Курсовой проект - Стальной каркас одноэтажного производственного здания - файл n12.doc

Курсовой проект - Стальной каркас одноэтажного производственного здания
скачать (6481.3 kb.)
Доступные файлы (10):
~WRL0005.tmp
~WRL0006.tmp
~WRL0125.tmp
~WRL1464.tmp
~WRL1923.tmp
~WRL2869.tmp
~WRL2967.tmp
~WRL3671.tmp
n11.dwg
n12.doc1210kb.19.10.2010 15:41скачать

n12.doc





МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_______________

Федеральное агентство по образованию

_______________

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МГСУ)

________________________________________________________

Кафедра архитектурно-строительного проектирования


Курсовой проект №2

по предмету: «Металлические конструкции»

тема: «СТАЛЬНОЙ КАРКАС ОДНОЭТАЖНОГО

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ»

студента второго курса отделения экстернат

Колганова Николая Валерьевича
РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА: Морозова Д.В.
« ___________ » 2010г ________________

(подпись)

г.Мытищи 2010г
Содержание:

I. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

II. КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ

1.Выбор шага колонн ……………………………………………………………………….... 3

2. Выбор схемы и определение основных размеров поперечной рамы …………….. 3

2.1. Вертикальная компоновка …………………………………………………………….... 3

2.2. Горизонтальная компоновка ………………………………………………………….... 4

3. Выбор схемы связей одноэтажного промышленного здания …………………….... 5

3.1. Связи между колоннами ……………………………………………………………...… 5

3.2. Связи по верхним поясам ферм…………………………………………………….…. 6

3.3. Связи по нижним поясам ферм ……………………………………………………..… 6

3.4. Вертикальные связи между фермами ……………………………………………..… 6

III. РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ЗДАНИЯ

4.Расчетная схема рамы ………………………………………………………………..…… 7

5. Сбор нагрузок на раму …………………………………………………………………..… 8

5.1. Постоянная нагрузка ………………………………………………………………….…. 8

5.2. Снеговая нагрузка ……………………………………………………………………..… 9

5.3. Вертикальные усилия от мостовых кранов …………………………………….….. 10

5.4. Горизонтальные нагрузки от торможения тележки крана ………………….…… 11

5.5. Ветровая нагрузка ……………………………………………………………………… 12

6. Статический расчет рамы ………………………………………………………..……… 14

7. Составление комбинаций усилий в сечениях стойки рамы и

определение усилий ………………………………………………………………………… 21

8. Расчет и конструирование колонны ……………………………………………….….. 22

8.1 Определение расчетной длины надкрановой и подкрановой

частей колонны …………………………………………………………………………...….. 22

8.2 Подбор сечения стержней ………………………………………………………….…. 22

8.2.1 Подбор сечения надкрановой части колонны ……………………………………. 22

8.2.2 Подбор сечения подкрановой части колонны ……………………………………. 24

8.3.Компоновка сечения ………………………………………………………………...….. 25

8.4.Проверка устойчивости ветвей …………………………………………………….…. 26

8.5.Проверка устойчивости ветвей второе приближение ………………………….…. 27

8.6.Расчет решетки подкрановой части колонны …………………………………….… 28

8.7.Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня …………………………………………………………………………………….….. 29

8.8.Расчет и конструирование узлов колонны ………………………………………..… 30

8.8.1 Расчет и конструирование узла сопряжения надкрановой и подкрановой частей ……………………………………………………………………………………….…. 30

8.8.2 Расчет и конструирование базы колонны …………………………………….….. 31

9. Расчет и проектирование подкрановой балки …………………………………….… 36

9.1 Нагрузки на подкрановую балку ……………………………………………………… 36

IV. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

V. Приложение: ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.




  1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:


1.1 Наименование цеха: механосборочный;

1.2 Грузоподъемность мостового крана, 50т;

1.3 Режим работы крана, 7к;

1.4 Пролет здания, 24м;

1.5 Отметка головки рельса, 15м;

    1. Материал конструкций:

- колонны - Ст 255;

- фермы - Ст 255;

- фундамент – класс бетона В15;

1.7 Сечение поясов ферм: круглая труба;

1.8 Место строительства: Москва;

1.9 Дополнительные указания:

1) Шаг колонн (ферм), в=12м;

2) Стены: самонесушие;

3) Два крана.

II. КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ
1.Выбор шага колонн.
Принимаем шаг колонн 12 м в продольном направлении.

Разрезка здания температурными блоками не требуется, поскольку Lзд = 108 м < Lмах = 230 м.
2. Выбор схемы и определение основных размеров поперечной рамы.
2.1. Вертикальная компоновка.
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.
Расстояние от уровня пола до головки кранового рельса составляет Н1 = 25000 мм.

Расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия H2.

H2 задается в зависимости от высоты мостового крана:
Н2 ? (Нк+100) + f, где
HK =3150 мм – расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана, для

крана грузоподъемность 50 т: ;

100 мм – минимальный зазор по нормам ТБ;

f = 300 мм – размер, учитывающий прогиб конструкций покрытия .

Тогда

Н2 = (3150 + 100) + 300 = 3550 мм

Принимаем Н2 = 3600 мм - кратно 200 мм.
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм:

Н0 = Н1 + Н2 = 3550 + 15000 = 18550 мм
Размер Н0 принимаем кратным 1,8 м.

29,4 / 1,8 = 16,3 ? 17

17 Ч 1,8 = 30,6 м

т.е. получим: Н0 = 30600 мм
Отметку верха подкранового рельса увеличиваем до:

Н1 = 15000 мм (пункт 6 задания)
Высота верхней части колонны определяется по формуле:

НВ = hб + hр + Н2, где
hб =1600 мм - высота подкрановой балки

hР = 170 мм – высота кранового рельса , тогда
НВ = 1500 + 130 + 3600 = 5230 мм
Окончательно уточняем величину НВ после расчета подкрановой балки.

Высота нижней части колонны.

НН = Н0 - НВ + 1000

600 – принятое заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола, тогда

НН = 18600 – 5230 + 1000 = 14370 мм
Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля.

Н = НН + НВ = 14370 + 5230= 19600 мм
Высота торца стропильной фермы Нф принимается согласно ГОСТ 23119–78: при пролете здания 30 м Нф = 3150 мм.


2.2. Горизонтальная компоновка.
Принимаем привязку колонн к оси а = 500 мм, исходя из высоты здания и грузуподъемности крана 50 т.

Высота сечения верхней части ступенчатой колонны должна быть не менее 1/12 ее высоты HB, тогда

Нв / 12 = 436 мм.

Принимаем hВ = а + 200 = 700 мм.

hВ  Нв

Расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны.

l1 В1 + (hВ – а) + 75 мм, где
В1 – размер части кранового моста, выступающей за ось рельса, для крана

грузоподъемностью 50 т принимаемый 300 мм;

75 мм – зазор между кранном и колонной, исходя из ТБ, принимаемый по ГОСТу на

краны;

l1  300 + (1000 – 500) + 75 = 775 мм
Принимаем l1 = 750 мм (кратно 250 мм).

Фактический зазор между краном и колонной составит:

сф = 1000 – 300 – 200 = 400 мм
Высота сечения нижней части колонны.

hн = 1250 мм

Выполним проверку жесткости поперечной рамы:

– условие выполняется

Пролет мостового крана.

Lкр = L – 2Ч l1 = 30000 – 2775 = 24000 мм
Сечение колонны назначаем сплошным двутавровым для верхней части колонны и сквозным – для нижней части колонны.




Рис. 1. Схема компоновки узла рамы однопролетного здания.



Рис.2. Схема поперечной рамы однопролетного здания.


3. Выбор схемы связей одноэтажного промышленного здания.
3.1. Связи между колоннами



Рис.3. Расположение связей между колоннами.
Вертикальные связи по колоннам воспринимают продольные силы, действующие на каркас здания (ветер, продольные силы торможения крана и другие технологические нагрузки). Подкрановый связевой блок (жесткий диск) по колоннам устраивают в середине здания для того, чтобы температурные деформации были симметричными.
3.2. Связи по верхним поясам ферм



Рис.4. Расположение связей по верхним поясам ферм.

3.3. Связи по нижним поясам ферм.



Рис.5. Расположение связей по нижним поясам ферм.


3.4. Вертикальные связи между фермами.


Рис.6. Вертикальные связи между фермами


III. РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ ЗДАНИЯ.
4. Расчетная схема рамы.
Расчетная схема однопролетной рамы с жестким защемлением ригеля в ступенчатых колоннах. Оси стоек в расчетной схеме совпадают с центрами тяжести верхнего и нижнего сечений колонны. В ступенчатых колоннах крайних рядов центры тяжести верхней нижней частей расположены не на одной оси, поэтому стойка рамы имеет горизонтальный уступ, равный расстоянию между геометрическими осями колонн. Заделка стоек принимается на уровне базы, ось ригеля совмещается с нижним поясом стропильной фермы.



Рис.6. Расчетная схема поперечной рамы однопролетного здания.
Основные размеры

L=30 м; H=31,2 м; Нв=6,17 м

Исходные параметры

? = Hв/H = 6.17/31,2 = 0,198 - округляем

Принимаем ? = 0,2 и статический расчет выполняем для рамы с размерами:

Нв = ?Ч H = 0,2Ч31,2 = 6,24 м

Нн = 31,2 - 6,24 = 24,96 м

Расстояние между центрами тяжести сечений верхней и нижней колонны:

e0 ? 0.5 (1.5-1.0) = 0.25 м

Расстояние между осью подкрановой балки и центром тяжести нижней части колонны ориентировочно составляет : eк ? (0,5 + 0,6) hн; принимаем eк = 0,5 hн = 0,5Ч1,5 = 0,75 м

Соотношение моментов инерции сечений верхней и нижней частей колонны Iв/Iн принимаем равным 0,1, а соотношение моментов инерции ригеля и нижней части колонны Iр/Iн = 2


5. Сбор нагрузок на раму.
5.1. Постоянная нагрузка.
Постоянная нагрузка на поперечную раму складывается из веса конструкций покрытия (ограждающих конструкций кровли, несущих элементов кровли и металлических конструкций покрытия) и собственного веса колонн.


Нагрузки от веса конструкций покрытия.

Таблица 1

№ п.п.

Состав покрытия

Нормативная нагр., кН/м2

Коэфф. перегрузки, nп

Расчетная нагр., кН/м2

1

Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием) t=20мм

0,4

1,3

0,52

2

Гидроизоляция из трех слоев рубероида

0,15

1,3

0,20

3

Утеплитель - пенопласт ?=0,5 кН/м3, t = 120 мм

0,05

1,2

0,06

4

Пароизоляция из одного слоя рубероида

0,05

1,3

0,07

5

Железобетонная панель из тяжелого бетона (с заливкой швов), в плане 3Ч12

1,8

1,1

1,98

6

Фермы стропильные

0,2

1,05

0,21

7

Связи

0,05

1,05

0,05




Итого:

gн = 2,7

 

gр = 3,08


Нагрузку на 1 м2 кровли подсчитаем по данным таблицы 1

Расчетная равномерно распределенная линейная нагрузка на ригель рамы.

q g = nqрBФ/cos = 1.76х12/1=21,1 кН/м, где

q кр =1,76 кН/м, n – коэффициент надежности по назначению, равный 0,95 для сооружений II-го класса.

BФ-шаг колонн; ? - угол наклона кровли к горизонту.

Опорная реакция ригеля рамы.



Расчетный вес колонны:

- верхняя часть (20% веса колонны):

GB = 0,2nnп gкBФ/2 = 1,05х0,2х0,3х12/2=9,1 кН, где

gк - расход стали на колонны (прил. 2)
- нижняя часть (80% веса):

GН = 1,05х0,8х0,3х12/2=36,3 кН
Продольное усилие в месте уступа колонны

F1 = Fn + GB = 526,65+17,95 = 544,6 кН

Расчетный вес нижней части колонны.

F2 = F1 + GН = 544,6+71,82 = 616,42 кН


Рис.7. Нагрузки на поперечную раму от собственного веса конструкций.


5.2. Снеговая нагрузка.
Город Москва находится в 3-ем снеговом районе (карта 1 СНиПа 2.01.07-85*). Следовательно, нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли s0 = 1,0 кПа (табл. 4 СНиПа 2.01.07-85*).

Линейная распределенная нагрузка от снега на ригель рамы.

qS = nfs0B, где

f – коэффициент надежности по нагрузке, для снеговой нагрузки по п. 4 СНиПа 2.01.07-85*(стр 3) равен 1,4;

 - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемы в соответствии с п. 3 прил. 3 СНиПа 2.01.07-85* (стр 17) и равный 1,0;

В – шаг рам, тогда

qS = 1х1,8х12=21,6 кН/м.

Опорная реакция ригеля.





Рис.8. Нагрузки на поперечную раму от снеговой нагрузки.


5.3. Вертикальные усилия от мостовых кранов.
Тележка для мостового крана грузоподъемностью 50 т:

Рис.9. Схема и справочные данные для крана грузоподъемностью 100/20 тонн.

Нормативное усилие колеса на наиболее загруженной стороне

кН
Вес крана с тележкой GК = 676 кН

Из условия равновесия:

(Fnmax + Fnmin)n = GK + Q, где

Fminn – нормативные усилия, передаваемые колесами наименее нагруженной стороной крана;

n – количество колес с одной стороны тележки, тогда



По нормам, расчетный крановый поезд состоит из 2-х максимально сближенных кранов с тележками в крайних положениях с наибольшим грузом на крюках и движущихся с максимальной скоростью. Это маловероятно, и поэтому вводится коэффициент сочетания нагрузки , который для двух кранов, работающих в режимах 7К, равен 0,95 (п. 4.17 СНиПа 2.01.07-85*).

