Расчет производственного здания из металлических конструкций

 

1. Расчет стропильной фермы

1.1 Построение геометрической схемы фермы

Геометрическая схема фермы строится по осям элементов, проходящих через центр тяжести сечений. Привязка ферм к разбивочным осям принимается

мм.

Геометрические размеры фермы:

Рисунок 1 - Геометрические размеры элементов ферм.

Вычислим длины всех элементов фермы:

1.2 Определение нагрузок, действующих на ферму

.2.1 Постоянная нагрузка

Исходные данные для расчетов:

Скорость ветра - 4 м/с

Ветровой район - II

Снеговой район - V

Расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли:

Sq=3.2 кН/м2.

Нормативное значение ветрового давления:

W0=0.3 кПа.

Прежняя снеговая нагрузка:

Температура наиболее холодной пятидневки:

Постоянная нагрузка на 1 м2 покрытия здания определяем в табличной форме.

Таблица 1 - постоянная нагрузка на 1 м2 покрытия здания

Наименование нагрузкиqn кН/м2q кН/м21. Гравийная защита0,31,30,392. Гидроизоляц. ковер3-слойный0,151,30,1953. Утеплитель-жесткие минераловатные плиты 0,51,30,654. Пароизоляция-1 слой рубероида0,051,30,0655. Железобетонные плиты из тяжелого бетона размерами 1,61,11,766. Стропильные фермы0,21,050,217. Связи покрытия0,041,050,042Всего:3,312

Узловая сосредоточенная нагрузка, приложенная к верхнему поясу фермы определяется по формуле:

где - коэффициент надежности по ответственности и для нормального уровня ответственности принимается равным 1;

B - шаг фермы, равный 6 м.

Опорные реакции от нагрузки:

.2.2 Снеговая нагрузка

Узловые снеговые нагрузки, действующие на ферму, определяются по формуле:

Sq=3.2

µ=1e=1

Снеговая нагрузка к ферме принимается в 2 вариантах:

) Равномерный снег на всем пролете:

1.3 Определение расчетных усилий в элементах фермы

Таблица 2 - Расчетные усилия в элементах фермы

1.4 Подбор сечений элементов фермы

Элементы фермы проектируем из стали С245.

Узловые фасонки проектируем из стали С255.

1.4.1 Подбор сечений элементов верхнего пояса фермы

Сечения подбираем по максимальному усилию:

Зададимся начальной гибкостью .

По таблице 72/1/ определим коэффициент продольного изгиба центрально-сжатых элементов:

Требуемую площадь сечения определим по формуле:

где - коэффициент условий работы для элементов сварных ферм.

Для одного уголка требуемая площадь:

Для элементов из спаренных уголков предварительно назначаем толщину узловых фасонок по максимальному усилию:

Определим радиусы инерции сечения:

По сортаменту подбираем уголок с параметрами:

Проведем проверку устойчивости. Вычислим гибкости относительно осям сечения:

Необходимо проверить выполнение условия:

Необходимо выполнение условия:

Запас прочности составляет:

1.4.2 Подбор сечений элементов нижнего пояса фермы

Сечение подбирается из условия обеспечения прочности по нормальным напряжениям:

Следовательно, из условия требуемая прочность сечения определим по формуле:

Для одного уголка требуемая площадь:

Для элементов из спаренных уголков предварительно назначаем толщину узловых фасонок по максимальному усилию:

По требуемой площади из сортамента подбираем уголок с параметрами:

Определим максимальную гибкость:

Гибкость ограничивается в зависимости от режима работы крана - до 6К включительно

Проверка прочности по нормальным напряжениям:

Запас прочности составляет:

.4.3 Подбор сечения опорного раскоса

Сечения подбираем по максимальному усилию в опорном раскосе:

Зададимся начальной гибкостью .

