Металлические конструкции благодаря своим высоким технико-экономическим показателям применяются во всех отраслях народного хозяйства. Широкое использование в строительстве металлических конструкций позволяет проектировать сборные элементы зданий и сооружений сравнительно малой массы, организовывать поточное производство конструкций на заводах и поточно-блочный монтаж их на строительной площадке, ускорять ввод в эксплуатацию.
Целью данного курсового проекта является: научиться проектировать конструкции каркаса производственного здания, закрепить полученные теоретические знания, научиться анализировать и сравнивать варианты конструкций, сечений, узлов и т.д. с различных точек зрения (расход металла, удобство монтажа и транспортирования, возможности изготовления и др.), а также закрепить умение пользоваться нормативной литературой.
1. Компоновка конструктивной схемы каркаса здания
Исходные данные: механосборочный цех однопролетный, пролетом 30 м, оборудован двумя мостовыми кранами грузоподъемностью Q=125 т легкого режима. Длина здания 132 м, отметка головок рельса 16 м.
1 Тип ограждающих конструкций
В качестве ограждающей конструкции для стен выбираем навесную панель из железобетона и утеплителя толщиной 300 мм и размером 1,2 х 12 м., для покрытия — стальную панель размером 3 х 12 м с плоским настилом толщиной 4 мм.
2 Выбор шага колонн
Принимаем шаг колонн 12 м, привязка колонн а= 500 мм. Колонны по торцам здания имеют привязку 500 мм, для возможности использования типовых стеновых ограждений.
1.3 Определение основных размеров поперечной рамы
Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки подкранового рельса h1, и расстоянием от головки подкранового рельса до низа несущих конструкций h2.
Вертикальные размеры:
Размер h2 диктуется высотой мостового крана
= (НК + 100) + f = (4000 + 100) + 120 = 4220 мм
где НК + 100 — расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана, плюс установленный по технике безопасности зазор между этой точкой и строительными конструкциями, равный 100мм, НК =4000мм — по прил. 1 [1];
- размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия (ферм, связей).
= L / n0=30000/250=120 мм.
Принимаем h2 = 4400 мм, кратно 200 мм.
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм
Обследование стальных конструкций
... колоннами, подкрановые пути, подкрановые балки с их тормозными конструкциями и другие конструкции. При обследовании металлических конструкций особое внимание необходимо обратить на: колонны ... эксплуатации; заводские сертификаты на поставленные стальные конструкции-документы (сертификаты и др.), ... в процессе обследования металлоконструкций, должны входить: паспорт на обследование здания или ...
о ? h2 + h1 = 4400 +16000 = 20400 мм
- наименьшая отметка головки кранового рельса. Принимаем Но =21600 мм.
Определим размеры верхней части колонны hв, нижней части hн и высоту у опоры ферм hо:
в = (hп.б. + hр.) + h2 = (1800 + 170) + 4400 = 6370 мм=6400 (кратно 200),
где hп.б. — высота подкрановой балки;р. — высота кранового рельса, предварительно принимаем 170 мм.
При заглублении базы колонны на 1000 мм ниже пола
н = Hо — hВ + 1000 = 21600 — 6400 + 1000 = 16200 мм
Общая высота колонны от низа базы до низа фермы
Н = hн + hв = 16200 + 6400 = 22600 мм.
Высота части колонны в пределах фермы hо принимается равной 3150 мм при пролете 30 м.
Горизонтальные размеры:
- Необходим проход в теле колонны, и поэтому привязка а = 500 мм. Высота сечения верхней части колонны h = 1000 мм (>
- hВ / 12 =6400/12=533,3).
Высоту сечения колонны в пределах высоты фермы принимаем 700 мм (назначается с учетом унифицированных привязок наружных граней колонны к разбивочной оси, а также привязки ферм к разбивочной оси (500 + 200)).
Для того чтобы кран при движении не задевал колонну, расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менее
? B1 + (bв — a) + 75 = 400 + (1000 — 500) + 75 = 975 мм;
- где B1 — размер части кранового моста, выступающий за ось рельса, принимаем по прил. 1 [1];
- мм — зазор между краном и колонной, по требованиям безопасности принимаемый по ГОСТу на краны.
Принимаем l1 = 1000 мм, кратным 250 мм (т. к. пролеты кранов LК имеют модуль 500 мм).
Т. к. ось подкрановой ветви колонны необходимо совместить с осью подкрановой балки, то высоту сечения нижней части колонны принимаем
н = l1 + а = 1000 + 500 = 1500 ммн ? 1/20 Н = 1130 мм
Пролет мостового крана
К = l — 2 l1 = 36000 — 2*1000 = 34000 мм
Верхнюю часть колонны принимаем сплошного сечения, нижнюю — составного сечения.
Рис. 1. Схема поперечной рамы
1.4 Выбор схемы связей
Связи между колоннами. Предельные размеры между вертикальными связями от торца блока до оси ближайшей вертикальной связи в отапливаемых цехах 90 м, в неотапливаемых и горячих 75 м. Принимаем размещение связей на расстоянии 60м, в центральном пролете.
Связи по покрытию. Для горизонтальных связей при шаге стропильных ферм 6м обычно применяют крестовую решетку, раскосы которой работают только на растяжение. При этом получается довольно экономичное решение, если стойки связевых ферм законструировать из двух уголков, а раскосы — из одиночных уголков.
1.5 Система фахверков
Фахверком называется система конструктивных элементов, служащих для поддержания стенового ограждения и восприятия (с последующей передачей на фундаменты и другие конструкции) ветровой нагрузки.
Принимаем сечение стоек фахверка, выполненное в виде прокатного двутавра. Стойки опираются на фундамент и с помощью листового шарнира, передающего горизонтальные усилия, но не стесняющего вертикальные перемещения ферм, — на связи по нижним поясам ферм.
Стойки фахверка устанавливаем в торцах здания. Для обеспечения устойчивости стоек фахверка в плоскости стен устраиваем распорки, которые крепятся к вертикальным связям.
Специфика формирования технологической части дипломного проекта
... принимать грамотные и взвешенные, обоснованные решения; Прогнозировать результаты, разрабатывать планы и инструкции, следовать стандартам; Читать чертежи, создавать их; Пользоваться специальными программами и пр. Технологическая часть дипломной работы ... и оформления результатов. Роль технологической части дипломной работы Технологический раздел дипломной работы играет важнейшую роль в подготовке ...
В торцах здания необходимо предусмотреть также ворота для автомобильного и железнодорожного транспорта. Сверху, над воротами, предусматриваем надворотный ригель (ригель фахверка).
Размеры ворот 3х3 м — для автомобильного транспорта, 4,7х5,6 м — для железнодорожного транспорта. Для устройства этих ворот необходимо разработать систему фахверков.
2. Расчет поперечной схемы здания
1 Расчетная схема рамы
В соответствии с конструктивной схемой (рис.1) выбираем ее расчетную схему и основную систему (рис. 2).
Расстояние между центрами тяжести верхнего и нижнего участков колонн
е0 = 0,55 (bн — bв) = 0,5(1500 — 1000) = 250 мм = 0,25 м
Соотношение моментов инерции: Iн / Iв = 5 (учитываем, что верхняя часть колонны с проходом); IР / Iн = 4; Если Iв = 1, Iн = 5, IР = 20. Сопряжение ригеля с колонной назначаем жестким.
Рис. 2 Расчетная схема рамы
2 Сбор нагрузок на поперечную раму
? н = 0,95 для промышленного здания, стр. 34 [2]).
Постоянная нагрузка.
2 кровли подсчитываем по таблице 1.
Таблица 1. Постоянная поверхностная распределенная нагрузка на покрытия
Состав покрытияНормативная, кПаКоэффициент перегрузкиРасчетная, кПаЗащитный слой (битумная мастика с втопленным гравием) ? = 21 кН/м³ t = 20мм0,421,30,55Гидроизоляция (4 слоя рубероида)0,21,30,26Пароизоляция (1 слой рубероида)0,041,30,05Стальная панель с плоским настилом0,571,050,6Собственный вес металлических конструкций шатра (фермы, связи)0,461,050,48gнкр = 1,69 кПа gкр = 1,94кПа
Расчетная равномерно распределенная линейная нагрузка на ригель рамы
? н gкр bф / cos? = 0,95*1,94*12 /1 = 22,12 кН/м,
где bф — шаг стропильных ферм;
коэффициент надежности по назначению, ?n =0,95.
Опорная реакция ригеля рамы
= qп l/2 = 22,12*30 /2 = 331,8 кН.
Расчетный вес колонны. Верхняя часть (20% веса)
В = 0,95?1,05?0,2?0,7?12?15= 25,14 кН
Нижняя часть (80% веса)
Н = 0,95?1,05?0,8?0,7?12?15 = 100,55 кН
Поверхностная масса стен 200 кг/м ³, переплетов с остеклением 35 кг/м³. В верхней части колонны (включая вес этой части колонны):
?2?(3,6+4,5)?12 + 1,1?0,35?1,8?12) + 25,14 = 254,66 кН
В нижней части колонны:
?2?(6+3,2)?12 + 1,1?0,35?6?12) + 100,55 = 378,60 кН
Постоянные нагрузки показаны на рис. 3.
Рис. 3. Постоянные нагрузки на раму
Снеговая нагрузка.
По прил. [4] вес снегового покрова р0 = 1,0 кПа. При gнкр / р0 = 1,69 / 1,0 = 1,69 коэффициент перегрузки n = 1,4. Линейная распределенная нагрузка от снега на ригель рамы
? н ?n?c?р0?bф = 0,95?1,4?1?1,0?12 = 15,96 кН/м,
2 проекции кровли, равный при уклоне до 25о единице.
Расчет металлической конструкции фермы
... колонны выполняется в виде сплошного сечения. Пролет крана: l k =L-2×l=24000-2×750=22500 мм. На схеме поперечной рамы показаны размеры, полученные ранее. Определение нагрузок на поперечную раму ... Вертикальная нагрузка от мостовых кранов. Краны: 2х32/5, ширина крана: В 2 =6.3 м, база: К=5.1 м. Режим работы кранов: ... (230 МПа); m - коэффициент влияния решетки фермы на ее общую жесткость (0,9). Тогда А ...
Опорная реакция ригеля
= 15,96·30/ 2 = 239,4 кН
Рис. 4 Снеговая нагрузка на раму
Вертикальные усилия от мостовых кранов.
База крана (4,57 м) и расстояние между колесами двух кранов (3,18 м), а также нормативное усилие колеса — по приложению 1 (Fk1max = 520kH; Fk2max = 550kH).
Расчетное усилие, передаваемое на колонну колесами крана:
Dmax = ? н (nnc? Fk max y + nGп + ngнbтb) =0,95(1,1?0,85?(520×2.443+550×2.441) + 1,05?60 + 1,2?1,5?1,5?12) = 2538,5 кН
, nc — коэффициенты перегрузки и сочетаний; Fk max — нормативное вертикальное усилие колеса; y — ордината линии влияния; Gп — нормативный вес подкрановых конструкций; gн — полезная нормативная нагрузка; bт — ширина тормозной площадки; b — шаг колонн.
Нормативные усилия, передаваемые колесами другой стороны крана:
FК? = (9,8Q + QК) / n0 — FК max = (9,8?125 +1550) / 4 — 550 = 143,75 кН
н (1,1?0,85?143,75 ×4,884+ 1,05·60 + 32,4) = 714,30 кН
Сосредоточенные моменты от вертикальных усилий Мmax, Мmin:
Определяем расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны:
ек = 0,5hн = 0,5?1500 = 0.75 м;
Мmax = ек Dmax = 0.75?2538,5 = 1901,60 кНм;
Мmin = ек Dmin = 0.75?714,3 =535,70 кНм.
Горизонтальная сила от мостовых кранов, передаваемая одним колесом:
Рис.5. Нагрузки от мостовых кранов
ТКн = 0,05(9,8Q + GТ)/n0 = 0,05(9,8?125 + 430)/4 = 20,69 кН
Расчетная горизонтальная сила Т, передаваемая подкрановыми балками на колонну от сил ТК:
?нnnc? Тkн y = 0,95?1,1?0,85?20,69?4,884 = 89,75кН
Считаем условно, что сила Т приложена в уступе колонны.
Ветровая нагрузка.
Нормативный скоростной напор ветра q 0 = 0,27 кПа. Тип местности — А. Коэффициенты k для 10м — 1; 20 м — 1,25; 30 м — 1,4.
Расчетная линейная ветровая нагрузка, передаваемая на стойку рамы:
— аэродинамический коэффициент;
с = 0,8 — с наветренной стороны; с = 0,6 — со стороны отсоса;
- коэффициент перегрузки, n = 1,2;
В — ширина расчетного блока.
Линейная распределенная нагрузка при высоте:
до 10 м: 2,95?1 = 2,95 кН/м;
м: 2,95?1,25 = 3,69 кН/м;
м: 2,95?1,4 = 4,13 кН/м.
,6 м: 3,79 кН/м;
,75 м : 3,94 кН/м.
Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки:
Эквивалентные линейные нагрузки:
Рисунок 6 — ветровая нагрузка
2.3 Статический расчет поперечной рамы
Расчет на постоянные нагрузки. Основная система приведена на рис. 3, а, а схема нагрузки — на рис. 4,5. Сосредоточенный момент из-за смещения осей верхней и нижней частей колонны:
Краны строительные
... элемент башенного крана — ходовая рама для передачи действующих нагрузок на крановые пути. У кранов с неповоротными башнями ходовые рамы выполнены ... стройке. Большой путь прошел башенный кран, как впрочем, и вся грузоподъемная строительная техника, пока принял тот вид, ... Полиспаст позволяет получить большой выигрыш в тяговом усилии благодаря уменьшению скорости подъема груза. Барабан грузоподъемного ...
= — (331,8+254,66) ?0,25 = -146,62 кН?м
Параметры по табл.12.4 [1]:
=1/5=0,2;=6,4/22,6=0,28 ? 0,3
Каноническое уравнение левого узла
? = 1(M1):
Моменты от нагрузки на стойках (Mр):
=0,353?(-146,62)= — 51,76 кН?м
= — 0,145?(-146,62)=21,26 кН?м
= — 0,695?(-146,62)= 101,90 кН?м
=( — 0,695+1) ?(-146,62)= -44,72 кН?м
Моменты на опорах ригеля (защемленная балка постоянного по длине сечения)
/12 = — 22,12?302 /12 = — 1659 кН?м
Коэффициенты канонического уравнения:
Угол поворота
=1680,26 / 7,085i = 237,16 / i.
Моменты от фактического угла поворота (М1 ?):
от постоянной нагрузки:
Проверкой правильности расчета служит равенство моментов в узле В (-228,9 =-228,9), равенство перепада эпюры моментов в точке С (156,7-10,04= 146,66), внешнему моменту (146,62 кН), а так же равенство поперечных сил на верхней и нижней частях колонны
Рис. 7. Эпюры усилий в раме от постоянной нагрузки
Расчет на нагрузку от снега.
Проводится аналогично расчету на постоянные нагрузки. Сосредоточенный момент на колонне:
Моменты от нагрузки:
Коэффициенты канонического уравнения:
Угол поворота
=1205,68 / 7,085i = 170,17 / i.
Момент от фактического угла поворота :
Рис. 8. Эпюры усилий в раме от снеговой нагрузки
= Qa = -(129,8+38,7)/16,2 = -10,4= Na = -239,4 kHриг = -10,4 kH
Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов.
Расчет проводится при расположении тележки крана у левой стойки. Основная система и схема нагрузки приведены на рисунке:
Рис. 9. К расчету рамы на вертикальную нагрузку от кранов.
Проверка возможности считать ригель абсолютно жестким:
Каноническое уравнение для определения смещения плоской рамы:
Моменты и реакции от смещения верхних узлов на ?=1:
Моменты и реакции на левой стойке от нагрузки:
Усилия на правой стойке можно получить аналогично, или умножая усилия левой стойки на отношение:
Реакция верхних концов стоек:
Смещение плоской рамы:
При жесткой кровле по формуле:
- число рам в блоке;
— расстояние между симметрично расположенными относительно середины блока рамами; (— вторыми от торцов);
- число колес кранов на одной нитке подкрановых балок;
- сумма ординат линии влияния реакции рассматриваемой рамы.
Смещение с учетом пространственной работы:
Эпюра моментов от фактического смещения рамы с учетом пространственной работы см. на (рис. 11, г), а суммарная — на (рис. 11, д).
Эпюра Q (рис. 11, е), свидетельствует о правильном расчете (поперечные силы в верхних и нижних частях стоек рамы практически одинаковы).
Экономическая часть дипломной работы строительство
... дипломной работе и результаты работы. ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ, ПОДЛЕЖАЩИХ РАЗРАБОТКЕ В ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКЕ Постановка задачи Общая часть Практическая часть, Экономическая часть, ... Расчет экономического эффекта Экономическим эффектом (выгодой) является предполагаемая прибыль от реализации созданной разработки (программного продукта): Предполагаемая прибыль = Доход – Затраты В конце экономической части ...
Разница в значениях нормальной силы (рис. 11, ж) с левого и правого концов ригеля получилась за счет передачи горизонтальных сил на соседние рамы.
Расчет на горизонтальные воздействия мостовых кранов.
Основная система, эпюра , каноническое уравнение, коэффициент — такие же, как и при расчете на вертикальную нагрузку от мостовых кранов.
Момент и реакция в основной системе от силы Т:
Смещение верхних концов с учетом пространственной работы:
Эпюры М и Q показаны на рис. 12.
Рис. 12. Эпюры усилий от горизонтальных воздействий мостовых кранов.
Расчет на ветровую нагрузку.
- как для крановых воздействий. Эпюра на правой стойке (рис. 13.):
На левой стойке усилия получаются умножением на коэффициент:
Коэффициенты канонического уравнения:
Смещение рамы (ветровая нагрузка воздействует на все рамы блока и поэтому ):
показана на рис. 13, б.
Эпюра Q (рис. 2.9, в) на левой стойке:
На правой стойке:
Проверка (при правильном решении сумма поперечных сил внизу, должна быть равна сумме всех горизонтальных нагрузок):
Рис. 13. Эпюры усилий от ветровой нагрузки.
Таблица 2. Таблица расчётных усилий в сечениях левой стойки рамы (изгибающие моменты, кНм, нормальные и поперечные силы, кН)
3. Расчет конструкций стропильной фермы
2 , фасонок ВСт3сп5-1 по ТУ 14-1-3023-80; пояса и решетка из уголков.
.1 Сбор нагрузок на ферму
Постоянная нагрузка. Нагрузка от покрытия:
;
Узловые силы:
, ( )
Опорные реакции:
= RB = 4,5?66,71 = 300,2 кН
Снеговая нагрузка.
Расчетная нагрузка:
Узловые силы от действия снеговой нагрузки:
р = Fiр =
Опорные реакции:
= RB = 47,88?9 / 2 = 215,5 кН
Нагрузка от рамных моментов.
-ая комбинация:
(соч. 1,2,3,4*(-),5).
-ая комбинация:
Нагрузка от распора рамы.
-ая комбинация:
-ая комбинация:
3.2 Определение усилий в стержнях фермы
Усилия в стержнях фермы определяем раздельно для каждой нагрузки с помощью построения диаграммы Максвелла — Кремоны.
Для симметричных нагрузок достаточно построить диаграммы усилий только для половины фермы.
Для определения усилий от опорных моментов строим диаграмму от единичного момента, приложенного к левой опоре; зеркальное отображение этих усилий даст значение усилий в стержнях ферм от единичного момента, приложенного к правой опоре.
Усилия от единичных моментов умножаются на соответствующие значения моментов и суммируются.
Для построения диаграммы Максвелла — Кремоны единичный момент заменяется парой сил с плечом, равным расчетной высоте фермы на опоре:
Значение вертикальных опорных реакций фермы:
Конструирование стропильной фермы и ступенчатой колонны
... статического расчета, а затем и определение расчетных усилий оформляем в табличной форме (см. таблицу 3). 3.3 Подбор сечений стержней стропильной фермы Верхние и нижние пояса назначаем из тавровых ... краном. Размер l должен быть кратным 25см и принимаем l=100см. Ширина нижней части колонны: l+b0=100+25=125см. ³h/20=2400/20=120см. каркас рама колонна нагрузка 1.2 Продольная система каркаса Рис. 1.2 - ...
Усилия от всех видов загружения сводим в таблицу расчётных усилий в стержнях фермы (табл. 3).
Диаграмма усилий от постоянной нагрузки.
Диаграмма усилий от единичного момента.
Элемент№ стержняУсилия от пост. нагрузкиУсилия от снеговой нагрузкиУсилия от опорных моментовУсилия от распора рамыРасчетные усилияnc = 1nc = 0.9S1 от M1 = 1S2 от M2 = 1S1M1S2M2№ усилийРастяжение№ усилийСжатие12а2б3451234567891011121314Верхний поясb1 — 1 b2 — 3 b3 — 4 b4 — 6 b5 — 70 -637 -637 -852.1 -852.10 -390.7 -390.7 -522.7 -522.70 -470.2 -470.2 -470.4 -470.4-0.325 -0226 -0.226 -0.147 -0.1470 -0,06 -0,06 -0,099 -0.099161.9 112.5 112.5 73.2 73.20 25.1 25.1 41.5 41.5- — — — -3 — — — -161.9 — — — — 1+2а 1+2а 1+2а 1+2a- -1027.7 -1027.7 -1374.8 -1374.8Нижний поясa — 2 a — 5 a — 8356.4 789.3 828.4218.6 484.1 508.1196.7 435.7 457.30.275 0.183 0.1150,03 0,081 0.115-136.9 -91.13 -57.3-12.6 -34 -48.2-97 -87 -771+2а 1+2а 1+2а574.9 1273.4 1336.51+3+4+5 — —109.8 — -Раскосы1 — 2 2 — 3 4 — 5 5 — 6 7- 8-607,4 422,9 -261,1 -98,45 35,93-371,5 259,4 -160,2 60,38 22,1-334,4 233,5 -144,2 54,3 19,90,082 -0.076 -0.071 -0.061 0,058-0,045 -0.041 -0.036 0.031 -0,029-40,84 37,8 -35,4 30,4 28,918,9 -17,2 15,1 -12,9 12,2- — — — — 1+2а — 1+2а — 682,3 — 158,8 -1+2а — 1+2а — 1+2а-978,9 — -421,3 — 58,3Стойки3 — 4 6 — 7-109,3 -109,3-67,04 -67,04-60,4 -60,40 00 0- — — — — -1+2а 1+2а-176,3 -176,3
Подбор и проверка сечений стержней фермы.
Сечение подбираем по формулам центрального сжатия или растяжения.
Для верхнего пояса Nmax = 1374,8 кН.
и :
;
где R — расчетное сопротивление стали,
? — коэффициент продольного изгиба (зависит от ?, которая задается: для сжатых элементов ; для растянутых элементов (поясов и опорных элементов решетки) ).
- коэффициент условий работы.
Из сортамента находим равнополочные уголки 180х11 с А = 38,8*2 = 77,6см2.
Фасонки принимаем толщиной t = 14мм в зависимости от усилий в опорном раскосе N = 978,9кН.
Тогда радиусы инерции сечения равны:
Гибкость:
lef — расчетная длина элементов (принимается в соответствии со СНиП).
По таблице 1 приложения 7 находим:
Тогда
Для нижнего пояса N = 1336.5кН. требуемая площадь сечения при :
Из сортамента находим равнополочные уголки 160х10 с А = 31,4*2 = 62,8см2.
Тогда радиусы инерции сечения равны:
Гибкость:
Тогда
Аналогично изложенному выполняем расчет других элементов фермы. Результаты заносим в таблицу 3.2.
Таблица 3.2
Элемент№ стержняРасчетное усилие, кНСечение Площадь, А, см2lx/ly, смix/iy, см, см[?]Проверка сеченийРастяжениеСжатиеПрочность Устойчивость 1234567891011121314Верхн. поясb1 — 1 b2 — 3 b3 — 4161,9 — —1027,7 -1027,7160х1062,8250-0.9516.4<22.8-b4 — 6—1374,8180х1177,61200,8350,95-22,22<22.8Нижний пояса — 2574,9-109.8100х727.6120-0.9520.46<22.8-а — 51273,4-160х1062,8250-0.9521.3<22.8-а — 81336,5-160х1062,8250-0.9521.3<22.8-Раскосы1 — 2—978.9180х1177.61200,850.95-14.85<22.82 — 3682.3-100х727,6300-0.9521,93<22.8-4 — 5—421.3100х1038,41500,4720.95-20,0 <22.85 — 6158.8-50х59,6300-0.9512,6<22.8-7 — 8—58.350х59,6300-0.95—12,6<22.8Стойки3 — 4 6 — 7- —176,3 -176,370×5 70×513.72 13.72150 1500.4700.95 0.95-22,5 <22.8
Курсовая работа расчет и проектирование сварной колонны
... и стенке колонны превышают , увеличим длину ребра до 550 мм. Расчет и конструирование стыка верхней и нижней частей колонны Наибольшая вертикальная сила, действующая на траверсу, При этом каждая полка верхней ветви передает на траверсу Траверса ...
Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к фасонкам и поясам фермы.
; ; ;
Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления
Таблица расчета швов.
№ стержняСечение[N], кНШов по обушкуШов по перуNоб, кНkш, смlш, смNп, кНkп, смlп, смa — 5160х101339,629380.8354020.816b3 — 4180х111436,510060.8374310.817a — 2100х7136,8960.66410.451 — 2125х107605320.8202280.6124 — 5100х10363,152540.8101090.675 — 650х5121,05850.65360.456 — 6?70×5145,261020.66440.45
4. Расчет ступенчатой колонны производственного здания
Для верхней части колонны в сечении 1 -1 N = 547,3 kH; M = -849,5 kHм в сечении 2-2 при том же сочетании нагрузок М = 42 кНм; для нижней части колонны N1 = 3087,1 kH; M1 = -1469,3 kHм (изгибающий момент догружает подкрановую ветвь); N2 = 3465,2 kH; M2 = 1601,3 kHм (изгибающий момент догружает наружную ветвь); Qmax = -205,2 kH.
материал колонны — сталь марки Вст3кп2, бетон фундамента марки М150.
.1 Определение расчетных длин колонны
Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определим по формулам:
Так как
определим по таблице 14.1. [1]
В однопролетной раме с жестким сопряжением ригеля с колонной верхний конец колонны закреплен только от поворота;
Тогда для нижней части колонны:
для верхней:
Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей равны соответственно:
.2 Подбор сечения верхней части колонны, . Определим требуемую площадь сечения:
Для симметричного двутавра:
(для стали Вст3кп2 толщиной до 20 мм R=215 МПа = 21,5 кН/см ²);
определим по приложению 10. Примем в первом приближении , тогда
по приложению 8[1]:
Компоновка сечения: высота стенки
(принимаем предварительно ).
из условия местной устойчивости
и включаем в расчетную площадь сечения колонны два крайних участка стенки шириной по:
Требуемая площадь полки:
Реферат усиление железобетонных колонн
... сечений колонны, что существенно повышает ее несущую способность. 2.3 Усиление колонн при помощи устройства предварительно напряженных металлических распорок. Предварительно напрягаемые распорки впервые предложены Н.М. Онуфриевым для усиления железобетонных колонн. Эффективность усиления ветвей нижней части ... арматуры также определяют расчетом, ее диаметр принимают не менее 16 мм для стержней, ...
; из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ширина полки
Принимаем:
Геометрические характеристики сечения
Полная площадь сечения:
расчетная площадь сечения с учетом только устойчивости части стенки:
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента
h принимаем по приложению 10 [1]:
Для
;
Недонапряжение составляет:
Проверим устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента:
;
по приложению 7 [1]
Для определения mx найдем максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня:
По модулю
£ 5 коэффициент
a и b определяются по приложению 11 [1].
;
Поскольку
то в расчетное сечение включаем только устойчивую часть стенки
Рисунок 3.1 — сечение верхней части колонны
3 Подбор сечения нижней части колонны
Сечение нижней части колонны — сквозное, состоящее из 2-х ветвей, соединенных решеткой. Высота сечения hН = 1500мм. Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополочного двутавра, наружную — составного сварного сечения из 3-х листов. Определяем ориентировочное положение центра тяжести.
Принимаем
= 6см; h0 = h — Z0 = 150 — 6 = 144 см.
Определяем усилия в ветвях:
в подкрановой ветви:
в наружной ветви:
расстояния от центра тяжести сечения колонны до центра тяжести соответствующих ветвей.
Для подкрановой ветви
Задаемся
Определяем требуемую площадь ветвей и назначаем сечение нижней части колонны.
2 ; iу = 27,9 см; iх = 5,31 см.
Для шатровой ветви:
R=215МПа = 21,5кН/см2 (сталь Вст3кн2, листовой проат),
Для удобства прикрепления элементов решетки, просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же, как в подкрановой ветви (663 мм).
Требуемая площадь полок:
из условий местной устойчивости полки швеллера:
Принимаем: tn = 16 мм; bn = 220 мм; Ап=35,2 см 2
Геометрические характеристики ветви
Уточняем положение центра тяжести сечения колонны:
= hH — Z0 = 150 — 6 = 144 см
Отличие от первоначально принятых размеров мало, поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.
Проверяем устойчивость ветвей:
из плоскости рамы (относительно оси у — у) ly = 1620 см.
Подкрановая ветвь:
Наружная ветвь:
Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:
Принимаем lB1 = 300 см, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей.
Проверяем устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей х1 — х1 и х2 — х2)
Для подкрановой ветви:
Для наружной ветви:
4 Расчет решетки подкрановой части колонны
Поперечная сила в сечении колонны Qmax = 205,2 кН;
Условная поперечная сила:
» 0.2A = 0,2(162 + 184) = 69,2 < Qmax = 205,2кН;
Расчет решетки проводим на Qmax.
Усилие сжатия в раскосе:
Задаемся
Требуемая площадь раскоса:
= 225 МПа = 22,5 кН/см 2 (фасонный прокат из стали Вст3кп2); g = 0,75 (сжатый уголок, прикрепляемый одной полкой).
Принимаем уголок 110×8;
2 ;= 2,18см;
max = lp / imin = 212,2/2,18 = 100Þ j = 0,531
Напряжение в раскосе:
Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня
Геометрические характеристики всего сечения:
2= AB1y12 + AB2y22 = 162·772 + 184?672 = 1786474 см4
Приведенная гибкость:
— площадь сечения раскосов по 2-м граням сечения колонны.
Для комбинации усилий, догружающих наружную ветвь (сечение 4-4):=3465,2 кН; M2 = 1601,3 кНм;
Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь(сечение 3-3): N1 = 3087,1; M1 = 1469,3 кНм;
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня их плоскости действия момента проверять не нужно, т.к. она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
4.5 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны
Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом:
) М = 625,1 кНм; N = 587,0 кН;(1,3,4)
) M = -290,3 кНм; N = 802,5 кН;(1,2,5*)
Давление кранов Dmax = 2538,5 кН;
Прочность стыкового шва проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения верхней части колонны.
-ая комбинация М и N:
наружная полка:
внутренняя полка:
-ая комбинация М и N:
наружная полка:
внутренняя полка:
Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия по формуле:
— ширина опорных ребер балок.
— толщина стенки траверсы и плиты.
— длина сминаемой поверхности.
Усилие во внутренней полке верхней части колонны (2-ая комбинация):
Длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (ш2):
bf = 0,9; bz = 1,05; Rwf=18 кН/см2; Rwz=16,5 кН/см2
gwf = gwz =1;
< 85
В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы.
Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы. Такой комбинацией будет сочетание 1,2,3,4(-),5*, при которой N=802,5 кН M=23 кНм
Принимаем катет шва 7 мм
Требуемая длина шва:
Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы определим высоту траверсы:
Принимаем hтр = 105 см
Проверим прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями N, M, Dmax. Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 530х12 мм; верхние горизонтальные ребра из 2-х листов 180×12 мм.
Найдем геометрические характеристики траверсы:
Найдем положение центра тяжести траверсы:
Максимальный изгибающий момент возникает в траверсе при 2-ой комбинации усилий:
6 Расчет и конструирование базы колонны
Ширина нижней части колонны превышает 1 м, поэтому проектируем базу раздельного типа.
Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4 — 4):
- M = +1601,3 кНм;
- N = 3465,2 кН (для наружной ветви);
- M = -462,8 кНм;
- N = 3249,8 кН (для подкрановой ветви);
Определяем усилия в ветвях колонны:
База наружной ветви. Требуемая площадь плиты:
По конструктивным соображениям свес плиты С2 должен быть не менее 4 см. Тогда:
В ? bн + 2С2 = 70 + 2*4 = 78 см
принимаем В = 80 см.
принимаем L = 40 см.
2 > Аn.pl. = 2471 см2
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно:
(bn + tw — Z0) = 2(25 + 1,4 — 6,6) = 39,6 см;
при толщине траверсы
мм c1 = (40 — 39,6 — 2·2,8)/2 = 2,8см
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:
Участок 1: (консольный свес с = с1 = 2,8 см)
Участок 2: (консольный свес с = с2 = 5 см)
Участок 3: (плита опертая по контуру);
a = 0,125
Участок 4: (плита опертая по контуру);
a = 0,125
Принимаем для расчета Mmax = 78,1кН см;
Требуемая толщина плиты:
Принимаем tпл = 50 мм; (2 мм — припуск на фрезеровку)
Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности всё усилие в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой Св-08А. Принимаем катет шва kf = 10 мм. Требуемая длина шва определяется по формуле:
Принимаем hтр = 60 см.
Проверяем прочность швов
Крепление траверсы к плите принимаем угловыми швами kf=10 мм.
База подкрановой ветви.
Требуемая площадь плиты:
По конструктивным соображениям свес плиты С2 должен быть не менее 4см. Тогда:
В ? bк + 2С2 = 70 + 2·4 = 78см
принимаем В = 80см.
принимаем L =50 см.
2 > Аn,pl = 3435 см2
Среднее напряжение в бетоне под плитой:
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно bf =25 см
при толщине траверсы 28 мм
= (50 — 25 — 2·2,8)/2 = 10,1 см
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:
Участок 1: (консольный свес с = с1 = 10,1 см)
Участок 2: (плита опирается по 3 сторонам b1/a1=0,244 ?=0,06
Участок 3: (плита опертая по контуру);
a = 0,125
Принимаем для расчета Mmax = 41,63 кНсм;
Требуемая толщина плиты:
Принимаем tpl = 36 мм; (1 мм — припуск на фрезеровку)
Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности всё усилие в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва.
Сварка полуавтоматическая проволокой Св-08А. Принимаем катет шва kш = 10 мм. Требуемая длина шва определяется по формуле:
Принимаем hтр = 70 см.
Проверяем прочность швов
Крепление траверсы к плите принимаем угловыми швами kf=1 мм.
Приварку торцов колонны к плитам выполняем конструктивными швами kf =6 мм, так как эти швы в расчете не учитывались.
5. Расчет и конструирование подкрановой балки
.1 Нагрузки на подкрановую балку
2; Rср = 135МПа = 13.5 кН/см2.
Нагрузки на подкрановую балку. По приложению 1 [1] для крана Q = 125т наибольшее вертикальное усилие на колесе FkH = 550 кН; вес тележки GT = 430 кН; тип кранового рельса КР-120.
Схема крановой нагрузки.
Для кранов лёгкого режима работы поперечное горизонтальное усилие на колесе при расчете подкрановых балок:
Определяем расчетные значения усилий на колесе крана с учетом коэффициента надежности по назначению :
(для легкого режима работы табл.15.1 /1/)
; .
Определение расчетных усилий.
Определение .
Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Загружаем линию влияния момента в среднем сечении, устанавливая кран невыгоднейшим образом.
Расчетный момент от вертикальной нагрузки:
где — ординаты линий влияния; — учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке.
Расчетный момент от горизонтальной нагрузки:
Определение
Для определения максимальной поперечной силы загружаем линию влияния поперечной силы на опоре.
Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил:
2 Подбор сечения балки
Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6мм и швеллера №36.
? определим по формуле:
где .
Задаемся
Оптимальная высота балки:
Минимальная высота балки:
момент от загружения балки одним краном при n = 1.
- для кранов легкого режима работы.
(кратной 10см).
Задаемся толщиной полок ; тогда
Из условия среза стенки силой :
Принимаем стенку толщиной 1,6см;
Размеры поясных листов определим по формуле:
Принимаем пояс из листа сечения 20х480мм, Аf = 96 см 2.
Устойчивость пояса обеспечена, так как:
По полученным данным компонуем сечение балки.
Проверка прочности сечения.
Определяем геометрические характеристики принятого сечения.
Относительно оси х-х:
;
Геометрические характеристики тормозной балки относительно оси у-у (в состав тормозной балки входят верхний пояс, тормозной лист и швеллер):
Проверим нормальные напряжения в верхнем поясе:
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 высота балки .
Проверим прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана:
- (при кранах легкого режима работы);
;
- момент инерции рельса КР-120 (прил. 14 /1/);
— с = 3,25 — коэффициент податливости сопряжения пояса и стенки для сварных балок.
Список используемой литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovoy/odnoetajnoe-promyishlennoe-zdanie/
1. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведеников и др.; Под общ. ред. Е.И. Беленя, 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1986. — 560 с., ил.
— А.П. Мандриков «Примеры расчета металлических конструкций» Учебное пособие для техникумов, 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1991. — 431 с.: ил.
— СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. — 96 с.
— СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. — 36с.
— Корженко А.П., Машковцев Г.Д. «Методические указания к выполнению курсового проекта №2 по курсу «Металлические конструкции» для студентов специальности 1202″ — Новополоцк, 1984.
