Металлические конструкции промышленных зданий

Курсовой проект

Курсовой проект «Металлические конструкции промышленных зданий» состоит из двух частей: проектирование конструкций рабочей площадки (балочной клетки) и проектирование стропильного покрытия промышленного здания.

Целью курсового проекта является закрепление на практике теоретических знаний, полученных при изучении курса «Металлические конструкции» и освоение основ конструирования элементов и узлов металлических конструкций в процессе выполнения конструктивной части пролета.

1. РАСЧЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

1.1 Исходные данные для проектирования

Запроектировать балочную клетку рабочей площадки промышленного здания со следующими данными:

  • пролет главной балки LБ-1 = 10 м;
  • пролет балки настила LБ-2 = 5,5 м;
  • шаг балок настила LН = 1 м;
  • нормативная временная нагрузка на перекрытие Рn = 15 кПа;
  • высота колонн Н = 8 м.

Примечание. Балки настила принять прокатными, главные балки — сварного составного сечения, колонну — из прокатного двутавра типа «К», марку стали и тип электрода — согласно [1], сопряжение балок настила с главной балкой — этажное, опирание главной балки на колонну — сверху, класс бетона для фундаментов — В20.

1.2 Расчет стального настила

Нормальная балочная клетка (НБК):

Расчет листового настила выполняем из условия второй группы предельных состояний. Толщину настила определяем по формуле:

где Е` — приведенный модуль упругости стали,

н — коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона), н=0,3 (табл.63 [1])

Е — модуль упругости стали, Е=2,06?104 кН/см2 (табл.63 [1])

gнс — расход стали на настил,

с — плотность стали, с = 7850 кг/м3

  • предельно допустимый относительный прогиб конструкции пролетом до 1 м (табл. 19 [2]).

Задаемся толщиной настила tн = 12 мм = 0,012 м Толщину настила принимаем в соответствии с сортаментом листового проката tн=10 мм.

1.3 Расчет балки настила нормальной балочной клетки

Определяем нормативные и расчетные значения:

  • где — коэффициент надежности по временной нагрузке (п. 3.7 [2]);
  • коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса металлоконструкций (табл. 1 [2]);
  • коэффициент надежности по назначению. Принимается в зависимости от класса надежности здания (2 класс).

Определяем усилия, возникающие в балке.

19 стр., 9402 слов

Балки подкрановые стальные для мостовых электрических кранов ...

... подкрановых балок после машинной кислородной резки не должны иметь неровностей, превышающих 0,3 мм. Детали балок, в зависимости от расчетной температуры, должны изготовляться из сталей классов, приведенных в табл. ... курсового проекта. 1. Основные размеры Балка подкрановая должна изготовляться пролетом 6 м (5,5 м). Балки, ... обеспечена надежность закрепления балок и сохранность их от повреждений. Балки ...

Из условия прочности определяем требуемый момент сопротивления балки (ф.39 [1]):

  • коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в сечениях, принимаем согласно прил.5 в зависимости от размеров поперечного сечения.

кН/см2 — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести (принимаем согласно табл. 51* в зависимости от марки стали — С245),

  • коэффициент условий работы конструкции (табл. 6* [1]).

Определяем требуемый момент сопротивления балки:

Принимаем

По сортаменту двутавровых балок подбираем двутавр I26Б1, имеющий следующие характеристики: Wx=312 см3; Ix=4024 см4; А=35,62 см²; m=28 кг/м; h=258 мм; b=120 мм; s=5,8 мм; t=8,5 мм.

Уточняем значение по табл. 66 [1]:

Выполняем проверку прочности балки:

  • условие выполняется.

Проверяем сечение балки по второй группе предельных состояний:

условие выполняется.

Определяем расход стали на балку настила:

1.4 Расчет главной балки нормальной балочной клетки

Главную балку предусматриваем в виде сварного составного двутавра.

Определяем нормативные и расчетные значения:

Определяем усилия, возникающие в балке.

Максимальный изгибающий момент в балке:

Максимальная поперечная сила:

Из условия прочности определяем требуемый момент сопротивления балки (ф.39 [1]):

Задаемся толщиной стенки: tw=7+3h, где h=1/10LБ-2=10/10=1 м

tw=7+3?1=10 мм

Округляем согласно сортаменту листового проката: tw=10 мм.

Задаемся толщиной полкиtf = 2tw=20 мм.

Определяем высоту стенки балки исходя из 2-ух значений: оптимальной (hopt) и минимальной (hmin) высоты стенки балки.

hopt определяется из условия минимального расхода стали и вычисляется по формуле:

где k — коэффициент, учитывающий условную гибкость стенки (при = 3,2 k=1,15)

hmin определяется из условия жесткости по 2-ой группе предельных состояний и вычисляется по формуле:

Высоту балки назначаем из условий:.

Ширину полки определяем из условия прочности:.

  • момент инерции стенки балки
  • момент инерции полки балки Проверка местной устойчивости главной балки Выполним проверку местной устойчивости сжатой полки:

где bef — величина свеса полки,

  • условие выполняется Выполним проверку устойчивости стенки балки:

(п. 7.3 [1])

  • условная гибкость стенки балки,

Т.к. условие не выполняется, то стенки балок необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости в соответствии с п. 7.10 [1]:

Ширина выступающей части поперечных ребер:

Толщина ребра:

Определение расхода стали на главную балку:

1.5 Расчет колонны

Вариант опирания главной балки на колону — сверху.

Колонну предусматриваем сплошного поперечного сечения из двутавра колонного типа. Рассчитываем ее на устойчивость, как центрально сжатый стержень.

Расчетная нагрузка на колонну:

N=2?Qmax=2?552,1=1104,2кН,

где Qmax — поперечная сила в главной балке.

28 стр., 13876 слов

Проектирование участка изготовления хребтовой балки полувагона ...

... расчёт технико-экономических показателей; Разработать технологический процесс изготовления хребтовой балки. 1. Технологическая часть 1.1 Конструкция, назначение и условия работы изделия Хребтовая балка является наиболее сложным и ответственным узлом рамы вагона. ... дипломного проекта спроектирован участок и разработана технология сборки и сварки хребтовой балки. ... свариваемость). Таблица 1 - ...

Расчет колонны выполняем из условия устойчивости по формуле:

Где ц — коэффициент продольного изгиба, определяемый по табл.72 в зависимости от предела текучести стали (Ryn) и гибкости стержня (л=lef/i).

lef =м?lгеом — расчетная длина колонны м — коэффициент расчетной длины колонны, зависящий от условий закрепления и вида нагрузки, в нашем случае м=1,0(табл.71а [1]);

  • lгеом =Н=8 м; lef =1,0?8 м=8,0 м=800 см.

Задаемся гибкостью колонны лор=60 и по табл. 72 определяем коэффициент продольного изгиба цор=0,805.

Из условия устойчивости определяем требуемую площадь:

  • По сортаменту принимаем I20К2, имеющий следующие характеристики: А=59,7 см²;
  • ix =8,61 см;
  • iy =5,07 см.

Гибкость колонны:

лx =lef/ ix=92,9

лy = lef /iy=157,79

лmax = лy =157,79

С помощью интерполяции по табл.72 определяем цф=0,251

Выполняем окончательную проверку устойчивости:

  • Т.к. условие не выполняется, то по сортаменту принимаем I30К1, имеющий следующие характеристики: А=108 см2;
  • ix =12,95 см;
  • iy =7,5 см;
  • h=300 мм;
  • b=300 мм;
  • s=10 мм;
  • t=15,5 мм.

Гибкость колонны:

лx =lef/ ix=61,77

лy = lef /iy=106,6

лmax = лy =106,6

С помощью интерполяции по табл.72 определяем цф=0,499

Выполняем окончательную проверку устойчивости:

Т.к. условие выполняется, то окончательно принимаем двутавр I30К1.

1.6 Расчет базы колонны

Определяем высоту траверса Расчет ведем из условия прочности сварных швов, прикрепляющих траверсу к колонне.

Условие прочности:

  • расчет сварных швов по металлу шва,
  • расчет по границе сплавления, где вf, вz — коэффициенты, определяемые в зависимости от вида сварного соединения (табл.

34 [1]).

Т.к. сварка полуавтоматическая, диаметр сварочной проволоки 2 мм, то вf=0,9, вz=1,05 ,

kf=7 мм — катет шва определяется в зависимости от толщины более толстого из свариваемых элементов (табл. 38* [1]),

Rwf =18 кН/см2 — расчетное сопротивление сварного шва срезу по металлу шва (табл.56 в зависимости от вида сварочной проволоки);

  • Rwz =0,45 Run=0,45?37 = 16,7кН/см2 — расчетное сопротивление сварного шва срезу по металлу границы сплавления (табл.3 [1]);
  • гwf= гwz=1 — коэффициенты условий работы сварного соединения;
  • гс=1 — коэффициент условий работы (табл.6* [1]) [16, https:// ].

Крепление опорных ребер к стенке балки выполняем полуавтоматической сваркой в среде СО2 сварочной проволокой Св-08А (табл. 55* [1]) диаметром d=2 мм.

Согласно п. 11.2* [1], длина сварных швов:

где n=4 — количество сварных швов

hтр=+1см= 25 +1=26 см Принимаем hтр=26 см Определение размеров опорной плиты в плане Расчет опорной плиты выполняем из условия прочности бетона фундамента под опорной плитой:

где Rb — расчетное сопротивление бетона класса В20 сжатию для предельного состояния первой группы (табл. 2.2 [3])., Rb=11,5 МПа=1,15 кН/см2.

Задаемся шириной плиты В:

L=Lmax=50 см Определение толщины опорной плиты Толщина плиты определяется из условия прочности при изгибе от реактивного давления со стороны фундамента.

Определим изгибающие моменты в опорной плите на участках, подкрепленных ребрами жесткости.

I участок (закреплен по 4 сторонам):

где б — коэффициент, определяемый в зависимости от размеров участка по табличным данным (таблицы Галеркина)

a — ширина участка I,

б — длина участка I,

q — распределенная нагрузка на плиту,

II участок (закреплен по 3 сторонам):

где в — коэффициент, определяемый в зависимости от размеров участка по табличным данным (таблицы Галеркина)

a1 — ширина участка II, a1=100 мм б1 — длина участка II, б1 =b =300 мм

III участок (закреплен с 1 стороны):

Из полученных значений выбираем максимальный момент и определяем толщину плиты:

Мmax =МI =13,74 кНсм

1.7 Расчет опирания главной балки на колонну

Главная балка опирается на колонну сверху. Расчет опорных ребер выполняем из условия смятия при действии опорной реакции:

  • где Rp — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (табл. 1* [1]);
  • расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению (табл. 51* [1]);

Требуемая площадь смятия:

  • ширина и толщина опорного ребра соответственно Задаемся

2. Расчет стальной стропильной фермы покрытия промышленного здания

2.1 Исходные данные для проектирования

Запроектировать стропильную ферму покрытия здания по схеме со следующими данными: объект нормального уровня ответственности; место строительства — г. Ростов-на-Дону; пролет L = 24 м; шаг ферм B =12 м; покрытие — утепленное по стальному профилированному настилу; элементы решетки фермы выполнены из парных уголков с соединением при помощи листовых фасонок, элементы поясов фермы — из прокатных тавров.

настил колонна ферма покрытие

2.2 Сбор нагрузок на покрытие

Постоянная нагрузка Сбор постоянных нагрузок на 1 м² горизонтальной проекции покрытия здания представлен в табл. 1.

Снеговая нагрузка Рсн = 1,2 кН/м2, т.к. место строительства — Ростов-на-Дону (II снеговой район) — СНиП.

Таблица 1 — Сбор нагрузки на покрытие

№ п/п

Наименование

Рн, кН/м2

гf

гn

Рп, кН/м2

Постоянные:

1.

Гидроизоляция из 2-ух слоев стеклоизола

0,03

1,3

0,039

2.

Плиты из пенобетона

0,6

1,2

0,72

3.

Пароизоляция из окраски битумом

0,05

1,3

0,065

4.

Стальной профилированный настил

0,13

1,05

0,137

5.

Прогоны решетчатые пролетом 12 м

0,07

1,05

0,074

6.

Связи покрытия

0,05

1,05

0,053

7.

Стропильные фермы

0,1

1,05

0,105

Всего:

1,14

2.3 Расчетная схема фермы и определение узловых нагрузок

Расчетная схема стропильной фермы показана на рис. 1.

Выбор расчетной схемы фермы делается на основе конструктивной схемы с учетом всех основных факторов, влияющих на ее напряженно-деформированное состояние.

Для легких стропильных ферм считается, что:

  • оси прямолинейных стержневых элементов в узлах пересекаются в одной точке;
  • конструктивное решение сопряжения стержневых элементов в узлах соответствует шарнирному;
  • одна из опор фермы является шарнирно-неподвижной, а вторая — шарнирно-подвижной;
  • нагрузка действует на узлы верхнего пояса центрально;
  • материал стержней (сталь) работает в упругой стадии.

На ферму действуют равномерно-распределенные постоянная нагрузка от собственного веса конструкций покрытия, равная Рп =1,14 кН/м2, и временная снеговая нагрузка Рсн =1,2 кН/м2.

Определяем расчетную нагрузку, распределенную по пролету фермы:

Определяем узловые силы на верхний пояс фермы:

2.4 Определение усилий в элементах фермы

Определение опорных реакций

  • Q (3+6+9+12+15)+RB18=0

RB=84,24 кН45м/18=210,6 кН

Q (15+12+9+6+3)-RA18=0

RA=84,24 кН45м/18=210,6 кН Проверки:

RA +RB — 5Q = 0

210,6 +210,6 — 584,24 = 0

421,2−421,2= 0

  • RA3-Q3-Q6-Q9- Q12+RB15=0

3159−3159=0

Определение усилий в стержнях фермы для 12 узла (использованы метод Ритера и метод вырезания узлов) Сечение I-I, узел 2 — моментная точка

  • RA3+N12−110,5=0

N12−11=210,6 3/0,5=1263,6 кН Сечение I-I, узел 1 — моментная точка

  • Q3-N2−11 sinб3=0

N2−11= -84,24 3/ sin 80,53= -87,13 кН

N2−12 = Qуз = кН N2−3 = N1−2 = 170,87кН Вырежем узел 2:

  • Q-N2−12+N2−3sinб =0
  • + N2−3sin 80,5=0

N2−3 =170,87 кН

2.5 Подбор поперечных сечений элементов фермы

Расчет растянутых элементов Подбор сечения выполняем из условия прочности по формуле:

  • где N — усилие в элементе Подбор поперечного сечения стержня 2−11 (раскос) По сортаменту подбираем сечение из 2-ух равнополочных уголков 50?5, имеющих следующие характеристики: Аф=4,8 см²;
  • ix =1,53 см;
  • = 2,53 см Проверка подобранного сечения Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:
  • гибкость элемента в плоскости и из плоскости фермы соответственно коэффициенты расчетной длины (для элементов решетки, для элементов поясов;=1)
  • геометрическая длина элемента (равна расстоянию между узлами)
  • радиусы инерции сечения предельная гибкость растянутых элементов (табл.20* [1])

Проверяем подобранное сечение на прочность:

  • условие выполняется.

Расчет центрально сжатых элементов Подбор сечения выполняем из условия устойчивости по формуле:

где ц — коэффициент продольного изгиба (табл.72 [1])

Подбор поперечного сечения стержня 1−2 (элемент верхнего пояса фермы).

По сортаменту подбираем сечение из широкополочного тавра 13ШТ1, имеющего следующие характеристики: Аф=26,94 см²; ix =3,27 см; iy =4,25 см Проверка подобранного сечения Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

Проверяем подобранное сечение на прочность:

  • условие выполняется.

Подбор поперечного сечения стержня 2−3 (элемент верхнего пояса фермы).

По сортаменту подбираем сечение из широкополочного тавра 13ШТ1, имеющего следующие характеристики: Аф=26,94 см²; ix =3,27 см; iy =4,25 см Проверка подобранного сечения Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

Проверяем подобранное сечение на прочность:

  • условие выполняется.

Подбор поперечного сечения стержня 2−12 (стойка) Задаемся гибкостью

По сортаменту подбираем сечение из 2-ух равнополочных уголков 50?5, имеющих следующие характеристики: Аф=4,8 см²; ix =1,53 см; iу =2,53 см.

Проверка подобранного сечения.

Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

Определяем предельную гибкость сжатых элементов согласно табл. 19*[1]:

Проверяем подобранное сечение на устойчивость:

  • условие выполняется.

2.6 Расчет узла стропильной фермы

Расчет узла выполняем из условия прочности сварных швов, прикрепляющих элементы решетки к фасонке фермы.

В фермах со стержнями из двух уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасонках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швами. Усилие в элементе распределяется между швами по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстояниям до оси стержня:

; ,

где б1=0,7, б2=0,3 — для равнополочных уголков.

Концы фланговых швов для снижения концентрации напряжений выводят на торцы стержня на 20 мм (п. 13.9* [1]).

Сварные швы выполняем полуавтоматической сваркой в среде СО2 сварочной проволокой Св-08А (табл. 55* [1]) диаметром d=2 мм.

Согласно п. 11.2* полная длина сварного углового шва:

  • по металлу шва
  • по металлу границы сплавления где — количество сварных швов;, (табл.

34* [1]);

  • kf = 6 мм (табл.38* [1]);
  • Rwf = 18 кН/см2 (табл. 56 [1]);
  • Rwz=0,45Run =16,7 кН/см2 (табл. 3 [1]);
  • кН/см2 (табл. 51* [1]);
  • (п. 11.2* [1]);
  • (табл. 6* [1]).

Стержень 2−12 (стойка):

по обушку:

по перу:

Стержень 2−11 (раскос):

по обушку:

по перу:

1. СНиП II-23−81*. Стальные конструкции/Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 2000. 96 с.

2. СНиП 2.01.07−85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 2003. 55 с.

3. СНиП 2.03.01−84. Бетонные и железобетонные конструкции. — М.: ГУП ЦПП, 1996. — 106 с.

А. П. Примеры, Е. И. Беленя

6. Сокращенный сортамент металлопроката для применения в строительных стальных конструкциях: Методические указания/Д.Б. Демченко.- Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2007. 24 с.