Для определения расчетных усилии со стороны крана, построим линию влияния:



Рис.10. Линия влияния от действия расчетного кранового поезда.
Расчетное усилие, передаваемое на колонну колесами крана

, где

n – коэффициент надежности по назначению, для зданий II-ой категории ответственности равен 0,95;

f – коэффициент надежности по нагрузке, для крановых нагрузок равен 1,1; для нагрузок от собственного веса – 1,05; от полезной нагрузки – 1,2;

уi – ордината линии влияния;

gпкп – нормативное значение собственного веса подкрановых конструкций, принимается равным 7 кН/м;

gтп – полезная нагрузка на тормозной балке, примерно равняется 1,5 кН/м2.
Сумма ординат линий влияния
yi = 2,9, тогда

Силы Dmax и Dmin приложены по оси подкрановой балки и поэтому не только сжимают нижнюю часть колонны, но и передают на нее изгибающие моменты:

, где

ек – расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны.

ек = 0,5hН = 0,51500 = 750 мм
Ммах = 2130,190,75 = 1597,64 кНм

Ммin = 753,930,75 = 565,45 кНм



Рис.11. Вертикальные нагрузки на поперечную раму от действия мостовых кранов.

5.4. Горизонтальные нагрузки от торможения тележки крана.

Нормативная нагрузка от торможения тележки с грузом

, где

GТ – вес тележки, для крана грузоподъемностью 100 т по ГОСТ находим, что он равен 132 кН;

 – коэффициент трения, при трении стали по стали для кранов с гибким подвесом гру­за равен 0,05;

пторм – количество колес тележки с тормозами;

п – общее количество колес тележки.



Расчетная горизонтальная сила Т от торможения тележки с грузом, передаваемая подкрановыми балками на колонну от сил Ттел.

Определяется при том же расположении мостовых кранов, что в п. 2.3 (рис. 10), то есть

T = nfTnтелyi = 1,1х0,95х15,8х2,9= 47,8 кН
Сила Т может передаваться равновероятно на одной из сторон крана с равновероятным направлением (влево или вправо).



Рис.12. Горизонтальная нагрузка на поперечную раму от действия мостовых кранов.

5.5. Ветровая нагрузка.
По карте 3 СНиПа 2.01.07-85* находим, что город Москва относится ко 2-му ветровому району. Для него по таблице 5 этого же СНиПа определяем: нормативное значение ветрового давления g0 =0,3 кН/м2.

Запишем формулу (6) СНиПа 2.01.07-85* для определения нормативного значения средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли

wm = w0kс, где

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определя­емый по таблице 6 СНиП 2.01.07-85* в зависимости от типа местности (принимаем тип местности – В);

с – аэродинамический коэффициент, по п. 6.6 СНиПа «Нагрузки и воздействия» принимаем равным 0,8 для вертикальных стен с наветренной стороны и 0,6 – с подветренной.

Wо = 0,23 кН/м

Расчетная ветровая нагрузка:

qв = nng0kcB=1,4х0,23х0,8х12=3,09k

n = 1,2 - коэффициент перегрузки

Линейная ветровая нагрузка:

qэ =2,1 kН/м - с наветренной

qэ = 1,6 kН/м - с подветренной
n = 1,2 - коэффициент перегрузки

Линейно распределенная нагрузка при высоте:
до 5 метров - qw =1.4х0,23х0,5х0,8х12=1,54 кН/м;

10 метров - qw =1.4х0,23х0,65х0,8х12=2,00 кН/м;

20 метров- qw =1.4х0,23х0,85х0,8х12=2,62 кН/м;



Рис.13. Схема ветровой нагрузки на здание.
Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки:
Fв = (q1+ q2)Ч h/2 = (2,49+2,71)Ч3,15/2 = 8,19 кН;
Fв2 = FвЧ 0,6/0,8 = 6,14 кН;

Эквивалентные линейные нагрузки:
qw = 2.49 кН/м;
qw2 = 2.71 кН/м;


Рис.14. Нагрузки на поперечную раму от действия ветровой нагрузки.


6. Статический расчет рамы.




Рис.15. Постоянная нагрузка.







Рис.16. Снеговая нагрузка.





Рис.17. Вертикальная крановая нагрузка.




Рис.18. Горизонтальная крановая нагрузка.




Рис.19. Ветровая нагрузка.
Для определения пространсвенной работы каркаса составляем пространственную схему сооружения, состоящую из семи рам, соединенных связями по нижним поясам. Прикладываем к раме горизонтальную и вертикальные крановые нагрузки.





Рис.20. Вертикальная крановая нагрузка на вторую раму.



Рис.21. Горизонтальная крановая нагрузка на вторую раму.

По результатам анализа выявлено, что усилия в расчитываемой раме при учете пространственной работе в составе каркаса менее, чем при работе рамы отдельно. В целях экономии принимаем для расчета усилие при пространсвенной работе.
7. Составление комбинаций усилий в сечениях стойки рамы и определение усилий.
В следствии симметричности рамы таблица составляется для одной стойки.

