8 на обушке - 6 мм, на пере - 4 мм:

Назначаем вертикальную накладку: 180х180х10 мм,

Назначаем горизонтальную накладку: 700х300х8 мм,

Размер фасонки: 640х300х10 мм.

Рисунок 13 - Нижний укрупнительный узел

Список использованных источников

1.  СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР-М. Стройиздат, 1993 г.

2.      СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996 г. - 96 с.

.        Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для ВУЗов/ Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведеников и др.; Под общ. ред. Е.И. Беленя. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1986. - 560 с., ил.