Курсовой проект: расчет металлических конструкций промышленного одноэтажного здания - подкрановая балка, поперечная рама, ступенчатая колонна и стропильная ферма

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

1 Расчет подкрановой балки

1. Исходные данные.

Требуется рассчитать подкрановую балку крайнего ряда пролетом 12м под два крана грузоподъемностью Q = 50/10т. Режим работы кранов - особый. Пролет здания 30м. материал балки сталь Вст3Гпс5-1; R = 230Мпа = 23 кН/см ² (при t 20мм) ; R _ср = 135Мпа = 13, 5 кН/см ² .

2. Нагрузки на подкрановую балку.

По приложению 1 из учебника «Металлические конструкции» (автор Е. И. Беленя, 1986 г. и. ) для крана Q = 50/10т среднего режима работы наибольшее вертикальное усилие на колесе = 500кН; вес тележки G _т = 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

3. 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

4. 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:

$$\beta = 1 + 2\frac{М_{у}}{М_{х}}*\frac{h_{б}}{h_{т}} = 1 + 2\frac{247, 8}{2602}*\frac{1, 2}{1, 5} = 1, 15$$

где h _б ≈ 1/10 l = 12/10 = 1, 2м; h _T = h _н = 1, 5м;

260200*1, 14/23=12896, 9см ³

Задаемся k _ст = h _ст / t _ст = 120.

Оптимальная высота балки:

$\sqrt[3] {(3/2) 120*12896, 9} = 152, 2см$

Минимальная высота балки:

$$\frac{5}{24}*\frac{23*1200*500}{1, 15*2, 06*10^{4}}*\frac{163875}{247800} = 80, 26см$$

М _н -момент от загружения балки одним краном при n = 1, 0.

Значение М _н определяем по линии влияния; сумма ординат линии влияния при нагрузке от одного крана ;

0, 95*500*3, 45=1638, 75кНм

$\left\lbrack \frac{l}{f} \right\rbrack = 400$ − для кранов среднего режима работы.

Принимаем h _б = 120см (кратной 10см)

Задаемся толщиной полок t _п =2см;

тогда h _ст = h _б - 2t _п = 120 - 2∙2 = 116см

Из условия среза стенки силой Q _x

1. 5*1107, 6/(116*13. 5) =1, 06см

Принимаем стенку толщиной 1см; k _ст = 116/1, 0 =116 ≈ 120.

Размеры поясных листов определим по формулам:

16837, 5*120/2=773814см ⁴

$A_{п. тр} = {(I}_{хтр} - I_{ст}) /2*\left( \frac{h_{ст}*t_{n}}{2} \right) ^{2} =$ (773814-13) /2* $\left( \frac{116 + 2}{2} \right) ^{2} = 75, 6см$

Принимаем пояс из листа сечения 20 × 380мм, =76см ² .

Устойчивость пояса обеспечена, так как

$$\frac{b_{св}}{t_{n}} = \frac{(b_{n} - t_{ст}) /2}{t_{n}} = \frac{(38 - 1) /2}{2} = 9, 25 < 0, 5\sqrt{\frac{E}{R}} = 0, 5\sqrt{\frac{2, 06*10^{4}}{23}} = 14, 96$$

По полученным данным компонуем сечение балки

.

5. Проверка прочности сечения.

Определяем геометрические характеристики принятого сечения.

Относительно оси х - х:

$I_{x} = \frac{1*116^{3}}{12} + 2*38*2*\left( \frac{116}{2} + 1 \right) ^{2} = 659186, 6{см}^{4}$

$W_{x}^{A} = \frac{I_{x}}{h_{б}/2} = \frac{659186, 6}{120/2} = 10986{см}^{3}$

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) :

х _о = (А ₁ х ₁ + А ₂ х ₂ + А ₃ х ₃ ) / (А ₁ + А ₂ + А ₃ )

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

I _y =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

609146/76=8015см ³

$$\frac{260200}{12896, 9} + \frac{24780}{8015} = 22 + 3 = \frac{22, 9кН}{{см}^{2}} < R = \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ = 23кН/м^{2}$$

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 h _б > h _min .

Проверяем прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана:

$\frac{1, 4*444, 1}{1*36, 1} = 15Н/{см}^{2} < R = 23кН/м^{2}$

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

1, 1*0, 95*500=464. 4

$3, 25\sqrt[3] {\frac{1107. 3}{1, 0}} = 33. 6$

$I_{n1} = I_{р} + \left( \frac{b_{n}*t_{n}^{3}}{12} \right) = 1082 + \left( \frac{38*2^{3}}{12} \right) = 1107. 3{см}^{4}$

− 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 Н ₀ .

Размер Н2 диктуется высотой мостового крана

Н ₂ = (Нк + 100) + f, (2. 1)

где Н _к + 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.

Н ₂ = (2750 + 100) + 300 = 3150

Принимаем окончательный размер Н ₂ = 3200, т. к. он должен быть кратным 200мм.

Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм:

Н ₀ = Н ₂ + Н ₁ = 3200 + 11000 = 14800 мм

где Н ₁ - 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 Н _в , нижней части Н _н и высоту у опоры ригелей Н _ф .

Высота верхней части колонны:

Н _в = h _б + h _р + Н ₂ (2. 2)

где h _б - высота подкрановой балки (1200 мм) ;

h _р - высота кранового рельса (прил. 14, табл. 6 и равно 120 мм) .

Н _в = 1200 + 120 + 3200 = 4520 мм

Окончательно уточним величину Н _в после расчета подкрановой балки.

Размер нижней части колонны:

Н _н = Н ₀ - Н _в + (600…1000) (2. 3)

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

Н _н = 14800 - 4520 + 1000 = 11280 мм.

Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля:

Н = Н _в + Н _н = 4520 + 11280 = 15800 мм.

Высота части колонны в пределах ригеля Н _ф 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: В ₁ - 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

Расчетная равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы:

Опорная реакция ригеля рамы

18. 1*36/2=325. 8kH

Расчетный вес колонны (табл. 12. 1 учебника) .

Верхняя часть (20 % веса)

G _в = 0, 95∙1, 05∙0, 2∙0, 4∙12∙18 = 17. 24 кН

Нижняя часть (80 % веса)

G _н = 0, 95∙1, 05∙0, 8∙0, 4∙12∙18 = 68. 95 кН

Поверхностная масса стен 200 кг/м ² переплетов с остеклением 35 кг/м 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 $\ р_{0} = 0, 5кПа$ . При $\frac{g_{кр}^{н}}{p_{0}} = \frac{1, 34}{0, 5} = 2, 68$ коэффициент перегрузки n = 1, 45. Определяем линейную распределенную нагрузку от снега на ригель рамы:

0, 95*1, 4*1*0, 5*12=7, 98кН/м

Опорная реакция ригеля:

$F_{R} =$ 7, 98*36/2=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

$$D_{\max} = 0, 95(1, 1*0, 85*500*2, 94 + 1, 05*45 + 1, 2*1, 5*1, 5*12) = 1454. 1кН$$

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 кН/м 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)

$F_{к}^{/}$ =(9, 8*30+780) /2-500=37кН

где, - грузоподъемность крана, т;

- масса крана с тележкой, кН;

- число колес с одной стороны крана.

$D_{\min} = 0, 95\left( 1091*\frac{37}{500} + 47 + 32 \right) = 151. 7$ 4 $кН$

Сосредоточенные моменты от вертикальных усилий , :

${M_{\max} = e_{k}*D}_{\max} = 0. 75*1088. 325 = 113. 8kHм$

$M_{\min} = 0. 75*151. 74 = 74kHм$

Горизонтальная сила от мостовых кранов, передаваемая одним колесом

(3. 2)

$Т_{к}^{н} = \frac{0, 05(9, 8*30 + 120) }{2} = 10, 35кН$

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. 93× 0, 65 = 3. 2 кН/м;

до 20 м - 4. 93× 0, 9 = 4. 44 кН/м;

до 30 м - 4. 93× 1, 05 = 5. 12 кН/м;

16 м - 3. 2+(4. 44-3. 2) *6/10=3. 2+0. 74=3. 94 кН/м;

23, 8 м - 4. 44+(5. 12-4. 44) *3. 8/10=4. 7 кН/м.

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки:

(3. 94+4. 7) 7. 8/2=33. 7kH;

33. 7*0. 6/0. 8=25. 27kH

Эквивалентные линейные нагрузки :

3, 2*1, 05=3, 36кН/м;

3, 36*0, 6/0, 8=2, 52кН/м

Ветровые загрузки

(3. 4)

$\alpha_{пр} = 4\left\lbrack \frac{1}{11} + 96^{2}/2(120^{2} + 96^{2} + 72^{2} + 48^{2} + 24^{2}) \right\rbrack$ /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

---

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

• Информатика
• Банковское дело
• Оценка бизнеса
• Бухгалтерское дело
• Валеология
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Религия
• Общая история
• Журналистика
• Таможенное дело
• История Казахстана
• Финансы
• Законодательство и Право, Криминалистика
• Маркетинг
• Культурология
• Медицина
• Менеджмент
• Нефть, Газ
• Искуство, музыка
• Педагогика
• Психология
• Страхование
• Налоги
• Политология
• Сертификация, стандартизация
• Социология, Демография
• Статистика
• Туризм
• Физика
• Философия
• Химия
• Делопроизводсто
• Экология, Охрана природы, Природопользование
• Экономика
• Литература
• Биология
• Мясо, молочно, вино-водочные продукты
• Земельный кадастр, Недвижимость
• Математика, Геометрия
• Государственное управление
• Архивное дело
• Полиграфия
• Горное дело
• Языковедение, Филология
• Исторические личности
• Автоматизация, Техника
• Экономическая география
• Международные отношения
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда