Дипломная работа: Проектирование строительства завода цинкования мелкоразмерных конструкций

Содержание

1. Задание

2. Введение

3. Общие исходные данные

4. Функционально-технологические условия

5.Технико-экономическое обоснование принятого варианта

6. Архитектурно-строительная часть

6.1 Общие данные для проектирования

6.2 Решение генерального плана

6.3 Объемно-планировочное решение

6.4 Конструктивное решение

6.5 Теплотехнический расчет стенового ограждения

6.6 Технико-экономические показатели

7. Санитарно-техническое оборудование

7.1 Отопление и вентиляция

7.2 Водоснабжение и канализация

7.3 Электротехническая часть

8. Расчетно-конструктивная часть

8.1 Краткая характеристика основных конструкций каркаса здания

8.2 Расчет ферм

8.3 Расчет прогона

8.4 Расчет рамы

8.5 Основания и фундаменты

9. Технология, организация, планирование и управление строительства

9.1 Выбор методов производства работ

9.2 Проектирование технологии производства работ

9.3 Технологическая карта на монтаж каркаса покрытия

9.4. Выбор рациональных методов организации работ

9.5 Проектирование плана финансирования строительства

9.6 Календарные планы строительства объекта

9.7 Разработка планов обеспечения ресурсов

9.8 Строительный генеральный план

10. Экономическая часть и технологические показатели

11. Техника безопасности и охрана труда

11.1 Анализ основных опасных и вредных факторов производственного процесса

11.2 Пожарная безопасность

11.3 Электробезопасность

11.4 Расчёт устойчивости крана

11.5 Техника безопасности на строительной площадке при выполнении работ

11.6 Определение опасных зон

11.7 Охрана окружающей среды

12. Список использованной литературы

1. Задание

2. Введение

В данной работе разработан проект строительства завода цинкования мелкоразмерных конструкций. Проработаны следующие разделы: архитектурно-строительный; расчётно-конструктивный; технология строительства; экономический; техника безопасности и охрана труда. Были рассчитаны следующие конструкции: стропильная ферма, сплошная колонна среднего и крайних рядов, фундаменты под среднюю и крайние колонны. Графическая часть включает в себя: 1-фасады здания; 2-план; 3-разрезы и план кровли, узлы; 4-план озеленения; 5-ферма Ф-1; 6-ферма Ф-2; 7- поперечная рама завода, схемы связей, колонны К-1,К-2 и К-3; 8-палан фундаментов;9календарный план;10-стройгенплан; 11-технологическая карта на монтаж конструкций покрытия.

3. Общие исходные данные

Место строительства г. Тула. Район строительства по снеговой нагрузке III, по ветровой нагрузке I (расчетный вес снегового покрова-1.8кПа, расчетная температура наружного воздуха-28ÅС, скоростной напор ветра-0.23кПа).

Климатический район строительства – II В

Расчетная снеговая нагрузка – 180 кг/м²

Нормативный скоростной напор ветра – 23 кПа

Расчетная зимняя температура - -28°С

За отметку 0.000 принят уровень чистого пола цеха

4. Функционально-технологические условия

Завод цинкования мелкоразмерных конструкций располагается на территории г. Тулы и состоит из:

·производственного корпуса (цех горячего цинкования);

·бытового корпуса;

·административно-бытового корпуса;

·погрузочно-разгрузочных площадок (2 шт.);

·трансформаторной подстанции;

·контрольно-пропускного пункта (КПП);

·площадки для кратковременной стоянки 8 автомобилей;

·вольера для служебных собак;

·ограждения.

Процесс горячего цинкования – это гальваническое (диффузное) покрытие, получаемое при погружении металлического изделия в расплавленный цинк при t = 440 - 460 СÅ. В результате реакции между металлом и цинком создаётся сплав металла с цинком и таким образом формируется прочное, стойкое и долговечное покрытие, сохраняющее обрабатываемый металл от коррозии. Поверхность обрабатываемого металла должна быть хорошо очищена по средством обезжиривания и травления для получения химически чисто поверхности.

Горячему цинкованию подвергаются изделия из углеродной стали с массовой долей кремния не более 0,37% углерода не более 0,18% согласно ГОСТ 24723.

Технологический процесс горячего цинкования включает в себя следующие операции:

·      цеховая кран-балка перемещает траверсу в ванну обезжиривания, где в растворе ~9% кислотного обезжиривания в ~20 мин, при t=45ÅС изделия проходят предварительную обработку;

·      затем изделия подаются в ванну травления на 40 мин. В раствор 16% - 22% соляной кислоты при t=40ÅC;

·      далее изделие кран-балкой подаётся в ванну флюсования, в раствор: хлористый цинк 250 – 350 г/л, эмульгатор ОП-10 до 10 г/л;

·      кран-балка перемещает траверсу в сушильную камеру на 10мин. при t = 80 - 120ÅС;

·      далее траверса с изделиями перемещается в печь цинкования. Цинкование осуществляется путём плавного погружения изделий в расплав, оптимальная скорость загрузки – 0,5 м/мин.

Доставка сырья и материалов на предприятие и вывоз готовой продукции осуществляется автомобильным транспортом.

Транспортные операции внутри участков осуществляются автопогрузчиками.

Затраты на специальные природоохранные мероприятия в проекте не предусмотрены.

5. Технико-экономическое обоснование принятого варианта

Технико-экономическое обоснование будем проводить по расходу материала, в единицах измерения [кг]. Расчет ферм смотри п.8 донного проекта.

Первый вариант – фермы металлические с трапециевидной формой с сечением элементов из спаренных уголков и опорными нисходящими раскосами.

Рис. 5.1. Отправочная марка фермы по первому варианту.

Спецификация стали марки ВСт3пс6-1

Рис. 5.2. Отправочная марка фермы по второму варианту.

Спецификация стали марки ВСт3пс6-1

Второй вариант экономически лучше, т.к. масса отправочной марки на 716,65кг. легче. Но во втором методе в сборочных марках используется прокатный тавр, который импортируется, в следствии чего масса 1кг. стали дороже отечественного. Если прокатные тавры изготавливать путем продольного распиливания двутавров отечественного изготовления, то это не приведет к уменьшению себестоимости стали, т.к. технология распиливания двутавров в тавры сложный и требует специального технологического оборудования.

В конструкции покрытия будем использовать ферму по первому варианту сравнения.

6. Архитектурно-строительная часть

6.1 Общие данные для проектирования

Место строительства г. Тула. Район строительства по снеговой нагрузке III, по ветровой нагрузке I. Рельеф территории застройки - спокойный. Грунт – пучинистый (суглинок мягкопластичный). Расчетная зимняя температура - -28°С. За отметку 0.000 принят уровень чистого пола цеха.

6.2 Решение генерального плана

Участок проектирования расположен в г. Туле.

На участке проектирования размещаются следующие здания и сооружения:

·производственный корпус (цех горячего цинкования);

·бытовой корпус;

·административно-бытовой корпус;

·погрузочно-разгрузочные площадки (2 шт.);

·трансформаторная подстанция;

·контрольно-пропускной пункт (КПП);

·площадки для кратковременной стоянки 8 автомобилей;

·вольер для служебных собак;

·ограждение.

В основу компоновки генерального плана положена технологическая схема производства.

На участка проектирования прокладываются сети:

·хозяйственно-питьевого производственного и противопожарного водопровода;

·бытовой и производственной канализации;

·электроснабжения;

·газопровода.

Прокладка сетей на участке, за исключением газопровода, предусматривается подземным способом. Прокладка газопровода – на опорах.

Для обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условий и создания благоприятной производственной среды на участке проектирования и его архитектурно-декоративного оформления проектом предусматриваются следующие мероприятия по благоустройству территории и ее озеленению:

·устройство дорог и тротуаров с твердым покрытием;

·устройство газонов и цветника;

·посадка деревьев;

·установка малых архитектурных форм (скамьи и урны).

Основным видом озеленения приняты газоны. Газоны устраиваются обыкновенные.

Основные показатели по генеральному плану на листе графической части.

6.3 Объемно-планировочное решение

6.3.1 Производственный корпус

Проектом предусматривается строительство одноэтажного отапливаемого здания со световым фонарем между осями: 2-12, монолитным железобетонным фундаментом и металлическим каркасом. Внешние стены цеха: навесные стеновые панели толщиной – 100мм.

Пролет А-Б по всей длине здания (120м.) оборудован четырьмя мостовыми кранами легкого режима работы. Пролет Б-В бескрановый, длиной 50.0 м.

Габариты здания:

·           длина -120.0 м.;

·           ширина-24.0 + 18.0 = 42м.;

·           высота до низа стропильных конструкций в пролёте А-Б – 11.1м., в пролёте Б-В – 8.89м.;

·           отметка головки крановогорельса – 9.1м.

Пролет А-Б оборудован световым фонарём, расположенным по коньку пролёта.

Кровля легкая, рулонная.

6.3.2 Бытовой корпус

Здание бытовых помещений пристроено к основному корпусу цеха вдоль оси В, между осями 3-7, отделено от производственных помещений кирпичной стеной, толщиной – 380мм. Это двух этажное здание с металлическим каркасом. Перекрытия сборное железобетонное, фундамент монолитный. Все внутрение перегородки – кирпичные: кирпич М50, раствор М100. Наружные стены из навесных трехслойных панелей.

За отметку 0.000 принят уровень чистого пола первого этажа. Вдоль периметра здания предусмотрен асфальтовая отмостка на щебеночной основе, шириной – 1.0 м. Кровля легкая, рулонная.

Бытовые помещения расчитаны на 80 человек работающих при трехсменном режиме работы.

6.4 Конструктивное решение

6.4.1 Конструктивные решения производственного корпуса:

·           здание запроектировано в цельнометаллическом каркасе с легкими ограждающими конструкциями стен и кровли;

·           каркас решен по связевой схеме (жескость каркаса обеспечивается системой горизонтальных и вертикальных связей);

·           кровля предусмотрена двускатной с уклоном равным 12% и организованным наружным водоотводом;

·           шаг основных колонн каркаса по продоляным рядам предусмотрен равным 10.0м., фахверковых колонн -5.0м. (между основными колоннами), торцевых – 6.0м.;

·           стропильные конструкции запроектированы в виде ферм трапецивидной формы с сечением элементов из спаренных и одиночных уголков и опорными нисходящими раскосами;

·           шаг стропильных ферм принят равным 10.0 м.;

·           стеновое ограждение разработано с применением типовых стеновых панелей типа «Сендвич»;

·           для облегчения выверки при монтаже колонн каждый анкерный болт имеет гайки и шайбы верху и снизу опорной плиты;

·           обрез фундамента располагается на отметке -0,200. Фундамент под колонны крайнего ряда, свайный, с размерами подколонника (ростверка) 600х600мм., глубина заложения -1.5м. Фундамент под колонны среднего ряда, свайный кустовой, с размерами подколонника 600х600мм.,ростверка 1600х1600мм., глубина заложения -1.5м.

·           конструкция пола см. табл. 6.1.

Экспликация полов

Таблица 6.1

*-номер помещения см. лист 2 графической части

·           окна и двери см. ведомость заполнения проемов на листе 3 графической части.

6.4.2 Конструктивные решения бытового корпуса:

·           здание запроектировано в цельнометаллическом каркасе с легкими ограждающими конструкциями стен и кровли;

·           каркас решен по рамной схеме (жескость каркаса обеспечивается заделкой колонн в фундамент и шарнирное соединение ригеля с колонной);

·           кровля предусмотрена двускатной с уклоном равным 5% и организованным наружным водоотводом;

·           шаг колонн каркаса по продоляным рядам предусмотрен равным 5.0м., торцевых – 6.0 м.;

·           стеновое ограждение разработано с применением типовых стеновых панелей типа «Сендвич»;

·           обрез фундамента располагается на отметке -0,200. Фундамент под колонны свайные, с размерами подколонника (ростверка) 600х600мм., глубина заложения -1.5м. Под колонны среднего ряда, фундамент выполнен в виде свайного куста, с размерами ростверка 1600х1600мм., глубина заложения -1.5м.

·           фундамент под стены лестничной площадки выполнен ленточным из сборных железобетонных блоков;

·           конструкция пола см. табл. 6.2.

Экспликация полов

Таблица 6.2

*-номер помещения см. лист 2 графической части

·           отделка помещений см. табл. 6.3.

Ведомость отделки помещений. Площадь,м²

Таблица 6.3

·           окна и двери см. ведомость заполнения проемов на листе 3 графической части.

6.5 Теплотехнический расчет стенового ограждения

Строительство ведется в г. Тула.

Влажностный режим – умеренный.

I. Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных), отвечающим санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяется по формуле (1)

СНиП II-3-79^*

где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по табл. 3^* СНиП II-3-79^*;

t_в – расчетная температура внутреннего воздуха, ⁰С, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений;

t_н – расчетная зимня

я температура наружного воздуха, ⁰С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 2.01.01-82;

Δt^н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 2^* СНиП II-3-79^* ;

α_в – коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4^* СНиП II-3-79^* .

где n = 1;

t_в = 22 ⁰С; t_н = – 28⁰С; Δt^н = 6,0⁰С.

II. Требуемое сопротивление теплопередаче градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) определяем по формуле (1а) СНиП II-3-79^*

ГСОП=(t_в-t_от.пер.)z_от.пер.

где t_в – то же что и в формуле 1;

z_от.пер – средняя температура , ⁰С, и продолжительность, сут, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8⁰С по СНиП 2.01.01–82.

где t_в = 22 ⁰С; t_{от.пер .}= – 3,8⁰С; z_от.пер = 213 сут.

III. Термическое сопротивление R м^{2 0}С/Вт, слоя многослойной ограждающей конструкции определяем по формуле 3 СНиП II-3-79*

ГСОП = (22+3,8) × 207 = 5340,6

где δ– толщина слоя, м;

λ – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/ ( м ⁰С), принимаемый по прил. 3^* СНиП II-3-79^*.

а) Сталь.

б) Стекловолокнистый материал, плотностью 17 кг/м³

в) Сталь.

V. Сопротивление теплопередаче R₀ м^{2 0}С/Вт ограждающей конструкции следует определять по формуле (3) СНиП II-3-79^*

где α_в то же, что в формуле (1);

R_к – термическое сопротивление, м²*⁰С/Вт, определяемое многослойной в соответствии с пп. 2.2 и 2.8 СниП II-3-79^*;

α_в – коэффициент теплопередачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающих конструкций, Вт/( м ⁰С),принимаемый по таблице 6^*.

VI. Термическое сопротивление R_к м^{2 0}С/Вт, ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев

R_к = (R₁+ R₂+………+ R_n)*r

где R₁ ,R₂ ,…….R_n – термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции, м^{2 0}С/Вт, определяемые по формуле 3^* СниП II-3 79^*.

R_к = (0,00001 + 2.5 + 0,00001)*0,94 = 2.35

где r = 0,94 – понижающий коэффициент для R_к, определяемый по табл. 13 СНиП II-3-79^* .

Полученный результат сравниваем с R_ГСОП^тр ,взятом из табл. 1 б* СНиП II-3-79^*

R₀=2,53> R_ГСОП^тр=2,07

Запроектированная многослойная ограждающая конструкция отвечает требованиям СНиП II-3-79*.

6.6 Технико-экономические показатели

Производственный корпус:

·           площадь застройки – 4113.5 м²

·           строительный объем – 391952.44 м³

·           общая площадь – 3898.3 м²

Бытовой корпус:

·           площадь застройки – 375.0 м²

·           строительный объем – 2812.5 м³

·           общая площадь – 672.0 м²

7. Санитарно-техническое оборудование

7.1 Отопление и вентиляция

7.1.1 Производственный цех

Отопление в помещениях цеха горячего цинкования воздушное. Агрегаты воздушного отопления нагревают рециркуляционный воздух. Трубопроводы систем отопления приняты из стальных труб: водогазопроводных по ГОСТ 3262-75* и бесшовных по ГОСТ 8732-70. Неизолированные трубопроводы окрашены масляной краской за два раза. Система отопления рассчитана на поддержание температуры внутреннего воздуха +15ÅС - 22ÅС. Для нагрева воздуха в отопительных агрегатах служит горячая вода с параметрами Т1=85ÅС, Т2=65ÅС. Приготовление горячей воды осуществляется в теплоэкономайзере, работающем на дымах, выходящих из печи цинкования. Для предотвращения проникновения холодного воздуха в цех, при открывании ворот, проектом предусмотрена установка воздушных отсечных завес. Завесы устанавливаются в горизонтальном положении над воротами.

Вентиляция цеха горячего цинкования запроектирована приточно-вытяжная с механическим побуждением. В проекте предусмотрены установки приточных и вытяжных систем.

1. В продольном направлении по бортам ванн цинкования установлены трубы всасывания, снабженные рядом специальных отверстий. Дымы сгорания, получаемые от печи цинкования, попадают в блок теплоэкономайзера через дымоходы, проложенные в железобетонном полу. От теплоэкономайзера дымы поступают в каналы генератора тепла для сушильной камеры для последующего смешивания или выброса в атмосферу, исходя из того, следует ли еще их температура заданным температурным пределам.

2. Система очистки «белых» дымов состоит из:

·установки всасывания «белых» дымов;

·установки фильтрации «белых» дымов.

Установка всасывания и выброса «белых» дымов основана на принципе создания герметического закрытия во время погружения материала, достаточного для достижения эффективности улавливания, приближающейся к 100%. Система состоит из трех основных частей:

·неподвижная кабина, размещенная на самой печи и оснащенная подвижными дверями и окнами;

·подвижный дымоуловитель в виде колпака, расположенный на мостовом кране цинкования, который соответствует неподвижной кабине и завершает закрытие в виде «коробки»;

·часть, занимающаяся непосредственно всасыванием, состоящая из одной трубы всасывания, вентилятора и выхлопной трубы. Если требуется фильтрация выбрасываемых дымов, достаточно просто вставить систему фильтрации сразу после вентилятора всасывания.

 Фильтр для белых дымов устанавливается после вентилятора всасывания. Условленная электрическая мощность учитывает увеличение мощности, которое требуется вентилятору всасывания из-за потерь нагрузки, вызванных наличием фильтра.

Пропускная способность всасывания: 90.000м³/час.

Размеры вытяжной трубы: 1.4х14.0м.

Степень очистки: 98%.

3. Система очистки «кислых» дымов состоит из:

·установки всасывания испарений кислоты;

·установки уничтожения паров кислоты.

Установка уничтожения паров кислоты комбинируется с установкой, описанной ниже. Воздух вынуждают проходить через промывочную колонну с компонентами наполнения, где встречается с водой в противотоке. Затем, перед выбросом в атмосферу, воздух встречается с отделителем капель.

Установка всасывания испарений кислоты и удаления паров кислоты изготовлены по принципу поддержания в состоянии разрежения всей зоны испарений, находящейся над ваннами предварительной обработки, поэтому воздух, находящийся над ваннами, стремится вниз. Именно поэтому каналы по бортам ванн установлены и расположены так, чтобы позволить правильное применение данного принципа работы.

Таким образом, система базируется на том, что один или несколько вентиляторов всасывания, в зависимости от объёмов, подлежащих всасыванию, постоянно забирают воздух: в этом случае вынужден проходить через отверстия, оставленные между желобками.

Объём потока выброса: 37000м³/час.

Размеры вытяжной трубы: 1.5х14.0 м.

Степень очистки: 98 %.

4. В проекте приняты централизованные установки приточно-вытяжной вентиляции. Вентплощадка под размещение приточных камер расположена на первом этаже пристроенных к цеху бытовых помещений. Вентплощадки под размещение вытяжных вентиляторов предусмотрены непосредственно в цехе. Схема воздухозабора приточных систем решена с учетом размещения приемных устройств в менее загрязненной зоне. Очистка наружного приточного воздуха от пыли предусмотрена в ячейковых фильтрах. Нагрев приточного воздуха осуществляется в электрокалориферах. В целях освобождения основного объема производственного помещения от инженерных коммуникаций, прокладка их ведется по возможности в межферменном пространстве.

В целях защиты от коррозии воздуховоды, приточной и вытяжных систем, изготовлены из стали тонколистовой оцинкованной. Вытяжные вентиляторы предусмотрены из нержавеющей стали. В теплый и переходный периоды года в дополнение к механической системе вытяжной вентиляции проектом предусмотрено устройство естественной вентиляции. Естественная вентиляция осуществляется через аэрационный фонарь и открывающиеся фрамуги окон.

7.1.2 Бытовой корпус

Теплоснабжение бытового корпуса осуществляется от электрического котла. Параметры теплоносителя (горячей воды на нужды отопления Т1=85ÅС, Т2=65ÅС. Система отопления в помещениях бытового корпуса завода цинкования запроектирована водяная, однотрубная с нижней разводкой. Основная разводка магистральных трубопроводов отопления осуществляется по полу первого этажа. В качестве нагревательных приборов приняты радиаторы алюминиевые GLOBAL. Для выпуска воздуха из системы отопления на приборах верхнего этажа установлены автоматические воздуховыпускные краны. Для отключения стояков на них предусмотрена установка шаровых кранов. Для монтажной регулировки теплоотдачи установленных радиаторов на подающих подводках к ним запроектированы шаровые краны. Трубопроводы системы отопления выполнены из стальных водогазопроводных труб по ГОСТ 3262-75*. Не изолированные трубопроводы окрашены масляной краской за два раза. Система отопления рассчитана на поддержание температуры внутреннего воздуха +18 - +20ÅС.

Вентиляция в помещениях бытового корпуса предусмотрена приточно-вытяжная с механическим побуждением. Воздух подается в верхнюю зону помещений через жалюзийные решетки. Удаление воздуха происходит по воздуховодам, с помощью канальных вентиляторов. Вытяжной воздух выбрасывается выше уровня парапета на 0.5 м.

7.2 Водоснабжение и канализация

Врезка проектируемого водопровода предусмотрена в магистральный трубопровод диаметром 150мм., проходящий по территории промышленной площадки в минимальном приближении к проектируемому заводу цинкования на расстоянии 7.5м. На месте врезки устанавливается отключающая арматуру (задвижка), пожарный гидрант и монтируется ж/б колодец. Источником водоснабжения проектируемой промзоны является скважина с дебитом воды 90м³/час. Артезианская скважина расположена вблизи проектируемой промплощадки, скважинный насос работает автоматически от датчиков давления в аккумуляторных баках. В узле ввода установлены два гидропневматических мембранных бака объемом 500м³. Магистральная сеть водопровода по территории промплощадки запроектирована тупиковой длиной 190м. Оканчивается водопроводная сеть колодцем с пожарным гидрантом и отключающей арматурой на ввод водопровода в бытовой корпус и на перспективную подачу воды на соседние предприятия. По периметру корпуса расставлены наружные поливочные краны диаметром 25мм. Трубопроводы запроектированы из стальных труб. магистральные трубопроводы диаметром 100мм. смонтированы в теплоизоляции. Подводки водопровода к техническому оборудованию в полу уложены в футляры. Хозяйственно-фекальные сточные воды с территории проектируемой промышленной площадки, отводятся в существующую сеть канализации, расположенной рядом.

Водопроводные и канализационные колодцы выполнены из сборных ж/б элементов. Трубопроводы наружных сетей водоснабжения и канализации запроектированы из полиэтиленовых труб.

Расчетные расходы воды на проектируемой площадке по корпусам приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1

Расход воды на наружное пожаротушение равен 25л/с, на внутреннее пожаротушение производственного корпуса – 2 струи по 2.6л/с. Противопожарный объем 250м³ хранится в резервуарах, расположенных за территорией промплощадки. Потрубный напор у пожарного крана с рукавом длиной 20м. с диаметром спрыска наконечника пожарного ствола – 13мм. составляет 21м. Потребный напор на вводе в здание – 30м.

Расчетный расход хозяйственно-фекальной канализации равен

9.191м³/сут; 6.82 м³/ч.

7.3 Электротехническая часть

7.3.1 Производственный цех

Силовое электрооборудование

Электроснабжение осуществляется от запроектированной подстанции. В качестве распределительного принят шкаф типа ПР 8000. Расчетная мощность Р_р=900кВт. Распределительные сети выполняются кабелем ВВГнг, проложенным в лотке по стропильным конструкциям, в полу в стальных трубах.

Электроосвещение.

Предусматривается рабочее, аварийное и эвакуационное освещение. Используются светильники с ртутными лампами и лампами накаливания. Управление освещением осуществляется автоматическими выключателями со щитов. Групповые сети осуществляются кабелем ВВГнг, проложенным открыто, по строительным конструкциям. Заземление светильников выполняется присоединением их корпусов к специально проложенной «РЕ» жиле сети освещения.

7.3.2 Бытовой корпус

Силовое электрооборудование.

В качестве вводного устройства принят шкаф типа ВРУ 1-А-11-10 в качестве распределительного шкафа -тип ПР 8000. Расчетная мощность Р_р=120кВт. Распределительные сети выполняются кабелем ВВГнг, проложенным открыто по стенам и в подшивных потолках.

Электроосвещение.

Предусматривается рабочее, аварийное и эвакуационное освещение. Используются светильники с люминесцентными лампами и лампами накаливания. Управление освещением осуществляется индивидуальными выключателями. Групповые сети осуществляются кабелем ВВГнг, проложенным как открыто, так и скрыто в слое штукатурки по стенам, в пустотах плит перекрытий, за подвесным потолком из негорючим материалов. Для уменьшения пульсации приняты светильники с электронными ПРА. Коэффициент запаса 1.4. Заземление светильников выполняется присоединением их корпусов к специально проложенной «РЕ» жиле сети освещения.

8. Расчетно-конструктивная часть

8.1 Краткая характеристика основных конструкций каркаса здания

Поперечные рамы каркаса состоят из колонн (стоек рамы) и ригелей (ферм с шарнирным сопряжением). Продольные элементы каркаса – это подкрановые конструкции, связи между колоннами и фермами, прогоны. Кроме перечисленных элементов в состав каркаса входят конструкции торцевого фахверка и продольного, площадок, лестниц и других элементов здания.

Чрезвычайно большое влияние на работу каркаса здания оказывают краны, поэтому при проектировании каркаса здания необходимо особо учитывать режим работы мостовых кранов, который зависит от назначения здания и производственного процесса в нем. Режим работы крана определяется его загруженностью в течение суток и в течение года, а также скоростью перемещения крана и тележки. Режим работы мостовых кранов – легкий (3К). Количество кранов 4шт.

Подкрановые балки. Конструкция подкрановых балок - обычный прокатный двутавр. Подкрановые балки воспринимают только вертикальные нагрузки. Для восприятия горизонтальных нагрузок от крана конструируют тормозные балки или фермы, которые с помощью стальных специальных деталей крепятся к колоннам. По торцам здания на верхних поясах подкрановых балок или ферм устанавливают концевые упоры для предотвращения непосредственного наезда крана на торец здания.

Связи – это важные элементы каркаса, обеспечивающие неизменность пространственной системы каркаса и устойчивости его сжатых элементов; восприятия и передачи на фундамент некоторых нагрузок (ветровых и горизонтальных от кранов); обеспечение совместной работы поперечных рам при местных нагрузках; создающие жесткость каркаса, необходимую для нормальных условий эксплуатации. Связи подразделяются на связи между колоннами связи между фермами. Система связи между колоннами обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса и его несущую способность в продольном направлении, а также устойчивость колонн из плоскости поперечных рам. Для выполнения этих функций необходим хотя бы один жесткий вертикальный диск по длине температурного отсека и система продольных элементов, прикрепляющих колонны, не входящие в жесткий диск. В жесткие диски включены две колонны, подкрановая балка, горизонтальные распорки и решетка. Решетка чаще проектируется крестовой, элементы которой работаю на растяжение, и продольная, элементы которой работают на растяжение и сжатие. При больших шагах колонн в нижней части колонны целесообразно применять портальные связи, а в верхней – использование подстропильной фермы. При небольшой длине здания ставится вертикальная крестовая связь в одной панели посредине температурного блока (в подкрановой части колонн) и крестовые связи по краям температурного отсека (в надкрановой части колонн), что целесообразно с точки зрения монтажа и однотипности решений. Связи, устанавливаемые в пределах высоты ригелей в связевом блоке и по торцам здания – проектируются в виде самостоятельных связевых ферм. Сечение связей выполнено из уголков (так же может быть из швеллеров, прямоугольных и круглых труб).

Рис. 8.1 Схема вертикальных связей между колоннами и между стойками фонаря

Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей.

Горизонтальные связи располагаются в плоскостях нижнего и верхнего поясов ферм.

Рис. 8.2 Схема связей покрытия

1 – вертикальные связи по колоннам; 2 – вертикальная связь фонаря; 3 горизонтальные связи покрытия; 4 - прогоны; 5 - распорки; 6 – фермы; 7 – фермы фонаря

Горизонтальные связи могут быть поперечными и продольными. Поперечные – устраиваются для закрепления прогонов от продольных смещений, они располагаются в торцах здания – для обеспечения пространственной жёсткости покрытия. Поперечные связи закрепляют продольные, а в торцах здания они необходимы и для восприятия ветровой нагрузки, направленной на торец здания.

Стропильные фермы обладают незначительной боковой жёсткостью, поэтому необходимо устанавливать вертикальные связи между ними (рис. 8.2.).

8.2 Расчет ферм

8.2.1 Обоснование принятого варианта стропильной фермы.

Выбор очертания стропильной фермы является первым этапом их проектирования. Очертание ферм в первую очередь зависит от назначения сооружения. Оно должно отвечать принятой конструкции сопряжений с промышленными элементами. Так, очертание стропильной фермы промздания зависит от назначения цеха, типа кровли, типа и размера фонаря, от типа соединения ферм с колоннами (шарнирное или жёсткое)

Исходя из исходных данных:

- пролет фермы Ф-1 - 24 м;

- пролет фермы Ф-2 - 18 м;

- шаг ферм - 10 м;

- тип кровли - теплая облегченная.

Выбираем ферму трапецеидального очертания с треугольной решёткой с дополнительными стойками. Так как будут применяться кровельные материалы, не требующие больших уклонов, примем уклон 12 %. Конструкция предназначена для применения в отапливаемом здании с неагрессивной средой, возводимом во III районе по весу снегового покрова, в I районе по скоростному напору ветра, в районе с расчетными температурами наружного воздуха –280С и выше. В качестве несущего и ограждающего элемента кровли используется стальной профилированный оцинкованный настил, укладываемый непосредственно по прогонам.

Решётка фермы работает на поперечную силу, выполняя функции стенки сплошной балки. От системы решётки зависит: трудоёмкость её изготовления, внешний вид, нагружение фермы. Панели должны соответствовать расстояниям между элементами, передающим нагрузку на ферму. Решётка ферм и основные геометрические размеры показаны на рис. 8.3.

Рис. 8.3 Геометрическая схема стропильных ферм Ф1и Ф2

8.2.2 Расчет и конструирование ферм

Описание конструктивного решения кровли. Сбор нагрузок на стропильные фермы.

Принимаем следующий состав кровли:

по прогонам стальной профилированный настил марки ПГЛ57-900-0.7;

утеплитель h = 150 мм из стекловолокнистых мат ( = 17 );

стальной профилированный настил марки Н75-750-0.7.

Все нагрузки, действующие на ферму, передаются, на узлы фермы к которым присоединяются элементы поперечной конструкции (прогоны кровли).

Нагрузка, действующая на ферму состоит из постоянной (вес покрытия) и временной (вес снега).

Сбор нагрузок Таблица 8.1

Ферма Ф-1 симметрична, рассчитываем только половину фермы.

Ферма Ф-2 не симметрична, расчет ведем всех стержней.

Расчет усилий в стержнях ферм определяем при помощи программы Structure CAD.

Расчет фермы Ф-1

Рис. 8.4 Расчетная схема стропильной фермы Ф1

Комбинации нагрузок на ферму Ф-1.

Таблица 8.2

Усилия и напряжения элементов при комбинации нагружений на ферму Ф1.

Таблица 8.3

Результаты max расчётных усилий сведём в табл. 8.4

Значение max расчётных усилий в стержнях фермы.

Таблица 8.4

Подбор сечений стержней фермы Ф-1

Для удобства изготовления и комплектования сортамента металла при проектировании ферм обычно устанавливают 4-6 разных калибров профиля, из которых набирают все элементы фермы. Чтобы предварительно установить необходимый ассортимент профилей, определяют требуемые площади сечений стержней фермы.

Для технико-экономического обоснования (п.5 данного проекта), произведем подбор сечений стержней фермы Ф1 для двух вариантов:

1)         ферма металлическая с трапециевидной формой с сечением элементов из спаренных уголков и опорными нисходящими раскосами;

2)         ферма металлическая с трапециевидной формой с сечением элементов решётки из одиночных уголков, пояса таврового сечения и опорными нисходящими раскосами из одиночных уголков.

Вариант №1.

Расчет сечений стержней фермы определяем при помощи программы Structure CAD

Необходимые данные для расчёта:

·марка стали ВСт3пс6-1 (=240 МПа)[СНиП II-23-81*, табл. 51*];

·N – расчётное продольное усилие;

·[]-предельная гибкость;

· - коэффициент условия работы конструкции;

·l_ef – расчетные длины.

Группа верх. пояс 1. Элемент №(7,8)

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,99 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Группа верх. пояс 2. Элемент №10

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,91 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Группа верх. пояс 2. Элемент №(11,12)

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,95 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Группа нижний пояс 1. Элемент №5

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,88 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Группа нижний пояс 2. Элемент №6

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,95 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Группа опорный раскос. Элемент №1

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,88 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Группа стойки. Элемент №3

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,91 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1

Группа стойки. Элемент №13

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,89 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Группа стойки. Элемент №14

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,99 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Группа раскосы сжатые. Элемент №15

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,94 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Группа раскосы растянутые. Элемент №17

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,85 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Группа полураскосы. Элемент №18

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,64 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Группа полураскосы. Элемент №19

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,68 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Группа полураскосы. Элемент №21

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,8 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Группа шпренгели. Элемент №20

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,85 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Верхний сжатый пояс, проектируем с изменением сечения по длине:

·элементы 7, 8- примем 2 равнополочных уголка L120x15 по ГОСТ 8509-93;

· элементы 10, 11, 12- примем 2 равнополочных уголка L150x15 по ГОСТ 8509-93;

Нижний растянутый пояс (элементы 5, 6) - примем 2 равнополочных уголка L120x15 по ГОСТ 8509-93.

Опорный раскос (элемент 1) - примем 2 равнополочных уголка L100x14 по ГОСТ 8509-93.

Стойки (элементы 3, 13, 14) – примем 2 равнополочных уголка L56x4 по ГОСТ 8509-93.

Сжатые раскосы (элемент 15) - примем 2 равнополочных уголка L90x10 по ГОСТ 8509-93.

Растянутые раскосы, полураскосы и шпренгели (элементы 17, 18, 19, 20, 21) - примем 2 равнополочных уголка L50x6 по ГОСТ 8509-93.

Вариант №2.

Так как элементы решетки фермы из одиночных уголков, то расчёт следует выполнять с учётом изгибающих моментов в плоскости фермы M_x и из плоскости фермы M_y, определяемых по формулам:

M_x = M_p + e_xa ∙ N ∙ z ; M_y = e_y ∙ N ∙ z , где M_p = M_q + M_e + M_f

M_q, M_e, M_f – изгибающие моменты соответственно от внеузловой нагрузки, от расцентровки стержней в узлах и от перемещения системы (от жёсткости узлов); N – продольная сила, принимаемая со знаком соответствующему усилию;

z = z_о – 0,5 ∙ d – расстояние от центра до середины толщины полки уголка;

z_о – расстояние от центральной оси до наружной грани полки уголка;

e_xa, e_y– относительные эксцентриситеты прикрепления, определяемые по табл. 53

Моменты M_q и M_e отсутствуют, а моменты от жёсткости узлов M_f допускаются не учитывать. Тогда выражение для M_x примет вид:

M_x = e_xa ∙ N ∙ z

Расчёт на прочность внецентренно–сжатых и внецентренно–растянутых элементов из одиночных уголков, не подвергающихся непосредственному воздействию динамических нагрузок, следует выполнять по формуле:

где ν – коэффициент, определяемый по табл. 54 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)] в зависимости от условных относительных эксцентриситетов e_x и e_y;

g_с - коэффициент условий работы, определяемый по поз. 6 табл. 6* СНиП II-23-81*.

Необходимые данные для расчёта:

Марка стали ВСт3пс6, для которой

R_y = 240 МПа (фасонный прокат толщиной 2…20 мм)

N – расчётное продольное усилие;

φ – коэффициент продольного изгиба;

φ_e – коэффициент снижения расчётного сопротивления при расчёте на внецентреное сжатие;

Сечение верхнего пояса.

Для поясов ферм эксцентриситеты e_xa = e_y = 0, следовательно, M_x = M_y = 0

Элементы : 7, 8.

N = – 625,03 Кн

Сечение подбираем из условия устойчивости:

Зададимся гибкостью λ = 60 => φ = 0,807

Требуемая площадь сечения:

Расчётные длины стержней:

l_efx = 302 см, табл. 11 п. 1, б [СНиП II-23-81*]

l_efy = 302 см, табл. 11 п. 2, а [СНиП II-23-81*]

Требуемый радиус инерции:

Принимаем Т 15ШТ2, А = 38,53см², i_x = 3,84см, i_y = 4,75см

Гибкость стержня:

Проверку на устойчивость будем осуществлять в плоскости фермы:

Недонапряжение:

Предельная гибкость:

Элементы: 10, 29 (11, 12, 30, 31)

N = – 866,55 Кн

Зададимся гибкостью λ = 60 => φ = 0,807

Требуемая площадь сечения:

Расчётные длины стержней:

l_efx = 302 см, табл. 11 п. 1, б [СНиП II-23-81*]

l_efy = 302 см, табл. 11 п. 2, а [СНиП II-23-81*]

Требуемый радиус инерции:

Принимаем Т 17,5ШТ2, А = 52,02 см², i_x = 4,49см, i_y = 5,92см

Гибкость стержня:

Проверку на устойчивость будем осуществлять в плоскости фермы:

Недонапряжение:

Предельная гибкость:

Сечение нижнего пояса.

Для поясов ферм эксцентриситеты e_xa= e_y = 0, следовательно, M_x = M_y = 0.

Элементы : 5 (6)

N = – 844,36 Кн

Сечение подбираем из условия прочности:

Требуемая площадь сечения:

Расчётные длины стержней:

l_efx = 600см, табл. 11 п. 1, б [СНиП II-23-81*]

l_efy = 1200 см, табл. 11 п. 2, а [СНиП II-23-81*]

Требуемый радиус инерции:

Принимаем Т 15ШТ2, А = 38,53см², i_x = 3,84см, i_y = 4,75см

Гибкость стержня:

Проверка на прочность:

Недонапряжение

Сечение опорного раскоса.

Элемент : 1.

N = 649,72 Кн

Относительные эксцентриситеты присоединения для растянутых элементов решётки ферм из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых по одной полке приведены в табл. 53 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)]:

·            в плоскости фермы e_xa = 0,36;

·            из плоскости фермы e_y = – 0,6.

ν = 0,734

Расчётные длины стержней:

l_efx = 314см;

l_efy = 1200см,

Требуемая площадь сечения:

Принимаем L160х14, А = 37,39 см², i_x0 =6,20см, i_y0 = 3,16см;

Гибкость стержня:

Проверка на прочность:

Недонапряжение:

Сечение стоек. Относительные эксцентриситеты присоединения для сжатых элементов решётки ферм из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых по одной полке приведены в табл. 53 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)]:

·            в плоскости фермы e_xa = 0,48;

·            из плоскости фермы e_y = – 0,8.

Расчёт на устойчивость внецентренно–сжатых элементов следует выполнять по формуле:

Для равнополочных уголков при e_y = – 0,8 φ_е рекомендуется определять по табл. 55 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)] в зависимости от e_x и , где e_x – условный относительный эксцентриситет в плоскости фермы

e_x, – эксцентриситет продольной силы в плоскости фермы

 – условная гибкость в плоскости наименьшей жёсткости уголка.

Сечение подбираем по радиусу инерции .

Элементы : 14 (3, 13)

N = -102,08 Кн

Зададимся гибкостью λ = 60

Расчётные длины стержней:

Требуемый радиус инерции:

Принимаем L100х7, А = 13,75см², i_x0 =3,88см, i_yо = 1,98см.

Гибкость стержня:

Условная гибкость:

Проверка на устойчивость:

Недонапряжение:

Предельная гибкость:

Сечение сжатых раскосов.

Относительные эксцентриситеты присоединения для сжатых элементов решётки ферм из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых по одной полке приведены в табл. 53 [Пособие по проектированию стальных конструкций

·            в плоскости фермы e_xa = 0,48;

·            из плоскости фермы e_y = – 0,8.

Расчёт на устойчивость внецентренно–сжатых элементов следует выполнять по формуле:

Для равнополочных уголков при e_y = – 0,8 φ_е рекомендуется определять по табл. 55 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)] в зависимости от e_x и , где e_x – условный относительный эксцентриситет в плоскости фермы

e_x, – эксцентриситет продольной силы в плоскости фермы;

;

 – условная гибкость в плоскости наименьшей жёсткости уголка

Сечение подбираем по радиусу инерции .

Элемент : 15

N = -255,40 Кн

Зададимся гибкостью λ = 60

Расчётные длины стержней:

Требуемый радиус инерции:

Принимаем L150х12, А = 34,89см², i_x0 =5,83см, i_yо = 2,97см.

Гибкость стержня:

Условная гибкость:

Проверка на устойчивость:

Недонапряжение:

Предельная гибкость:

Сечения растянутых раскосов, полураскосов.

Элементы : 17 (18, 19, 21)

N = 151,35 Кн

Относительные эксцентриситеты присоединения для растянутых элементов решётки ферм из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых по одной полке приведены в табл. 53 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)]:

·            в плоскости фермы e_xa = 0,36;

·            из плоскости фермы e_y = – 0,6.

ν = 0,734

Расчётные длины стержней:

l_efx = 382·0,9=343,8см;

l_efy = 382см,

Требуемая площадь сечения:

Принимаем L60х8, А = 9,04 см², i_x0 =2,27см, i_y0 = 1,17см;

Гибкость стержня:

Проверка на прочность:

Сечение шпренгелей.

Относительные эксцентриситеты присоединения для сжатых элементов решётки ферм из одиночных равнополочных уголков, прикрепляемых по одной полке приведены в табл. 53 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)]:

·            в плоскости фермы e_xa = 0,48;

·            из плоскости фермы e_y = – 0,8.

Расчёт на устойчивость внецентренно–сжатых элементов следует выполнять по формуле:

Для равнополочных уголков при e_y = – 0,8 φ_е рекомендуется определять по табл. 55 [Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)] в зависимости от e_x и , где e_x – условный относительный эксцентриситет в плоскости фермы

e_x, – эксцентриситет продольной силы в плоскости фермы;;

 – условная гибкость в плоскости наименьшей жёсткости уголка.

Сечение подбираем по радиусу инерции .

Элемент : 20

N = -68,40 Кн

Зададимся гибкостью λ = 60

Расчётные длины стержней:

Требуемый радиус инерции:

Принимаем L60х8, А = 9,04 см², i_x0 =2,27см, i_y0 = 1,17см;

Гибкость стержня:

Условная гибкость:

Проверка на устойчивость:

Недонапряжение:

Предельная гибкость:

Примем L60х8 для шпренгелей, не смотря на недонапряжение свыше 5%, т.к. количественное отношение элементов к общей массе значительно мало, не резонно вводить новый элемент (модуль).

Сведем результаты расчета в таблицу 8.5.

Таблица 8.5

Расчет и конструирование узлов фермы.

При расчёте узлов фермы определяют размеры сварных швов и назначают габариты фасонок с таким расчётом, чтобы на них уместились все сварные швы стержней.

Исходные данные для расчёта:

R_wf = 180 МПа - расчётное сопротивление угловых сварных швов условному срезу по металлу шва;

R_un = 370 МПа - расчётное сопротивление стали по временному сопротивлению (для стали марки ВСт3пс6);

R_wz= 0,45∙R_un = 0,45∙370 = 166,5 МПа…расчётное сопротивление угловых сварных швов условному срезу по металлу границы сплавления;

γ_wf = 1 ,коэффициент условия работы сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу шва (при R_y< 580 МПа и климатических районах с t° > – 40);

γ_wz = 1, коэффициент условия работы сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу границы сплавления (при R_y < 580 МПа и климатических районах с t° > – 40);

При изготовлении фермы принимаем ручную сварку электродами Э42 и Э42А по ГОСТ 9467–75;

β_f = 0,7, коэффициент сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу шва;

β_z = 1, коэффициент сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу границы сплавления;

γ_c = 1, коэффициент условия работы конструкции;

β_f ∙ R_wf = 0,7 ∙ 180 = 126 МПа

β_z ∙ R_wz = 1 ∙ 166,5 = 126 МПа

Следовательно, расчёт будем вести по металлу шва. Так как сварка ручная то, наиболее эффективно принять катет шва равный 6мм или 8мм(K_f = 6мм, K_f = 8мм).

Расчёт опорного узла стропильной фермы.

В опорном узле сходятся стержни (элементы) 7, 1 и 24, 26. Рассчитаем прикрепление опорной раскоса 1,24 имеющего сечение 2 L 100х14 и расчётное усилие 649.72Кн, конструктивная длина швов(k_f = 8 мм):

– у обушка:

– у пера:

Для крепления верхнего пояса ( элементы) 7, 26), сечением 2L 120х15 и N = - 625,03Кн, расчётная длина швов (k_f = 8 мм):

– у обушка:

– у пера:

Для крепления опорного ребра к верхнему поясу о фасонке

N = - 301,5Кн, расчётная длина швов (k_f = 8 мм):

Находим требуемую площадь сечения ребра по формуле

где Q-поперечная сила на опоре фермы (Q=301,5кН);

,

Где R_un-временное сопротивление стали (для марки стали ВСт3пс6-1, R_un=370МПа)

-коэффициент надежности по материалу, принимаемый по табл. 2*[СНиП II-23-81*]

Принимая ширину опорного ребра 250мм, получаем толщину ребра

, примем t_p=20мм.

Рис.8.5 Опорный узел фермы

Расчет верхнего монтажного узла.

Монтажный стык испытывает сжимающие усилия. Фланцы выполняем из стали марки ВСт3пс6-1 толщиной 20мм. Стык верхнего монтажного узла рассчитываем на обычных болтах из конструктивных соображений. Принимаем 4 болта М20 класса прочности 5.6. Размещение болтов осуществляется при соблюдении конструктивных требований.

Усилие в стыке:

Определяем длину швов прикрепления уголков к фланцу:

Рис. 8.6 Монтажный стык верхнего пояса

Расчёт и конструирование монтажного стыка нижнего пояса.

Монтажный стык проектируем на высокопрочных болтах из стали марки 40Х "Селект", d_b=24 мм и d_отв=27 мм в качестве накладки используем 2 L 120х15 – того же профиля, что и сечение нижнего пояса, с расчётным усилием N=768,80 Кн.

Исходные данные для расчёта:

d_b=24 мм.-диаметр болта;

d_отв=33 мм.-диаметр отверстия под болт;

A_bn=3,52 см²-площадь сечения болта нетто;

R_bun=110 кН/см²-наименьшее временное сопротивление стали болтов марки 40Х "Селект";

R_bh=0,7∙R_bun=0,7∙110=77 кН/см² – расчётное сопротивление высокопрочных болтов растяжению;

µ=0,35-коэффициент трения, обработка соединяемых поверхностей производится стальными щетками;

γ_h=1,17-коэффициент надёжности при статической нагрузке и разности диаметров болта и отверстия δ=1…4 мм, способе регулирования натяжения болтов по углам поворота гайки;

γ_b=0,9-коэффициент условий работы соединения при количестве болтов 5…10;

k=2-количество поверхностей трения соединяемых элементов;

Условно делим усилие в стержне на 4 части (2 уголка = 4 полки) и расчитываем количество болтов на каждую полку.

Несущая способность одного высокопрочного болта:

Количество болтов на половине накладке:

Принимаем n = 2 шт, располагаем на каждой полке уголка в шахматном порядке.

Рис.8.7 Монтажный стык нижнего пояса.

Расчёт сварных швов крепления элементов решетки:

·  Элементы 13, 19.

 Рассчитаем прикрепление стойки имеющей сечение 2 L 56х4, расчётное усилие 72,90Кн и полураскоса имеющей сечение 2 L 50х6, расчётное усилие 75,38Кн. Конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

– у обушка:

– у пера:

Примем длину шва у пера 50мм.

·  Элемент 15.

Рассчитаем прикрепление раскоса имеющего сечение 2 L 90х10 и расчётное усилие 255,40Кн, конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

– у обушка:

– у пера:

·  Элементы 18, 20, 21.

Рассчитаем прикрепление полураскоса и шпренгеля имеющих сечение 2 L 50х6 и max расчётным усилием 68,40Кн, конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

– у обушка:

– у пера:

Примем длину шва у пера 50мм.

·  Элемент 14.

Рассчитаем прикрепление стойки имеющей сечение 2 L 56х4 и расчётное усилие 102,08Кн, конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

– у обушка:

– у пера:

·  Элемент 17.

Рассчитаем прикрепление раскоса имеющего сечение 2 L 50х6 и расчётное усилие 151,35Кн, конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

– у обушка:

– у пера:

·  Элемент 3

Конструктивную длину швов(k_f = 6 мм) при расчетном усилии равном 0кН, примен по min значениям, т.е. 50мм.

Расчет фермы Ф-2.

Рис. 8.8 Расчетная схема стропильной фермы Ф2

Комбинации нагрузок на ферму Ф2

Таблица 8.6

Усилия и напряжения элементов при комбинации нагружений на ферму Ф2.

Таблица 8.7

Значение расчётных усилий в стержнях фермы Ф2.

Таблица 8.8

Подбор сечений стержней фермы Ф2.

Для удобства изготовления и комплектования сортамента металла при проектировании ферм обычно устанавливают 4-6 разных калибров профиля, из которых набирают все элементы фермы. Чтобы предварительно установить необходимый ассортимент профилей, определяют требуемые площади сечений стержней фермы.

Расчет сечений стержней фермы определяем при помощи программы Structure CAD

Необходимые данные для расчёта:

·марка стали ВСт3пс6-1 (=240 МПа)[СНиП II-23-81*, табл. 51*];

·N – расчётное продольное усилие;

·[]-предельная гибкость;

· - коэффициент условия работы конструкции;

·l_ef – расчетные длины.

Группа верхний пояс. Элемент №(1,4,14,16)

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,93 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1

Группа верхний пояс. Элемент №(7,10)

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,94 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Группа нижний пояс. Элемент №6

Результаты расчета

Коэффициент использования 1,0 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1

Группа нижний пояс. Элемент №12

Результаты расчета

Коэффициент использования 1,0 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1

Группа опорные раскосы. Элемент №2

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,85 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Y1

Группа опорные раскосы. Элемент №17

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,93 - прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов без учета пластики

Группа раскосы. Элемент №5

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,9 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Группа раскосы. Элемент №8

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,95 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1

Группа раскосы. Элемент №11

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,95 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1

Группа раскосы. Элемент №13

Результаты расчета

Коэффициент использования 1,0 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Группа стойки. Элемент №(3,15)

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,8 - устойчивость при сжатии в плоскости X1,O,Z1 (X1,O,V1) 

Группа стойки. Элемент №9

Результаты расчета

Коэффициент использования 0,9 - предельная гибкость в плоскости X1,O,Z1

Верхний сжатый пояс (элементы 1, 4, 7, 10, 14, 16) - примем 2 равнополочных уголка L100х10 по ГОСТ 8509-93;

Нижний растянутый пояс (элементы 6, 12) - примем 2 равнополочных уголка L100х12 по ГОСТ 8509-93.

Опорный раскос (элементы 2, 7) - примем 2 равнополочных уголка L60х10 по ГОСТ 8509-93.

Стойки (элементы 3, 9, 15) – примем 2 равнополочных уголка L50х5 по ГОСТ 8509-93.

Раскосы (элементы 5, 8, 11, 13) - примем 2 равнополочных уголка L70х5 по ГОСТ 8509-93.

Расчет и конструирование узлов фермы.

При расчёте узлов фермы определяют размеры сварных швов и назначают габариты фасонок с таким расчётом, чтобы на них уместились все сварные швы стержней.

Исходные данные для расчёта:

R_wf = 180 МПа - расчётное сопротивление угловых сварных швов условному срезу по металлу шва;

R_un = 370 МПа - расчётное сопротивление стали по временному сопротивлению (для стали марки ВСт3пс6);

R_wz= 0,45∙R_un = 0,45∙370 = 166,5 МПа…расчётное сопротивление угловых сварных швов условному срезу по металлу границы сплавления;

γ_wf = 1 ,коэффициент условия работы сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу шва (при R_y< 580 МПа и климатических районах с t° > – 40);

γ_wz = 1, коэффициент условия работы сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу границы сплавления (при R_y < 580 МПа и климатических районах с t° > – 40);

При изготовлении фермы принимаем ручную сварку электродами Э42 и Э42А по ГОСТ 9467–75;

β_f = 0,7, коэффициент сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу шва;

β_z = 1, коэффициент сварного соединения угловыми швами при расчёте по металлу границы сплавления;

γ_c = 1, коэффициент условия работы конструкции;

β_f ∙ R_wf = 0,7 ∙ 180 = 126 МПа

β_z ∙ R_wz = 1 ∙ 166,5 = 126 МПа

Следовательно, расчёт будем вести по металлу шва. Так как сварка ручная то, наиболее эффективно принять катет шва равный 6мм (K_f = 6мм).

Расчёт опорных узлов стропильной фермы.

В опорных узлах сходятся стержни (элементы) 1, 2 и 16, 17.

Рассчитаем прикрепление опорного раскоса (элемент 2) имеющего сечение 2L 60х10 и расчётное усилие 440.53Кн, конструктивная длина швов (k_f = 6 мм):

– у обушка:

– у пера:

Рассчитаем прикрепление опорного раскоса (элемент 17) имеющего сечение 2L 60х10 и расчётное усилие 402,84Кн, конструктивная длина швов (k_f = 6 мм):

– у обушка:

– у пера:

Для крепления верхнего пояса ( элементы 1, 16), сечением 2L 100х10 и N = 384,91Кн, расчётная длина швов (k_f = 6 мм):

– у обушка:

– у пера:

Для крепления опорного ребра к верхнему поясу о фасонке

N = 207,9Кн, расчётная длина швов (k_f = 6 мм):

Находим требуемую площадь сечения ребра по формуле

где Q-поперечная сила на опоре фермы (Q=207,9кН);

,

Где R_un-временное сопротивление стали (для марки стали ВСт3пс6-1, R_un=370МПа)

-коэффициент надежности по материалу, принимаемый по табл. 2

Принимая ширину опорного ребра 250мм, получаем толщину ребра

, примем t_p=20мм.

Рис.8.9 Опорные узлы фермы

Расчёт сварных швов крепления элементов решетки:

·  Элементы 3, 9, 15

Рассчитаем прикрепление стойки имеющей сечение 2L 50х5, расчётное усилие 69,3Кн. Конструктивная длина швов(k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

– у обушка:

– у пера:

Примем длину шва у пера 50мм.

·  Элементы 8, 11

Рассчитаем прикрепление раскоса имеющего сечение 2L 70х5 и max расчётное усилие 43,45Кн, конструктивная длина швов (k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

– у обушка:

– у пера:

Примем длину шва у пера 50мм.

·  Элементы 5, 13

Рассчитаем прикрепление раскоса имеющего сечение 2L 70х5 и max расчётное усилие 116,79Кн, конструктивная длина швов (k_f = 6 мм, минимальная расчетная длина сварного шва 40мм):

– у обушка:

– у пера:

8.3 Расчет прогона

Расчет прогона произведен программой NormCAD

Исходные данные:

Геометрические размеры элемента:

- Расчетная длина элемента lefx = 1000 см;

- Расчетная длина элемента lefy = 0 см;

- Длина элемента l = 1000 см;

Нагрузка:

- Изгибающий момент Mx = 7,09 тс м = 7,09 / 0,00001 = 709000 кгс см;

- Изгибающий момент My = 1,61 тс м = 1,61 / 0,00001 = 161000 кгс см;

- Поперечная сила на одну стенку сечения Qy = 3,02 тс = 3,02 / 0,001 = 3020 кгс;

- Сжимающая сила, действующая на одну стенку элемента

F = 0 тс = 0 / 0,001 = 0 кгс;

Физические характеристики:

- Модуль упругости E = 2100000 кгс/см 2;

Прочность:

(Вид металла - Фасонный прокат):

- Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести Ry = 2450 кгс/см 2;

- Расчетное сопротивление стали сдвигу Rs = 1960 кгс/см 2;

Коэффициенты надежности и условия работы:

- Коэффициент условия работы gc = 1 ;

- Коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению gu = 1,3 ;

Основные характеристики сечений:

(Сечение ветви - из сортамента; Характеристики сечения - Двутавры нормальные с параллельными гранями полок по СТО АСЧМ 20-93; 35 Б2; Сечение - одноветьевое):

Опирание:

- Ширина опирания b = 17,5 см;

Результаты расчета:

1) Расчет на прочность элементов, изгибаемых в двух главных плоскостях

Балки, рассчитываемые по формуле (38), должны быть проверены по формулам (29) и (33):

2) Расчет на прочность стенки балки

Расчет на прочность элементов, изгибаемых в одной из главных плоскостей (кроме балок с гибкой стенкой, с перфорированной стенкой и подкрановых балок)

Расчет по п. 5.12 СНиП II-23-81

Ослабления стенки отверстиями - отсутствуют.

Косательные напряжения:

t = Qy Sx/(Jx t) = 3020·434/(13560· 0,7) = 138,0826 кгс/см2 (формула (29); п.5.12СНиП II-23-81).

3) Продолжение расчета по п. 5.12 СНиП II-23-81

Минимальное значение момента сопротивления нетто:

Wxnmin = min(Wxn1 ; Wxn2)=min(774,8;774,8) = 774,8 см3.

Mx/Wxnmin=709000/774,8=915,07486 кгс/см 2 r Ry gc=2450 · 1=2450 кгс/см 2 (37,34999% от предельного значения) - условие выполнено

t=138,0826 кгс/см 2 r Rs gc=1960 · 1=1960 кгс/см 2 (7,04503% от предельного значения) - условие выполнено

4) Расчет на прочность стенки балки в местах приложения нагрузки к верхнему поясу и в опорных сечениях, не укрепленных ребрами жесткости

Ширина опирания - равна ширине сечения.

Условная длина распределения нагрузки:

lef = b +2 t_f=17,5+2 · 1,1 = 19,7 см (формула (32); п. 5.13 СНиП II-23-81).

Местное напряжение:

sloc = f/(t lef )=0/(0,7 · 19,7) = 0 кгс/см 2 .

sloc=0 кгс/см2 r Ry gc=2450 · 1=2450 кгс/см 2 (0% от предельного значения) - условие выполнено (формула (31); п. 5.13 СНиП II-23-81).

5) Продолжение расчета по п. 5.14 СНиП II-23-81

Нормальные напряжения:

sy = sloc =0 кгс/см2 .

Нормальные напряжения:

sx = Mx/Wxnmin=709000/774,8 = 915,07486 кгс/см2 .

945,81313

кгс/см 2 r 1,15 Ry gc=1,15 · 2450 · 1=2817,5 кгс/см 2 (33,56923% от предельного значения) - условие выполнено

6) Продолжение расчета по п. 5.17 СНиП II-23-81

Минимальные значения моментов сопротивления:

Минимальное значение момента сопротивления нетто:

Wxnmin = min(Wxn1 ; Wxn2)=min(774,8;774,8) = 774,8 см3 .

Минимальное значение момента сопротивления нетто:

Wynmin = min(Wyn1 ; Wyn2)=min(112,5;112,5) = 112,5 см3 .

Mx/Wxnmin+My/Wynmin=709000/774,8+161000/112,5=2346,18597 кгс/см 2 r Ry gc=2450 · 1=2450 кгс/см 2 (95,76269% от предельного значения) - условие выполнено

7) Проверка выполнения условий, при которых устойчивость балок требуется проверять

Условие п. 5.16 а (сжатый пояс надежно связан с жестким настилом) - выполняется.

Устойчивость балок проверять не требуется

8.4 Расчет рамы

8.4.1 Сбор нагрузок на раму цеха

Компоновка поперечной рамы

Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса  и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия . В сумме эти размеры составляют полезную высоту цеха  (рис. 8.10).

Рис. 8.10 Схема поперечной рамы

Размер  диктуется высотой мостового крана

Сбор нагрузок на поперечную раму цеха

Постоянная нагрузка

Рис. 8.11 Расчётная схема рамы при расчёте на постоянную нагрузку.

Снеговая нагрузка

Рис. 8.12 Расчётная схема рамы при расчёте на снеговую нагрузку

Крановая нагрузка

Рис. 8.13 Схема крана

Определяем максимальное расчётное давление колёс крана

Найдём минимальное нормативное значение давления колёс крана

где Q-[т];G_кр-[кН];n₀-число колес с одной стороны.

Расчетное значение минимального давления колес крана

Определение максимального и минимального давлений кранов на колонны.

Расчет рамы цеха ведем на два крана находящихся вплотную. D_min и D_max определяем по линии влияния опорной реакции подкрановых балок.

Рис. 8.14 Линия влияния давления колёс крана на колонны.

где ψ=0,85 – коэффициент сочетания крановой нагрузки, учитывающий действие двух кранов одновременно;

γ_f1=1,05 – коэффициент учитывающий собственный вес конструкции;

γ_f2=1,2 – коэффициент учитывающий динамическое воздействие крановой нагрузки;

= – вес подкрановой балки;

=0,4 кН/м² – нормативный вес 1 м² подкрановой балки;

=1,5 кН/м² – нормативный вес 1 м² тормозной балки;

-высота тормозной балки.

Определение максимального и минимального моментов на раму цеха:

Опирание подкрановой балки не по оси подкрановой части колонны приводит к появлению изгибающих моментов в колоннах.

Рис. 8.15 Загружение крана вертикальной крановой нагрузкой

Эксцентриситет:

е=650мм.

Максимальный момент:

Минимальный момент:

Определение сил поперечного торможения:

Сила поперечного торможения, передаваемая одним колесом крана:

где g_f=1,1 – коэффициент надёжности по крановой нагрузки;

n₀=2 – количество колёс крана с одной стороны.

Рис. 8.16 Загружение крана горизонтальной тормозной крановой нагрузкой у крайней колонны либо у средней колонны.

Сбор ветровых нагрузок

Для местности типа В (местность с оврагами и лесами, застройка населённых пунктов высотой 10-25 м) коэффициенты, учитывающие изменения ветрового давления по высоте:

К₅=0,5;

К_9,38=0,631;

К₁₀=0,65;

К_11,43=0,679;

К_15,17=0,754;

К₂₀=0,85.

Рис. 8.17 Расчётная схема рамы к определению ветровой нагрузки

Ветер слева

С наветренной стороны:

где W_m – распределенная ветровая нагрузка:

.

С заветренной стороны:

W_m^/=.

где γ_f = 1,4 – коэффициент надёжности по нагрузке;

W₀ =0,23 кПа – нормативное значение ветровой нагрузки для I-го ветрового района;

К_экв=0,81 – равномерно распределённое эквивалентное ветровое давление;

C=0,8 – аэродинамический коэффициент, учитывающий форму зданий и сооружений с наветренной стороны;

C^/=0,6 – аэродинамический коэффициент, учитывающий форму зданий и сооружений с заветренной стороны;

В_к=5 м – ширина распределения ветровой нагрузки на колонну ;

Ветер справа

С наветренной стороны:

где W_m – распределенная ветровая нагрузка:

.

С заветренной стороны:

W_m^/=.

8.4 Расчет рамы и составление итоговой таблицы расчетных усилий

Исходные данные для расчёта на ЭВМ:

 – длина надкрановой части колонны К₁ и К₂;

 – высота колонн К₁, К₂, К₃;

 – размеры пролетов;

 – интенсивность постоянной нагрузки на ригель первого и второго пролетов;

 – интенсивность снеговой нагрузки на ригель первого и второго пролетов;

 – максимальное давление колёс крана на колонну;

 – минимальное давление колёс крана на колонну;

 – максимальный момент от вертикального кранового давления;

 – минимальный момент от вертикального кранового давления ;

 – поперечное торможение двух кранов на раму;

– интенсивность ветровой нагрузки с наветренной стороны при ветре слева;

 – интенсивность ветровой нагрузки с заветренной стороны при ветре слева;

 – сосредоточенная нагрузка на ригель с наветренной стороны при ветре слева;

 – сосредоточенная нагрузка на ригель с заветренной стороны при ветре слева;

– интенсивность ветровой нагрузки с наветренной стороны при ветре справа;

 – интенсивность ветровой нагрузки с заветренной стороны при ветре справа;

 – сосредоточенные нагрузки на ригели пролетов 1-го и 2-го с наветренной стороны при ветре справа;

 – сосредоточенная нагрузка на ригель первого пролета с заветренной стороны при ветре справа;

Рис. 8.18 Расчетные сечения в колоннах

Полученные с ЭВМ данные ( расчет произведен программой Structure CAD) представляем в виде таблиц 8.9, 8.10, 8.11. Результат расчёта колонны К₁ на ЭВМ

Таблица 8.9

Результат расчёта колонны К₂ на ЭВМ

Таблица 8.10.

Результат расчёта колонны К₃ на ЭВМ

Таблица 8.11.

На основании таблиц результатов расчёта колонн на ЭВМ составляем таблицы комбинаций усилий, далее используемых для расчёта колонн.

Комбинации усилий в сечениях колонны К₁.

Таблица 8.12

Комбинации усилий в сечениях колонны К₂.

Таблица 8.13.

Комбинации усилий в сечениях колонны К₃.

Таблица 8.14.

8.4.2 Расчет колонн

Расчет колонн произведен программой Norm CAD.

Определение расчётных длин колонн К₁, К₂ и К₃

 – длина подкрановой части колонны К₁ и К₂;

 – длина надкрановой части колонны К₁ и К₂;

 – длина колонны К₃;

Для колонн К₁ и К₂ в плоскости рамы:

;

Для колонны К₃ в плоскости рамы:

;

Для колонн К₁ и К₂ из плоскости рамы:

;

Для колонны К₃ из плоскости рамы:

;

Расчет колонны К₁

Исходные данные:

Геометрические размеры элемента:

- Расчетная длина элемента l_efx = 2326 см;

- Расчетная длина элемента l_efy = 1163 см;

- Длина элемента l = 1163 см;

Нагрузка:

- Нормальная сила N = 33,575 тс = 33,575 /0,001 = 33575 кгс;

- Изгибающий момент M_x = 9,078тс м = 9,078/0,00001 = 907800 кгс см;

- Поперечная сила на одну стенку сечения Q_y = 1,8 тс = 1,8/0,001 = 1800 кгс;

Физические характеристики:

- Модуль упругости E = 2100000 кгс/см2;

Прочность:

(Вид металла - Фасонный прокат; Сталь и толщина металла - С235 ; От 2 до 20 мм;):

- Предел текучести стали R_yn = 2400 кгс/см2;

- Временное сопротивление стали разрыву R_un = 3700 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести R_y = 2350 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению Ru = 3600 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление стали сдвигу R_s = 1363 кгс/см2;

Коэффициенты надежности и условия работы:

- Коэффициент условия работы g_c = 1 ;

- Коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению g_u = 1,3 ;

Основные характеристики сечений:

(Сечение ветви - из сортамента; Характеристики сечения - Двутавры колонные с параллельными гранями полок по СТО АСЧМ 20-93; 40 К1; Сечение - одноветьевое):

Результаты расчета:

1) Расчет на прочность внецентренно-сжатых или внецетренно-растянутых элементов

Проверка условий выполнения расчета по формуле ( 49 ):

Т.к. R_y r 5900 кгс/см2 :

Непосредственное воздействие на элемент динамических нагрузок - отсутствует.

2) Расчет по п. 5.12 СНиП II-23-81

Ослабления стенки отверстиями - отсутствуют.

Площадь нетто:

A_n = A =186,81 см2 .

Косательные напряжения:

t = Q_y S_x/(J_x t) =1800 · 1559,3/(56147 · 1,1) = 45,44467 кгс/см2 (формула (29); п. 5.12 СНиП II-23-81).

3) Продолжение расчета по п. 5.25 СНиП II-23-81

Т.к. все или некоторые из следующих условий:

t/R_s=45,44467/1363=0,03334 r 0,5 и N/(A_n R_y)=33575/(186,81 · 2350)=0,07648 > 0,1

- не выполнены, требуется расчет по следующим формулам СНиП II-23-81.

Расчет должен быть выполнен по формуле ( 50 ).

4) Учет ослаблений сечения

Ослабления рассматриваемого сечения - отсутствуют.

Изгиб - в одной из главных плоскостей.

N/A_n+M_x/W_xn1=33575/186,81+907800/2850,1=498,24321кгс/см2 r R_y·gc=2350·1=2350 кгс/см 2 (21,20184% от предельного значения) - условие выполнено (формула (50); п. 5.25 СНиП II-23-81).

5) Продолжение расчета по п. 5.25 СНиП II-23-81

Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов в плоскости действия момента

Тип сечения - спошностенчатый стержень.

6) Определение гибкости стержня

Радиус инерции:

i =  = = 17,33657 см .

Гибкость стержня относительно оси x:

l_x = l_efx/i=2326/17,33657 = 134,16725 .

Условная гибкость:

l = l_efx/i=2326/17,33657· = 4,48819 .

7) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Момент сопротивления для сжатого пояса:

W_c = W_x2 =2850,1 см3 .

Относительный эксцентриситет:

m = (M_x/N) (A/W_c)=(908000/33575) · (186,81/2850,1) = 1,77221 .

m r 20 (8,86105% от предельного значения) - условие выполнено .

8) Коэффициент влияния формы сечения

Тип сечения по табл. 73 СНиП II-23-85 - 5.

Коэффициент влияния формы сечения:

По табл. 73 СНиП II-23-81

h = 1,34328 .

9) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Приведенный относительный эксцентриситет:

m_ef = h_m =1,34328 · 1,77221 = 2,38057 (формула (52); п. 5.27 СНиП II-23-81).

Т.к. m_ef r 20:

Коэффициент:

По табл. 74 СНиП II-23-81 в зависимости от l и mef

f_e = 0,2136 .

N/(f_e A)=33575/(0,2136 · 186,81)=841,42353 кгс/см2 r R_y·g_c=2350·1=2350 кгс/см2 (35,80526% от предельного значения) - условие выполнено (формула (51); п. 5.27 СНиП II-23-81).

Коэффициент:

a = N/( fe A Ry·gc)=33575/(0,2136 · 186,81 · 2350 · 1) = 0,35805 .

Гибкость:

l = l_x =134,1673 .

10) Проверка по условию предельной гибкости сжатых элементов

По таблице 19 СНиП II-23-81:

Тип элемента - 4. Основные колонны.

Т.к. a < 0,5:

Коэффициент:

a =0,5

l=134,1673 r180-60·a=180-60·0,5=150 (89,44487% от предельного значения) - условие выполнено

11) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов постоянного сечения из плоскости действия момента при изгибе в плоскости наибольшей жесткости, совпадающей с плоскостью симметрии (J_x>J_y)

Радиус инерции:

i_y = == 10,06427 см .

Гибкость стержня относительно оси y:

l_y = l_efy/i_y=1163/10,06427 = 115,55731 .

Коэффициент продольного изгиба:

По табл. 72 СНиП II-23-81 в зависимости от l_y и R_y

f_y = 0,4601 .

12) Определение коэффициента с для расчета на устойчивость из плоскости изгиба по формуле (56) п. 5.31

Момент сопротивления для сжатого пояса:

Wc = Wx2 =2850,1 см3 .

Относительный эксцентриситет:

m_x = (M_x/N) (A/W_c)=(907800/33575) · (186,81/2850,1) = 1,77221 .

Тип сечения - открытые.

Т.к. m_x r 5:

13) Расчет по п. 5.31 СНиП II-23-81

Т.к. m_x > 1:

Коэффициент:

a = 0,65+0,05 m_x =0,65+0,05 · 1,77221 = 0,73861 .

14) Расчет по п. 5.31 СНиП II-23-81

Коэффициент:

l_c = 3,14=3,14 ·  = 93,86536 .

Т.к. l_y=115,5573 > l_c=93,86536:

Коэффициент:

По табл. 72 СНиП II-23-81 в зависимости от lc и Ry

f_c = 0,59858 .

Коэффициент:

b = == 1,1406 .

Коэффициент:

c = b/(1+a m_x) =1,1406/(1+0,73861 · 1,77221) = 0,49399 (формула (57); п. 5.31 СНиП II-23-81).

15) Продолжение расчета по п. 5.31 СНиП II-23-81

Коэффициент с не должен превышать c_max, определяемого в зависимости от коэффициентов:

Коэффициент:

r = (Jx+Jy)/(A h2)=(56147+18921,9)/(186,81 · 39,42) = 0,25886 .

Коэффициент:

m = 2+0,156·Jt/(A·h2) ·ly2=2+0,156·93,25/(186,81·39,42)·115,55732 = 2,66985 .

Коэффициент:

d = 4 r/ m=4 · 0,25886/2,66985 = 0,38783 .

c_max = 2/(1+d+ =

=2/(1+0,38783+=0,62976 (формула (60); п. 5.31 СНиП II-23-81).

16) Продолжение расчета по п. 5.30 СНиП II-23-81 N/(c·f_y A)=33575/(0,49399·0,4601·186,81)=790,76149 кгс/см2 r R_y·g_c=2350·1=2350 кгс/см2 (33,64943% от предельного значения) - условие выполнено (формула (56); п. 5.30 СНиП II-23-81).

Коэффициент:

a = N/( f_y A R_y · g_c)=33575/(0,4601 · 186,81 · 2350 · 1) = 0,16622 .

Принимаем гибкость для проверки предельной гибкости:

Гибкость:

l = l_y =115,5573 .

17) Проверка по условию предельной гибкости сжатых элементов

По таблице 19 СНиП II-23-81:

Тип элемента - 4. Основные колонны.

Т.к. a < 0,5:

Коэффициент:

a =0,5 .

l=115,5573 r 180-60·a =180-60 · 0,5=150 (77,0382% от предельного значения) - условие выполнено

Расчет колонны К₂

Исходные данные:

Геометрические размеры элемента:

- Расчетная длина элемента l_efx = 2326 см;

- Расчетная длина элемента l_efy = 1163 см;

- Длина элемента l = 1163 см;

Нагрузка:

- Нормальная сила N = 69,683 тс = 69,683 / 0,001 = 69683 кгс;

- Изгибающий момент M_x = 11,006 тс м = 11,006 / 0,00001 = 1100600 кгс см;

- Поперечная сила на одну стенку сечения Q_y = 2 тс = 2 / 0,001 = 2000 кгс;

Физические характеристики:

- Модуль упругости E = 2100000 кгс/см2;

Прочность:

(Вид металла - Фасонный прокат; Сталь и толщина металла - С235 ; От 2 до 20 мм;):

- Предел текучести стали R_yn = 2400 кгс/см2;

- Временное сопротивление стали разрыву R_un = 3700 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести R_y = 2350 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению Ru = 3600 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление стали сдвигу R_s = 1363 кгс/см2;

Коэффициенты надежности и условия работы:

- Коэффициент условия работы g_c = 1;

- Коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению g_u = 1,3;

Основные характеристики сечений:

(Сечение ветви - из сортамента; Характеристики сечения - Двутавры колонные с параллельными гранями полок по СТО АСЧМ 20-93; 40 К1; Сечение - одноветьевое):

Результаты расчета:

1) Расчет на прочность внецентренно-сжатых или внецетренно-растянутых элементов

Проверка условий выполнения расчета по формуле ( 49 ):

Т.к. R_y r 5900 кгс/см 2 :

Непосредственное воздействие на элемент динамических нагрузок - отсутствует.

2) Расчет по п. 5.12 СНиП II-23-81

Ослабления стенки отверстиями - отсутствуют.

Площадь нетто:

A_n = A =186,81 см 2 .

Косательные напряжения:

t = Q_y S_x/(J_x t) =

=2000 · 1559,3/(56147 · 1,1) = 50,49408 кгс/см 2 (формула (29); п. 5.12 СНиП II-23-81).

3) Продолжение расчета по п. 5.25 СНиП II-23-81

Т.к. все или некоторые из следующих условий:

t/R_s=50,49408/1363=0,03705r0,5 и N/(An R_y)=69683/(186,81 · 2350)=0,15873 > 0,1

- не выполнены, требуется расчет по следующим формулам СНиП II-23-81.

Расчет должен быть выполнен по формуле ( 50 ).

4) Учет ослаблений сечения

Ослабления рассматриваемого сечения - отсутствуют.

Изгиб - в одной из главных плоскостей.

N/A_n+M_x/W_xn1=69683/186,81+1100600/2850,1=759,18 кгс/см2 r R_y·g_c=2350·1=2350 кгс/см2 (32,3055% от предельного значения) - условие выполнено (формула (50); п. 5.25 СНиП II-23-81).

5) Продолжение расчета по п. 5.25 СНиП II-23-81

Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов в плоскости действия момента

Тип сечения - сплошностенчатый стержень.

6) Определение гибкости стержня

Радиус инерции:

i =  = = 17,33657 см .

Гибкость стержня относительно оси x:

l_x = l_efx/i=2326/17,33657 = 134,16725 .

Условная гибкость:

l = l_efx/i=2326/17,33657· = 4,48819 .

7) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Момент сопротивления для сжатого пояса:

W_c = W_x2 =2850,1 см 3 .

Относительный эксцентриситет:

m = (M_x/N) (A/Wc)=(1100600/69683) · (186,81/2850,1) = 1,03524

m r 20 (10,05925% от предельного значения) - условие выполнено.

8) Коэффициент влияния формы сечения

Тип сечения по табл. 73 СНиП II-23-85 - 5.

Коэффициент влияния формы сечения:

По табл. 73 СНиП II-23-81

h = 1,35082 .

9) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Приведенный относительный эксцентриситет:

m_ef = h m =1,35082 · 1,03524 = 1,39842 (формула (52); п. 5.27 СНиП II-23-81).

Т.к. m_ef r 20:

Коэффициент:

По табл. 74 СНиП II-23-81 в зависимости от l и m_ef

f_e = 0,2639 .

N/(fe·A)=69683/(0,2639·186,81)=1413,47239кгс/см2r R_y·g_c=2350·1=2350 кгс/см2 (60,14776% от предельного значения) - условие выполнено (формула (51); п. 5.27 СНиП II-23-81).

Коэффициент:

a = N/( f_e A R_y g_c)=69683/(0,2639 · 186,81 · 2350 · 1) = 0,60148.

Гибкость:

l = l_x =134,1673 .

10) Проверка по условию предельной гибкости сжатых элементов

По таблице 19 СНиП II-23-81:

Тип элемента - 4. Основные колонны.

l=134,1673 r 180-60·a =180-60·0,60148=143,9112 (93,22923% от предельного значения) - условие выполнено .

11) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов постоянного сечения из плоскости действия момента при изгибе в плоскости наибольшей жесткости, совпадающей с плоскостью симметрии (Jx>Jy)

Радиус инерции:

i_y = == 10,06427 см .

Гибкость стержня относительно оси y:

l_y = l_efy/i_y=1163/10,06427 = 115,55731 .

Коэффициент продольного изгиба:

По табл. 72 СНиП II-23-81 в зависимости от ly и Ry

f_y = 0,4601 .

12) Определение коэффициента с для расчета на устойчивость из плоскости изгиба по формуле (56) п. 5.31

Момент сопротивления для сжатого пояса:

W_c = W_x2 =2850,1 см 3 .

Относительный эксцентриситет:

m_x = (M_x/N) (A/W_c)=(1100600/69683) · (186,81/2850,1) = 1,03524 .

Тип сечения - открытые.

Т.к. m_x r 5:

13) Расчет по п. 5.31 СНиП II-23-81

Т.к. m_x > 1:

Коэффициент:

a = 0,65+0,05 m_x =0,65+0,05 · 1,03524 = 0,70176 .

14) Расчет по п. 5.31 СНиП II-23-81

Коэффициент:

l_c = 3,14=3,14 ·  = 93,86536 .

Т.к. l_y=115,5573 > l_c=93,86536 :

Коэффициент:

По табл. 72 СНиП II-23-81 в зависимости от lc и Ry

f_c = 0,59858 .

Коэффициент:

b = == 1,1406 .

Коэффициент:

c = b/(1+ a m_x ) =

=1,1406/(1+0,75059 · 1,03524) = 0,66065 (формула (57); п. 5.31 СНиП II-23-81).

15) Продолжение расчета по п. 5.31 СНиП II-23-81

Коэффициент с не должен превышать c_max, определяемого в зависимости от коэффициентов:

Коэффициент:

r = (Jx+Jy)/(A h 2)=(56147+18921,9)/(186,81 · 39,4 2) = 0,25886.

Коэффициент:

m = 2+0,156 Jt/(A h 2) ly 2=2+0,156 · 93,25/(186,81 · 39,4 2) · 115,5573 2 = 2,66985.

Коэффициент:

d = 4 r/ m=4 · 0,25886/2,66985 = 0,38783.

c_max = 2/(1+ d+ =

=2/(1+0,38783+= 0,78602 (формула (60); п. 5.31 СНиП II-23-81).

16) Продолжение расчета по п. 5.30 СНиП II-23-81

N/(c·f_y A)=69683/(0,66065· 0,4601 · 186,81)=1227,16524 кгс/см2 r Ry·gc=2350·1=2350 кгс/см2 (39,08079% от предельного значения) - условие выполнено (формула (56); п. 5.30 СНиП II-23-81).

Коэффициент:

a = N/( f_y A R_y g_c)=69683/(0,4601 · 186,81 · 2350 · 1) = 0,34499.

Принимаем гибкость для проверки предельной гибкости:

Гибкость:

l = l_y =115,5573 .

17) Проверка по условию предельной гибкости сжатых элементов

По таблице 19 СНиП II-23-81:

Тип элемента - 4. Основные колонны.

Т.к. a < 0,5:

Коэффициент:

a =0,5 .

l=115,5573r180-60·a =180-60 · 0,5=150 (77,0382% от предельного значения) - условие выполнено .

Расчет колонны К₃

Исходные данные:

Геометрические размеры элемента:

- Расчетная длина элемента l_efx = 1916 см;

- Расчетная длина элемента l_efy = 958 см;

- Длина элемента l = 958 см;

Нагрузка:

- Нормальная сила N 19,17 тс =19,17 / 0,001 = 19170 кгс;

- Изгибающий момент M_x = 0,979 тс м = 0,979 / 0,00001 = 97900 кгс см;

- Поперечная сила на одну стенку сечения Qy = 0,5 тс = 0,5 / 0,001 = 500 кгс;

Физические характеристики:

- Модуль упругости E = 2100000 кгс/см2;

Прочность:

(Вид металла - Фасонный прокат; Сталь и толщина металла - С235 ; От 2 до 20 мм; ):

- Предел текучести стали R_yn = 2400 кгс/см2;

- Временное сопротивление стали разрыву R_un = 3700 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести R_y = 2350 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению R_u = 3600 кгс/см2;

- Расчетное сопротивление стали сдвигу R_s = 1363 кгс/см2;

Коэффициенты надежности и условия работы:

- Коэффициент условия работы g_c = 1 ;

- Коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению g_u = 1,3 ;

Основные характеристики сечений:

(Сечение ветви - из сортамента; Характеристики сечения - Двутавры колонные с параллельными гранями полок по СТО АСЧМ 20-93; 30 К1; Сечение - одноветьевое):

Результаты расчета:

1) Расчет на прочность внецентренно-сжатых или внецетренно-растянутых элементов

Проверка условий выполнения расчета по формуле ( 49 ):

Т.к. R_y r 5900 кгс/см 2 :

Непосредственное воздействие на элемент динамических нагрузок - отсутствует.

2) Расчет по п. 5.12 СНиП II-23-81

Ослабления стенки отверстиями - отсутствуют.

Площадь нетто:

A_n = A =110,8 см2 .

Касательные напряжения:

t = Q_y S_x/(Jx t) =

=500 · 694,7/(18849 · 0,9) = 20,47559 кгс/см2 (формула (29); п. 5.12 СНиП II-23-81).

3) Продолжение расчета по п. 5.25 СНиП II-23-81

Т.к. все или некоторые из следующих условий:

t/R_s=20,47559/1363=0,01502 r 0,5 и N/(A_n R_y)=19170/(110,8 2350)=0,07362 > 0,1

- не выполнены, требуется расчет по следующим формулам СНиП II-23-81.

Расчет должен быть выполнен по формуле ( 50 ).

4) Учет ослаблений сечения

Ослабления рассматриваемого сечения - отсутствуют.

Изгиб - в одной из главных плоскостей.

N/A_n+M_x/W_xn1=19170/110,8+97900/1265,1=250,39963 кгс/см2 r R_y·g_c=2350·1=2350 кгс/см (10,6553% от предельного значения) - условие выполнено (формула (50); п. 5.25 СНиП II-23-81).

5) Продолжение расчета по п. 5.25 СНиП II-23-81

Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов в плоскости действия момента

Тип сечения - сплошностенчатый стержень.

6) Определение гибкости стержня

Радиус инерции:

i =  = = 13,0429 см .

Гибкость стержня относительно оси x:

l_x = l_efx/i=1916/13,0429 = 146,89985 .

Условная гибкость:

l = l_efx/i=1916/13,0429 · = 4,91412 .

7) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Момент сопротивления для сжатого пояса:

W_c = W_x2 =1265,1 см3 .

Относительный эксцентриситет:

m = (M_x/N) (A/W_c)=(97900/19170) · (110,8/1265,1) = 0,44728 .

m r 20 (2,2364% от предельного значения) - условие выполнено .

8) Коэффициент влияния формы сечения

Тип сечения по табл. 73 СНиП II-23-85 - 5.

Коэффициент влияния формы сечения:

По табл. 73 СНиП II-23-81

h = 1,30954 .

9) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Приведенный относительный эксцентриситет:

m_ef = h·m =1,30954 · 0,44728 = 0,58573 (формула (52); п. 5.27 СНиП II-23-81).

Т.к. m_ef r 20 :

Коэффициент:

По табл. 74 СНиП II-23-81 в зависимости от l и m_ef

fe = 0,29494 .

N/(f_e A)=19170/(0,29494·110,8)=586,60894 кгс/см2 r R_y·g_c=2350·1=2350 кгс/см2 (24,96208% от предельного значения) - условие выполнено (формула (51); п. 5.27 СНиП II-23-81).

Коэффициент:

a = N/( f_e A R_y g_c)=19170/(0,29494 · 110,8 · 2350 · 1) = 0,24962 .

Гибкость:

l = l_x =146,8999 .

10) Проверка по условию предельной гибкости сжатых элементов

По таблице 19 СНиП II-23-81:

Тип элемента - 4. Основные колонны.

Т.к. a < 0,5:

Коэффициент:

a =0,5 .

l=146,8999 r 180-60·a =180-60 · 0,5=150 (97,93327% от предельного значения) - условие выполнено .

11) Продолжение расчета по п. 5.27 СНиП II-23-81

Расчет на устойчивость внецентренно-сжатых элементов постоянного сечения из плоскости действия момента при изгибе в плоскости наибольшей жесткости, совпадающей с плоскостью симметрии (J_x>J_y)

Радиус инерции:

i_y = == 7,50505 см .

Гибкость стержня относительно оси y:

l_y = l_efy/i_y=958/7,50505 = 127,64738 .

Коэффициент продольного изгиба:

По табл. 72 СНиП II-23-81 в зависимости от l_y и R_y

fy = 0,39213 .

12) Определение коэффициента с для расчета на устойчивость из плоскости изгиба по формуле (56) п. 5.31

Момент сопротивления для сжатого пояса:

W_c = W_x2 =1265,1 см3 .

Относительный эксцентриситет:

m_x = (M_x/N) (A/W_c)=(97900/19170) · (110,8/1265,1) = 0,44728 .

Тип сечения - открытые.

Т.к. m_x r 5:

13) Расчет по п. 5.31 СНиП II-23-81

Т.к. m_x r 1 :

Коэффициент:

a = 0,7 .

14) Расчет по п. 5.31 СНиП II-23-81

Коэффициент:

l_c = 3,14=3,14 ·  = 93,86536

Т.к. l_y=127,6474 > l_c=93,86536:

Коэффициент:

По табл. 72 СНиП II-23-81 в зависимости от l_c и R_y

f_c = 0,59858 .

Коэффициент:

b = == 1,23551 .

Коэффициент

c = b/(1+ a m_x ) =

=1,23551/(1+0,7 · 0,44728) = 0,94091 (формула (57); п. 5.31 СНиП II-23-81).

15) Продолжение расчета по п. 5.31 СНиП II-23-81

Коэффициент с не должен превышать c_max, определяемого в зависимости от коэффициентов:

Коэффициент:

r = (J_x+J_y)/(A h2)=(18849+6240,9)/(110,8 · 29,8 2) = 0,25499 .

Коэффициент:

m = 2+0,156 Jt/(A h 2) ly2=2+0,156 · 33,91/(110,8 · 29,82) · 127,64742 = 2,876 .

Коэффициент:

d = 4 r/ m=4 · 0,25499/2,876 = 0,35465 .

cmax = 2/(1+ d+ =

=2/(1+0,35465+= 0,94512 (формула (60); п. 5.31 СНиП II-23-81).

16) Продолжение расчета по п. 5.30 СНиП II-23-81

N/(c·f_y A)=19170/(0,94091 · 0,39213 · 110,8)=468,92588кгс/см2 r R_y·g_c=2350 ·1=2350 кгс/см2 (19,95429% от предельного значения) -условие выполнено (формула (56); п. 5.30 СНиП II-23-81).

Коэффициент:

a = N/( fy A R_y g_c)=19170/(0,39213 · 110,8 · 2350 · 1) = 0,18775 .

Принимаем гибкость для проверки предельной гибкости:

Гибкость:

l = l_y =127,6474 .

17) Проверка по условию предельной гибкости сжатых элементов

По таблице 19 СНиП II-23-81:

Тип элемента - 4. Основные колонны.

Т.к. a < 0,5 :

Коэффициент:

a =0,5 .

l=127,6474 r 180-60·a =180-60 · 0,5=150 (85,09827% от предельного значения) - условие выполнено .

Принимаем сечения колонн:

·           К₁ - 40К1 по СТО АСЧМ 20-93;

·           К₂ - 40К1 по СТО АСЧМ 20-93;

·           К₃ - 30К1 по СТО АСЧМ 20-93;

8.4.2 Расчет консоли колонн.

Расчет произведен программой Norm CAD.

Рис. 8.19 К расчету консоли колонн К₁ иК₂.

Расчет сварного соединения с угловыми швами на одновременное действие продольной и поперечной сил и момента соединяемого консоль с колонной.

Исходные данные:

Нагрузка:

N =0 тс = 0/0,001 = 0 кгс; M_x =11,261 тс м = 11,261 /0,00001 = 1126100 кгс см; M_y = 0 тс м = 0 / 0,00001 = 0 кгс см; M_xy = 0 тс м = 0 /0,00001 = 0 кгс см; Q_x = 0 тс = 0 /0,001 = 0 кгс; Q_y = 25,025 тс = 25,025 /0,001 = 25025 кгс; F = 0 тс = 0 /0,001 = 0 кгс;

Физические характеристики:

E = 2100000 кгс/см2;

Прочность:

(Вид металла - Фасонный прокат; Сталь и толщина металла - С235 ; От 2 до 20 мм; ]): R_yn = 2400 кгс/см2; R_un = 3700 кгс/см2; R_y = 2350 кгс/см2; R_u = 3600 кгс/см2; R_s = 1363 кгс/см2;

Коэффициенты надежности и условия работы:

g_c = 1 ; g_u = 1,3 ;

Основные характеристики сечений:

h = 39,4 см; b = 39,8 см; t = 1,1 см; t_f = 1,8 см;

Характеристики сечения ветви:

h_b = 39,4 см; b_b = 39,8 см; t_b = 1,1 см; t_fb = 1,8 см; A_b= 186,81 см2; J_xb = 56147 см4; J_yb = 18921,9 см4; W_x1b = 2850,1 см3; W_x2b = 2850,1 см3; W_y1b = 950,8 см3; W_y2b = 950,8 см3;

Параметры сварного соединения:

k_f = 6 мм; l = 235,8 см; t= 1,1 см; t_max = 1,8 см;

Характеристики сечения сварного соединения:

(Тип сечения - полоса; Сечение ветви - из сортамента; Характеристики сечения - Двутавры колонные с параллельными гранями полок по СТОАСЧМ 20-93; 40 К1; Сечение - одноветьевое): A_w = 186,81 см2; J_wx = 56147 см4; J_wy = 18921,9 см4; W_wx1 = 2850,1 см3; W_wx2 = 2850,1 см3; W_wy1 = 950,8 см3; W_wy2 = 950,8 см3; x = 19,90103м; y = 19,70001 см;

Результаты расчета:

1) Расчетное сопротивление сварных соединений

Шов - угловой.

Тип электрода - Э42, Э42А.

По табл. 56 СНиП II-23-81

R_wf = 1800 кгс/см2 .

R_wz = 0,45 R_un=0,45 · 3700 = 1665 кгс/см2 .

R_ws = R_s =1363 кгс/см2 .

2) Расчет сварных соединений с угловыми швами на одновременное действие продольной и поперечной сил и момента

l_w = l -1=235,8-1 = 234,8 см .

3) Расчет по п. 11.2 СНиП II-23-81

Т.к. R_yn r 5400 кгс/см2 :

Коэффициенты b_f и g_z принимаются по табл. 34.

Вид сварки - полуавтоматическая.

Сварка проволокой - порошковой.

b_f=0,7.

b_z=1.

4) Расчет по п. 11.2 СНиП II-23-81

Климатический район строительства - кроме I1, I2, II2 или II3.

g_wf=1.

g_wz=1.

5) Проверка условий для Rwf и Rwz.

Размеры шва - установлены расчетом.

Т.к. R_yn r 2900 кгс/см2:

Вид сварки - полуавтоматическая.

R_wf=1800 кгс/см2 > R_wz=1665 кгс/см2 (108,10811% от предельного значения) - условие выполнено .

R_wf=1800 кгс/см2 r R_wz b_z/ b_f=1665 · 1/0,7=2378,57143 кгс/см2 (75,67568% от предельного значения) - условие выполнено .

6) Продолжение расчета по п. 11.5 СНиП II-23-81

Определяем напряжения в расчетном сечении, равные геометрическим суммам напряжений, вызываемых продольной и поперечной силами и моментом.

Изгибающие моменты действуют - из плоскости шва.

W_wx = min(W_wx1 ; W_wx2)=min(2850,1;2850,1) = 2850,1 см3 .

W_wy = min(W_wy1 ; W_wy2)=min(950,8;950,8) = 950,8 см3 .

t_f ==

==565,01149 кгс/см 2 .

t_z = =

== 395,50805 кгс/см2 .

t_f=565,0115 кгс/см2 r R_wf g_wfg_c=1800 · 1 · 1=1800 кгс/см2 (31,38953% от предельного значения) - условие выполнено (формула (126); п. 11.5 СНиП II 23-81).

t_z=395,5081 кгс/см2 r R_wz g_wz g_c=1665 · 1 · 1=1665 кгс/см2 (23,75424% от предельного значения) - условие выполнено (формула (126); п. 11.5 СНиП II 23-81).

7) Конструктивные требования к сварным соединениям

По п. 12.8 а:

k_f=0,6 см r1,2 t=1,2·1,1=1,32 см (45,45455% от предельного значения) - условие выполнено.

8) По п. 12.8 б:

Вид соединения - тавровое с двухсторонними угловыми швами.

Вид сварки - полуавтоматическая.

По табл. 38 СНиП II-23-81 в зависимости от R_yn и t_max

k_f, min = 6 мм .

9) Продолжение расчета по п. 12.8 СНиП II-23-81

Группа конструкций - 1, 2 или 3.

По п.2 примеч. к табл. 38 для конструкций групп 1, 2 и 3 минимальный катет шва не уменьшается.

k_f=6 мм t k_f, _min=6 мм (100% от предельного значения) - условие выполнено.

10) По п. 12.8 в:

l_w = l -1=235,8-1 = 234,8 см .

l_w=234,8 см t 4 k_f=4·0,6=2,4см (9783,33333% от предельного значения) - условие выполнено

l_w t 4 см (5870% от предельного значения) - условие выполнено.

11) По п. 12.8 г:

Вид шва - фланговый.

Усилие действует - на всем протяжении шва.

Проверки по п. 12.8г не требуется.

8.4.3 Конструирование и расчет базы и оголовка колонн.

Колонны К1 и К2.

Примем класс прочности бетона на сжатие В20, что соответствует Rпр=11,5 МПа.

Расчетное сопротивление бетона смятию

где R_пр – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;

Требуемая площадь плиты в плане

Ширину плиты В назначаем конструктивно, принимая консольный свес плиты с=40 мм.

где 40 – округленная высота сечения прокатного профиля;

c – консольный участок плиты, с = 40…120 мм.

Принимаем В = 500 мм, С = 50 мм.

Тогда длина плиты будет L=500мм.

Фактическая площадь плиты

, что больше требуемой, равной 466,12 см² .

Фактическое давление фундамента на плиту

Согласно принятой конструкции плита имеет два участка для определения изгибающих моментов         

Участок 1 – опирание плиты на три канта.

Расчет произведен программным пакетом SCAD OFFICE.

Группа конструкции по таблице 50* СНиП:

Расчетное сопротивление стали R_y= 23,544 кН/см²

Коэффициент условий работы 1,1

Коэффициент надежности по ответственности 1,15

Тип опирания

Размеры:

a = 24,35 см

b = 35,8 см

Нагрузка 0,279 кН/см²

Коэффициент ответственности 1,15

Коэффициент условий работы 1,1

Расчетное сопротивление стали по пределу текучести R_y= 23,544 кН/см²

Требуемая толщина плиты 30,0 мм

Участок 3 – консольный.

Расчет произведен программным пакетом SCAD OFFICE.

Группа конструкции по таблице 50* СНиП:

Расчетное сопротивление стали R_y= 23,544 кН/см²

Коэффициент условий работы 1,1

Коэффициент надежности по ответственности 1,15

Тип опирания

Размеры:

a = 50,0 см

b = 5,0 см

Нагрузка 0,279 кН/см²

Коэффициент ответственности 1,15

Коэффициент условий работы 1,1

Расчетное сопротивление стали по пределу текучести R_y= 23,544 кН/см²

Требуемая толщина плиты 10,0 мм

Примем толщину плиты 30мм. Проведем расчет сварных швов, прикрепляющих колонну к плите базы. Назначим полуавтоматическую сварку проволокой диаметром 1,4-2,0 мм, для которой β_z = 1.0, β_f= 0.8 при K_f=9…12 мм, R_wz=166.5 МПа , R_wf=180 МПа.

При β_fR_wf = 0,8*180 = 144 МПа < β_zR_wz = 1.0*165.5 = 166.5 МПа расчет выполняем по металлу шва.

В расчетную длину сварных швов включаются длина швов, прикрепляющих колонну по контуру:

Требуемый катет шва

Принимаем катет шва K_f = 7 мм.

k_f=7 мм t k_f, _min=7 мм (100% от предельного значения) - условие выполнено.

Колонна К3 .

Примем класс прочности бетона на сжатие В20, что соответствует Rпр=11,5 МПа.

Расчетное сопротивление бетона смятию

где R_пр – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;

Требуемая площадь плиты в плане

Ширину плиты В назначаем конструктивно, принимая консольный свес плиты с=40 мм.

где 30 – округленная высота сечения прокатного профиля;

c – консольный участок плиты, с = 40…120 мм.

Принимаем В = 400 мм, С = 50 мм.

Тогда длина плиты будет L=400мм.

Фактическая площадь плиты

, что больше требуемой, равной 128,23 см² .

Фактическое давление фундамента на плиту

Согласно принятой конструкции плита имеет два участка для определения изгибающих моментов         

Участок 1 – опирание плиты на три канта.

Расчет произведен программным пакетом SCAD OFFICE.

Группа конструкции по таблице 50* СНиП:

Расчетное сопротивление стали R_y= 23,544 кН/см²

Коэффициент условий работы 1,1

Коэффициент надежности по ответственности 1,15

Тип опирания

Размеры:

a = 19,5 см

b = 27,0 см

Нагрузка 0,12 кН/см²

Коэффициент ответственности 1,15

Коэффициент условий работы 1,1

Расчетное сопротивление стали по пределу текучести R_y= 23,544 кН/см²

Требуемая толщина плиты 16,0 мм

Участок 3 – консольный.

Расчет произведен программным пакетом SCAD OFFICE.

Группа конструкции по таблице 50* СНиП:

Расчетное сопротивление стали R_y= 23,544 кН/см²

Коэффициент условий работы 1,1

Коэффициент надежности по ответственности 1,15

Тип опирания

Размеры:

a = 40,0 см

b = 5,0 см

Нагрузка 0,12 кН/см²

Коэффициент ответственности 1,15

Коэффициент условий работы 1,1

Расчетное сопротивление стали по пределу текучести R_y= 23,544 кН/см²

Требуемая толщина плиты 8,0 мм

Примем толщину плиты 16мм.

Проведем расчет сварных швов, прикрепляющих колонну к плите базы.

Назначим полуавтоматическую сварку проволокой диаметром 1,4-2,0 мм, для которой β_z = 1.0, β_f= 0.8 при K_f=9…12 мм, R_wz=166.5 МПа , R_wf=180 МПа.

При β_fR_wf = 0,8*180 = 144 МПа < β_zR_wz = 1.0*165.5 = 166.5 МПа расчет выполняем по металлу шва.

В расчетную длину сварных швов включаются длина швов, прикрепляющих колонну по контуру:

Требуемый катет шва

Принимаем катет шва K_f = 5 мм.

k_f=5 мм t k_f, _min=5 мм (100% от предельного значения) - условие выполнено.

Оголовок колонн примем t=16мм. Размеры для колонн К₁ и К2- 450х450мм; для колонны К₃ -350х350мм. Ребро оголовка принимаем t=10мм, L= 200мм.

8.4.4 Расчет анкерных болтов колонн

Расчёт анкерных болтов колонны К₁.

М=17,73кН×м; N=85,5 кН.

С учётом перехода от расчётной нагрузки к нормативной, а затем опять к расчётной, N необходимо домножить на коэффициент 0,8.

N^/=85,5^.0,8=68,4кН;

Принимаем два болта (n=2), тогда усилие в одном болте:

Требуемая площадь сечения болта нетто:

где R_bn=185 МПа – расчётное сопротивление растяжению фундаментных болтов из стали марки ВСт3кп2;

Окончательно принимаем 2 болта Æ 20 мм, с А_bn=2,45 см².

Расчёт анкерных болтов колонны К₂.

М=17,46кН×м; N=193,74 кН.

С учётом перехода от расчётной нагрузки к нормативной, а затем опять к расчётной, N необходимо домножить на коэффициент 0,8.

N^/=193,74 ^. 0,8=154,99кН;

Принимаем два болта (n=2), тогда усилие в одном болте:

Требуемая площадь сечения болта нетто

где R_bn=185 МПа – расчётное сопротивление растяжению фундаментных болтов из стали марки ВСт3кп2;

Окончательно принимаем 2 болта Æ 30 мм, с А_bn=5,60 см².

Расчёт анкерных болтов колонны К₃.

М=10,88кН×м; N=45,9 кН.

С учётом перехода от расчётной нагрузки к нормативной, а затем опять к расчётной, N необходимо домножить на коэффициент 0,8.

N^/=45,9^.0,8=36,72кН;

Принимаем два болта (n=2), тогда усилие в одном болте:

Требуемая площадь сечения болта нетто

где R_bn=185 МПа – расчётное сопротивление растяжению фундаментных болтов из стали марки ВСт3кп2;

Окончательно принимаем 2 болта Æ 16 мм, с А_bn=1,57 см².

Оголовок колонн примем t=16мм. Размеры для колонн К₁ и К2 450х450мм; для колонны К₃ -350х350мм.

8.5 Основания и фундаменты

8.5.1 Оценка инженерно-геологических условий

Плотность грунта

(p. γ /10)

p₁ = 1.8 т/м³

p₂ = 1.86 т/м³

p₃ = 1.97 т/м³

Плотность частиц грунта

( p_s = γ_s/10)

p_s1 =2.62 т/м³

p_s2 =2.64 т/м³

p_s3 =2.72т/м³

Коэффициент пористости

e = p_s( 1+ W) / p – 1.0

e ₁= p_s( 1+ W) / p – 1.0 = 2.62( 1+ 0.074) / 1.8 – 1.0 = 0.56

e ₂= p_s( 1+ W) / p – 1.0 = 2.64( 1+ 0.262) / 1.86 – 1.0 = 0.79

e ₃= p_s( 1+ W) / p – 1.0 = 2.72( 1 + 0.802) / 1.97 – 1.0 = 1.49

Коэффициент водонасыщения

S_r = Wp_s /ep_w

S_r2 = Wp_s /ep_w = 0.262 * 2.64 / 0.79 * 1.0 = 0.88

Число пластичности для глинистых грунтов

J_p = W_e - W_p

J_p1 = W_e - W_p = 0.26 – 0.16 = 0.1

J_p3= W_e - W_p = 0.42 – 0.23 = 0.19

Показатель консистенции для глинистых грунтов

J_L = W – W_p / W_e- W_p

J_L1 = W – W_p / W_e- W_p = 0.074 – 0.16 / 0.1 = -0.86

J_{L 3}= W – W_p / W_e- W_p = 0.803 – 0.23 / 0.19 = 3.02

Литологическое описание грунта.

1 слой - супесь твёрдой консистенции

2 слой - песок крупный, рыхлый, насыщенный водой (если понадобится в расчётах, применяем цементизацию и доводим до средней плотности )

3 слой - глина тягучей консистенции

4 слой – скальный грунт-гранит

8.5.2 Проектирование фундамента под колонну К

Рис. 8.20. Схема к определению несущей способности сваи под колонну К₁.

1. Исходные данные.

Наиболее невыгодное сочетание нагрузок на уровне обреза фундамента

N=335,75кН, М= 58,10кН*м, Q=18кН.

2. Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи.

Глубину заложения ростверка принимаем из конструктивных соображений d_r=1,5м, высота ростверка 1,3м и расположение обреза ростверка ниже поверхности грунта на 0,2м. Принятая глубина заложения ростверка больше расчетной глубине промерзания грунта d_f=1,4м.

Наиболее благоприятным грунтом для использования в качестве несущего слоя является супесь, но мощности слоя не достаточно. Используем в качестве несущего слоя песок. Принимаем глубину заделки сваи в ростверк D_z=0.05м, в несущий слой грунта h_z=2,95м. Требуемую длину сваи определяем по формуле 9,4/

Учитывая возможность погружения свай забивкой и не значительные нагрузки на фундамент, принимаем сваи сечением 30х30см. марка сваи С5-30, бетон кл. В15, рабочая арматура - 4Æ12, кл. A-I.

3. Определение несущей способности и силы сопротивления сваи по материалу и по грунту. Силу расчетного сопротивления сваи по материалу определяем по формуле 9,5 [9], учитывая, что γ_с=1 (при d³0,2м); φ=1 (для низкого ростверка); γ_сd=1 (для забивных свай); R_b=8500кПа (для бетона В15); A_b=0,3х0,3=0,09м²; R_sc=225000кПа (для арматуры A-I);

A_s = 4πr² = 4*3,14*0,006² = =0,452х10^-

³м²,

По характеру работы свая относится к висячей, так как опирается на сжимаемый грунт ( модуль деформации несущего слоя грунта Е=30МПа<50МПа). Поэтому несущую способность сваи по грунту определяем по формуле 9,10 [9] при γ_с=1; R=6600кПа (принято по таблице 9,3 с учетом интерполяции) [9]; A=0,3х0,3=0,09м²; u=4*0,3=1,2м; Σ γ_сff_ih_i=254,05кПа (см. таблицу на рис.8.20.); f_i-расчетное сопротивление i-го слоя грунта, кПа, принимаемое по табл. 9,4[9]; h_i-толщина i-го слоя грунта, м; γ_сR=1, γ_сf=1 при забивке свай молотом (см. таблицу 9,5) [9].

Силу расчетного сопротивления сваи по грунту находим по формуле 9,1для коэффициента надежности γ_k=1,4

В дальнейших расчетах используем меньшее значение силы расчетного сопротивления сваи F_R=R_Rs=642,04кН

4. Определение приближенного веса ростверка и числа свай.

По формулам 9,23[9] и 9,24[9] определяем соответственно среднее давление под подошвой ростверка p_g, площадь подошвы ростверка A_g и приближенный вес ростверка с грунтом на уступах N_g, учитывая, что здание без подвала, среднее значение удельного веса материала ростверка и грунта на его уступах γ_m = 20кН/м³,

Число свай определяем по формуле 9,25[9]

где ==1,5 - коэффициент учитывающий действие момента;

Принимаем число свай 1шт.

5. Конструирование ростверка.

Габаритные размеры ростверка (подколонника) в плане равны 0,6х0,6м, по высоте – 1,3м.

Вес ростверка N_g и грунта N_gg на его уступах определяем по формулам 9,27[9] и 9,28[9], учитывая , что γ_f=1,1-коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса материала;

;

γ_b=24 кН/м³ – удельный вес железобетона;

;

γ₁=16 кН/м³ – удельный вес насыпного грунта, расположенного выше ростверка,

Армирование ростверка конструктивное, сеткой с ячейками 200х200 Æ12, кл. A-I.

6. Проверка усилий передаваемых на сваи.

При действии момента, наиболее нагруженными оказываются сваи, максимально удаленные от центра тяжести свайного поля (в рассматриваемом случае y_i=0). Вычисляем суммарную расчетную нагрузку на сваю в уровне подошвы ростверка и момент в уровне подошвы ростверка.

Расчетное усилие, передаваемое на сваю, определяем по формуле 9,29

Свая сжата, расчетное усилие на сваю не превышает силы расчетного сопротивления сваи.

7. Расчет осадок фундамента.

Проверку давления на грунт выполняем от условного фундамента ABCD (см. рис. 8.21.). определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения φ_IImt и размеры подошвы условного фундамента b_c и l_c соответственно по формулам 9,39[9] и 9,40[9], учитывая, что для отдельных слоев грунта толщиной hi, м, расчетные значения угла внутреннего трения φ_IIi, град (см. рис. 8.21.) и расстояния между наружными гранями крайних рядов свай b₀=0,3м, l₀=0,3м

Вес условного фундамента N_c и давление на грунт по его подошве p_II вычисляемпо формулам 9,41[9] и 9,42[9], используя значения удельного веса γ_IIi отдельных слоев грунта толщиной hi, в пределах глубины заложения условного фундамента d_c (см. рис.8.21.) и нагрузку на фундамент II группы предельных состояний N_II=N_I/γ_f=349,38/1,2=291,15кН (где γ_f=1,2 – среднее значение коэффициента надежности по нагрузке),

асчетное сопротивление грунта R, расположенного ниже условного фундамента, определяем по формуле 4,8[9], принимая d=d_c и b=b_c и учитывая, что γ_с1=1,25 (табл. 4,6 [9]); γ_с2=1,0 (табл. 4,6 [9]);k=1; k_z=1;M_y=1,81, M_q=8,24, Mc=9,97(для φ_II=36° несущего слоя табл. 4,7 [9]);b_c=0,96м; γ_II=18,6кН/м³-удельный вес грунта, расположенного под подошвой условного фундамента; d_c=6,45м;

средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения условного фундамента d_c; с_II=2 кПа – параметр сцепления несущего слоя грунта,

Проверяем давление на грунт по подошве фундамента p_II=432,79кПа<R=1396,04кПа. Требование по п.2,41 СНиП 2.02.01-83 удовлетворено. Расчет осадки основания можно выполнять, используя решения теории упругости. Так как ширина подошвы фундамента меньше 10м, для расчета осадки фундамента используем метод послойного суммирования.

Природное давление на уровне подошвы условного фундамента

Дополнительное давление по подошве условного фундамента

Вычисляем природные и дополнительные напряжения в основании (таблица 8.15.) и строим эпюры этих напряжений (см. рис. 8.21.) для η=l_c/b_c=1 и h_i=0,4b_c =0,384м.

Вычисление природных и дополнительных напряжений под подошвой условного фундамента колонны К₁.

Таблица 8.15

Мощность сжимаемого слоя Yc=1,92м, так как на границе его выполняется условие 6,15[9] 0,2σ_zg=0,2*152,58=30,52кПа ≈ σ_zр=34,11кПа. Осадку вычисляем по формуле 6,14

Осадка фундамента 0,7см меньше предельно допустимой осадки фундаментов s_u=12см производственных зданий с металическим каркасом.

Рис. 8.21 Расчетная схема к определению осадки свайного фундамента под колонну К₁.

8.5.3 Проектирование фундамента под колонну К₂.

1. Исходные данные.

Наиболее невыгодное сочетание нагрузок на уровне обреза фундамента

N=696,83кН, М= 76,79кН*м, Q=20кН.

2. Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи.

Расчет см. п.8.5.2.

3. Определение несущей способности и силы сопротивления сваи по материалу и по грунту.

Расчет см. п.8.5.2.

4. Определение приближенного веса ростверка и числа свай.

По формулам 9,23[9] и 9,24[9] определяем соответственно среднее давление под подошвой ростверка p_g, площадь подошвы ростверка A_g и приближенный вес ростверка с грунтом на уступах N_g, учитывая, что здание без подвала, среднее значение удельного веса материала ростверка и грунта на его уступах γ_m = 20кН/м³,

Число свай определяем по формуле 9,25[9]

где ==1,5 - коэффициент учитывающий действие момента;

Принимаем число свай 3шт.

5. Конструирование ростверка.

Расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи:

е = 0,2·d +5 = 0,2·0,3 + 5 = 11см =0,11м.

Ширина ростверка: 2·е + d = 2·11 + 30 = 52см = 0,52м.

Высота ростверка: h = h₁ + h₂ ; h₂ = 5см = 0,05м.

Высоту h₁ определяем из условия прочности на продавливание ростверка сваей:

h = 0,34 + 0,05 = 0,39м.

Размещаем сваи в плане таким образом, чтобы рассояние между их центрами было не менее 3d. Тогда размеры плиты ростверка в плане оказываются равными 1,6х1,6м. По высоте принимаем h=0,5м, высоту подколонника 0,8м (см. рис. 8.22.).

Рис. 8.22 Конструкция ростверка свайного фундамента под колонну К₁.

Вес ростверка N_g и грунта N_gg на его уступах определяем по формулам 9,27[9] и 9,28[9], учитывая , что γ_f=1,1-коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса материала;

;

γ_b=24 кН/м³ – удельный вес железобетона;

;

γ₁=16 кН/м³ – удельный вес насыпного грунта, расположенного выше ростверка,

Армирование ростверка конструктивное, сеткой с ячейками 200х200 Æ12, кл. A-I.

6. Проверка усилий передаваемых на сваи.

При действии момента, наиболее нагруженными оказываются сваи, максимально удаленные от центра тяжести свайного поля (в рассматриваемом случае y_i=0,522). Вычисляем суммарную расчетную нагрузку на сваю в уровне подошвы ростверка и момент в уровне подошвы ростверка.

Расчетное усилие, передаваемое на сваю, определяем по формуле 9,2

Проверку расчетных усилий, передаваемых на сваи, выполняем по условию 9,1

N_{p max}=259,41+51,79=311,2кН< R_Rs=642,04кН, N_{p min}=259,41 51,79=207,62кН

Все сваи сжаты, максимальное расчетное усилие на сваю не превышает силы расчетного сопротивления сваи.

7. Расчет осадок фундамента.

Проверку давления на грунт выполняем от условного фундамента ABCD (см. рис. 8.23.). определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения φ_IImt и размеры подошвы условного фундамента b_c и l_c соответственно по формулам 9,39[9] и 9,40[9], учитывая, что для отдельных слоев грунта толщиной hi, м, расчетные значения угла внутреннего трения φ_IIi, град (см. рис. 8.23.) и расстояния между наружными гранями крайних рядов свай b₀=1,1м, l₀=1,08м

Вес условного фундамента N_c и давление на грунт по его подошве p_II вычисляемпо формулам 9,41[9] и 9,42[9], используя значения удельного веса γ_IIi отдельных слоев грунта толщиной hi, в пределах глубины заложения условного фундамента d_c (см. рис.8.23.) и нагрузку на фундамент II группы предельных состояний N_II=N_I/γ_f=778,23/1,2=648,53кН (где γ_f=1,2 – среднее значение коэффициента надежности по нагрузке),

Расчетное сопротивление грунта R, расположенного ниже условного фундамента, определяем по формуле 4,8[9], принимая d=d_c и b=b_c и учитывая, что γ_с1=1,25 (табл. 4,6 [9]); γ_с2=1,0 (табл. 4,6 [9]);k=1; k_z=1;M_y=1,81, M_q=8,24, Mc=9,97(для φ_II=36° несущего слоя табл. 4,7 [9]);b_c=0,96м; γ_II=18,6кН/м³-удельный вес грунта, расположенного под подошвой условного фундамента; d_c=6,45м;

Cредневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения условного фундамента d_c; с_II=2 кПа – параметр сцепления несущего слоя грунта

Проверяем давление на грунт по подошве фундамента p_II=328,64кПа<R=1396,04кПа. Требование по п.2,41 СНиП 2.02.01-83 удовлетворено. Расчет осадки основания можно выполнять, используя решения теории упругости. Так как ширина подошвы фундамента меньше 10м, для расчета осадки фундамента используем метод послойного суммирования.

Природное давление на уровне подошвы условного фундамента

Дополнительное давление по подошве условного фундамента

Вычисляем природные и дополнительные напряжения в основании (таблица 8.16.) и строим эпюры этих напряжений (см. рис. 8.23.) для η=l_c/b_c≈1 и h_i=0,4b_c =0,704м.

Вычисление природных и дополнительных напряжений под подошвой условного фундамента колонны К₁.

Таблица 8.16.

Мощность сжимаемого слоя Yc=2,816м, так как на границе его выполняется условие 6,15[9] 0,2σ_zg=0,2*169,25=33,85кПа ≈ σ_zр=34,11кПа. Осадку вычисляем по формуле 6,14

Осадка фундамента 0,8см меньше предельно допустимой осадки фундаментов s_u=12см производственных зданий с металлическим каркасом.

Неравномерность осадков в пролете А-Б

Рис. 8.23 Расчетная схема к определению осадки свайного фундамента под колонну К₂.

8.5.4 Проектирование фундамента под колонну К₃.

1. Исходные данные.

Наиболее невыгодное сочетание нагрузок на уровне обреза фундамента

N=191,7кН, М= 9,79кН*м, Q=5кН.

2. Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи.

Расчет см. п.8.5.2.

3. Определение несущей способности и силы сопротивления сваи по материалу и по грунту.

Расчет см. п.8.5.2.

4. Определение приближенного веса ростверка и числа свай.

По формулам 9,23[9] и 9,24[9] определяем соответственно среднее давление под подошвой ростверка p_g, площадь подошвы ростверка A_g и приближенный вес ростверка с грунтом на уступах N_g, учитывая, что здание без подвала, среднее значение удельного веса материала ростверка и грунта на его уступах γ_m = 20кН/м³,

Число свай определяем по формуле 9,25[9]

где ==1,5 - коэффициент учитывающий действие момента;

Принимаем число свай 1шт.

5. Конструирование ростверка.

Расчет см. п.8.5.2.

6. Проверка усилий передаваемых на сваи.

При действии момента, наиболее нагруженными оказываются сваи, максимально удаленные от центра тяжести свайного поля (в рассматриваемом случае y_i=0). Вычисляем суммарную расчетную нагрузку на сваю в уровне подошвы ростверка и момент в уровне подошвы ростверка.

Расчетное усилие, передаваемое на сваю, определяем по формуле 9,29

Свая сжата, расчетное усилие на сваю не превышает силы расчетного сопротивления сваи.

7. Расчет осадок фундамента.

Проверку давления на грунт выполняем от условного фундамента ABCD (см. рис. 8.24.). определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения φ_IImt и размеры подошвы условного фундамента b_c и l_c соответственно по формулам 9,39[9] и 9,40[9], учитывая, что для отдельных слоев грунта толщиной hi, м, расчетные значения угла внутреннего трения φ_IIi, град (см. рис. 8.24.) и расстояния между наружными гранями крайних рядов свай b₀=0,3м, l₀=0,3м

Вес условного фундамента N_c и давление на грунт по его подошве p_II вычисляемпо формулам 9,41[9] и 9,42[9], используя значения удельного веса γ_IIi отдельных слоев грунта толщиной hi, в пределах глубины заложения условного фундамента d_c (см. рис.8.24.) и нагрузку на фундамент II группы предельных состояний N_II=N_I/γ_f=205,33/1,2=171,11кН (где γ_f=1,2 – среднее значение коэффициента надежности по нагрузке),

Расчетное сопротивление грунта R, расположенного ниже условного фундамента, определяем по формуле 4,8[9], принимая d=d_c и b=b_c и учитывая, что γ_с1=1,25 (табл. 4,6 [9]); γ_с2=1,0 (табл. 4,6 [9]);k=1; k_z=1;M_y=1,81, M_q=8,24, Mc=9,97(для φ_II=36° несущего слоя табл. 4,7 [9]);b_c=0,96м; γ_II=18,6кН/м³-удельный вес грунта, расположенного под подошвой условного фундамента; d_c=6,45м;

средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения условного фундамента d_c; с_II=2 кПа – параметр сцепления несущего слоя грунта,

Проверяем давление на грунт по подошве фундамента p_II=302,54кПа<R=1396,04кПа. Требование по п.2,41 СНиП 2.02.01-83 удовлетворено. Расчет осадки основания можно выполнять, используя решения теории упругости. Так как ширина подошвы фундамента меньше 10м, для расчета осадки фундамента используем метод послойного суммирования.

Природное давление на уровне подошвы условного фундамента

Дополнительное давление по подошве условного фундамента

Вычисляем природные и дополнительные напряжения в основании (таблица 8.16.) и строим эпюры этих напряжений (см. рис. 8.24.) для η=l_c/b_c=1 и h_i=0,4b_c =0,384м.

Вычисление природных и дополнительных напряжений под подошвой условного фундамента колонны К₁.

Таблица 8.16

Мощность сжимаемого слоя Yc=1,92м, так как на границе его выполняется условие 6,15[9] 0,2σ_zg=0,2*145,44=29,09кПа ≈ σ_zр=29,71кПа. Осадку вычисляем по формуле 6,14

Осадка фундамента 0,4см меньше предельно допустимой осадки фундаментов s_u=12см производственных зданий с металлическим каркасом.

Неравномерность осадков в пролете Б-В

Рис. 8.24 Расчетная схема к определению осадки свайного фундамента под колонну К₃.

Сваи и ростверк под фахверковые стойки и колонны бытового корпуса принимаем такие же, как под колонну К₃.

9. Технология, организация, планирование и управление строительства

Организация строительного производства должна обеспечивать направленность организационных, технических и технологических решений на достижение конечного результата ввода объекта в эксплуатацию с необходимым качеством и в установленные сроки.

Для выполнения строительно-монтажных работ эффективным способом и с высокими технико-экономическими показателями разрабатывается организационно-технологическая документация - проект организации строительства (ПОС) и проект производства работ (ППР). Как уже отмечалось, ППР на строительство новых, расширение и реконструкцию предприятий, зданий или сооружении разрабатываются подрядными организациями.

На отдельные виды общестроительных, монтажных и специальных строительных работ ППР разрабатываются организациями, выполняющими эти работы. ПНР по заказу генеральной подрядной или субподрядной строительно-монтажной организации могут разрабатываться проектными, проектно-конструкторскими организациями, а также проектно-технологическими и научно-исследовательскими институтами.

В зависимости от продолжительности строительства объекта и объемов работ по решению строительной организации ППР разрабатывается на строительство здания или сооружения в целом, на возведение их отдельных частей (подземные и наземные части, секция, пролет, этаж, ярус и т.п.), на выполнение отдельных технически сложных строительных, монтажных и специальных строительных работ, а также работ подготовительного периода и передан на строительную площадку до начала возведения тех частей здания (сооружения) или начала выполнения тех работ, на которые составлен ППР.

Исходными материалами для разработки ППР служат:

• задание на разработку, выдаваемое строительной организацией как заказчиком ППР, с обоснованием необходимости разработки его на здание (сооружения) в целом, его часть или вид работ и с указанием сроков разработки;

• ПОС;

• необходимая рабочая документация;

• условия поставки конструкций, готовых изделий, материалов и оборудования; использования строительных машин и транспортных средств, обеспечение рабочими кадрами строителей по основным профессиям, производственно-технологической комплектации и перевозки строительных грузов, а в необходимых случаях также условия организации строительства и выполнения работ вахтовым методом;

• материалы и результаты технического обследования действующих предприятий, зданий и сооружений при их реконструкции, а также требования к выполнению строительных, монтажных и специальных работ в условиях действующего предприятия.

Обязательные положения по составу и содержанию проектов производства работ на возведение здания, сооружения или его части (узла) включаются:

а) календарный план производства работ по объекту или комплексный сетевой график, в которых устанавливаются последовательность и сроки выполнения работ с максимально возможным их совмещением;

б) строительный генеральный план с указанием: границ строительной площадки и видов ее ограждений, действующих и временных подземных, наземных и воздушных сетей и коммуникаций, постоянных и временных дорог, схем движения средств транспорта и механизмов, мест установки строительных и грузоподъемных машин, путей их перемещения и зон действия, размещения постоянных, строящихся и временных зданий и сооружений, мест расположения знаков геодезической разбивочной основы, опасных зон, путей и средств подъема, работающих на рабочие ярусы (этажи), а также проходов в здания и сооружения, размещения источников и средств энергообеспечения и освещения строительной площадки, расположения заземляющих контуров, мест расположения устройств для удаления строительного мусора, площадок и помещений складирования материалов и конструкций, площадок укрупнительной сборки конструкций, расположения помещении для санитарно-бытового обслуживания строителей, питьевых установок и мест отдыха, а также зон выполнения работ повышенной опасности;

в) технологические карты (схемы) на выполнение отдельных видов работ с включением схем операционного контроля качества, описанием методов производства работ, указанием трудозатрат и потребности в материалах, машинах, оснастке, приспособлениях и средствах защиты работающих, а также последовательности демонтажных работ при реконструкции предприятий, зданий и сооружений;

г) решения по производству геодезических работ, включающие схемы размещения знаков для выполнения геодезических построении и измерений, а также указания о необходимой точности и технических средствах геодезического контроля выполнения строительно-монтажных работ;

д) решения по технике безопасности в составе, определенном СНиП 111-4-80*;

е) решения по прокладке временных сетей водо-, тепло- и энергоснабжения и освещения (в том числе аварийного) строительной площадки и рабочих мест с разработкой, при необходимости, рабочих чертежей подводки сетей от источников питания;

ж) перечни технологического инвентаря и монтажной оснастки, а также схемы строповки грузов;

з) пояснительная записка, содержащая:

- потребность в энергетических ресурсах и решения по ее покрытию;

- мероприятия, направленные на обеспечение сохранности и исключение хищения материалов, изделий, конструкций и оборудования на строительной площадке, в зданиях и сооружениях;

Проект производства работ на выполнение отдельных видов работ (монтажных, санитарно-технических, отделочных, геодезических и т.п.) должен состоять из: календарного плана производства работ по виду работ; строительного генерального плана; технологической карты производства работ с приложением схемы операционного контроля качества; данных о потребности в основных материалах, конструкциях и изделиях, а также используемых машинах, приспособлениях и оснастке и краткой пояснительной записки с необходимыми обоснованиями и технико-экономическими показателями.

Данный дипломный проект производства работ разработанный на строительство отдельного здания выполняется на основании задания и исходных данных, которые в нем содержатся. Пожарную безопасность объекта обеспечить в соответствии с «Правилами пожарной безопасности в Российской Федерации» ППБ 01-93 и ГОСТ 12.1.004-76. При производстве работ руководствоваться требованиями рабочих чертежей, СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции», СНиП 12-03-2001 и 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве», ПБ 10-382-00 «Правила устройства и безопасной Эксплуатации грузоподъемных кранов».

9.1 Выбор методов производства работ

Возведение (монтаж) сооружения в целом, а также отдельных его частей и конструкций можно выполнить различными методами. Совокупность этих методов образует варианты методов монтажа отдельных конструкций и всего сооружения.

Процесс формирования вариантов методов монтажа является одним из наиболее ответственных этапов проектирования технологии монтажа. От правильно научно обоснованного выбора окончательного решения во многом зависят производительность труда, себестоимость работ и их качество, эффективность использования капитальных вложений.

Разработку вариантов процесса монтажа производят на основе анализа следующих исходных данных:

архитектурно – планировочного и конструктивного решений возводимого объекта;

- рекомендуемых методов производства работ;

технологических, технических, климатических и других условий;

материально – технических возможностей монтажной организации.

Определяющим для разработки вариантов методов монтажа является анализ архитектурно – планировочного и конструктивного решений объекта, а именно:

определение массы отправочных элементов и их количества, отдельных частей или блоков;

определение высот подъема отдельных элементов или блоков, глубины их подачи;

определение насыщенности возводимого объекта технологическим оборудованием.

Во всех случаях варианты методов монтажа должны формироваться с максимальным применением принципов индустриализации.

Выбор комплекта монтажных средств заключается в подборе для каждого варианта монтажа возводимого объекта такой строительной техники, которая обеспечит его реализацию.

Подбор строительной техники для каждого варианта монтажа включает в себя подбор ведущей машины (одной или несколько), которая обеспечивает теми выполнения работ, и вспомогательных, обеспечивающих производительную работу ведущей.

Ведущей машиной, как правило, является монтажный кран, а вспомогательными краны меньшей грузоподъемности и различные транспортные средства.

Рис 9.1. Схема определения рабочих параметров крана при монтаже колонн и подкрановых балок

Рис. 9.2 Схема определения рабочих параметров крана при монтаже стропильных ферм и прогонов

Полученным результатам удовлетворяет кран СКГ-30.

Грузовые и высотные характеристики крана СКГ-30, L=25м.

Монтажная зона равна контуру здания плюс 7метров. Опасная зона работы крана R_on=R_max + 0.5*l_max + l_без = 16 + 0,5 * 24 + 7= 35м.

Опасная зона поворотной платформы = R_пов+=4+1=5м.

9.2 Проектирование технологии производства работ

Подготовительные работы:

1)      общеплощадочные;

2)      инженерная подготовка.

Территорию стройплощадки и полосы, отведенные для строительства дорог и трубопроводов, очищают от деревьев, пней, кустов и больших камней. Размещают и устанавливают временные здания и сооружения, устраивают временный водоотвод. Проводится геодезическая разбивка земляных сооружений. Прокладываются инженерные сети для нужд строительства, в которые входят:

- временные водопроводные сети;

- электросети;

- газовые линии.

Земляные работы:

1)      срезка растительного слоя;

2)      планировка площадки;

3)      разработка грунта экскаватором;

4)      ручная доработка грунта;

5)      обратная засыпка грунта бульдозером;

6)      уплотнение грунта (на 0,3м.) механизировано.

Срезка растительного слоя выполняется бульдозером ДЗ-18: снимается плодородный слой почвы, с целью дальнейшего использования для благоустройства территории объекта. Бульдозером срезают и перемещают грунт, укладывая его в промежуточные валики, которые затем окучиваются для погрузки в самосвал ЗИЛ-ММЗ-555 экскаватором. Разработка грунта в выемках осуществляется экскаватором ЭО-2141А, оборудованным обратной лопатой, разработка ведется ниже уровня стоянки. Обратная засыпка выполняется бульдозером ДЗ-18 после возведения фундаментов. Уплотнение осуществляется с помощью прицепного катка ДУ-39А.

Нулевой цикл:

1)    Вертикальное погружение одиночных свай гусеничными копрами;

2)    Срубка голов свай;

3)    Устр-во щебеноч. подст. слоя;

4)    Устройство подбетонки;

5)    Устр-во деревянной опалубки до 1м²;

6)    Уст-ка арм-х сеток и каркасов массой до 20 кг;

7)    Укладка бетонной смеси;

8)    Разборка деревянной опалубки;

9)    Окрасочная гидроизоляция.

Монтаж каркаса:

1)    выверочный монтаж колонн;

2)    монтаж крестовых связей по колоннам;

3)    монтаж фахверковых колонн;

4)    монтаж подкрановых балок;

5)    монтаж ферм;

6)    монтаж связевых ферм;

7)    монтаж стержневых связей по фермам;

8)    монтаж ферм фонаря;

9)    монтаж связевых ферм фонаря;

При монтаже колонн, стоек и подкрановых балок, укладка конструкций ведется в положение, удобное для подъема. Устанавливают опорных деталей на фундамент (при установке колонн). Удерживают оттяжками при подъеме и установке конструкций. Выверка. Все свариваемые элементы после монтажа привариваются. Монтаж колонн осуществляется «с колес», без предварительной их раскладки. До начала подъема колонны должны быть обстроены подмостями, лестницами и площадками, а также монтажными стяжными приспособлениями. Перед установкой колонну снимают с колоновоза, переводят из горизонтального положения в вертикальное, в этом положении подают к месту установки и опускают на фундамент, наводя на анкерные болты. Кран, перемещаясь вдоль ряда колонн, в направлении башмака колонны, поднимает колонну грузовым полиспастом, поворачивая её вокруг опоры до вертикального положения. При подъеме не следует допускать отклонения грузового полиспаста от вертикального более чем на 1.5º. Расстроповку можно выполнить только после надлежащего закрепления установленных колонн. Устанавливают опорных деталей на фундамент (при установке колонн). Удерживают оттяжками при подъеме и установке конструкций. После монтажа крестовых связей по колоннам приваривают их сваркой – работы ведется специализированной бригадой. Подкрановые балки монтируют отдельными элементами без предварительной раскладки. Балки наводят на разбивочные оси, намеченные на консолях колонн. Нижний пояс балки крепят к колоннам болтами через отверстия в поясе. Верхний пояс балки крепят к колонне стальной планкой, устанавливают свободно на сварке, чем компенсируется возможное крепление балки в плане.

Наводку и установка конструкции производят после приведения её в проектное положение, которое обеспечивается путём выверки. Её выполняют в процессе установки конструкции, когда последнюю удерживают краном или после временного (монтажного) закрепления с помощью специальной оснастки, когда произведена расстроповка. Постоянное (проектное) закрепление железобетонных конструкций состоит из сварки закладных деталей и заполнения стыков бетонной смесью. Замоноличивание стыков производят после выверки установленных конструкций, приёмки сварных соединений и нанесения антикоррозийного покрытия.

Монтаж стенового ограждения:

1)      монтаж стеновых панелей площадью до 10м²;

2)      кирпичная кладка;

3)      укладка брусковых перемычек;

4)      монтаж оконных переплетов;

5)      монтаж оконных переплетов фонаря;

6)      устройство пожарных лестниц.

Стеновое ограждение выполнено из панелей типа «сэндвич» прикрепляемые к колоннам через собственный каркас- швеллера болтами. Ограждение между 2-м пролетом и двухэтажной пристройкой выполнено из кирпича толщиной 380мм. отделанной штукатуркой. При сплошной кладке стен последовательно выполняют следующие операции:

1.Устанавливают и перестанавливают причалку для того, чтобы обеспечить правильное расположение горизонтальных рядов кирпича. Её необходимо устанавливать с обеих сторон возводимой стены , прикрепляя с помощью скоб к порядовым или к предварительно уложенным кирпичам.

2. Подают и раскладывают кирпич таким образом, чтобы было удобно как для исполнителя (подручного), так и для каменщика.

3. Подают и расстилают раствор.

4. Укладывают кирпич на раствор, заполняют швы и проверяют правильность кладки. Правильность кладки проверяют с помощью контрольно – измерительных инструментов и приспособлений по мере их возведения не реже 2 раз на каждый метр высоты . При этом проверяют прямолинейность стен, вертикальность поверхностей и углов кладки , горизонтальность рядов, правильность перевязки клаки и толщину швов.

5. При необходимости производят околку и тёску кирпича, и расшивку швов.

Поскольку кладку стен обычно начинают после возведения фундаментов, то первое рабочее место каменщиков располагается на уровне земли, но затем после возведения кладки на высоту 1,0м (ярус кладки), новое рабочее место каменщика необходимо поднять на подмостки.

Для устройства проемов в кирпичной кладке используют перемычки. Оконные переплеты - металлические устанавливают с помощью крана. Пожарные лестницы устанавливают с шагом по периметру не более 120м.

Кровельные работы:

1)    установка прогонов;

2)    монтаж проф. листа;

3)    устройство пароизоляции;

4)    устройство теплоизоляции;

5)    покрытие рубероидом;

6)    устройство защитного слоя из гравия.

По прогонам укладывают проф. листы поштучно длиной 12м. скрепляемыми между собой заклепками и прикрепляемые к прогонам саморезами. Порядок работы: удерживание оттяжек при подаче листов в пачке на кровлю; раскладка и укладка листов вручную с подгонкой; комплектовка заклепок и винтов; сверление отверстий под заклепки и винты; установка заклепок и винтов. Поверх укладывают пароизоляцию, утеплитель, гидроизоляцию и защитный слой.

Устройство полов:

1)      устройство подстилающего слоя;

2)      устройство асфальтобетонного пола.

Устраивают подстилающий слой из щебня с уплотнением и укладывание асфальта с уплотнением. При устройстве асфальтобетонного пола сначала устанавливают маячные рейки, потом укладывают асфальтобетонную смесь, разравнивают смесь, уплотненяют смесь, снимают маячные рейки, заделывают борозды, посыпают поверхность песком и затирают.

Отделочные работы:

1)      оштукатуривание внутренних стен;

2)      внутренняя окраска;

3)      окраска металлических поверхностей;

4)      окрашивание оконных проемов;

5)      окрашивание фасада.

Оштукатуривание поверхности (простое): провешивание поверхностей, нанесение обрызга, нанесение грунта с разравниванием, затирка поверхности с разделкой углов, установка и снятие правил (при разделке углов), подбор отскоков раствора с наброской его на поверхность вручную, переноска рукавов по ходу работ. Окраска поверхности (простое): очистка поверхности, грунтование очищенной поверхности, заполнение трещин и раковин, очистка и обеспыливание, окрашивание. Окраска фасадов: очистка, расшивка трещин, подмазывание, шлифование, шпатлевание, шлифование, первое окрашивание, второе окрашивание.

Прочие работы:

1)      сантехнические работы;

2)      электромонтажные работы.

Устанавливаются сантехнические приборы, производится разводка и подводка водопроводных и отводящих труб. Электромонтаж сетевых кабелей и малоточной проводки.

Ведомость объемов работ.

Таблица 9.1

Произведем калькуляцию трудозатрат на производство строительно-монтажных работ.

Калькуляция трудозатрат и стоимость СМР.

Таблица 9.2