Для учета всех возможных случаев загружения, в таблицу заносятся усилия от крановых нагрузок при расположении тележки у правой стойки.


Рисунок 22.

Схема усилий в левой стойке рамы.
Расчетные усилия в сечениях левой стойки рамы (тонн)

8. Расчет и конструирование колонны.
8.1 Определение расчетной длины надкрановой и подкрановой частей колонны
Для верхней части колонны в сечении 1 – 1: ;

в сечении 2 – 2 при том же сочетании нагрузок (1,2,3*,4*,5*): кНм.

Для нижней части колонны кН.

Т.к. согл. п.6.11.

СНиП II-23-81 принимаем значения прил. 6 по табл.67

; ;

расчетные длины надкрановой и подкрановой частей колонны в плоскости рам равны:

см ;

см.

Расчетные длины надкрановой и подкрановой частей колонны из плоскости рам равны расстояниям между закрепленными от смещения из плоскости рамы точками,

см ; см.
8.2 Подбор сечения стержней.
8.2.1 Подбор сечения надкрановой части колонны



Расчетная комбинация усилий: -Mmax = -3800,4 кНм; Nсоот = -926,6 кН
e = |M|/ |N| = 3800,4*100/926,6 = 410 см
Сечение принимаем в виде сварного двутавра высотой hв=1000мм.

Требуемую площадь сечения Атр определяем из условия устойчивости стержня в плоскости действия момента ; ?с = 1

Определим приближенные значения геометрических характеристик:

радиус инерции - см;

ядровое расстояние - см;

Приведенная гибкость



Относительный эксцентриситет





Тогда приведенный относительный эксцентриситет



Тогда при и

см2.

Компоновка сечения:

Примем предварительно см, тогда высота стенки см.

см

Следовательно, т.к. ,

принимаем см и включаем в расчетную площадь сечения колонны два крайних участка стенки шириной по см.

Требуемая площадь полки:

см2.
Т.к. для того, чтобы надкрановая часть колонны была устойчивой из плоскости действия момента необходимо, чтобы то принимаем см см2.
Местная устойчивость полки обеспечена, т.к.



Геометрические характеристики сечения:

см2;

см2;

см4;

см4;

см3;

см ;

см ;

см .

Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента:


Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента:



Момент в сечении 2 – 2 от комбинации нагрузок 1,2, 4,6,8

Найдем максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня:

кНм. кНм;





Определим коэффициент c:

т.к. то



Т.к. то в расчетное сечение включаем всю стенку
8.2.2 Подбор сечения подкрановой части колонны

Предварительно примем, что ось симметрии наружной ветви отстает от торца на z0 = 5 см. Тогда расстояние между центрами тяжести ветвей

см.

Положение центра тяжести сечения нижней части колонны определим по формуле:

см,

см.

Усилия в ветвях:

- в подкрановой ветви

кН;

- в наружной ветви

кН.
8.3.Компоновка сечения.
Для фасонного проката толщиной до 20 мм расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести Ry = 26 кН/см2. В первом приближении коэффициент = 0,4.

Для подкрановой ветви:
см2.
По сортаменту принимаем двутавр 80Б1 с АВ1 = 203.2 см2, ix1 = 5,54 см, iy = 31,3 см.

Для наружной ветви:

см2.

Толщину стенки принимаем tw = 10 мм, а ширину стенки из условия размещения швов hw = 800 мм.

Требуемая площадь полок

см2.

Из условия устойчивости полок bf / tf < 15. Принимаем bf = 15 см, tf = 2 см. Тогда

см2.

Геометрические характеристики наружной ветви:

- площадь поперечного сечения:

см2;

- ордината центра тяжести:

см;

- момент инерции относительно оси 2-2:

см4;

- момент инерции относительно оси у-у:

см4;

- радиус инерции сечения относительно оси 2-2:

см;

- радиус инерции сечения относительно оси у-у:

см.

Уточним положение центра тяжести сечения нижней части колонны:

см;

см,

см.

Отличие от первоначально принятых размеров мало, поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.




8.4.Проверка устойчивости ветвей
Из плоскости рамы.

Подкрановая ветвь:

.

По табл. 72 СНиП II-23-81 находим, что коэффициент у = 0,652

Тогда

.

Наружная ветвь:

.

По табл. 72 СНиП II-23-81 находим, что коэффициент у = 0,644.

.

Т.к. недонапряжение составляет более 40% выполним второе приближение принимая коэффициент = 0,5.

Для подкрановой ветви:
см2.
По сортаменту принимаем двутавр 70Б1 с АВ1 = 164.7 см2, ix1 = 5,26 см, iy =27,65 см.

Для наружной ветви:

см2.

Толщину стенки принимаем tw = 8 мм, а ширину стенки из условия размещения швов hw = 700 мм.

Требуемая площадь полок

см2.

Из условия устойчивости полок bf / tf < 15. Принимаем bf = 15 см, tf = 1,8 см. Тогда

см2.

Геометрические характеристики наружной ветви:

- площадь поперечного сечения:

см2;

- ордината центра тяжести:

см;

- момент инерции относительно оси 2-2:

см4;

- момент инерции относительно оси у-у:

см4;

- радиус инерции сечения относительно оси 2-2:

см;

- радиус инерции сечения относительно оси у-у:

см.

Уточним положение центра тяжести сечения нижней части колонны:

см;

см,

см.

Отличие от первоначально принятых размеров мало, поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.




8.5.Проверка устойчивости ветвей второе приближение
Из плоскости рамы.

Подкрановая ветвь:

.

По табл. 72 СНиП II-23-81 находим, что коэффициент у = 0,573

Тогда

.

Наружная ветвь:

.

По табл. 72 СНиП II-23-81 находим, что коэффициент у = 0,562.



В плоскости рамы.

Принимая угол между раскосами решетки ? = 60˚ и, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей, определяем lB1 = 100 см.

Проверим устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей х1-х1 и х2-х2).

- для подкрановой ветви:

- устойчивость обеспечена.

- для наружной ветви:

- устойчивость обеспечена.
8.6.Расчет решетки подкрановой части колонны.
Поперечная сила в сечении колонны Qmax = 106,2 кН.

По формуле (23) СНиП II-23-81 определим условную поперечную силу:

.

Для стали С275 по табл. 8.2 учебника примерно определим, что

кН < Qmax = 106,2 кН,

следовательно, расчет решетки проводим на действие Qmax. Угол наклона раскоса определим графически: = 60о, поэтому усилие в раскосе:

кН.

Зададим, что гибкость раскоса d = 120. По табл. 72 СНиП II-23-81 находим, что коэффициент = 0,386. Тогда требуемая площадь сечения раскоса:

см2.

Принимаем равнополочный уголок 706, для него Ad = 8,15 см2, imin = 2,15 см. Тогда максимальные гибкость и условная гибкость:

;

ld=hн/sin60=150/0,866=173,2
По табл. 72 СНиП II-23-81 находим, что коэффициент у = 0,648.

Получим

.

Принимаем равнополочный уголок 656, для него Ad = 7,52 см2, imin = 1,99 см. Тогда максимальные гибкость и условная гибкость:

;

ld=hн/sin60=150/0,866=173,2
По табл. 72 СНиП II-23-81 находим, что коэффициент у = 0,599.

Получим

.

Принимаем равнополочный уголок 706, для него Ad = 8,15 см2, imin = 2,15 см. Тогда максимальные гибкость и условная гибкость:

;

ld=hн/sin60=150/0,866=173,2
По табл. 72 СНиП II-23-81 находим, что коэффициент у = 0,647.

Получим

.
8.7. Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
Геометрические характеристики всего сечения:

см2;

см4;

см;

.

По формуле (20) СНиП II-23-81 определим приведенную гибкость:

,

где Ad1 – площадь сечения раскосов в одном сечении, равняется 2Ad = 28,15 = 16,3 см2;

 - коэффициент, определяемый по формуле

,

здесь a, b и l – размеры, определяемые по рис. 2 СНиП II-23-81.

Получим

,

.
Для комбинации усилий, догружающую наружную ветвь (сечение 4-4), N2 = -2295,4 кН; М2 = 1073,3 кНм:

.

По табл. 74 СНиП II-23-81 находим, что коэффициент е = 0,491.

.
Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь (сечение 3-3), N1 = -855 кН; М1 = -2443 кНм:

,

По табл. 74 СНиП II-23-81 находим, что коэффициент е = 0,163.
.
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять нет необходимости, так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
8.8. Расчет и конструирование узлов колонны
8.8.1 Расчет и конструирование узла сопряжения надкрановой и подкрановой частей


Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом:

1) кНм ; кН ( загружение 1,2,4,6,7,8 ) Сечение 2-2

2) кНм ; кН ( загружение 1,2,3,5,7 ) сечение 3-3

Давление кранов кН. Сечение 3-3

Проверим прочность стыкового шва ( f1 ) по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны.

1-ая комбинация M и N:

наружная полка

кН/см2 < Rwy = 26 кН/см2;

внутренняя полка

кН/см2 < Rwy = 0,85∙26 = 22,1 кН/см2;

2-ая комбинация M и N:

наружная полка

кН/см2 < Rwy = 26 кН/см2;

внутренняя полка

кН/см2 < Rwy = 0,85∙26 = 22,1 кН/см2;

Определим толщину стенки траверсы:



Принимаем tтр = 1,4 см.

Усилия во внутренней полке верхней части колонны ( по 2-ой комбинации ):

кН.

Найдем длину шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы:

сварные швы будем выполнять полуавтоматической сваркой электродами Э42, выполненными из проволоки сплошного сечения Св-08 со значением кН/см2. Для стали С275 значение кН/см2. Таким образом, расчетные сопротивления сварного шва по металлу шва и по границе сплавления соответственно будут равны ( по табл.3 СНиП):

кН/см2,

кН/см2.

Значения коэффициентов при сварке в нижнем положении равны:

кН/см2,

кН/см2, следовательно, необходимо рассчитать сварной шов на условный срез по металлу шва. Назначаем величину катета углового шва kf = 8 мм, тогда

длина шва равна:

см, см.

Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви ( f3 ) составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы. Такой комбинацией будет сочетание 1,2,4,6 кНм ; кН

кН.

Требуемая длина шва:

см, см.

Определим высоту траверсы из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы:

см. Принимаем hтр = 100 см.

Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов равна:

кН.

кН/см2 < Rs = 15 кН/см2.
8.8.2 Расчет и конструирование базы колонны
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4-4):

1) М2 = -782,3 кНм; N2 = -2080,3 кН (для расчета базы наружной ветви);

2) М1 = 1073,3 кНм; N1 = -2295,4 кН (для расчета базы подкрановой ветви).

Усилия в ветвях:

- в подкрановой ветви

кН;

- в наружной ветви

кН.
База наружной ветви.

Требуемая площадь плиты базы наружной ветви колонны

,

где - коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия, при равномерно распределенной нагрузке = 1;

Rb,loc – расчетное сопротивление смятию:

,

где Rb – расчетное сопротивление тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов для предельных состояний первой группы на осевое сжатие, для бетона класса В15 Rb = 0,85 кН/см2;

 - коэффициент для расчета на изгиб, зависящий от характера операния плит, для бетонов класса ниже В25 =1;

,

принимают не более 2,5 для бетонов класса выше В7,5, потому в нашем случае b = 1,5.

кН/см2.

Получим

см2.

По конструктивным соображениям с2 должен быть не менее 4 мм. Тогда

см,

принимаем B = 80 см.

см,

По конструктивным соображениям принимаем L = 31 см. Тогда

см2 > Aтр = 2097 см2.

Среднее напряжение в бетоне под плитой

кН/см2.


Рис. 51. К расчету базы наружной ветви колонны.
Плита работает на изгиб, как пластинка, опертая на соответствующее число сторон. Нагрузкой является отпор фундамента. В плите имеются 4 участка.

На участке 1 плита работает как консоль со свесом с = с1 = 4,0 см. Изгибающий момент:

кНсм.

Участок 2 – консоль со свесом с = с2 = 4,0 см:

кНсм.

Участок 3 работает по схеме – пластинка, опертая на четыре канта. Соотношение сторон

> 2,

то есть плиту можно рассматривать как однопролетную балочную, свободно лежащую на двух опорах.

Изгибающий момент:

кНсм.

На участке 4 плита работает тоже, как пластинка, опертая на три канта. Соотношение сторон:

> 2,

то есть плиту можно рассматривать как однопролетную балочную, свободно лежащую на двух опорах.

Изгибающий момент:

кНсм.

Требуемая толщина плиты подбирается по максимальному изгибающему моменту, принимая материал плиты – сталь С275, для которой расчетное сопротивление Ry = 26 кН/см2, тогда

см,

принимаем толщину базы 25 мм.

Считаем что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ствол колонны к траверсам и не учитываем швы, соединяющие ствол колонны непосредственно с плитой базы. Это упрощение идет в запас прочности. Траверса работает на изгиб, как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной.

Рассчитаем угловые швы на условный срез.

Для сварки применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08 диаметром d = 1,4 – 2 мм, для которой по табл. 5 СНиП II-23-81* находим, что нормативное сопротивление металла шва

кН/см2.

Коэффициенты условий работы шва wf = wz = 1,0 по п. 11.2 СНиП II-23-81*.

Согласно табл. 5 СНиП II-23-81* расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва:

кН/см2,

где wm = 1,25, - коэффициент надежности по материалу шва.

По табл. 4 СНиП II-23-81* расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления:

кН/см2.

По табл. 34 СНиП II-23-81* для выбранного типа сварки примем соответствующие коэффициенты для расчета углового шва:

f = 0,9 – по металлу шва;

z = 1,05 – по металлу границы сплавления.

Определим, какое сечение в соединении является расчетным:

кН/см2,

следовательно расчетным является сечение по металлу шва.

