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.
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.
Проектирование участка изготовления хребтовой балки полувагона ...
... хребтовой балки. 1. Технологическая часть 1.1 Конструкция, назначение и условия работы изделия Хребтовая балка является наиболее сложным и ответственным узлом рамы вагона. Несмотря на существенные различия в конструкциях вагонов, конструкции хребтовых балок ... дипломного проекта спроектирован участок и разработана технология сборки и сварки хребтовой балки. ... штампуемость, 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.
