Металлоконструкции
Мiнiстерство освiти Украiни
Криворiзький Технiчний Унiверситет
Будiвельний факультет
Кафедра будiвельних конструкцiй
Металевi конструкцii одноповерховоi виробничоi будiвлi
Розрахунково - пояснювальна записка до курсового проекту № 2
керiвник: Ковалёв А.Ф.
студент групи ЗПЦБ 94-2 Коновалов С.В.
Кривий Рiг
1999 р.
ЗМРЖСТ
I. Визначення навантажень i розрахунок рами каркасу одноповерховоi будiвлi 2
1. Компонування конструктивноi схеми рами каркаса....................................... 2
2. Визначення розрахунковоi схеми рами i дiючих навантажень............................ 3
3. Навантаження вiд снiгу.................................................................... 4
4. Навантаження вiд мостових кранiв........................................................ 4
5. Навантаження вiд вiтру.................................................................... 5
6. Розрахунок поперечноi рами............................................................... 7
II. Розрахунок та конструювання позацентрово-стиснутих одноступiнчатих колон 9
1. Пiдбiр перерiзу стержня позацентрово-стиснутоi ступiнчатоi колони..................... 9
2. Визначення розрахункових довжин....................................................... 9
3. Пiдбiр перерiзу верхньоi частини колони................................................... 9
4. Пiдбiр перерiзу нижньоi частини колони.................................................. 13
5. Розрахунок елементiв зтАЩiднувальноi решiтки............................................ 17
6. Перевiрка стiйкостi нижньоi частини колони, як iдиного складеного стержня в площинi дii моменту 18
7. ЗтАЩiднання верхньоi та нижньоi частини колони.......................................... 19
8. База колони............................................................................... 22
III. Розрахунок пiдкрановоi балки....................................................... 24
1. Навантаження на пiдкранову балку...................................................... 24
2. Визначення розрахункових зусиль:....................................................... 24
3. Пiдбiр перерiзу балки...................................................................... 25
4. Перевiрка мiцностi перерiзу............................................................... 26
IV. Розрахунок та конструювання кроквяних ферм................................. 27
1. Збiр навантажень на ферму............................................................... 27
2. Визначення розрахункових зусиль....................................................... 28
3. Пiдбiр перерiзiв елементiв ферми.......................................................... 30
4. Розрахунок зварних швiв крiплення розкосiв i стоякiв до фасонок i поясiв ферми....... 31
5. Розрахунок i конструювання вузлiв ферми............................................... 31
Лiтература................................................................................... 35
I. Визначення навантажень i розрахунок рами каркасу одноповерховоi будiвлi
Визначаiмо розмiр H2.
що кратне 200
мм;
Висота цеху вiд рiвня полу до низу кроквяних ферм:
Найближчий розмiр
Ho, кратний 600
мм i 21600;
Приймаiмо Hо =21600 мм;
Прийнявши висоту пiдкрановоi балки i крановоi рейки визначаiмо висоту верхньоi частини колони:
Висота нижньоi частини колони:
Повна висота колони
Висоту ферми на опорi приймаiмо Hф = 2250 мм без лiхтаря.
Так як необхiдно забезпечити прохiд в тiлi колон для обслуговування кранiв, то ширину перерiзу верхньоi частини колони приймаiмо hв = 450 мм; що бiльше нiж
В межах висоти ферми перерiз призначаiмо 350
мм, (привтАЩязка зовнiшньоi гранi колони до розбивочноi осi прийнята
а = 250
мм).
Установлюiмо висоту перерiзу нижньоi частини колони, з урахуванням вiльного пересування крана вздовж цеху
Приймаiмо l1 = 750 мм;
Ширина перерiзу нижньоi частини колони
Пролiт мостового крана:
Перерiз верхньоi частини приймаiмо суцiльним, а нижньоi тАУ наскрiзним.
Обчислимо величину навантаження на 1 м2з використанням табл.1
Коефiцiiнт g= 0,95
Таблиця 1- Навантаження на 1 м2
| Склад покриття | Нормативне навантаж., кПа | Коефiцiiнт | Розрахункове навантаж., кПа |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
1. Захисний шар (бiтумна мастика з втопленим гравiiм) t = 20 мм | 0,4 | 1,3 | 0,52 |
| 2. Гiдроiзоляцiя з трьох шарiв руберойду на мастицi | 0,15 | 1,3 | 0,195 |
3. Утеплювач i щiльного пенопласту g = 0,5 кН/м3; t = 50 мм | 0,03 | 1,2 | 0,036 |
| 4. Пароiзоляцiя iз шару руберойду | 0,05 | 1,2 | 0,06 |
| 5. Стальний каркас комплексноi панелi з профiльованим настилом | 0,3 | 1,05 | 0,315 |
| 6. Власна вага кон-iй (ферми, втАЩязi) | 0,45 | 1,05 | 0,47 |
Разом | | gnпок=1,38 | g пок=1,6 |
Розрахункове рiвномiрно розподiлене навантаження на ригель рами
Опорна реакцiя ригеля на рами
Розрахункова вага верхньоi частини колони
Розрахункова вага нижньоi частини колони
Розрахункова вага стiнового заповнення, яка припадаi на верхню частину колони
Розрахункова вага стiнового заповнення, яка припадаi на нижню частину колони
Загальна вага стiнового заповнення i власноi ваги колони для верхньоi i нижньоi частини
Для м. Львова (I снiговий район) величина снiгового навантаження S0 = 0,5 кПа; коефiцiiнти g1s = 1,4; m = 1 (a ≤ 0 ≤ 25В°)
Розрахункове значення лiнiйного рiвномiрного навантаження вiд снiгу
Опорна реакцiя ригеля рами вiд снiгового навантаження:
Для крану з гнучким пiдвiсом вантажу при Q = 50/10 т;
F1к, max = 470 кН; F2к, max = 0; Gкр = 685 кН; Gm = 180 кН; 0 = 2; В2 = 6760 мм; к = 5250 мм; gfк = 1,1; gfg = 1,05; yк = 0,85; gпб = 4,5 кН/м.
1 / 12000 = y1 / 5240 y1=0,437
1 / 12000 = y2 / 10490 y2=0,874
1 / 12000 = y3 / 6750 y3=0,563
Сума ординат лiнii впливу:
Розрахункове вертикальне навантаження на колону
Мiнiмальна величина вертикального тиску на колесо
Розрахункове мiнiмальне навантаження на колону:
Нормативне значення сили гальмування вiзка крана
Горизонтальний тиск на колесо крана
Розрахункове горизонтальне навантаження на колону:
Визначаiмо величину навантаження вiд вiтру на раму. Тип мiсцевостi В.
Нормативне значення вiтру для м. Львiв w0 = 0,38 кПа (III вiтровий район);
Розрахункове значення активного тиску вiтру, в кН/м на характерних вiдмiтках:
-
на висотi 5
м-
на висотi 10
м-
на висотi 20
м-
на висотi 21,6
м-
на висотi 25
м
Величина згинаючого моменту в колонi вiд активного тиску вiтру, як в стояку з защемленим нижнiм кiнцем i вiльним верхнiм.
Величина еквiвалентного активного i пасивного рiвномiрно розподiленого навантаження на раму:
Розрахункове значення активноi i пасивноi складовоi зосередженоi навантаження вiд вiтру:
Визначаiмо спiввiдношення моментiв iнерцii елементiв рами.
Момент iнерцii ригеля:
Момент iнерцii нижньоi частини колони
Момент iнерцii верхньоi частини колони:
Якщо прийняти Iв = 1, то Iн = 7,9; Iр = 22,91;
Розрахунок рами виконано на комптАЩютерi. Розрахунок колони виконуiмо пiсля знаходження найбiльш несприятливих сполучень зусиль M i N
| 4-4 | Q | 12 | -10,9 | -2,6 | -2,34 | -18,0 | -16,2 | 18,0 | -16,2 | В±16,2 | В±14,58 | В±12,1 | В±10,89 | 87,6 | 78,84 | 76,6 | 68,4 | 1,5 | 76,7 | 1,3*,4,5 | 98,72 | 1,3,4 | -45,1 | 1,2,3,4 | -44,02 |
| N | 11 | -487,5 | -96,2 | -86,58 | -838,7 | -754,83 | -267,2 | -240,48 | В±3,6 | В±3,24 | В±3,6 | В±3,24 | 14,1 | 12,69 | -14,1 | -12,69 | 1,5* | -501,6 | 1,2,3*,4,5* | -830,49 | 1,5 | -473,4 | 1,3,4,5 | -1232,9 |
| M | 10 | +108,3 | +35,4 | +31,86 | 3,4 | 3,06 | 209,0 | +188,1 | В±242,4 | В±218,16 | В±204,1 | В±183,69 | -895,3 | -805,77 | +844,1 | +759,69 | 952,2 | 1306,11 | -787,2 | -912,77 |
| 3-3 | N | 9 | -452,3 | -96,2 | -86,58 | -838,7 | -754,83 | -267,2 | -240,48 | В±3,6 | В±3,24 | В±3,6 | В±3,24 | 14,1 | 12,69 | -14,1 | -12,69 | - | - | - | - | 1,3,4 | -1294,6 | 1,2,3,4,5* | -1309,64 |
| M | 8 | -81,7 | -9,0 | -8,1 | -308,9 | -78,01 | -103,3 | -92,97 | В±39,1 | В±35,19 | В±5,9 | В±5,31 | 80,1 | 72,09 | -65,5 | -58,95 | - | - | - | - | -429,7 | -461,95 |
| 2-2 | N | 7 | -398,3 | -96,2 | -86,58 | 3,5 | 3,15 | -3,5 | -3,15 | В±3,6 | В±3,24 | В±3,6 | В±3,24 | 14,1 | 12,69 | -14,1 | -12,69 | 1,3,4 | -398,4 | 1,3,4,5 | -379,22 | 1,5* | -412,4 | 1,2,5* | -497,6 |
| M | 6 | -54,7 | -35,1 | -31,59 | 112,2 | 100,98 | 28,6 | 25,74 | В±39,1 | В±35,19 | В±5,9 | В±5,31 | 80,1 | 72,69 | -65,5 | -58,95 | 96,6 | 153,56 | -120,2 | -145,24 |
| 1-1 | N | 5 | -391,6 | -96,2 | -86,58 | 3,5 | 3,15 | -3,5 | -3,15 | В±3,6 | В±3,24 | В±3,6 | В±3,24 | 14,1 | 12,69 | -14,1 | -12,69 | 1,5 | -378,91 | 1,3,4*,5 | -379,01 | 1,5* | -405,7 | 1,2,3*,4*,5* | -497,3 |
| M | 4 | -111,8 | -48,8 | -43,56 | 18,2 | 16,38 | -65,4 | -58,86 | В±18,3 | В±16,47 | В±69,2 | В±62,28 | 159,9 | 143,9 | -178,6 | -160,74 | 48,1 | 110,77 | -290,4 | -437,24 |
| y | 3 | 1 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 | 1 | 0,9 |
| Навантаження та комбiнацiя зусиль | 2 | Постiйне | Вiд снiгу | на лiвий стояк | на правий стояк | на лiвий стояк | на правий стояк | злiва | справа | навант. | зусил. | навант. | зусил. | навант. | зусил. | навант. | зусил. |
| Dmax | Т | Вiтер | + Mmax Nвiдп | - Mmax Nвiдп |
№ n/n | 1 | 1 | 2 | 3 | 3* | 4 | 4* | 5 | 5* | | | | |
II. Розрахунок та конструювання позацентрово-стиснутих одноступiнчатих колон Розрахунковi зусилля для верхньоi частини колони:
N1-1 = тАУ497,3 кН; M1-1 = тАУ437,24 кН×м; Q = 67,5 кН; M2-2 = тАУ84,34 кН×м.
Розрахунковi зусилля для нижньоi частини колони:
N4-4 = тАУ1232,9 кН; M4-4 = тАУ912,77 кН×м;
(згинаючий момент довантажуi пiдкранову гiлку)
N4-4 = тАУ1344,24 кН; M4-4 = 1128,87 кН×м.
(згинаючий момент завантажуi зовнiшню гiлку колони).
Q = 98,72 кН;
Довжина нижньоi частини колони l1 = 1737 см;
Довжина верхньоi частини колони l2 = 523 см;
Спiввiдношення моментiв iнерцii перерiзiв колони I2/I1 = 1/8;
Матерiал колони тАУ сталь С235; Ry = 23 кН/см2(для товщин вiд 2 до 20 мм)
Визначаiмо спiввiдношення погонних жорсткостей для верхньоi та нижньоi частини колони:
i коефiцiiнт
В залежностi вiд a1та 1 визначаiмо коефiцiiнти m1 = 1,8. Обчислюiмо
m2 = m1 /a1 = 1,8 / 0,518 = 3,47 > 3,0;
Приймаiмо m1 = 1,8; m2 = 3,0.
Розрахунковi довжини колони в площинi рами:
lx1 = m1×l1 = 1,8×1737 = 3127 см;
lx2 = m2×l2 = 3×523 = 1569 см;
Розрахунковi довжини колони iз площини рами ly1 = l1 = 1737;
ly2 = l2 тАУ hп.б = 523 тАУ 130 = 393 см.
Визначаiмо розрахунковий ексцентриситет
lx = M / N = 43724 / 497,3 = 87,9 см;
За умови достатньоi жорсткостi
h2 ³ l2 / 12 = 523 / 12 = 43,58 см;
Таким чином приймаiмо h2 = 45 см.
Для визначення необхiдноi площi перерiзу установимо попереднi значення:
ix = 0,42×h2 = 0,42×45 = 18,9 ≈ 19 см;
rx ≈ 0,35×
h2 = 0,35×45 = 15,8 ≈ 16
см;
h
= 1,25;
mef =
h×
mx = 1,25×5,57 = 6,96 ≈ 7;
jl = 0,1525.
Необхiдна площа перерiзу:
Компонуiмо перерiз верхньоi частини колони:
- висота стiнки: hw = h2 тАУ 2×tf = 45 тАУ 2×1,8 = 41,4 см; (попереднi значення товщини полиць).
За умови мiсцевоi стiйкостi
luw = 1,3 + 0,15×lx2 = 0,13 + 0,15×2,762 = 2,44;
41,4 / 0,8 = 51,75 £ 73, тобто товщина стiнки, при якiй забезпечена ii мiсцева стiйкiсть: tw ³ 41,4 / 73 = 0,59 см; Приймаiмо tw = 8 мм;
Приймаiмо перерiз полицi колони 300х18
мм, з площею
Af = 54
см2.Перевiримо забезпеченiсть мiсцевоi стiйкостi полицi
тобто мiсцева стiйкiсть полицi забезпечена.
Визначаiмо геометричнi характеристики перерiзу верхньоi частини колони
A = 2×f×tf + hw×tw = 2×30×1,8 + 0,8×41,4 = 141,12 см2.
Момент iнерцii перерiзу
см4
Момент опору:
Ядрова вiдстань:
Радiус iнерцii перерiзу:
Гнучкiсть в головних площинах:
Перевiряiмо стiйкiсть верхньоi частини колони в площинi дii згинаючого моменту
момент опору для найбiльш стиснутого волокна W = Wx;
Вiдносний ексцентриситет
Приведений вiдносний ексцентриситет:
mef =
h ×
mx = 1,35×5,1 = 6,9; де
По таб. СНiПа в залежностi вiд умовноi гнучкостi
lx i приведеного вiдносного ексцентриситету
mef, визначаiмо коефiцiiнти зниження розрахункового опору при позацентровому стиску:
jl = 0,158
тобто стiйкiсть верхньоi частини колони в площинi дii моменту забезпечена.
Процент розходження становить:
що допустимо.
Перевiряiмо стiйкiсть верхньоi частини колони iз площини дii моменту
ly = 52,4; jy = 0,832;
Максимальний момент в межах середньоi третини довжини верхньоi частини колони:
По модулю Mx = 349 кН×м > Mmax/2 = 437,24/2 = 218,62 кН×м.
Вiдносний ексцентриситет:
так як значення
mx < 5, значення коефiцiiнту
c визначаiмо за формулою:
значення
jс прийнято
Напруження в стержнi при згинально-крутильнiй формi втрати стiйкостi
Таким чином стiйкiсть стержня iз площини дii моменту забезпечена.
Для перевiрки мiсцевоi стiйкостi стiнки при втратi стiйкостi iз площини дii моменту визначаiмо стискаючi напруження на межi стiнки i полицi, i протилежному краю стiнки
так як
a> 1, то повинна виконуватися умова
Пiсля пiдстановки маiмо
Так як
то поперечнi ребра жорсткостi не потрiбнi.
Так як висота перерiзу нижньоi частини колони
h1 = l1 + a = 750 + 250 = 1000 мм < нiж (l1 + l2)/20 = 1130 мм; то приймаiмо
h1 = 1250 мм; тодi висота перерiзу нижньоi частини колони h = 1000 мм.
Установлено, що N1 = N4-4 = тАУ1232,9 кН i M1 = M4-4 = тАУ912,77 кН×м - довантажуi пiдкранову гiлку колони, а N2 = N4-4 = тАУ13442,84 кН;
M2 = M4-4 = 1120,87 кН×м - довантажуi зовнiшню гiлку колони.
Визначаiмо орiiнтовне положення центру ваги перерiзу, попередньо прийнявши yc = 4 см;
ho =
h1 тАУ
yc = 125 тАУ 4 = 121
см;
yв2 = ho тАУ yв1 =121 тАУ 67 = 54 см;
Попереднi значення Розрахункових зусиль в гiлках колони:
Максимальне зусилля в зовнiшнiй гiлцi колони
Виконуiмо попереднiй пiдбiр перерiзу гiлок колони. Для пiдкрановоi гiлки колони приймаiмо j = 0,814; (l = 60), звiдки необхiдна площа перерiзу
Проектуiмо двутавр з розмiрами
в = 60
см, що не менший нiж
Граничне вiдношення, яке забезпечуi мiсцеву стiйкiсть:
Прийнявши товщину полиць tf = 1,6 см; визначаiмо фактичне вiдношення
hw/tw = 568/12 = 47,3, що менше граничного, звiдки випливаi, що мiсцева стiйкiсть стiнки з tw= 1,2 см забезпечена.
Необхiдна площа полицi
У випадку мiнiмальних розмiрiв полки приймаiмо мiнiмально допустимий перерiз гiлки.
hw/
tw = 580/8 = 72,5 > 56,6;
За умови забезпечення мiсцевоi стiйкостi
Так як мiсцева стiйкiсть стiнки не буде забезпечуватися, частина стiнки буде виключена з роботи, а загальна площа буде зменшена на величину (hw - hred)×tw
k = 1,2 + 0,15×
l2 =1,2 + 0,15×1,98
2 =1,788;
luw = 1,3 + 0,15×l2 =1,3 + 0,15×1,982 =1,888;
Визначаiмо геометричнi характеристики прийнятого перерiзу:
Моменти iнерцii вiдносно центральних осей
Радiуси iнерцii
Попереднi значення площi зовнiшньоi гiлки колони
Для зручностi крiплення елементiв решiтки вiдстань мiж внутрiшнiми гранями полиць двутавра i складеного швелера приймаiмо однаковими (580 мм). Товщину стiнки швелера для зручностi ii зтАЩiднання стиковим швом з полицею надкрановоi частини колони приймаiмо рiвною 18 мм; а висоту стiнки за умови розмiщення зварних швiв sh = 620 мм.
Необхiдна площа полиць
вiдтАЩiмноi площi полиць, i з огляду на те, що площа зовнiшньоi гiлки дорiвнюi приблизно площi внутрiшньоi гiлки, то зовнiшню гiлку приймаiмо у виглядi також двутавра. Уточнюiмо положення центру ваги перерiзу нижньоi частини колони:
ho =
h1 тАУ
yc = 1250 тАУ 100 = 1150 = 115
см;
yb1 = 115 тАУ 49,6 = 65,4 см.
Перевiряiмо стiйкiсть гiлок колон з площини рами
Пiдкранова гiлка
Недонапруження
що допустимо.
Зовнiшня гiлкаЗбiльшуiмо товщину полиць зовнiшньоi гiлки колони до 16 мм; тодi
tf = 16
мм;
w = 56,8
см;
hred = 44,59;
Радiуси iнерцii:
Для зовнiшньоi гiлки:
За умови рiвностiйкостi пiдкрановоi колони в площинi i iз площини рами визначимо необхiдну вiдстань мiж вузлами решiтки:
Приймаiмо l = 235 см, попередньо роздiливши нижню частину колони на цiле число панелей.
l = (l1 тАУ htr тАУ10 см) = (1737 тАУ 80 тАУ 10)/7 = 235 см;
htr = (0,5тАж0,8)×h1 = (0,5тАж0,8)×115 = 57,5тАж92,
приймаiмо htr = 80 см;
Перевiряiмо стiйкiсть гiлок нижньоi частини колони в площинi рами вiдносно осей x1-x1 i x2-x2
Зовнiшня гiлка Величина умовноi поперечноi сили
таким чином розрахунок ведемо на Qmax.
Зусилля в розкосi при розташуваннi решiтки в двох площинах:
Приймаiмо
ld = 100; для якоi
j = 0,560, звiдки необхiдна площа розкосу
Приймаiмо Ð 70
x6 для якого
Ad = 8,15
см2;
imin = 2,15
см;
Напруження в розкосi
Геометричнi характеристики перерiзу
Моменти iнерцii
Радiус iнерцii
Гнучкiсть
Приведена гнучкiсть
Умова приведеноi гнучкостi
Для комбiнацii зусиль, довантажуючих зовнiшню гiлку (перерiз 4-4)
M = 1120,87
кН×м;
N = 1344,84
кН;
Для комбiнацii зусиль, довантажуючих пiдкранову гiлку (перерiз 4-4)
M = -912,77
кН×м;
N = 1232,9
кН;
Розрахункова комбiнацiя зусиль в перерiзi над уступом (перерiз 2-2)
1) M = 153,56 кН×м; N = -385,7 кН;
2) M = -154,59 кН×м; N = -503,96 кН;
Тиснення мостових кранiв Dmax = 842,204 кН;
Мiцнiсть стикового шва (шов 1) перевiряiмо по нормальним напруженням в крайнiх точках надкрановоi частини колони по першiй комбiнацii зусиль
M i N
-
зовнiшня полиця
-
внутрiшня полиця
По другiй комбiнацii зусиль
-
зовнiшня полиця
-
внутрiшня полиця
Товщину стiнки траверси визначаiмо за умови зiм'яття при товщинi опорноi плити
tpl = 30
ммде lef= d+2×tpl = 380 + 2×30 = 440 мм.
Приймаiмо товщину стiнки траверси 1см;
Максимальне зусилля, яке припадаi на внутрiшню полицю (друга комбiнацiя зусиль)
Приймаiмо напiвавтоматичне зварювання дротом СВ-08А;
d = 1,4тАж2 мм; f = 0,9; z = 1,05; Rwf = 18 кН/см2;
Rwz = 0,45×
Вместе с этим смотрят:
11-этажный жилой дом с мансардой
14-этажный 84-квартирный жилой дом
16-этажный жилой дом с монолитным каркасом в г. Краснодаре
180-квартирный жилой дом в г. Тихорецке
2-этажный 3-секционный 18-квартирный жилой дом в г. Мирном