Принимаем катет шва kf = 12 мм. Тогда требуемая длина шва:

см.

Принимаем высоту траверсы hтр = 25 см.
База подкрановой ветви.

Требуемая площадь плиты базы наружной ветви колонны

см2.

Считая, что В останется тем же, что и для базы наружной ветви, получим

см,

принимаем конструктивно L = 30 см.

Тогда

см2 > Aтр = 296 см2.

Среднее напряжение в бетоне под плитой

кН/см2.

Так как значение отпора бетона фундамента и линейные размеры всех расчетных участков плиты базы подкрановой ветви меньше соответствующих величин для базы наружной ветви, то нет причины подбирать фундаментную плиту заново. Поэтому примем толщину плиты tf = 25 мм.
Расчет анкерных болтов крепления подкрановой ветви.

Расчетные нагрузки: М = 505,00 кНм; N = -2403,05 кН.

Усилие в анкерных болтах:

кН.

Примем анкерные болты из стали С235. По табл. 60 СНиП II-23-81 определим, что расчетное сопротивление болтов Rb = 18,5 кН/см2.

Требуемая площадь сечения болтов:

см2.

Принимаем болты М36 с площадью поперечного сечения нетто Аbn = 10,17 см2.
Подбор сечения накладки под анкерные болты подкрановой ветви.

Представим накладку в виде шарнирно опертой балки, на которую действуют две сосредоточенные силы (F = 616/2 = 308 кН):


Требуемый момент сопротивления балки настила:

см3.

При условии Wx > Wтр по ГОСТ 8240-89 принимаем 2 стальных горячекатанных швеллера № 1.

Расчет анкерных болтов крепления наружной ветви.

Расчетные нагрузки: М = -782,3 кНм; N = -2080,3 кН.

Усилие в анкерных болтах:

кН.

Примем анкерные болты из стали класса С235. По табл. 60 СНиП II-23-81 определим, что расчетное сопротивление болтов Rb = 18,50 кН/см2.

Требуемая площадь сечения болтов равна :

см2.

Принимаем болты М32 с площадью поперечного сечения нетто Аbn = 8,01 см2.
9. Расчет и проектирование подкрановой балки
В качестве материала для балки примем сталь С275: кН/см2 при мм,

кН/см2,
9.1 Нагрузки на подкрановую балку.


Для кранов металлургического производства поперечное горизонтальное усилие на колесе при расчете подкрановых балок:

кН;

кН;

Расчетные усилия на колесе крана:

кН;

кН;

кН;

кН.

Здесь k – коэффициент динамичности, зависящий от режима работы и пролета подкрановой балки.



Расчетный момент от вертикальной нагрузки:

кНм;

Расчетный момент от горизонтальной нагрузки:

кНм;
Расчетные значения вертикальной и горизонтальной силы равны:

кНм;

кНм;

Подбор сечения балки:

;

см3.

Зададимся гибкостью стенки подкрановой балки , тогда оптимальная высота балки:

см.

м

Минимальная высота балки:

см, принимаем hb = 160 см.

Задаемся толщиной полок tf = 30 мм, тогда

см.

Из условия среза стенки силой Qх :

см, принимаем tw = 10 мм.

Размеры поясных листов определим по формулам:

см4;

см4.

Требуемая площадь полки:

см2, принимаем пояс из листа сечения

30420 мм, т.е. Аf = 342 = 126 см2.

Устойчивость пояса обеспечена, так как

.

Проверка прочности сечения:

см4;

см3.

Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения:

см.

см4;

см3.

Проверим нормальные напряжения в верхнем поясе:

кН/см2.

Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена, т.к. принятая толщина стенки больше определенной из условия среза. Жесткость балки также обеспечена, т.к. принятая высота балки больше минимальной высоты.



IV. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Учебное пособие «Металлоконструкции», Морозова Д.В.

2. Металлические конструкции. Под редакцией Г.С. Веденикова, Стройиздат, 1998.

3. Металлические конструкции. Под редакцией Е.И. Беленя, М., Стройиздат, 1986.

4. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции (Госстрой СССР. – М. ЦИТП Госстроя СССР, 1996)
Термины и определения
В настоящих ТУ применены следующие термины с соответствующими определениями:

- адгезия покрытия: сопротивление отслаиванию покрытия от поверхности трубы.

- метод экструдирования: Метод нанесения покрытий путем продавливания расплава полимерных материалов из формующей головки экструдера на наружную поверхность трубы.

- диэлектрическая сплошность покрытия: Отсутствие электрического пробоя при воздействии на покрытие высоковольтного источника постоянного тока.

- переходное электросопротивление покрытия: Сопротивление собственно покрытия в цепи электрод?электролит–покрытие–труба, характеризующее защитную способность покрытия в электролите.



Формат А4


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации