Расчет промышленного одноэтажного здания

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 27 страниц
В избранное:

Министерство образования и науки Республики Казахстан
РГП Карагандинский Государственный Индустриальный Университет

Факультет ЭиС

Кафедра Строительство

Курсовой проект
по дисциплине: Металлические конструкции
тема Расчет промышленного одноэтажного здания

Выполнил:
Студент гр. С-18с
Пужихин А.И.
Проверил:
Ст. Преподаватель
Кузьмичев С.С

Темиртау, 2020г.

содержание
Введение

1
Расчет подкрановой балки

1.1
Исходные данные

1.2
Нагрузки на подкрановую балку

1.3
Определение расчетных усилий

1.4
Подбор сечения балки

1.5
Проверка прочности сечения

2
Компоновка однопролетных рам

3
Расчет поперечной рамы

3.1
Расчетная схема рамы

3.2
Нагрузки на поперечную раму

4
Расчет ступенчатой колонны

4.1
Исходные данные

4.2
Определение расчетных длин колонны

4.3
Подбор сечения верхней части колонны

4.4
Подбор сечения нижней части колонны

4.5
Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны

4.6
Расчет и конструирование базы колонны

5
Расчет стропильной фермы

5.1
Исходные данные

5.2
Сбор нагрузок на ферму

5.3
Определение усилий в стержнях фермы

5.4
Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к фасонкам и поясам фермы

Список использованных источников

1 Расчет подкрановой балки
Исходные данные.

Требуется рассчитать подкрановую балку крайнего ряда пролетом 12м под два крана грузоподъемностью Q = 5010т. Режим работы кранов - особый. Пролет здания 30м. материал балки сталь Вст3Гпс5-1; R = 230Мпа = 23 кНсм[2] (при t 20мм); Rср = 135Мпа = 13,5 кНсм[2].

0.1 Нагрузки на подкрановую балку.

По приложению 1 из учебника Металлические конструкции (автор Е.И. Беленя, 1986 г.и.) для крана Q = 5010т среднего режима работы наибольшее вертикальное усилие на колесе = 500кН; вес тележки Gт = 180кН; тип кранового рельса - КР-70.
Для кранов тяжелого режима работы металлургического производства поперечное горизонтальное усилие на колесе при расчете подкрановых балок

=0,1 = 0,1 · 500 = 50 кН.

Расчетные значения усилий на колесе крана определяем с учетом коэффициента надежности по назначению :

0,95*1,1*0,85*1*500=444,13кН

0,95*1,1*0,85*1*50=44,413кН

0.2 Определение расчетных усилий.

Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Загружаем линию влияния момента в среднем сечении, устанавливая краны наивыгоднейшим образом .
Расчетный момент от вертикальной нагрузки

1,05*444,13*5,85=2602кНм

где − ординаты линий влияния;
= 1,05 − учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке;
Расчетный момент от горизонтальной нагрузки

44,4*5,85=247,8кНм

Для определения максимальной поперечной силы загружаем линию влияния поперечной силы на опоре .
Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил:

1,05*444,12*2,375=1107,6кН

44,4*2,375=105,48кН

0.3 Подбор сечения балки.

Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6мм и швеллера № 36.
Значение коэффициента β определим по формуле:

β=1+2МуМх*hбhт=1+2247,82602*1,21,5= 1,15

где hб ≈ 110 l = 1210 = 1,2м; hT = hн = 1,5м;

260200*1,1423=12896,9см[3]

Задаемся kст = hст tст = 120.

Оптимальная высота балки:

332120*12896,9=152,2см

Минимальная высота балки:

524*23*1200*5001,15*2,06*104*163875 247800=80,26см

Мн - момент от загружения балки одним краном при n = 1,0.
Значение Мн определяем по линии влияния; сумма ординат линии влияния при нагрузке от одного крана ;

0,95*500*3,45=1638,75кНм

lf=400− для кранов среднего режима работы.
Принимаем hб = 120см (кратной 10см)
Задаемся толщиной полок tп =2см;
тогда hст = hб - 2tп = 120 - 2∙2 = 116см

Из условия среза стенки силой Qx

1.5*1107,6(116*13.5)=1,06см

Принимаем стенку толщиной 1см; kст = 1161,0 =116 ≈ 120.

Размеры поясных листов определим по формулам:

16837,5*1202=773814см4

Aп.тр=(Iхтр-Iст)2*hст*tn22= (773814-130000)2*116+222=75,6см

Принимаем пояс из листа сечения 20 x 380мм, =76см[2].
Устойчивость пояса обеспечена, так как

bсвtn=(bn-tст)2tn=38-122=9,250,5 ER=0,52,06*10423=14,96

По полученным данным компонуем сечение балки
.
0.4 Проверка прочности сечения.