По таблице 72/1/ определим коэффициент продольного изгиба центрально-сжатых элементов:

Требуемую площадь сечения определим по формуле:

Для одного уголка требуемая площадь:

Для элементов из спаренных уголков предварительно назначаем толщину узловых фасонок по максимальному усилию:

Определим радиусы инерции сечения:

По сортаменту подбираем уголок с параметрами:

Проведем проверку устойчивости. Вычислим гибкости относительно осям сечения:

Необходимо проверить выполнение условия:

Необходимо выполнение условия:

Запас прочности составляет:

1.4.4 Подбор сечений сжатых промежуточных элементов решетки

Сжатые промежуточные раскосы.

. Раскос Р - III:

Зададимся начальной гибкостью .

По таблице 72/1/ определим коэффициент продольного изгиба центрально-сжатых элементов:

Требуемую площадь сечения определим по формуле:

Для одного уголка требуемая площадь:

Для элементов из спаренных уголков предварительно назначаем толщину узловых фасонок по максимальному усилию:

Определим радиусы инерции сечения:

По сортаменту подбираем уголок с параметрами:

Проведем проверку устойчивости. Вычислим гибкости относительно осям сечения:

Необходимо проверить выполнение условия:

Необходимо выполнение условия:

Запас прочности составляет:

Зададимся начальной гибкостью .

Для выбора расчетного сечения углового сварного шва, сравним произведения:

Так как 17,48<19,35, расчетным сечением углового сварного шва является по металлу границы сплавления.

Проверку прочности сварного шва на срез выполним по формуле:

где - суммарная реакция опоры в узле равная:

Таким образом, определим:

ферма каркас здание нагрузка

Прочность сварного шва на срез обеспечена.

Расчет длины сварных швов для опорного раскоса Р-I:

Так как данный расчет был проведен ранее в К-образном узле и толщины фасонок совпадают, принимаем те же конструктивные длины сварных швов:

Расчет длины сварных швов для центральной стойки С - II:

1) По перу:

Максимальный и минимальный (определяемый по таблице 38/1/) катет сварного шва:

Принимаем угловой шов с неравными катетами и

По таблице 34/1/ определим коэффициенты:

Коэффициенты условий работы сварного шва равны

Для выбора расчетного сечения углового сварного шва, сравним произведения:

Так как 17.48<19.35, расчетным сечением углового сварного шва является по металлу границы сплавления.

Конструктивную длину сварного шва по перу определим по формуле:

Принимаем конструктивную длину сварного шва

) По обушку:

Принимаем катет сварного шва

Конструктивную длину сварного шва по обушку определим по формуле:

Принимаем конструктивную длину сварного шва

Расчет длины сварных швов для раскоса Р - IV:

1) По перу:

Максимальный и минимальный (определяемый по таблице 38/1/) катет сварного шва для данного раскоса:

Принимаем катет шва .

По таблице 34/1/ определим коэффициенты:

Коэффициенты условий работы сварного шва равны

Для выбора расчетного сечения углового сварного шва, сравним произведения:

Так как 17.48<19.35, расчетным сечением углового сварного шва является по металлу границы сплавления.

Конструктивную длину сварного шва по перу определим по формуле:

Принимаем конструктивную длину сварного шва

) По обушку:

Принимаем катет сварного шва

Конструктивную длину сварного шва по обушку определим по формуле:

Размеры горизонтальных накладок:

Нормальное напряжение в ослабленном сечении, в которое входят горизонтальные накладки и участок фасонки высотой, равной 2bполки, определим по формуле:

Продольные усилия для расчета присоединения горизонтальных накладок определим по формуле:

Максимальный и минимальный (определяемый по таблице 38/1/) катет сварного шва:

Принимаем катет шва .

Горизонтальные накладки присоединяются к уголкам нижнего пояса сварным монтажным швом при помощи ручной сварки в нижнем положении. Выбираем электроды марки Э42А. Расчетное сопротивлением угловых швов срезу по металлу шва - Rwf =18 кН/см2. Расчетное сопротивление угловых сварных швов по металлу границе сплавления определим по таблице 3/1/:

где - временное сопротивление стали разрыву принимаемое по таблице 51/1/.

По таблице 34/1/ определим коэффициенты:

Коэффициенты условий работы сварного шва равны

Для выбора расчетного сечения углового сварного шва, сравним произведения:

Так как 12,6<16,65, расчетным сечением углового сварного шва является по металлу сварного шва.

Конструктивную длину сварного шва определим по формуле:

.

Сварные швы рассчитываются на наибольшее из двух значений усилий:

где - расчетное усилие в панели нижнего пояса.

) По перу:

Максимальный и минимальный (определяемый по таблице 38/1/) катет сварного шва:

Принимаем катет сварного шва

По таблице 34/1/ определим коэффициенты:

Коэффициенты условий работы сварного шва равны

Для выбора расчетного сечения углового сварного шва, сравним произведения:

Так как 17.48<19.35, расчетным сечением углового сварного шва является по металлу границы сплавления.

Конструктивную длину сварного шва по перу определим по формуле:

) По обушку:

Принимаем катет сварного шва

Конструктивную длину сварного шва по обушку определим по формуле:

Вертикальные накладки присоединяются к полуфасонкам сварным монтажным швом при помощи ручной сварки в нижнем положении. Выбираем электроды марки Э42А.

Толщину вертикальных накладок принимаем не менее толщины фасонки:

Принимаем катет сварного шва

По таблице 34/1/ определим коэффициенты:

Коэффициенты условий работы сварного шва равны

Для выбора расчетного сечения углового сварного шва, сравним произведения:

Так как 12.6 <16.65, расчетным сечением углового сварного шва является по металлу сварного шва.

Длину сварного шва вычислим по формуле:

Исходя из удобства размещения болтов, присоединяющих 2 вертикальные накладки к полуфасонкам, принимаем высоту вертикальной накладки - 32 см.

Рисунок 6 - Укрупненный узел нижнего пояса

2. Расчет поперечной рамы каркаса здания

2.1 Компоновка поперечной рамы

Определим высоту между отметкой головки кранового рельса и нижнем поясом фермы, учитывая, что компенсация прогиба и вертикальный зазор безопасности равен 100 мм.

где - габарит крана на опоре, который принимается по приложению 1/2/.

Вычислим высоту нижнего пояса фермы, округляя полученное значение в большую сторону до кратного 0,6 м, за счет увеличения H1:

Тогда отметка головки кранового рельса будет равна:

Высота верхней части колонны определяется по формуле:

где - высота рельса крана и подкрановой балки соответственно.

Высоту нижней части колонны вычислим по формуле:

где - это глубина анкеровки колонны, принятая 0,6 м.

Необходимо найти отметку парапета, определяемую по формуле:

Найдем отметку конька покрытия:

где - толщина кровли, включающая в себя утеплитель, гравийную защиту, гидроизоляцию, пароизоляцию, железобетонную кровельную панель, равная соответственно:

Так как режим работы крана <7К, H<18 м, шаг ферм 6 м и грузоподъемность крана Q=50т<100т, то привязка:

Ширина верхней части колонны равна:

Привязка крана к оси колонны:

где - размер хвостовика крана, определяемый в приложении 1/2/.

Ширина нижней части колонны определится по формуле:

2.2 Определение нагрузок на поперечную раму каркаса

2.2.1 Постоянная нагрузка

Погонная равномерно распределенная нагрузка на ригель поперечной рамы определяется по формуле:

Необходимо учесть собственный вес отдельных частей колонны. Собственный вес верхней части колонны определим по формуле:

где - расход стали на 1 м2 площади здания, приходящейся на несущие колонны каркаса, определяемый по таблице 12.1/2/ и принятый 25 кг/м2.

Собственный вес нижней части колонны определим по формуле:

2.2.2 Крановая нагрузка

При расчете поперечной рамы, учитываем нагрузки от двух сближающихся кранов. Максимальное давление от колес двух кранов на рассчитываемую стойку рамы определяется по формуле:

где - коэффициент сочетания, учитывающий вероятность появления максимальной крановой нагрузки от двух кранов, принимаемый

Собственный вес подкрановой балки определяется по формуле:

Ординаты линии влияния под каждым колесом:

Коэффициент надежности по нагрузке для крановой нагрузки:

Таким образом, определим максимальное давление от колес на стойку рамы:

Нормативное минимальное давление на колесо крана определим по формуле:

где - грузоподъемность крана;

- вес крана;

- число колес с одной стороны крана.

Минимальное давление крана на противоположную стойку определяется по формуле:

Максимальный изгибающий момент в месте уступа определяется по формуле:

где - принимаем равной:

Тогда:

Минимальный изгибающий момент в месте уступа определяется по формуле:

Необходимо определить горизонтальную нагрузку от торможения тележки крана с грузом, прикладываемую в уровне верха подкрановой конструкции, либо к левой, либо к правой стойке.

Расчетное значение горизонтальной нагрузки:

- горизонтальная нормативная нагрузка на 1 колесо моста крана, определяемая по формуле:

где - собственный вес тележки крана, принимаемый по приложению 1/2/.

Расчетное значение горизонтальное нагрузки тогда будет равно:

2.2.3 Снеговая нагрузка

Снеговую нагрузку, прикладываемую к ригелю рамы в виде равномерно распределенной погонной нагрузки, для малоуклонных зданий определим по формуле:

2.2.4 Ветровая нагрузка

Нормативная ветровая нагрузка вычисляется по формуле:

Так как высота до низа стропильной фермы меньше 36 м, а так же отношение этой высоты к пролету меньше 1.5, пульсационную составляющую можем не учитывать.

Тогда вычислим среднюю составляющую нормативной нагрузки по формуле:

где - нормативное давление ветра, определяемое по таблице 5 /3/, равное 0.3 кПа;

- коэффициент аэродинамичности, определяемый по приложению 4 /3/ для нагрузки от внешнего давления;

- коэффициент, учитывающий увеличение ветрового давления при удалении от поверхности земли на высоту (z), определяемый по таблице 6 /3/ в зависимости от типа местности (В данном проекте используется тип местности - B).

При внешнем давлении ветра на вертикальные стены одноэтажного здания:

Определим коэффициенты для высот на уровне 5 м, 10 м, H=12.6 м, Нк=16.7 м:

Определим на каждом уровне с соответствующими коэффициентами :

Погонная ветровая нагрузка на стойке поперечной рамы промышленного здания для различных сечений определяется по формуле:

где - коэффициент надежности по нагрузке, который для ветровой нагрузки равен .

Определим погонную ветровую нагрузку для своих сечений:

Для удобства выполнения статического расчета поперечной рамы реальная эпюра ветрового давления заменяется в пределах высоты стойки рамы на эквивалентную равномерно распределенную нагрузку . Для этого разобьем реальную эпюру ветрового давления на фигуры с известными центрами тяжести и площадями(равнодействующими). Затем определим изгибающий момент в заделке консольной стойки по формуле:

Изгибающий момент в заделке консольной стойки длиной при действии эквивалентной равномерно распределенной нагрузке:

Из условия равенства этих изгибающих моментов () найдем :

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка, действующая на правой стойке, где действует пассивное ветровое давление, найдем по формуле:

Ветровое давление выше отметки «H» заменяется сосредоточенной нагрузкой, равной равнодействующей эпюры реального ветрового давления в пределах рассматриваемого участка:

На правой стойке:

Список литературы

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции/ Госстрой СССР. - М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 96 с.

. 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.

. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия/ Госстрой СССР. - М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 36 с.

1. Расчет стропильной фермы 1.1 Построение геометрической схемы фермы Геометрическая схема фермы строится по осям элементов, проходящих через цент

Больше работ по теме: