Стальной каркас промышленного здания

;

где  – усилия в элементах фермы от постоянной нагрузки;

 – узловая снеговая нагрузка;

F – узловая постоянная нагрузка.

Расчетные усилия в элементах фермы находятся по формуле:

;

где  – усилия в элементах фермы от снега на половине пролета (II варианта).

1.4 Подбор сечений элементов фермы

Выбор стали для элементов фермы:

Для температуры наиболее холодной пятидневки  принимаем из таблицы  /1/ сталь для второй группы конструкций марки С255 ГОСТ 27772-88.

Плотность сталь: .

1.4.1 Подбор сечения элементов верхнего пояса

Для панелей D-5, E-6, F-8, G-9, H-11, I-12, максимальное усилие равно:

 – сжатие.

Расчетные длины панелей:

,

где d – длина верхней панели между раскосом и стойкой.

Задаемся начальной гибкостью , тогда по таблице 72 /1/ коэффициент .

Требуемая площадь сечения:

.

где  - коэффициент условия работы (таблица 6 /1/, );

 - расчетное сопротивление стали сжатию, растяжению и изгибу назначенное по пределу текучести. Определяется по таблице  /1/ в зависимости от марки стали для толщин не более 20 мм. .

Минимальная площадь сечения:

.

Из сортамента ГОСТ 26020-83 выбираем двутавр 35К2: ; ; .

;

.

По таблице 72 /1/ коэффициент .

Придельная гибкость сжатых элементов  находится по таблице /1/, пункт 1. а): ;

.

Проверка сечения на устойчивость:

,

т.е. условие выполняется.

Для панелей B-2, C-3, J-14, K-15, максимальное усилие равно:

 – сжатие.

Расчетные длины панелей:

.

Задаемся начальной гибкостью , тогда по таблице 72 /1/ коэффициент .

Требуемая площадь сечения:

.

Минимальная площадь сечения:

.

Из сортамента ГОСТ 26020-83 выбираем двутавр 30К2: ; ; .

;

.

По таблице 72 /1/ коэффициент .

Придельная гибкость сжатых элементов : ;

.

Проверка сечения на устойчивость:

,

т.е. условие выполняется.

1.4.2 Подбор сечения элементов нижнего пояса

Для панелей 4-N, 7-N, 10-N, 13-N, максимальное усилие равно:

 – растяжение.

Расчетные длины панелей: ,

где  - длина нижней панели между стойками.

.

Требуемая площадь сечения:

.

Из сортамента ГОСТ 26020-83 выбираем двутавр 26К2: ; ; .

;

.

Придельная гибкость растянутых элементов  находится по таблице  /1/, при воздействии на конструкцию нагрузок статических, .

Проверка сечения на прочность:

, т.е. условие выполняется.

Для панелей 1-N, 16-N, максимальное усилие равно:

 – растяжение.

Расчетные длины панелей: .

Требуемая площадь сечения:

.

Из сортамента ГОСТ 26020-83 выбираем двутавр 20К2:

; ; .

;

.

Придельная гибкость растянутых элементов: .

Проверка сечения на прочность:

, т.е. условие выполняется.

1.4.3 Подбор сечения элементов раскосов

Для опорных раскосов 1-A, L-16, максимальное усилие равно:

 – сжатие.

Расчетные длины раскосов:

.

Задаемся коэффициентом .

Требуемая площадь сечения:

.

Из сортамента ТУ 36-2287-80 выбираем профиль сварной квадратного сечения размером , толщиной :

; .

.

По таблице 72 /1/ коэффициент .

Придельная гибкость сжатых элементов : ;

.

Проверка сечения на устойчивость:

,

т.е. условие выполняется.

Для раскосов 2-1, 16-15, максимальное усилие равно:

 – растяжение.

Расчетные длины раскосов:

.

Требуемая площадь сечения:

.

Из сортамента ТУ 36-2287-80 выбираем профиль сварной квадратного сечения размером , толщиной : ; .

.

Придельная гибкость растянутых элементов: .

Проверка сечения на прочность:

, т.е. условие выполняется.

Для раскосов 4-3, 14-13, максимальное усилие равно:

 – сжатие.

Расчетные длины раскосов:

.

Задаемся начальной гибкостью , тогда по таблице 72 /1/ коэффициент .

Требуемая площадь сечения:

.

Из сортамента ТУ 36-2287-80 выбираем профиль сварной квадратного сечения размером , толщиной :

; .

,

По таблице 72 /1/ коэффициент .

Придельная гибкость сжатых элементов :

;

.

Проверка сечения на устойчивость:

, т.е. условие выполняется.

Для раскосов 5-4, 13-12, максимальное усилие равно:

 – растяжение.

Расчетные длины раскосов:

.

Требуемая площадь сечения:

.

Из сортамента ТУ 36-2287-80 выбираем профиль сварной квадратного сечения размером , толщиной :

; .

.

Придельная гибкость растянутых элементов: .

Проверка сечения на прочность:

, т.е. условие выполняется.

Для раскосов 7-6, 11-10, максимальное усилие равно:

 – сжатие.

Расчетные длины раскосов:

.

Задаемся начальной гибкостью , тогда по таблице 72 /1/ коэффициент .

Требуемая площадь сечения:

.

Из сортамента ТУ 36-2287-80 выбираем профиль сварной квадратного сечения размером , толщиной :

; .

.

По таблице 72 /1/ коэффициент .

Придельная гибкость сжатых элементов :

;

.

Проверка сечения на устойчивость:

,

т.е. условие выполняется.

Для раскосов 8-7, 10-9, максимальные усилия равны:

 – растяжение;  – сжатие.

Расчетные длины раскосов:

.

Требуемая площадь сечения:

.

Из сортамента ТУ 36-2287-80 выбираем профиль сварной квадратного сечения размером , толщиной : ; .

.

По таблице 72 /1/ коэффициент .

Придельная гибкость сжатых элементов :

;

.

Проверка сечения на прочность:

, т.е. условие выполняется.

1.4.4 Подбор сечения элементов стоек

Для стоек 3-2, 6-5, 9-8, 12-11, 15-14, максимальное усилие равно:  – сжатие.

Расчетные длины стоек:

.

Задаемся начальной гибкостью , тогда по таблице 72 /1/ коэффициент . Требуемая площадь сечения:

.

Из сортамента ТУ 36-2287-80 выбираем профиль сварной квадратного сечения размером , толщиной : ; .

,

По таблице 72 /1/ коэффициент .

Придельная гибкость сжатых элементов :

;

.

Проверка сечения на устойчивость:

, т.е. условие выполняется.

1.5 Расчет узлов фермы

Конструктивно принимаем для всех раскосов профиль сварной квадратного сечения размером , толщиной .

Сварочную проволоку выбираем по таблице /1/: Св-08А.

1.5.1 Расчет К-образного верхнего узла фермы

Расчет узла начинается с назначения размеров деталей усиления.

Рисунок 8 – Конструктивное оформление промежуточного К-образного узла

Для этого узлы вычерчивают в масштабе и устанавливают размеры наклонных планок, ребер и если требуется фасонок усиления узлов. Планки принимаем толщиной 10 мм. Сварные швы, прикрепляющие раскосы к поясам, рассчитываются как стыковые и проверяются на прочность: по нормальным напряжениям, на сдвиг.

Раскос 10-9

По нормальным напряжениям:

,

где ; ; ;

, т.к. отношение

 две продольные грани гнутой трубы (стр. 12 /7/);

по таблице 3 /1/; .

, т.е. условие выполняется.

На сдвиг:

,

где ;

 по таблице 3 /1/; ;

 по таблице  /1/;

, т.е. условие выполняется.

Раскос 11-10

По нормальным напряжениям:

,

где ; ; ;

, т.к. отношение

 две продольные грани гнутой трубы (стр. 12 /7/);

, т.е. условие выполняется.

На сдвиг:

,

где ;

, т.е. условие выполняется.

Шов Ш1

В К-узлах определяют расчетное усилие  на 1 см длины шва Ш1, соединяющего наклонную планку со стенкой:

,

где  – максимальное усилие, действующее на планку, определяется по формуле:

,

здесь  – угол наклона планки;

 – угол наклона раскоса;

 – расчетное усилие в элементе пояса рассчитываемого узла;

, , ;

; ;

; – размеры по рисунку 8;

 – узловая нагрузка;

;

.

Тогда из условия обеспечения прочности сварного шва, приваривающего планку к стенке:

,

получим катет

;

Определяем коэффициент провара по таблице /1/: , .

 по таблице 56 /1/;

,

где по таблице /1/ нахожу ;

;

;  - пункт /1/.

Выбираем расчетное сечение сварного шва:

.

Расчетное сечение – является сечение по металлу сварного шва.

.

Окончательно принимаем .