Определяем геометрические характеристики принятого сечения.
Относительно оси х - х:
Ix=1*116312+2*38*2*1162+12=659186,6 см4

WxA=Ixhб2=659186,61202=10986см3

Геометрические характеристики тормозной балки относительно оси у - у (в состав тормозной балки входят верхний пояс, тормозной лист и швеллер):
проверяем нормальные напряжения в верхнем поясе (точка А):

хо = (А1х1 + А2х2 + А3х3) (А1 + А2 + А3)

х0 = (0,6 ∙ 123 ∙ 78,5 + 53,4 ∙ 144,3) (0,6 ∙ 123 + 53,4 + 2 ∙ 38) = 67,3см;

Iy =0,6∙123[3]12+0,6∙123∙(78,5 - 67,3)[2]+53,4(144,3 - 67,3)[2]+36∙67,3[2] + 2∙38[3]12 = 609146см[4]

60914676=8015см3

26020012896,9+247808015=22+3=22,9кН см2R= =23кНм2

Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена, так как принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.
Жесткость балки также обеспечена, так как принятая толщина балки hб hmin.
Проверяем прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана:

1,4*444,11*36,1=15Нсм2R=23кНм2

(при кранах особого режима работы с гибким подвесом груза);

1,1*0,95*500=464.4

3,2531107.31,0=33.6

In1=Iр+bn*tn312=1082+38*2312=1107.3 см4

− момент инерции рельса КР - 70; с = 3,25 - коэффициент податливости сопряжения пояса и стенки для сварных балок.

2. Компоновка однопролетной рамы

Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса Н1 и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия Н2. В сумме эти размеры составляют полезную высоту цеха Н0 .
Размер Н2 диктуется высотой мостового крана

Н2 = (Нк + 100) + f, (2.1)

где Нк + 100 - расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана плюс установленный по требованиям техники безопасности зазор между этой точкой и строительными конструкциями, равный 100мм;
f - размер, учитывающий прогиб конструкций покрытия, принимаемый 200 - 400мм.

Н2 = (2750 + 100) + 300 = 3150

Принимаем окончательный размер Н2 = 3200, т.к. он должен быть кратным 200мм.
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм:

Н0 = Н2 + Н1 = 3200 + 11000 = 14800 мм

где Н1 - наименьшая отметка головки кранового рельса, которая задается по условиям технологического процесса (обуславливается требуемой высотой подъема изделия над уровнем пола).
Далее устанавливаем размеры верхней части колонны Нв, нижней части Нн и высоту у опоры ригелей Нф.
Высота верхней части колонны:

Нв = hб + hр + Н2 (2.2)

где hб - высота подкрановой балки (1200 мм);
hр - высота кранового рельса (прил.14, табл.6 и равно 120 мм).

Нв = 1200 + 120 + 3200 = 4520 мм

Окончательно уточним величину Нв после расчета подкрановой балки.

Размер нижней части колонны:

Нн = Н0 - Нв + (600...1000) (2.3)

где (600...1000) - принимаемое заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола.

Нн = 14800 - 4520 + 1000 = 11280 мм.

Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля:

Н = Нв + Нн = 4520 + 11280 = 15800 мм.

Высота части колонны в пределах ригеля Нф при плоской кровле в соответствии с ГОСТ 23119-78 принимается равной 3,15 м при пролете 30 м.
Высота аэрационного фонаря 4500мм.
Принимаем привязку наружной грани колонны к оси колонны 500 мм.
При назначении высоты нижней части ступенчатой колонны надо учесть, что для того чтобы кран при движении вдоль цеха не задевал колонну, расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны было не менее

где: В1 - размер части кранового моста, выступающей за ось рельса, принимаемый по ГОСТ на краны (прил.1 и равно 300мм.),
75 мм - зазор между краном и колонной, по требованиям безопасности

мм

Таким образом принимаем, мм, что больше 875 мм.
Ось подкрановой ветви колонны совмещают с осью подкрановой балки. Тогда высота сечения нижней части колонны:

мм

3. Расчет поперечной рамы
3.1 Расчетная схема рамы.

В соответствии с конструктивной схемой выбираем ее расчетную схему и основную систему (рис. 6). Расстояние между центрами тяжести верхнего и нижнего участков колонн

Соотношение моментов инерции (учитываем, что верхняя часть колонны с проходом): Если , то
Сопряжение ригеля с колонной назначаем жестким.

3.2 Нагрузки на поперечную раму.

Все нагрузки подсчитываются с учетом коэффициента надежности по назначению .
Нагрузку на 1 м[2] кровли подсчитываем в таблицу 1.

Постоянная поверхностная распределенная нагрузка от покрытия
таблица 3.1
Состав покрытия
Нормат.
кПа
Коэффиц.
перегрузки
Расчет.
кПа
Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием) γ = 21кНм[3], t = 20мм
0,42
1,3
0,55
Гидроизоляция (4 слоя рубероида)
0,2
1,3
0,26
Утеплитель (пенопласт) γ= 0,5кНм[3],
t = 50мм
0,03
1,2
0,04
Пароизоляция (1 слой рубероида)
0,04
1,3
0,05
Стальная панель с профилированным
настилом
0,35
1,05
0,37
Собственный вес металлических конструкций шатра
0,3
1,05
0,32
Итого:
g[н]кр=1,34

gкр=1,59
Расчетная равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы:

Опорная реакция ригеля рамы

18.1*362=325.8kH

Расчетный вес колонны (табл.12.1 учебника).
Верхняя часть (20 % веса)

Gв = 0,95∙1,05∙0,2∙0,4∙12∙18 = 17.24 кН

Нижняя часть (80 % веса)

Gн = 0,95∙1,05∙0,8∙0,4∙12∙18 = 68.95 кН

Поверхностная масса стен 200 кгм[2] переплетов с остеклением 35 кгм[2]. В верхней части колонны (включая вес этой части колонны):

17.24=222.23kH

В нижней части колонны:

68.95=240.29kH

Снеговая нагрузка
По заданию вес снегового покрова р0=0,5кПа . При gкрнp0=1,340,5=2,68 коэффициент перегрузки n = 1,45. Определяем линейную распределенную нагрузку от снега на ригель рамы:

0,95*1,4*1*0,5*12=7,98кНм

Опорная реакция ригеля:

FR=7,98*362=119,7кН

Вертикальные усилия от мостовых кранов
Расчетное усилие , передаваемое на колонну колесами крана, определяем по линии влияния опорных реакций подкрановых балок:
При наивыгоднейшем расположении кранов на балках

Dmax=0,951,1*0,85*500*2,94+1,05*45+ 1,2*1,5*1,5*12=1454.1кН
где: - коэффициенты перегрузки и сочетаний;
- нормативное вертикальное усилие колеса;
у - ордината линии влияния;
- нормативный вес подкрановых конструкций (условно включаемый во временную нагрузку), = 0,25∙12∙15 = 45 кН (по таблице 12.1 учебника);
- полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке (1,5 кНм[2]);
- ширина тормозной площадки;
- шаг колонн.
На другой ряд колонны также будут передаваться усилия, но значительно меньшие. Силу можно определить, если заменить в предыдущей формуле на , т.е. на нормативные усилия, передаваемые колесами другой стороной крана:

= (3.1)

Fк=(9,8*30+780)2-500=37кН

где, - грузоподъемность крана, т;
- масса крана с тележкой, кН;
- число колес с одной стороны крана.

Dmin=0,951091*37500+47+32=151.74кН

Сосредоточенные моменты от вертикальных усилий , :

Mmax=ek*Dmax=0.75*1088.325=113.8kHм

Mmin=0.75*151.74=74kHм

Горизонтальная сила от мостовых кранов, передаваемая одним колесом

(3.2)

Ткн=0,059,8*30+1202=10,35кН

Сила Т:

(3.3)

Т=0,95*1,1*0,85*10,35*2,94=27,03кН

Считаем условно, что сила Т приложена в уровне уступа колонны (рис.9б)
Ветровая нагрузка. Нормативный скоростной напор ветра 0,45кПа. Тип местности - Б, коэффициенты k для 10 м - 0,65; 20 м - 0,9; 30 м - 1,05.
Определяем расчетную линейную нагрузку, передаваемую на стойку рамы в какой-то точке по высоте при отсутствии продольного фахверка:

0,95*1,2*0,45*0,8*12k=4.93k

Линейная распределенная нагрузка по высоте:

до 10 м - 4.93x 0,65 = 3.2 кНм;

до 20 м - 4.93x 0,9 = 4.44 кНм;

до 30 м - 4.93x 1,05 = 5.12 кНм;

16 м - 3.2+(4.44-3.2)*610=3.2+0.74=3.94 кНм;

23,8 м - 4.44+(5.12-4.44)*3.810=4.7 кНм.

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки:

(3.94+4.7)7.82=33.7kH;

33.7*0.60.8=25.27kH

Эквивалентные линейные нагрузки :

3,2*1,05=3,36кНм;

3,36*0,60,8=2,52кНм

Ветровые загрузки

(3.4)

αпр=4111+9622(1202+962+722+482+242 )2,94=0,321

На основе полученных данных на ЭВМ произведен статический расчет поперечной рамы и получена распечатка, анализ которой сводится к составлению комбинаций усилий в сечениях стойки рамы и выборке максимальных нагрузок в каждом сечении (см. табл.4.1).
4. Расчет ступенчатой колонны

Таблица 4.1
Нагрузки и комбинации усилий
№ нагрузок
усилия
Сечения стойки

1 - 1
2 - 2
3 - 3
4 - 4

М
N
М
N
М
N
М
N
Q
+ Mmax

Nсоотв
пс=1
№ нагрузок
-
1, 3, 4
-
1, 5*

усилия
-
-
+163
- 491
-
-
+ 571
- 720

пс=0,9
№ нагрузок
-
1, 3, 4, 5
-
1, 2, 3, 4, 5*

усилия
-
-
+154
- 491
-
-
+ 1066
- 2108

- Mmax

Nсоотв
пс=1
№ нагрузок
1, 2
1, 2
1, 3, 4
1, 5

усилия
- 611
- 644
- 354
- 863
- 637
- 1661
- 211
- 720

пс=0,9
№ нагрузок
1, 2, 3*, 4, 5
1, 2, 5*
1, 2, 3, 4, 5*
[1, 3, 4( - ), 5]

усилия
- 811
- 607
- 354
- 826
- 729
- 1879
- 34
- 1773

Nmax

+ Mсоотв
пс=1
№ нагрузок
-
1, 3, 4
-
-

усилия
-
-
+163
- 491
-
-
-
-

пс=0,9
№ нагрузок
-
1, 3, 4, 5
-
1, 2, 3, 4, 5*

усилия
-
-
+154
- 491
-
-
+ 1065
- 2108

Nmax

- Mсоотв
пс=1
№ нагрузок
1, 2
1, 2
1, 3, 4
-

усилия
- 611
- 644
- 354
- 863
- 637
- 1661
-
-

пс=0,9
№ нагрузок
1, 2, 3*, 4, 5
1, 2, 5*
1, 2, 3, 4, 5*
-

усилия
- 811
- 607
- 354
- 826
- 729
- 1879
-
-

Nmin
+ Mсоотв
пс=1
№ нагрузок
Усилия M, N от постоянной нагрузки подсчитаны с коэффициентом 0,91,1 = 0,8.

1, 5*

усилия

+ 496
- 576

Nmin
- Mсоотв
пс=1
№ нагрузок

1, 5

усилия

- 248
- 576

Qmax

пс=0,9
№ нагрузок

1, 2, 3, 4, 5*

усилия

- 171

4.1 Исходные данные.

Требуется подобрать сечения сплошной верхней и сквозной нижней частей колонны однопролетного производственного здания (ригель имеет жесткое сопряжение с колонной). Расчетные усилия выбраны из таблицы 2.
Для верхней части колонны в сечении 1 - 1 N = 607 кН, М = − 811 кНм; Q = 151 кН; в сечении 2 - 2 при том же сочетании нагрузок (1,2,3*,4,5*) М = − 202 кНм;
Для нижней части колонны N1 = 1879 кН, М1 = − 729 кНм (изгибающий момент догружает подкрановую ветвь); N2 = 2108 кН, М2 = + 1066 кНм (изгибающий момент догружает наружную ветвь); Qmax = 171 кН.
Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны ; материал колонны - сталь марки Вст3кп2, бетон фундамента марки М150.

4.2 Определение расчетных длин колонны.

Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определяем по формулам

(4.1)и .(4.2)

Так как НвНн = = 4,529,68 = 0,466 0,6 и NнNв = 2108607 = 3,5 3
значения и определяем по таблице 14.1 (учебник).
В однопролетной раме с жестким сопряжением ригеля с колонной верхний конец колонны закреплен только от поворота, отсюда = 2; = 3.
Таким образом, для нижней части колонны

2*1128=2256см

для верхней части колонны

3*452=1356см

Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей равны соответственно

968см

452-120=332см

4.3 Подбор сечения верхней части колонны.

Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой hв = 1000 мм.
Определяем требуемую площадь сечения.
Для симметричного двотавра

≈ 0,42h = 0,42∙100 = 42см; ≈ 0,35h = 0,35∙100 = 35см;

13964221,52,06*104=1,07

(для стали Вст3кп2 толщиной до 20мм R = 215Мпа = 21,5кНсм[2]):

Значение коэффициента определяем по приложению 10 (учебник).
Принимаем в первом приближении ,

тогда

По приложению 8 (учебник) и

Компоновка сечения. Высота стенки hст = hв - 2tп = 120 - 2∙1,4 = 97,2см (принимаем предварительно толщину полок tп =1,4см).
При m 1 и 0,8 из условия местной устойчивости

и

Поскольку сечение с такой толстой стенкой неэкономично, принимаем () и включаем в расчетную площадь сечения колонны два крайних участка стенки шириной по 0,85

.

Требуемая площадь полки:

Из условия устойчивости верхней части ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.