Расчёт и конструирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания

Содержание

1 Компоновка  каркаса здания

Исходные данные:

Компоновку поперечной рамы начинают с установления основных габаритных размеров элементов конструкций в плоскости рамы. Размеры по вертикали привязываются к отметке уровня пола, принимая ее нулевой. Размеры по горизонтали привязываются к продольным осям здания. Все размеры принимаются в соответствии с основными положениями по унификации и другими нормативными документами.

Вертикальная компоновка.

Определяем расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия:

,                                                                                   (1)

где   - запас габарита крана и конструкций.

мм;

Принимаем Н₂ = 3600 мм (кратно 200 мм).

Определяем высоту цеха от уровня пола до низа стропильных ферм:

                                                                                              (2)

мм.

Принимаем Н₀ = 18000 мм (кратно 0,6 м.).

Принимаем мм.

Определяем размер верхней части колонны:

,                                                                                     (3)

где    - высота подкранового рельса;

мм;

 - высота подкрановой балки.

Принимаем 1500 мм.

Тип кранового рельса КР 70.

Определяем размер нижней части колонны:

,                                                                                   (4)

где   Н_б – заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола, принимаем 500 мм.

мм;

Общая высота колонны от низа базы до низа ригеля:

 мм.

 Горизонтальная компоновка.

Принимаем мм.

Принимаем высоту сечения верхней части колонны

мм.

Принимаем мм.

Определяем расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны:

 ;                                                                             (5)

мм.

Принимаем мм (кратно 250 мм).

Определяем высоту сечения нижней части колонны:

 ;                                                                               (6)

мм мм.

Определяем пролет мостового крана:

;                                                                                             (7)

мм.

2 Расчет и конструирование стропильной фермы

Исходные данные:

Пролет фермы - 18 м.

Шаг фермы в продольном направлении - 12 м.

Район строительства - г. Ростов

Марка стали  - С285

Класс ответственности здания I

Рисунок 1 – Расчётная схема фермы

Подсчёт нагрузок производим в табличной форме.

Таблица 1  -   Подсчёт расчётных нагрузок

Для вычисления узловых нагрузок предварительно вычисляем длину панели фермы l_m = 3000 мм. Нагрузка от ребер плит передается непосредственно на узлы фермы.

Рисунок 2 – Узловые нагрузки

При уклоне кровли α = 6⁰34’; cos α = 0,9935; tg α = (3,285 – 2,25)/9 = 0,115

Усилие на средние узлы:

;                                                                                         (8)

кН;

Опорная реакция от полного загружения фермы:

кН.

2.1 Расчётные усилия в элементах фермы

Определение усилий в элементах фермы производим на ЭВМ при помощи программы Structure CAD 7.31 R.4. Распечатка отчета программы о вычислении, содержащая таблицу усилий в элементах фермы и ее расчетную схему приводится ниже.

Рисунок 3 – Значения эпюры N

2.2 Подбор сечений элементов фермы

По заданию на проектирование, материал конструкций фермы – сталь С285.

кН/см².

Подбор сечений элементов верхнего пояса фермы.

Расчетное усилие N_max = -364,8 кН.

;

Требуемая пло­щадь поперечного сечения:

;                                                                                                    (9)

см².                                                                                     

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 100´7. Для него выпишем из сортамента следующие величины: А = 13,75´2 = 27,5 см², i_х = 3,08 см, z₀=2,71см,  см; (принимаем толщину фасонки 10 мм, так как N₁₈=-340,86кН).

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

<                                                                                                         (10)

 <                                                                                                      (11)

                                                                                                   (12)

 > 0,5                                                                                                (13)

<

 <

 > 0,5

По /2 / таб.72 находим, j = 0,512 интерполяцией.

Проверим несущую способность подобранного сечения

;                                                                                               (14)

кН/см².

Условие выполняется.

Подбор сечений раскосов фермы

Расчетное усилие N₁₈ = 340,86 кН.

;

Требуемая пло­щадь поперечного сечения:

см².

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 110´7. Для него выпишем из сортамента следующие величины: А = 15,15´2 = 30,3 см², i_х = 3,4 см,  см; z₀ = 2,96см

см.

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

<

 <

j = 0,415.

Проверим несущую способность подобранного сечения

кН/см².

Условие выполняется.

Расчетное усилие N₁₉ = 156,02 кН.

;

Требуемая пло­щадь поперечного сечения:

см².

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 100´7. Для него выпишем из сортамента следующие величины: А = 27,5 см², i_х = 3,08 см,  см.

см.

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

<

 <

                                                                                        (15)

j = 0,434.

Проверим несущую способность подобранного сечения

кН/см².

Условие выполняется.

Расчетное усилие N₂₀  = 4,81 кН.

;

Требуемая пло­щадь поперечного сечения:

см².

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 70´5. Для него выпишем из сортамента следующие величины: А = 13,72 см², i_х = 2,16 см,  см; z₀ = 1,9 см.

см.

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

<

 <

j = 0,201

Проверим несущую способность подобранного сечения

кН/см².

Условие выполняется.

Подбор сечений элементов нижнего пояса фермы

Расчетное усилие N_max = 365,54 кН.

Требуемая пло­щадь поперечного сечения:

см².

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 70´5. Для него выпишем из сортамента следующие величины: А = 13,72см², i_х = 2,16см,  см; z₀ = 1,9см.

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

<

 <

Проверим несущую способность подобранного сечения

кН/см².

Условие выполняется.

Подбор сечений стоек фермы

Расчетное усилие N₁₃ = 109,05 кН.

Требуемая пло­щадь поперечного сечения:

см².

Принимаем сечение из двух равнополочных уголков 50´5. А = 9,6 см², i_х = 1,53 см,  см; z₀ = 1,42 см.

см.

Расчетные гибкости стержня в плоскостях:

<

 <

Проверим несущую способность подобранного сечения

кН/см².

Условие выполняется.

Сечение остальных стоек принимаем конструктивно из двух равнополочных уголков 50´5; ( А = 9,6см², i_х = 1,53 см,  см.) так как:

N₁₃=109,05кН  > N₁₄=3,55кН > N₁₅=0

Подбор сечений элементов фермы сводим в таблицу 2.

2.3 Расчёт сварных швов

Для сварки узлов фермы применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08А диаметром d = 2 мм.

Узел 1:

Торцовый лист опорного раскоса применяем толщиной 12 мм. и шириной 180 мм. (из условия размещения болтов).

Напряжение смятия у торцов:

,                                                                                  (16)

где R_р = 41,6 кН/см².

кН/см²

Толщину швов опорного раскоса назначаем на обушке 7 мм. и на пере 5 мм.

Раскос 18:

;                                                             (17)

;                                                               (18)

где   g_wf = 1;

кН/см²;

b_f = 0,9;

см;

см.

см;

см;

Швы нижнего пояса - 1:

см;

см.

см;

см;

Принимаем конструктивно мм.

Производим расчет прикрепления торцового листа к фасонке. При полуавтоматической сварке расчет следует производить по металлу шва.

Толщину шва принимаем 5 мм.

,                                                            (19)

где   ;                                                                             (20)

см;

кН/см².

Фактическая длина шва равна высоте фасонки и больше требуемой длины.

Расчетное сопротивление на срез:

,                                                                                        (21)

где   кН/см².

.

Требуемая площадь среза:

;                                                                                        (22)

см².

Требуемая высота фасонки:

;                                                                                     (23)

см;

Фактическая высота фасонки намного больше.

Узел 8:

Усилия в стержнях равны нулю.

Верхний пояс - 7:

; .

см.

Принимаем конструктивно мм.

Шпренгель 24:

; .

см.

Узел 9:

Верхний пояс- 8;

  N=252,44кН

;

см;

см, принимаем

Стойка 13

  N=109,05кН

;

см;

см.

Принимаем  6см

Узел 10:

Верхний пояс 8 привариваем к фасонке швами  и  вычисленный по узлу 9.

Верхний пояс -9:

  N=364,8кН

;

см; Принимаем 12см

см.

Стойка 14:

  N=3,55кН

;

см;

см.

Принимаем конструктивно 6см

Раскос 19

  N=156,02кН

;

см;

см. Принимаем 6см.

Узел 11:

Верхний пояс 9 и 10 привариваем к фасонке швами  и  вычисленный по узлу 10.

Стойка 15:

  N=0

Принимаем конструктивно  6см

Раскос 20 и 21

  N = 4,81кН

;

см;

см.

Принимаем  6см

Рассчитываем крепление листовых накладок. Горизонтальные листовые накладки принимаем сечением 140×10 мм.

Прочность стыка рассчитываем по формуле:

 < R_y                                                                                    (24)

 кН/см² < 28 кН/см².

Усилие в листовой накладке:

;                                                                                             (25)

 кН

Суммарная длина швов, прикрепляющих одну накладку к уголкам верхнего пояса см.

;                                                              (26)

см.

Расчетное усилие для крепления уголков пояса к вертикальной фасонке

;                                                                                  (27)

                                                                                        (28)

 кН;

 кН.

Требуемая длина швов у обушка:

см; см.

см;

см;

Принимаем конструктивно мм.

Узел 4:

Стойку 15 привариваем к фасонке швами мм.

Рассчитываем крепление листовых накладок. Горизонтальные листовые накладки принимаем сечением 100 × 10 мм.

Прочность стыка рассчитываем по формуле:

 кН/см² < R_y = 28кН/см².

 Усилие в листовой накладке:

 кН.

Суммарная длина швов, прикрепляющих одну накладку к уголкам нижнего пояса см.

см.

Расчетное усилие для крепления уголков пояса к вертикальной фасонке

кН;

кН.

Требуемая длина швов у обушка:

см; см.

см; Принимаем 16см

см; Принимаем 9см.

Принимаем конструктивно мм.

Узел 3:

Раскос 20 привариваем к фасонке швами см вычисленные по узлу 11. Нижний пояс 3 привариваем  к фасонке швами 16см 9см  вычисленные по узлу 4.  Стойку 14 привариваем швами 6см  вычисленные по узлу 10.

Нижний пояс – 2:

  N=362,3кН

;

см, принимаем 16см.

см, принимаем 9см.

Узел 2:

Раскос 19 привариваем к фасонке швами см вычисленные по узлу 1. Нижний пояс 1 привариваем  к фасонке швами 11см 7см  вычисленные по узлу 1, нижний пояс 2 привариваем к фасонке швами см вычисленные по узлу 3.  Стойку 13 привариваем швами 6см  вычисленные по узлу  9.

3  Расчет связей

 Связи служат для придания покрытию пространственной жесткости, а также для обеспечения устойчивости отдельных стержней. Связи располагаемые в уровне верхнего и нижнего пояса фермы, называют горизонтальными, а уста-навливаемые в вертикальной плоскости между смежными фермами – вертикаль-ными.

Предельная гибкость растянутых стержней равна 400. Сечение подбираем по заданной предельной гибкости. Сначала вычислим требуемый радиус инерции:

,                                                                                                  (29)

где  ;                                                                                          (30)

м.

см.

Принимаем уголок 56×5:

см.

Подбираем вертикальные связи в сечении по коньку фермы.

Определим сечение распорок как сжатых элементов в плоскости связей.

;                                                                                             (31)

;                                                                                                (32)

см;

см.

Определим сечение распорок из плоскости связей.

см;

см.

Принимаем два уголка 140×9:

см > 6 см;

см > 1,314 см.

Раскосы, как растянутые элементы в плоскости связей.

см;

см.

Принимаем два уголка 70×5:

см > 1,54 см.

Таким образом вертикальные связи проектируем из двух спаренных уголков

140×9 и 70×5.

Список используемой литературы

1.     СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" /Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988 г.

2.     СНиП II-23-81* "Стальные конструкции. Нормы проектирования" М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990 г.

3.     "Металлические конструкции. Элементы стальных конструкций", под редакцией В. В. Горева; М.: Высшая школа, 1997 г.

4.     "Металлические конструкции. Общий курс", учебник для ВУЗов под редакцией Е. И. Беленя; М.: Стройиздат, 1991 г.

5.     "Примеры расчета металлических конструкций", А. П. Мандриков; М.: Стройиздат, 1991 г.