Металлоконструкции

Міністерство освіти України

Криворізький Технічний Університет

Будівельний факультет

Кафедра будівельних конструкцій

Металеві конструкції одноповерхової виробничої будівлі

Розрахунково - пояснювальна записка до курсового проекту № 2

керівник: Ковалёв А.Ф.

студент групи ЗПЦБ 94-2 Коновалов С.В.

Кривий Ріг

1999 р.

ЗМІСТ

I. Визначення навантажень і розрахунок рами каркасу одноповерхової будівлі 2

1. Компонування конструктивної схеми рами каркаса............................................................................. 2

2. Визначення розрахункової схеми рами і діючих навантажень........................................................ 3

3. Навантаження від снігу........................................................................................................................................ 4

4. Навантаження від мостових кранів................................................................................................................ 4

5. Навантаження від вітру........................................................................................................................................ 5

6. Розрахунок поперечної рами.............................................................................................................................. 7

II. Розрахунок та конструювання позацентрово-стиснутих одноступінчатих колон 9

1. Підбір перерізу стержня позацентрово-стиснутої ступінчатої колони......................................... 9

2. Визначення розрахункових довжин.............................................................................................................. 9

3. Підбір перерізу верхньої частини колони..................................................................................................... 9

4. Підбір перерізу нижньої частини колони................................................................................................... 13

5. Розрахунок елементів з’єднувальної решітки........................................................................................ 17

6. Перевірка стійкості нижньої частини колони, як єдиного складеного стержня в площині дії моменту 18

7. З’єднання верхньої та нижньої частини колони................................................................................... 19

8. База колони............................................................................................................................................................. 22

III. Розрахунок підкранової балки............................................................................................................. 24

1. Навантаження на підкранову балку........................................................................................................... 24

2. Визначення розрахункових зусиль:............................................................................................................. 24

3. Підбір перерізу балки............................................................................................................................................ 25

4. Перевірка міцності перерізу............................................................................................................................. 26

IV. Розрахунок та конструювання кроквяних ферм................................................................. 27

1. Збір навантажень на ферму.............................................................................................................................. 27

2. Визначення розрахункових зусиль.............................................................................................................. 28

3. Підбір перерізів елементів ферми................................................................................................................... 30

4. Розрахунок зварних швів кріплення розкосів і стояків до фасонок і поясів ферми.............. 31

5. Розрахунок і конструювання вузлів ферми.............................................................................................. 31

Література...................................................................................................................................................................... 35

I. Визначення навантажень і розрахунок рами каркасу одноповерхової будівлі

1. Компонування конструктивної схеми рами каркаса

Визначаємо розмір H2.

що кратне 200 мм;

Висота цеху від рівня полу до низу кроквяних ферм:

Найближчий розмір Ho, кратний 600 мм є 21600;

Приймаємо Hо =21600 мм;

Прийнявши висоту підкранової балки і кранової рейки визначаємо висоту верхньої частини колони:

Висота нижньої частини колони:

Повна висота колони

Висоту ферми на опорі приймаємо Hф = 2250 мм без ліхтаря.

Так як необхідно забезпечити прохід в тілі колон для обслуговування кранів, то ширину перерізу верхньої частини колони приймаємо hв = 450 мм; що більше ніж

В межах висоти ферми переріз призначаємо 350 мм, (прив’язка зовнішньої грані колони до розбивочної осі прийнята а = 250 мм).

Установлюємо висоту перерізу нижньої частини колони, з урахуванням вільного пересування крана вздовж цеху

Приймаємо l1 = 750 мм;

Ширина перерізу нижньої частини колони

Проліт мостового крана:

Переріз верхньої частини приймаємо суцільним, а нижньої – наскрізним.

2. Визначення розрахункової схеми рами і діючих навантажень

Обчислимо величину навантаження на 1 м²з використанням табл.1

Коефіцієнт g= 0,95

Таблиця 1- Навантаження на 1 м²

Склад покриття	Нормативне навантаж., кПа	Коефіцієнт	Розрахункове навантаж., кПа
1	2	3	4
1. Захисний шар (бітумна мастика з втопленим гравієм) t = 20 мм	0,4	1,3	0,52
2. Гідроізоляція з трьох шарів руберойду на мастиці	0,15	1,3	0,195
3. Утеплювач і щільного пенопласту g = 0,5 кН/м3; t = 50 мм	0,03	1,2	0,036
4. Пароізоляція із шару руберойду	0,05	1,2	0,06
5. Стальний каркас комплексної панелі з профільованим настилом	0,3	1,05	0,315
6. Власна вага кон-ій (ферми, в’язі)	0,45	1,05	0,47
Разом		gnпок=1,38	g пок=1,6

Розрахункове рівномірно розподілене навантаження на ригель рами

Опорна реакція ригеля на рами

Розрахункова вага верхньої частини колони

Розрахункова вага нижньої частини колони

Розрахункова вага стінового заповнення, яка припадає на верхню частину колони

Розрахункова вага стінового заповнення, яка припадає на нижню частину колони

Загальна вага стінового заповнення і власної ваги колони для верхньої і нижньої частини

3. Навантаження від снігу

Для м. Львова (I сніговий район) величина снігового навантаження S0 = 0,5 кПа; коефіцієнти g1s = 1,4; m = 1 (a ≤ 0 ≤ 25°)

Розрахункове значення лінійного рівномірного навантаження від снігу

Опорна реакція ригеля рами від снігового навантаження:

4. Навантаження від мостових кранів

Для крану з гнучким підвісом вантажу при Q = 50/10 т;

F1к, max = 470 кН; F2к, max = 0; Gкр = 685 кН; Gm = 180 кН; 0 = 2; В2 = 6760 мм; к = 5250 мм; gfк = 1,1; gfg = 1,05; yк = 0,85; gпб = 4,5 кН/м.

1 / 12000 = y1 / 5240 y1=0,437

1 / 12000 = y2 / 10490 y2=0,874

1 / 12000 = y3 / 6750 y3=0,563

Сума ординат лінії впливу:

Розрахункове вертикальне навантаження на колону

Мінімальна величина вертикального тиску на колесо

Розрахункове мінімальне навантаження на колону:

Нормативне значення сили гальмування візка крана

Горизонтальний тиск на колесо крана

Розрахункове горизонтальне навантаження на колону:

5. Навантаження від вітру

Визначаємо величину навантаження від вітру на раму. Тип місцевості В.

Нормативне значення вітру для м. Львів w0 = 0,38 кПа (III вітровий район);

Розрахункове значення активного тиску вітру, в кН/м на характерних відмітках:

-

на висоті 5 м

-

на висоті 10 м

-

на висоті 20 м

-

на висоті 21,6 м

-

на висоті 25 м

Величина згинаючого моменту в колоні від активного тиску вітру, як в стояку з защемленим нижнім кінцем і вільним верхнім.

Величина еквівалентного активного і пасивного рівномірно розподіленого навантаження на раму:

Розрахункове значення активної і пасивної складової зосередженої навантаження від вітру:

6. Розрахунок поперечної рами.

Визначаємо співвідношення моментів інерції елементів рами.

Момент інерції ригеля:

Момент інерції нижньої частини колони

Момент інерції верхньої частини колони:

Якщо прийняти Iв = 1, то Iн = 7,9; Iр = 22,91;

Розрахунок рами виконано на комп’ютері. Розрахунок колони виконуємо після знаходження найбільш несприятливих сполучень зусиль M і N

	4-4	Q	12	-10,9	-2,6	-2,34	-18,0	-16,2	18,0	-16,2	±16,2	±14,58	±12,1	±10,89	87,6	78,84	76,6	68,4	1,5	76,7	1,3*,4,5	98,72	1,3,4	-45,1	1,2,3,4	-44,02
		N	11	-487,5	-96,2	-86,58	-838,7	-754,83	-267,2	-240,48	±3,6	±3,24	±3,6	±3,24	14,1	12,69	-14,1	-12,69	1,5*	-501,6	1,2,3*,4,5*	-830,49	1,5	-473,4	1,3,4,5	-1232,9
		M	10	+108,3	+35,4	+31,86	3,4	3,06	209,0	+188,1	±242,4	±218,16	±204,1	±183,69	-895,3	-805,77	+844,1	+759,69		952,2		1306,11		-787,2		-912,77
	3-3	N	9	-452,3	-96,2	-86,58	-838,7	-754,83	-267,2	-240,48	±3,6	±3,24	±3,6	±3,24	14,1	12,69	-14,1	-12,69	-	-	-	-	1,3,4	-1294,6	1,2,3,4,5*	-1309,64
		M	8	-81,7	-9,0	-8,1	-308,9	-78,01	-103,3	-92,97	±39,1	±35,19	±5,9	±5,31	80,1	72,09	-65,5	-58,95	-	-	-	-		-429,7		-461,95
	2-2	N	7	-398,3	-96,2	-86,58	3,5	3,15	-3,5	-3,15	±3,6	±3,24	±3,6	±3,24	14,1	12,69	-14,1	-12,69	1,3,4	-398,4	1,3,4,5	-379,22	1,5*	-412,4	1,2,5*	-497,6
		M	6	-54,7	-35,1	-31,59	112,2	100,98	28,6	25,74	±39,1	±35,19	±5,9	±5,31	80,1	72,69	-65,5	-58,95		96,6		153,56		-120,2		-145,24
	1-1	N	5	-391,6	-96,2	-86,58	3,5	3,15	-3,5	-3,15	±3,6	±3,24	±3,6	±3,24	14,1	12,69	-14,1	-12,69	1,5	-378,91	1,3,4*,5	-379,01	1,5*	-405,7	1,2,3*,4*,5*	-497,3
		M	4	-111,8	-48,8	-43,56	18,2	16,38	-65,4	-58,86	±18,3	±16,47	±69,2	±62,28	159,9	143,9	-178,6	-160,74		48,1		110,77		-290,4		-437,24
y			3	1	1	0,9	1	0,9	1	0,9	1	0,9	1	0,9	1	0,9	1	0,9	1		0,9		1		0,9
Навантаження та комбінація зусиль			2	Постійне	Від снігу		на лівий стояк		на правий стояк		на лівий стояк		на правий стояк		зліва		справа		навант.	зусил.	навант.	зусил.	навант.	зусил.	навант.	зусил.
							Dmax				Т				Вітер				+ Mmax Nвідп				- Mmax Nвідп
№ n/n			1	1	2		3		3*		4		4*		5		5*

II. Розрахунок та конструювання позацентрово-стиснутих одноступінчатих колон

1. Підбір перерізу стержня позацентрово-стиснутої ступінчатої колони

Розрахункові зусилля для верхньої частини колони:

N1-1 = –497,3 кН; M1-1 = –437,24 кН×м; Q = 67,5 кН; M2-2 = –84,34 кН×м.

Розрахункові зусилля для нижньої частини колони:

N4-4 = –1232,9 кН; M4-4 = –912,77 кН×м;

(згинаючий момент довантажує підкранову гілку)

N4-4 = –1344,24 кН; M4-4 = 1128,87 кН×м.

(згинаючий момент завантажує зовнішню гілку колони).

Q = 98,72 кН;

Довжина нижньої частини колони l1 = 1737 см;

Довжина верхньої частини колони l2 = 523 см;

Співвідношення моментів інерції перерізів колони I2/I1 = 1/8;

Матеріал колони – сталь С235; Ry = 23 кН/см²(для товщин від 2 до 20 мм)

2. Визначення розрахункових довжин

Визначаємо співвідношення погонних жорсткостей для верхньої та нижньої частини колони:

і коефіцієнт

В залежності від a1та 1 визначаємо коефіцієнти m1 = 1,8. Обчислюємо

m2 = m1 /a1 = 1,8 / 0,518 = 3,47 > 3,0;

Приймаємо m1 = 1,8; m2 = 3,0.

Розрахункові довжини колони в площині рами:

lx1 = m1×l1 = 1,8×1737 = 3127 см;

lx2 = m2×l2 = 3×523 = 1569 см;

Розрахункові довжини колони із площини рами ly1 = l1 = 1737;

ly2 = l2 – hп.б = 523 – 130 = 393 см.

3. Підбір перерізу верхньої частини колони

Визначаємо розрахунковий ексцентриситет

lx = M / N = 43724 / 497,3 = 87,9 см;

За умови достатньої жорсткості

h2 ³ l2 / 12 = 523 / 12 = 43,58 см;

Таким чином приймаємо h2 = 45 см.

Для визначення необхідної площі перерізу установимо попередні значення:

ix = 0,42×h2 = 0,42×45 = 18,9 ≈ 19 см;

rx ≈ 0,35×h2 = 0,35×45 = 15,8 ≈ 16 см;

h

= 1,25; mef = h×mx = 1,25×5,57 = 6,96 ≈ 7; jl = 0,1525.

Необхідна площа перерізу:

Компонуємо переріз верхньої частини колони:

- висота стінки: hw = h2 – 2×tf = 45 – 2×1,8 = 41,4 см; (попереднє значення товщини полиць).

За умови місцевої стійкості

luw = 1,3 + 0,15×lx² = 0,13 + 0,15×2,76² = 2,44;

41,4 / 0,8 = 51,75 £ 73, тобто товщина стінки, при якій забезпечена її місцева стійкість: tw ³ 41,4 / 73 = 0,59 см; Приймаємо tw = 8 мм;

Приймаємо переріз полиці колони 300х18 мм, з площею Af = 54 см².

Перевіримо забезпеченість місцевої стійкості полиці

тобто місцева стійкість полиці забезпечена.

Визначаємо геометричні характеристики перерізу верхньої частини колони

A = 2×f×tf + hw×tw = 2×30×1,8 + 0,8×41,4 = 141,12 см².

Момент інерції перерізу

см⁴

Момент опору:

Ядрова відстань:

Радіус інерції перерізу:

Гнучкість в головних площинах:

Перевіряємо стійкість верхньої частини колони в площині дії згинаючого моменту

момент опору для найбільш стиснутого волокна W = Wx;

Відносний ексцентриситет

Приведений відносний ексцентриситет:

mef = h × mx = 1,35×5,1 = 6,9; де

По таб. СНіПа в залежності від умовної гнучкості lx і приведеного відносного ексцентриситету mef, визначаємо коефіцієнти зниження розрахункового опору при позацентровому стиску: jl = 0,158

тобто стійкість верхньої частини колони в площині дії моменту забезпечена.

Процент розходження становить:

що допустимо.

Перевіряємо стійкість верхньої частини колони із площини дії моменту

ly = 52,4; jy = 0,832;

Максимальний момент в межах середньої третини довжини верхньої частини колони:

По модулю Mx = 349 кН×м > Mmax/2 = 437,24/2 = 218,62 кН×м.

Відносний ексцентриситет:

так як значення mx < 5, значення коефіцієнту c визначаємо за формулою:

значення jс прийнято

Напруження в стержні при згинально-крутильній формі втрати стійкості

Таким чином стійкість стержня із площини дії моменту забезпечена.

Для перевірки місцевої стійкості стінки при втраті стійкості із площини дії моменту визначаємо стискаючі напруження на межі стінки і полиці, і протилежному краю стінки

так як a> 1, то повинна виконуватися умова

Після підстановки маємо

Так як

то поперечні ребра жорсткості не потрібні.

4. Підбір перерізу нижньої частини колони

Так як висота перерізу нижньої частини колони

h1 = l1 + a = 750 + 250 = 1000 мм < ніж (l1 + l2)/20 = 1130 мм; то приймаємо

h1 = 1250 мм; тоді висота перерізу нижньої частини колони h = 1000 мм.

Установлено, що N1 = N4-4 = –1232,9 кН і M1 = M4-4 = –912,77 кН×м - довантажує підкранову гілку колони, а N2 = N4-4 = –13442,84 кН;

M2 = M4-4 = 1120,87 кН×м - довантажує зовнішню гілку колони.

Визначаємо орієнтовне положення центру ваги перерізу, попередньо прийнявши yc = 4 см;

ho = h1 – yc = 125 – 4 = 121 см;

yв2 = ho – yв1 =121 – 67 = 54 см;

Попереднє значення Розрахункових зусиль в гілках колони:

Максимальне зусилля в зовнішній гілці колони

Виконуємо попередній підбір перерізу гілок колони. Для підкранової гілки колони приймаємо j = 0,814; (l = 60), звідки необхідна площа перерізу

Проектуємо двутавр з розмірами в = 60 см, що не менший ніж

Граничне відношення, яке забезпечує місцеву стійкість:

Прийнявши товщину полиць tf = 1,6 см; визначаємо фактичне відношення

hw/tw = 568/12 = 47,3, що менше граничного, звідки випливає, що місцева стійкість стінки з tw= 1,2 см забезпечена.

Необхідна площа полиці

У випадку мінімальних розмірів полки приймаємо мінімально допустимий переріз гілки.

hw/tw = 580/8 = 72,5 > 56,6;

За умови забезпечення місцевої стійкості

Так як місцева стійкість стінки не буде забезпечуватися, частина стінки буде виключена з роботи, а загальна площа буде зменшена на величину (hw - hred)×tw

k = 1,2 + 0,15×l² =1,2 + 0,15×1,98² =1,788;

luw = 1,3 + 0,15×l² =1,3 + 0,15×1,98² =1,888;

Визначаємо геометричні характеристики прийнятого перерізу:

Моменти інерції відносно центральних осей

Радіуси інерції

Попереднє значення площі зовнішньої гілки колони

Для зручності кріплення елементів решітки відстань між внутрішніми гранями полиць двутавра і складеного швелера приймаємо однаковими (580 мм). Товщину стінки швелера для зручності її з’єднання стиковим швом з полицею надкранової частини колони приймаємо рівною 18 мм; а висоту стінки за умови розміщення зварних швів sh = 620 мм.

Необхідна площа полиць

від’ємної площі полиць, і з огляду на те, що площа зовнішньої гілки дорівнює приблизно площі внутрішньої гілки, то зовнішню гілку приймаємо у вигляді також двутавра. Уточнюємо положення центру ваги перерізу нижньої частини колони:

ho = h1 – yc = 1250 – 100 = 1150 = 115 см;

yb1 = 115 – 49,6 = 65,4 см.

Перевіряємо стійкість гілок колон з площини рами

Підкранова гілка

Недонапруження

що допустимо.

Зовнішня гілка

Збільшуємо товщину полиць зовнішньої гілки колони до 16 мм; тоді

tf = 16 мм; w = 56,8 см; hred = 44,59;

Радіуси інерції:

Для зовнішньої гілки:

За умови рівностійкості підкранової колони в площині і із площини рами визначимо необхідну відстань між вузлами решітки:

Приймаємо l = 235 см, попередньо розділивши нижню частину колони на ціле число панелей.

l = (l1 – htr –10 см) = (1737 – 80 – 10)/7 = 235 см;

htr = (0,5…0,8)×h1 = (0,5…0,8)×115 = 57,5…92,

приймаємо htr = 80 см;

Перевіряємо стійкість гілок нижньої частини колони в площині рами відносно осей x1-x1 i x2-x2

Підкранова гілка

Зовнішня гілка

5. Розрахунок елементів з’єднувальної решітки

Величина умовної поперечної сили

таким чином розрахунок ведемо на Qmax.

Зусилля в розкосі при розташуванні решітки в двох площинах:

Приймаємо ld = 100; для якої j = 0,560, звідки необхідна площа розкосу

Приймаємо Ð 70x6 для якого Ad = 8,15 см²; imin = 2,15 см;

Напруження в розкосі

6. Перевірка стійкості нижньої частини колони, як єдиного складеного стержня в площині дії моменту

Геометричні характеристики перерізу

Моменти інерції

Радіус інерції

Гнучкість

Приведена гнучкість

Умова приведеної гнучкості

Для комбінації зусиль, довантажуючих зовнішню гілку (переріз 4-4)

M = 1120,87 кН×м; N = 1344,84 кН;

Для комбінації зусиль, довантажуючих підкранову гілку (переріз 4-4)

M = -912,77 кН×м; N = 1232,9 кН;

7. З’єднання верхньої та нижньої частини колони

Розрахункова комбінація зусиль в перерізі над уступом (переріз 2-2)

1) M = 153,56 кН×м; N = -385,7 кН;

2) M = -154,59 кН×м; N = -503,96 кН;

Тиснення мостових кранів Dmax = 842,204 кН;

Міцність стикового шва (шов 1) перевіряємо по нормальним напруженням в крайніх точках надкранової частини колони по першій комбінації зусиль

M і N

-

зовнішня полиця

-

внутрішня полиця

По другій комбінації зусиль

-

зовнішня полиця

-

внутрішня полиця

Товщину стінки траверси визначаємо за умови зім'яття при товщині опорної плити tpl = 30 мм

де lef= d+2×tpl = 380 + 2×30 = 440 мм.

Приймаємо товщину стінки траверси 1см;

Максимальне зусилля, яке припадає на внутрішню полицю (друга комбінація зусиль)

Приймаємо напівавтоматичне зварювання дротом СВ-08А;

d = 1,4…2 мм; f = 0,9; z = 1,05; Rwf = 18 кН/см²;

Rwz = 0,45×