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: .

.        Шаг колонн:.

.        Отметка головки кранового рельса: .

.        Высота фермы на опоре: .

.        Уклон верхнего пояса фермы: .

.        Зазор между тележкой крана и фермой: .

.        Заглубление колонны в грунт: .

Тип решетки фермы.

Ветровые и снеговые нагрузки, тип кровли.

1.      Снеговой район: .

.        Нормативная снеговая нагрузка: .

.        Ветровой район: .

.        Нормативный скоростной напор ветра: .

.        Тип кровли: .

Справочные данные по мостовым кранам.

1.      Грузоподъемность: .

.        Пролет крана: .

.        Давление колеса: .

.        Количество колес с одной стороны: .

.        Вес тележки: .

.        Вес крана: .

.        Высота крана: .

.        Вылет консоли крана: .

.        .

. 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=2,0м.

Зазор между краном и колонной:

.

3. Нагрузки и воздействия на каркас здания

.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:

.

.2 Снеговая нагрузка

Расчетная снеговая нагрузка:

.

Реакция опоры колонны:

.

Момент от снеговой нагрузки:

.

3.3 Нагрузки от мостовых кранов

.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:

;

.

.3.2 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

.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·j):

Моменты окончательной эпюры (эпюра Мок):

Эпюра поперечных сил:

Эпюра продольных сил:

.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·j):

Моменты окончательной эпюры (эпюра Мок):

Эпюра поперечных сил:

Эпюра продольных сил:

.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 Расчет на горизонтальное воздействие мостовых кранов

Моменты от смещения верхних узлов на  (эпюра М1):

Эпюра поперечных сил

.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

.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:

;

.

.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:

.3 Проверка общей устойчивости верхней части колонны

Гибкость стержня:

Условная гибкость относительно оси x-x:

.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

 = k A = 0,21(143+163,6) = 64,39 кН

Рассчитываем раскос: 1-2

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок

х7; А = 12,3 см2

imin = iу =1,78 см

условие не выполняется

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок

х9; А =22см2

imin = iу =2,48 см

условие выполнено

Рассчитываем стойку: 1-3

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок : 63х5; А = 6,13см2

imin = iу =1,25 см

условие невыполненяется.

Принимаем по сортаменту равнополочный уголок : 75х6; А = 8,78см2

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 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:

.

.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 α3 =

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

.1.1 Постоянные нагрузки

Усилия в стержнях фермы определяем с помощью диаграммы Максвелла-Кремона

Принимаем: 1 см = 90 кН

.1.2 Снеговая нагрузка

Усилия в стержнях фермы определяем с помощью диаграммы Максвелла-Кремона

см =40 кН

.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.

.3 Подбор сечений стержней фермы

1.      Верхний пояс  (растяжение).

; ; ; .

 .

Принимаем  с ; ;

; .

 <  - условие выполнено.

 < .

.        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 û ë с ; ; .

;

 <  .

 > .

7. Раскос  (растяжение).

; ; ; .

 .

Принимаем û ë с ; ; .

; .

 < - условие выполнено.

<.

.        Раскос  (сжатие).

; ; ;100; ; .

 .

Принимаем û ë с ; ; .

;

 <  .

 < .

.        Раскос  (растяжение).

; ; ; .

 .

Принимаем û ë с ; ; .

; .

 < - условие выполнено.

 < .

10.    Стойки 3-4 и 6-6′ (сжатие).

; ; ;; ; .

 .

Принимаем û ë 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:

.

Список литературы

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.

.        СНиП II-23-81* "Стальные конструкции".