1.5.2 Расчет Т-образного верхнего узла фермы

Стойка в ферме дополнительно рассчитывается как внецентренно нагруженная от действия поперечной силы (формула 23 /1/) из плоскости фермы.

Рисунок 9 – Конструктивное оформление Т-образного верхнего узла

,

где  - высота пояса;

 - геометрическая длина стойки;

 - угол наклона стойки.

Задаемся начальной гибкостью

 (из таблицы 72 /1/).

,

где N – усилие в стойке;

.

Проверяем условие:

,

где  - коэффициент определяемый по таблице 74 /1/, для этого нужно определить относительный эксцентриситет  и условную гибкость ;

 - площадь сечения раскоса.

Относительный эксцентриситет:

,

где  - коэффициент влияния формы сечения, определяемый по таблице 73 /1/;

;

;

Тогда

тип сечения №4

Момент сопротивления равен:

,

где  - момент инерции;

 - наружный размер стойки.

Тогда ;

,

т.е условие выполняется.

1.5.3 Расчет опорного узла фермы

Расчет нижнего опорного узла фермы с восходящим опорным раскосом состоит из проверки прочности сварных швов, соединяющих элементы узла, и назначения размеров опорного фланца из условия работы его торца на смятие.

Рисунок 10 – Конструктивное оформление опорного узла

Опорная реакция равна:

.

Определение толщина фланца:

,

где  - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности, определяется по таблице /1/;

;

.

Принимаем минимальную толщину фланца 14 мм.

Шов Ш2

Проверяем шов Ш2, прикрепляющий элементы опорного узла к фланцу.

;

, по рисунку 10.

Задаемся катетом равным  по таблице /1/.

Определяем коэффициент провара по таблице /1/: , .

 по таблице 56 /1/;

,

где по таблице /1/ нахожу ;

;

;  - пункт /1/.

Выбираем расчетное сечение сварного шва:

.

Расчетное сечение – является сечение по металлу сварного шва.

.

Окончательно принимаем .

Шов Ш3

Швом Ш3 приваривают стенку восходящего опорного раскоса к полке двутавра нижнего пояса фермы. Его катет назначают из условия равнопрочности со стенкой раскоса:

,

где  – угол наклона раскоса;

 - толщина стенки раскоса;

Расчетное сечение – является сечение по металлу сварного шва (см. выше).

.

Окончательно принимаем .

Шов Ш4

Шов Ш4, прикрепляющий наклонные усиливающие планки, рассчитывается на усилие:

,

где  – угол наклона раскоса;

 – угол наклона планки;

 – расчетное усилие в раскосе рассчитываемого узла;

, , , ;

;

.

где  - длина сварного шва.

Окончательно принимаем .

1.5.4 Расчет укрупнительного узла фермы

Расчет укрупнительного узла не производим, а принимаем по сортаменту фланцевых соединений растянутого пояса фермы по таблице 3 /7/.

Принимаем болты из стали марки 40Х «селект» диаметром 20 мм, по таблице  /1/.

Размещаем болты в соответствии с таблицей 39 /1/.

Рисунок 11 – Схема фланцевого соединения

2 Расчет поперечной рамы

2.1 Компоновка поперечной рамы каркаса

Поперечные рамы каркаса состоят из колонн (стоек рамы) и ригелей (в виде ферм или сплошностенчатых сечений).

Рисунок 12 – Схема поперечной рамы однопролетного здания

Мостовой кран принимаем по приложению 1 /4/ в зависимости от грузоподъемности крана по заданию.

Принимаем кран грузоподъемностью .

Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса  и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия . В сумме эти размеры составляют полезную высоту цеха Н.

Размер  диктуется высотой мостового крана:

,

где  – расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана, определяемое по приложению 1 /4/;

100 мм – установленный по требованиям техники безопасности зазор между верхней точки тележки крана и строительными конструкциями;

 – размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия, принимаемый равный 200 - 400 мм, в зависимости от величины пролета, т.е. для больших пролетов больший размер.

Окончательный размер  принимаем кратный 200 мм .

Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм:

,

где  – наименьшая отметка головки кранового рельса, которая задается по условию технологического процесса (по заданию ).

Окончательный размер  принимаем кратный 600 мм .

Уточняем высоту

.

Далее устанавливаем размер нижней части колонны :

,

где  по приложению 1 /4/;

 - принимать произвольно.

Размер верхней части колонны :

.

Ширина верхней части колонны:

, принимаем .

Ширина нижней части колонны:

,

где из рисунка 12:

,

принимаем ;

 - наружная привязка верхней части колонны;

 - по приложению 1 /4/.

.

2.2 Сбор нагрузок на поперечную раму

2.2.1 Постоянная нагрузка

Постоянные нагрузки на ригель рамы обычно принимают равномерно распределенными по длине ригеля.

Суммарная нагрузка на ферму равна:

 - из таблицы 1.

Погонная нагрузка на ригель рамы равна:

,

где  - коэффициент надежности по назначению здания.

Рисунок 13 – Схема к расчету на постоянную нагрузку

2.2.2 Снеговая нагрузка

Погонная снеговая нагрузка на ригель рамы равна:

,

где  - из таблицы 4 /3/.

Рисунок 14 – Схема к расчету на снеговую нагрузку

2.2.3 Ветровая нагрузка

Погонная фактическая, активная составляющая нагрузка на стойку рамы равна:

,

где  - коэффициент надежности по ветровой нагрузки;

 - нормативное значение ветрового давления, определяется по таблице 5 /3/ в зависимости от ветрового района;

с - аэродинамический коэффициент, определяемый по приложению 4 /3/ для активной и пассивной составляющих;

 - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таблице 6 /3/, в зависимости от типа местности.

Выбираем тип местности В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м.

Рисунок 15 – Схема к расчету на ветровую нагрузку

Для заданного типа местности В с учетом коэффициента k из таблицы 6 /3/ получаем следующее значение ветрового давления по высоте здания:

- на высоте до 5 м;

- на высоте 10 м;

- на высоте 20 м.

Согласно рисунку 15, вычислим значения нормативного давления на отметках верха колонн и верха панели:

- на отметке 13,80:

;

- на отметке 17,68:

.

Для удобства фактическую линейную нагрузку (в виде ломанной прямой) можно заменить эквивалентной, равномерно распределенной по всей высоте.

Найдем площади эпюр:

;

;

.

Активная составляющая нагрузки:

.

Погонная фактическая, пассивная составляющая нагрузка на стойку рамы равна:

,

Значение ветрового давления по высоте здания:

- на высоте до 5 м;

- на высоте 10 м;

- на высоте 20 м.

- на отметке 13,80: ;

- на отметке 17,68: .

Найдем площади эпюр:

;

;

.

Пассивная составляющая нагрузки:

.

Ветровая нагрузка, действующая на участке от низа ригеля до наиболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне низа ригеля рамы.

Рисунок 16– Схема к расчету на ветровую сосредоточенную нагрузку

Сосредоточенная активная нагрузка на стойку рамы:

.

Сосредоточенная пассивная нагрузка на стойку рамы:

.

2.2.4 Крановая нагрузка

I. Вертикальное давление крана на колонну

Предусматривается наличие двух кранов в пролете.

Рисунок 17– Схема к расчету на крановую нагрузку

Вертикальная нагрузка на подкрановые балки и колонны определяется от двух наиболее неблагоприятных по воздействию кранов.

Расчетное усилие , передаваемое на колонну колесами крана, можно определить по линии влияния опорных реакций подкрановых балок, при наиневыгоднейшем расположении кранов на балках:

,

где  - коэффициент надежности для крановой нагрузки;

 - коэффициент надежности для подкрановой балки;

 - коэффициент сочетания, учитывающий вероятность появления двух кранов у опоры с максимальным грузом;

 - нормативное давление на одно колесо крана, определяемое по приложению 1 /4/;

 - координаты линии влияния;

 - собственный вес подкрановой балки;

 - это произведение в расчете не учитываем.

Рисунок 18 – К определению нагрузок на раму от мостовых кранов

По приложению 1 /4/ расстояние , ,

, где

Координаты линии влияния из рисунка 18 равны:

;

;

.

.

На другой ряд колонны также будут передаваться усилия, но значительно меньшее.

,

где  - грузоподъемность крана;

 - масса крана с тележкой, определяемая по приложению 1 /4/;

 - количество колес с одной стороны.

.

II. Нагрузка от горизонтального торможения тележки крана с грузом

Расчетная горизонтальная сила Т, передаваемая подкрановыми балками на колонну от сил , определяется при том же положении мостовых кранов:

,

где  - нормативная горизонтальная нагрузка на одно колесо крана

.

.

3 Расчет ступенчатой колонны

3.1 Статический расчет рамы выполнен с помощью программы “METAL”

Страницы: 1, 2, 3