Расчет и проектирование производственного здания - Курсовая работа

бесплатно 0
4.5 92
Применение металлических конструкций для строительства зданий и инженерных сооружений. Выбор основных несущих конструкций для возведения прокатного цеха: Расчет поперечной рамы, сочетания, ступенчатой колонны, стропильной фермы и подкрановой балки.


Аннотация к работе
Металлические конструкции применяется сегодня во всех видах зданиях и инженерных сооружений, особенно если необходимы значительные пролеты, высота и нагрузки. Потребность в металлических конструкциях чрезвычайно велика и непрерывно увеличивается. Базой для удовлетворения этой потребности является большой объем производимой в стране стали, заводы металлических конструкций и специализированные монтажные организации, оснащенные современной техникой, специализированные проектные организации и научно-исследовательские институты.

1. Исходные данные: 1. Район строительства - г. Махачкала

2. Длина здания - 84 м.

3. Пролет здания - 18 м.

4. Отметка рельса - 9.6 м.

5. Режим работы мостового крана - весьма тяжелый

6. Грузоподъемность крана - 50/10 т.

7. Шаг колонн - 6м.

8.Тип колонны - Сквозной

Здание - одноэтажное, однопролетное, оборудованное мостовыми кранами весьма тяжелого режима работы.

Назначение здания: прокатный цех.

Материал основных несущих конструкций: сталь класса Вст 3 по обоснованному выбору.

2. Компоновка поперечной рамы

Здание - отапливаемое, со светоаэрационным фонарем.

Выбрана несущая система в виде поперечных рам с шагом 6 м, с жестким сопряжением ригеля с колонной (краны тяжелого режима работы); схема поперечной рамы и ее элементов показана на рис.

Генеральные размеры цеха: h1 - отметка верха рельса;

L - пролет цеха;

l - длина цеха.

Эти значения определяются по проектному заданию (диктуются технологами) с учетом укрупненных модулей.

По заданию h1 - 9600 мм.

L - 18 м.

L - 86 м.

Укрупненный модуль по высоте равен 60 см;

Назначаем h0:h0 = 60 см. h0 - расстояние от верха фундамента до нулевой отметки, см. рис.

Определяем h2 - расстояние от верха рельса до низа несущей конструкции (фермы):

С учетом модуля по высоте (60см) высоту колонны принимаем

Нк = 10200 мм < 10,8 м.

Принимаем hб = 1000 мм, так как ак = 6м и Q = 50 т < 50 т.

Для обеспечения модульности вертикального размера колонны Нк обычно недостающую длину добавляют к нижней части колонны. Это увеличивает полезную высоту цеха.

Нв = hб h2 = 1300 3500 = 4800 мм., Нн = h0 h1 - h0 = 13100-4800 1000 = 9300 мм., Определение высоты колонны

Нк = Нв Нн=4800 9300=14100 мм

Определение высоты фермы на опоре ферма имеет следующие размеры: Нф = 2200мм, так как L = 18 м.

Определение горизонтальных размеров поперечной рамы назначаем: а" = 250 мм;

а" = 250 мм;

а = hб = 500 мм, так как пролет L = 18, грузоподъемность мостового крана Q = 50 т.

Горизонтальная привязка ? определяется по формуле: ? = В U а / 2 не менее 75 мм, где

U - ширина ограды;

В - свес, определяется по каталогу мостовых кранов (прил.1);

В = 300 мм, при L = 18 м, Q = 30 т, U = 50 мм, а / 2 = 250 мм. ? = 300 мм 250 мм 250 мм 75 мм = 875 мм.

Определение высоты нижней части колонны

Исходя из того, что ? = 675 мм и с учетом необходимых свесов подкрановой и шатровой ветвей, назначим b = ? а1 = 1000 мм 500 мм = 1500 мм.

Сечение верхней и нижней части колонны назначаем сплошным.

Lk = L - 2•l1 = 18000 мм - 2•1000 мм = 16000 мм;

3. Расчет поперечной рамы производственного здания

Требуется произвести статический расчет и определить усилия в элементах рамы прокатного цеха. Место строительства г. Махачкала

Расчетная схема рамы

В соответствии с конструктивной схемой рис.2 выбираем ее расчетную схему и основную систему.

Расстояние между центрами тяжести сечений верхнего и нижнего участков колонны в первом приближении определим так: l0 = 0,5•(hн - hб) = 0,5•(1500 мм - 1000 мм) = 250 мм = 0,25 м.

Соотношение моментов инерции: Ін / Ів = 5

Ір / Ін = 4. Если Ів = 1, то Ін = 5;

Ір = 20, где

Ів - момент инерции верхней части колонны;

Ін - момент инерции нижней части колонны;

Ір - момент инерции ригеля.

Сопряжение ригеля с колонной назначаем жестким.

Соотношения Ір, Ін, Ів принимаем: Ів = 1; Ін = 5; Ір = 20.

Нагрузки на поперечную раму

Все нагрузки подсчитываются с учетом коэффициента надежности по назначению здания (I I - ответственность здания) ?н = 0,95.

Постоянная нагрузка

Расчетную равномерно распределенную погонную нагрузку на ригель рамы вычисляем по формуле: qн = ?н•qkp•bф / cos ? = 0,95•1,59 КН/м2•6 м / 1 = 9.063 КН/м, где gkp - суммарная расчетная нагрузка (см. табл. 1);

Расчетный вес колонны

Верхняя часть (20 % веса): GB = 0,95•1,05•0,2•0,6•18/2 •12 = 13КН, где b = 6 м - шаг поперечных рам, L = 18 м, 0,4 и 1,05 - коэффициенты, b - шаг колонн;

l - пролет здания;

?н - коэффициент условия работы; ?н = 0,95;

NFG - коэффициент перегрузки: NFG = l,05.

Нижняя часть колонны (80 % веса): GH = 0,95•1,05 КН/м2•6 м• 0,2•0,6 •9•12= 21,6 КН, где 0,8 - 80 % веса.

Введение
Металлические конструкции применяется сегодня во всех видах зданиях и инженерных сооружений, особенно если необходимы значительные пролеты, высота и нагрузки. Потребность в металлических конструкциях чрезвычайно велика и непрерывно увеличивается. Базой для удовлетворения этой потребности является большой объем производимой в стране стали, заводы металлических конструкций и специализированные монтажные организации, оснащенные современной техникой, специализированные проектные организации и научно-исследовательские институты.

1. Исходные данные: 1. Район строительства - г. Махачкала

2. Длина здания - 84 м.

3. Пролет здания - 18 м.

4. Отметка рельса - 9.6 м.

5. Режим работы мостового крана - весьма тяжелый

6. Грузоподъемность крана - 50/10 т.

7. Шаг колонн - 6м.

8.Тип колонны - Сквозной

Здание - одноэтажное, однопролетное, оборудованное мостовыми кранами весьма тяжелого режима работы.

Назначение здания: прокатный цех.

Материал основных несущих конструкций: сталь класса Вст 3 по обоснованному выбору.

2. Компоновка поперечной рамы

Здание - отапливаемое, со светоаэрационным фонарем.

Выбрана несущая система в виде поперечных рам с шагом 6 м, с жестким сопряжением ригеля с колонной (краны тяжелого режима работы); схема поперечной рамы и ее элементов показана на рис.

Генеральные размеры цеха: h1 - отметка верха рельса;

L - пролет цеха;

l - длина цеха.

Эти значения определяются по проектному заданию (диктуются технологами) с учетом укрупненных модулей.

По заданию h1 - 9600 мм.

L - 18 м.

L - 86 м.

Укрупненный модуль по высоте равен 60 см;

Назначаем h0:h0 = 60 см. h0 - расстояние от верха фундамента до нулевой отметки, см. рис.

Определяем h2 - расстояние от верха рельса до низа несущей конструкции (фермы):

С учетом модуля по высоте (60см) высоту колонны принимаем

Нк = 10200 мм < 10,8 м.

Принимаем hб = 1000 мм, так как ак = 6м и Q = 50 т < 50 т.

Для обеспечения модульности вертикального размера колонны Нк обычно недостающую длину добавляют к нижней части колонны. Это увеличивает полезную высоту цеха.

Нв = hб h2 = 1300 3500 = 4800 мм., Нн = h0 h1 - h0 = 13100-4800 1000 = 9300 мм., Определение высоты колонны

Нк = Нв Нн=4800 9300=14100 мм

Определение высоты фермы на опоре ферма имеет следующие размеры: Нф = 2200мм, так как L = 18 м.

Определение горизонтальных размеров поперечной рамы назначаем: а" = 250 мм;

а" = 250 мм;

а = hб = 500 мм, так как пролет L = 18, грузоподъемность мостового крана Q = 50 т.

Горизонтальная привязка ? определяется по формуле: ? = В U а / 2 не менее 75 мм, где

U - ширина ограды;

В - свес, определяется по каталогу мостовых кранов (прил.1);

В = 300 мм, при L = 18 м, Q = 30 т, U = 50 мм, а / 2 = 250 мм. ? = 300 мм 250 мм 250 мм 75 мм = 875 мм.

Определение высоты нижней части колонны

Исходя из того, что ? = 675 мм и с учетом необходимых свесов подкрановой и шатровой ветвей, назначим b = ? а1 = 1000 мм 500 мм = 1500 мм.

Сечение верхней и нижней части колонны назначаем сплошным.

Lk = L - 2•l1 = 18000 мм - 2•1000 мм = 16000 мм;

3. Расчет поперечной рамы производственного здания

Требуется произвести статический расчет и определить усилия в элементах рамы прокатного цеха. Место строительства г. Махачкала

Расчетная схема рамы

В соответствии с конструктивной схемой рис.2 выбираем ее расчетную схему и основную систему.

Расстояние между центрами тяжести сечений верхнего и нижнего участков колонны в первом приближении определим так: l0 = 0,5•(hн - hб) = 0,5•(1500 мм - 1000 мм) = 250 мм = 0,25 м.

Соотношение моментов инерции: Ін / Ів = 5

Ір / Ін = 4. Если Ів = 1, то Ін = 5;

Ір = 20, где

Ів - момент инерции верхней части колонны;

Ін - момент инерции нижней части колонны;

Ір - момент инерции ригеля.

Сопряжение ригеля с колонной назначаем жестким.

Соотношения Ір, Ін, Ів принимаем: Ів = 1; Ін = 5; Ір = 20.

Нагрузки на поперечную раму

Все нагрузки подсчитываются с учетом коэффициента надежности по назначению здания (I I - ответственность здания) ?н = 0,95.

Постоянная нагрузка

Расчетную равномерно распределенную погонную нагрузку на ригель рамы вычисляем по формуле: qн = ?н•qkp•bф / cos ? = 0,95•1,59 КН/м2•6 м / 1 = 9.063 КН/м, где gkp - суммарная расчетная нагрузка (см. табл. 1);

Расчетный вес колонны

Верхняя часть (20 % веса): GB = 0,95•1,05•0,2•0,6•18/2 •12 = 13КН, где b = 6 м - шаг поперечных рам, L = 18 м, 0,4 и 1,05 - коэффициенты, b - шаг колонн;

l - пролет здания;

?н - коэффициент условия работы; ?н = 0,95;

NFG - коэффициент перегрузки: NFG = l,05.

Нижняя часть колонны (80 % веса): GH = 0,95•1,05 КН/м2•6 м• 0,2•0,6 •9•12= 21,6 КН, где 0,8 - 80 % веса.

Поверхностная масса: стен - 200 кг/м2; переплетов с остеклением - 35 кг/м2;

в верхней части колонны: F1 = 0,95•[1,2•2•5,85•6 м 1,1•0,35•1,2•6 м] = 82,7 КН;

в нижней части колонны: F2 = 0,95•[1,2•2 (9,3 - 4)•6 м 1,1•0,35•4•6 м] 13,18 = 81,3 КН;

Расчетная схема и нагрузки, действующие на нее показаны на рис. 3.

Снеговая нагрузка

Определяем распределенную нагрузку от снега на ригель рамы: qсн = n•с•р0•bф = 0,95КН/м2•1,45•6 м• 1,5 =12,4 КН/м, где р0 - вес снегового покрова на земле, зависящий от района строительства и определяемый по СНИП «Нагрузки и воздействия»;

с - коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1м2 проекции кровли, равный при уклоне а < 25° единице;

bф - шаг ферм;

n - коэффициент перегрузки;

коэффициент перегрузки n = 1,45.

Опорная реакция ригеля

FR = qсн•l / 2 = 12,4 КН/м•18 м / 2 = 111,6 КН.

Определение нагрузки на ригель: QPПОСТ = QРПОСТ•bф = 1,45 КН/м2•6 м = 8,7 КН/м

Ветровая нагрузка

Нормативный скоростной напор ветра go = 0,27КН/м2.

Тип местности - Б: к типу местности Б относятся города с окраинами, лесные массивы и подобные местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м. Коэффициент k, учитывающий рельеф и застроенность местности: k = 0,95;

йв = ?н•т•пщ•л•с•и б где go - нормативный скоростной напор ветра, принимаемый по СНИП II-6-74 k - коэффициент, учитывающий высоту и защищенность от ветра другими строениями;

с - аэродинамический коэффициент, зависящий от расположения и конфигурации поверхности. Для вертикальных стен с = 0,8 с наветренной стороны и с = 0,6 с подветренной стороны (отсос);

n - коэффициент перегрузки, который для зданий равен 1,2;

b - ширина расчетного блока, qв = gвн кв •nв с b nc кн = 0,95 КН/м2 1,2 0,35 к 6 м 0,8 = 1,9к [КН/м], Линейная распределенная нагрузка при высоте

10 м:1,9 0,65 = 1,2 КН/м;

20 м:1,9 0,9 = 1,7 КН/м;

30м 1,9•1,05= 2 KH/м;

14,2 м:1,2 ((1,7 - 1,2)•4,2) / 10 = 1,41КН/м;

18,6 м:1,2 ((1,7 - 1,2)•8,6) / 10 = 1,63 КН/м;

Определим сосредоточенные силы от ветровой нагрузки по формулам

Fв = (q1 q2)•h" / 2; Fв" = (q1" q2")•h" / 2, Fв = [(1,4 1,6)•4,4/2 = 6,6 КН.

Fв" = Fв•0,6 / 0,8 = 6,6 КН•0,6 / 0,8 = 5 КН.

Найдем эквивалентные погонные нагрузки по формулам: qэ = qв10 •? = 1,2 1,05 = 1,26 КН/м; q’э = qэ 0,6 / 0,8 = 1,26 0,6 / 0,8 = 1

КН/м, где qэ - расчетная ветровая нагрузка на высоте 10 м;

? - коэффициент.

Вертикальные усилия от мостовых кранов

На. Количество колес крана определяется в зависимости от его грузоподъемности Q. В данном проекте число колес равно 4.

Далее находим габариты крана и тележки (по Q = 50 / 10 т - весьма тяжелый режим работы - и пролету цеха): Определяем максимальное вертикальное давление на колонну от крановых нагрузок: Dmax = ?н (n nc Fi max yi n Gn n gn ат•b) = = 0,95 (1,1 0,95 470 1,855 м

1,05 м 45 1,2м 1,5 1,5 6 м) = 925,5 КН.

Здесь: n, nc - коэффициенты перегрузки и сочетания;

nc = 0,85 - для кранов тяжелого режимов работы;

Fi max - нормативное вертикальное усилие колеса уі - ординаты линии влияния, см. рис.

Gn - нормативный вес подкрановых конструкций;

gn - полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке (1,5 КН/м2);

bt - ширина тормозной площадки (1,5 м);

b - шаг колонн (6 м);

вес подкрановой балки

Gn = 0,95 КН•а•l / 2 = 0,95•1,05•0,8•0,6•9 •12= 52 КН.

Fi’ = (9,8•Q•Qk) / n0 - Fi max = (9,8•50•690) / 2 = 120 КН, где

Q - грузоподъемность мостового крана;

Qk - вес крана с тележкой в КН;

n0 - число колес с одной стороны крана.

Минимальное давление на колонну от крановых нагрузок: Dmin = ?н [(n nc • Fi max •yi) Fk1 / Fk max n Gn n gn bt b] =

= 0,95 (1091•120КН / 470 КН 47 16,2) = 342 КН.

Сосредоточенные моменты от вертикальных усилий

Dmax, Dmin Mmax = ek Dmax = 0,75 926 = 695 КН м;

Mmin = ek •Dmin = 0,7 342 = 257 КН м. где ек - расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения нижней части колоны: ек ? 0,5•1,5 = 0,75 м.

Горизонтальную тормозную силу от мостовых кранов, передаваемую одним колесом, определяем по формулам: Ткн = 0,05•(9,8•Q Gt) / n0 = 0,05 (9,8 50 т 185 КН) / 2 = 16,875 КН;

Сила Т = ?н n nc Тін yi = = 0,95 1,1 0,95 16,875 КН 1,855 м = 31КН,

4. Статический расчет поперечной рамы

4.1 Расчет на постоянные нагрузки

Сосредоточенный момент изза смещения осей верхней и нижней частей колонны.

M = - (FR F1)•ео = - (111,6 КН 82,7 КН)•0,25м = - 48,6 КН•м

Определим необходимые для расчета параметры: n = 1/5 = 0,2;

? = Нв / Нк = 4,8 м / 9,3 м = 0,52 ? 0,5.

Каноническое уравнение для левого узла r11•?1 r1р = 0.

Моменты от поворота узла: MA = KA•i = 0,965•i

MC = KC•i = - 0,218•i

MB = KB•i = - 1,006•i

МВРИГ = 2•EIP / l = 2E•4Ін / l•H = 8•i•H / l = 8•14,1•i / 18 = 6,3•i.

Момент от нагрузки на стойках Мр: МА = КА•М = 0,218•(- 48,6 КН•м) = -10,6 КН•м;

МВ = КВ•М = - 0,224•(- 48,6 КН•м) = 10,9 КН•м;

МСН = KC•М = - 0,647•(- 48,6 КН•м) = 31,4 КН•м;

МСВ = (КС 1)•M = (- 0,647 1)•(- 48,6 КН•м) = - 17,2 КН•м;

Моменты на опорах ригеля (защемленная балка постоянного по длине сечения): МВРИГ = - q•l2 / 12 = - 9,1 КН/м (18 м)2 / 12 = - 246 КН•м.

Коэффициенты канонического уравнения: r11 = - МВ Мвриг = 1,006 i 6,3 i = 7,3 (по эпюре М1);

r1р = - МВ Мвриг = -10,9 КН м - 246 КН м = - 257 КН м (по эпюре Мр).

Угол поворота ? = - r1p / r11 = 257 КН м / 7,3 i = 35,2 КН м / i;

Моменты от фактического угла поворота (M1•?): МА = 0,965•i•35,2 KH•м / i = 42,63 КН•м, МВ = - 1,006•i•35,2 КН•м / i = - 35,4 КН•м, МС = - 0,218 i•35,2КН•м / i = - 7,7 КН•м, МВРИГ = 6,3 i 35,2 KH•м / i = 222 КН•м.

Эпюра моментов (M1•? Мр) от постоянной нагрузки: МА= 34 КН•м - 10,6 КН•м = 23,4 КН•м, МВ = - 35,4 КН•м 10,9 КН•м = - 24,5 КН•м, МВРИГ = 222 КН•м - 246 КН•м = - 24 КН•м, МСВ = - 17,2 КН•м - 7,7 КН•м = - 19,9 КН•м, МСН = 31,4 КН•м - 35,2 КН•м = -3,8 КН•м.

К расчету на постоянные нагрузки

Проверкой правильности расчета служит равенство моментов в узле B (113,95 КН•м ? 113,93 КН•м), равенство перепада эпюры моментов в точке С (- 58,22 КН•м - 25,29 КН•м ? - 83,51 КН•м) по отношению к внешнему моменту (- 83,51 КН•м), а также равенство поперечных сил на верхней и нижней частях колонны: QAC = = = - 2,41 КН, QBC = = = -2,3 КН.

Разница

% = 5%

Разница (12 %) получена в результате округления параметра ? и значений моментов.

Усилие N на уровне высоты колонны равно FR F1 GB = 111?6 RY 82?7 RY 13 = 207?3 RY?

Усилие N на уровне низа колонны равно FR F1 GB F2= 111?6 RY 82?7 RY 13 RY 81?3 RY = 288?6 RY?

4.2 Расчет на нагрузку от снега

Расчет выполняется аналогично расчету на постоянные нагрузки. Сосредоточенный момент на колонне: М = - FR•e0= - 111,6 КН•0,25м = - 28 КН•м.

Каноническое уравнение для левого узла r11•?1 r1p = 0.

Моменты от нагрузки:

МА = КА•М = 0,218•(- 28 КН•м) = - 6,1 КН•м;

МВ = KB•М = - 0,224•(-28 КН•м) = 6,3 КН•м;

МСН = kc•M = - 0,647•(- 28 КН•м) = 18,1 КН•м;

МСВ = (kc 1)•М = (- 28)•0,353 = - 9,9 КН•м;

МВРИГ = = - 12,4 КН/м• = - 335КН•м.

Коэффициенты канонического уравнения: r11 = 7,3•i (по эпюре M1);

r1р = - МВ МВРИГ = - 6,3 КН•м - 335 КН•м = - 341 КН•м.

Угол поворота ? = = = .

Моменты от фактического угла поворота (М1•?): МА = 0,965•i• = 45 КН•м, МВ = - 1,006•i• = - 47 КН•м, МС = - 0,218•i• = - 10,2 КН•м, МВРИГ = 6,3•i• = 294 КН•м.

Эпюра усилий от снеговой нагрузки: МА= 45 КНМ •6,1 КН•м = 274,5 КН•м, МВ = - 47 КНМ •6,3 КН•м = - 296,1КН•м, МС = - 9,9 КНМ•10,2 КН•м = - 101 КН•м, МСН = 18,1 КН•м•10,2 КН•м = 184,6 КН•м, QA = QB = = - 49,4КН ? 50 КН, NB = NA = = - 53 КН

Nриг = QB = - 141 КН.

4.3 Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов

Расчет проводится при расположении тележки крана у левой стойки. Основная система и схема нагрузки приведены на рис. Проверка возможности считать ригель абсолютно жестким производится по формуле: k = = = 3,3;

- условие абсолютной жесткости ригеля.

Здесь: - 1 = - 1 = 4;

k = 3,3 > = 1,875

Значит, условие выполняется.

Каноническое уравнение для определения смещения плоской рамы: (3.3.4)

Моменты и реакции от смещения верхних узлов при = 1 (рис. 3.3.б), по приложению 24:

Моменты и реакции на левой стойке от нагрузки

М = Ммах = 695

Ма = ка · М = 0,218 - 695 КН·м = 151,5 КН·м, Мв = кв · М = - 0,224 - 695 КН·м = - 156 КН·м, Мсн = кс · М = - 0,647 - 695 КН·м = - 450 КН·м, Мсв = (кс 1) · М = - 0,353· 695 КН·м = 245 КН·м, FRB = = = 71 КН·м.

Усилия на правой стойке можно получить аналогично или умножая усилия левой стойки на отношение

= = 0,37, где

Mmin = 257 КН·м

К расчету рамы на вертикальную нагрузку

Реакция верхних концов стоек

RIP = FRB - FRBNP = 71 КН - 28,4 КН = 42,6 КН.

Смещение плоской рамы

= = =

Крановая нагрузка - нагрузка местная, поэтому . При жесткой кровле этот коэффициент определяется по формуле: (3.3.5)

, где n = 4 - число рам в блоке;

?i - расстояние между симметрично расположенными относительно середины рамами (например, ?2 - вторыми от торцов);

n0 = 8 - число колес кранов на одной нитке подкрановых балок;

- сумма ординат линии влияния реакции рассматриваемой рамы.

Смещение рамы с учетом пространственной работы определяется по формуле:

4.5 Расчет на горизонтальные воздействия мостовых кранов

Основная система, эпюра моментов M1, каноническое уравнение, коэффициент - такие же как и при расчете на вертикальную нагрузку от мостовых кранов.

К расчету на горизонтальные нагрузки от мостовых кранов.

К расчету от ветровой нагрузки

Моменты и реакции на левой стойке от нагрузки

МА = КА ·Т Н = - 0,158 31 КН 14,1 м = - 69 КН·м, МВ = кв Т Н = - 0,103 31 КН 14,1м = - 45 КН·м, МС = кс ·Т Н = 0,115 31 КН 14,1 м = 50,3 КН·м, FRB = k1в Т = 0,545 31 КН = 16,9 КН.

Смещение верхних концов колонн с учетом пространственной работы здания: , где ?пр= 0,52; r1p = FRB = 16,9 КН; r11 = 0,886 КН · t.

Эпюры М и Q показаны на рис.

4.6 Расчет на ветровую нагрузку

Основная система и эпюра М1 - как и для крановых воздействий.

Эпюра Мр, на левой стойке: MA = KA ·qэ ·H 2 = - 0,113 1,3 КН/м (14,1)2 = - 29,2 КН·м;

МВ = KB qэ ·Н 2 = - 0,061 1,3 КН/м·(14,1м)2 = - 15,8 КН·м;

МС = kc q э·Н 2 = 0,039·1,3 КН/м·(14,1)2 = 10 КН·м; FRB = k1в ·q э H = 0,449 · 1,3 КН/м (14,1м)2 = 8,23 КН·м;

На правой стойке усилия получаются умножением на коэффициент

Коэффициенты канонического уравнения вычислим по формуле: r 11 = - 0,886 t r 1p = FRB FRB1 FB FB1 = 8 КН 6,3 КН 6,6 КН 5 КН = 25,9 КН, Смещение рамы ?пр = 1: .

Эпюра М = (Мр MB · ?) показана на рис.

Эпюра Q на левой стойке:

= 20 КН

QB = QA - q э · H = 20 КН - 1,26 КН/м · 14,1м = 2,24 КН.

При правильном решении сумма поперечных сил внизу должнабыть равна сумме всех горизонтальных сил: Qa Qaпр = 20 КН 18,6 КН = 38,6 КН

(qэ qэ1) Н FB FB1 =

= (1,26 КН/м 1 КН/м) · 14,1м 6,6 КН 5 КН = 28 КН;

Qb Qbпр = 11 КН 5КН = 16 КН = FB FB1 =

= 6,6 КН 5 КН = 11,6 КН, где

QAПР = = 18,6 КН, QBNP = 18,6 КН - 1 КН/м · 14,1м = 4,5КН.

Значения всех полученных усилий в сечениях рамы заносим в табл. 1.

5. Сочетания нагрузок

Различают нагрузки независимые, взаимосвязанные и взаимоисключающиеся. В рассматриваемом проекте к независимым нагрузкам относятся снеговые, постоянные, ветровые и крановые нагрузки. К взаимосвязанным относятся вертикальное давление колеса Dmax и тормозное воздействие Т, возникающее при этом: 1 пара Dmax на левой опоре и Т на левой колонне;

2 пара Dmax на правой опоре и Т на правой колонне.

Таблица 1

Комбинация нагрузок и расчетные усилия в сечениях колонн

№№ нагрузок Нагрузки и комбинации усилий Сечения стойки

1-1 2-2 3-3 4-4

M N M N M N M N Q

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1 Постоянная 1 -24,5 -35,4 -19,9 164,6 -3,8 -164,6 -234 -246 2,3

2 Снеговая 1 -296 -100 101 -100 175 100 275 100 51,5

0,9 266 90 91 90 167 90 248 91 46

3 Dmax на левую стойку 1 152 0 156 0 450 926 200 926 74,7

0,9 136,8 0 140,4 0 405 833,4 180 - 833,4 67,2

3* на правую стойку 1 56 0 57,7 0 166,5 342 200 342 30

0,9 50,4 0 52 0 150 308 180 308 27

4 Т на левую стойку 1 (-)35 0 (-)45 0 (-)45 0 (-)90 0 (-)13

0,9 (-)31,5 0 (-)40,5 0 (-)40,5 0 (-)81 0 (-)11,7

4* на правую стойку 1 (-)16 0 (-)1 0 (-)1 0 (-)41 0 (-)3,8

0,9 (-)14,4 0 (-)1 0 (-)1 0 (-)1 0 (-)3,4

5 ветровая слева 1 1200-50-50-3500 20

0,9 108 0 -4,5 0 -4,5 0 -315 0 18

5* справа 1-1300 70 70 3000 19

0,9 -117 0 6,3 0 6,3 0 270 0 17

Взаимоисключающиеся нагрузки: вертикальное давление колеса Dmax на левой колонне и Dmin на левой колонне (или тоже самое Dmax на правой колонне), ветер слева и ветер справа.

После заполнения таблицы производим комбинацию нагрузок в четырех характерных сечениях и выбираем наихудшее сочетание.

Различают сочетания: а) основные, б) особые.

Основные сочетания: П 1Дл 1Кр (с = 1), где

П - собственный вес (для расчета берутся все постоянные нагрузки);

Дл - длительная нагрузка (мебель, технологическое оборудование, снег с коэффициентом 0,5;

Кр - кратковременная нагрузка (технологические нагрузки, крановая, ветровая нагрузки и снеговая нагрузка при gсн ? 0,5 КН/м2, или gсн, определяемая по СНИП «Нагрузки и воздействия» и взятая с коэффициентом 1).

Особые сочетания: П 1Дл до 3-х Кр;

для постоянной нагрузки П > коэффициент сочетания с = 1;

для длительной нагрузки Дл > с = 0,9;

для кратковременной нагрузки Кр > с = 0,9.

На рис. 4.1 приведена ось усилий, где показаны нагрузки М и М _: М - наибольшее значение момента;

М - наименьшее значение момента.

Сечение 1-1

Основные сочетания по изгибающему моменту

П 1Дл 1Кр. (с = 1);

определение самого правого момента на оси М : номера нагрузок

М = - 12,94КН·м; - 35,14 КН·м 22,2 КН·м = -12,94 КН·м;

Ncoot = - 82,17 КН; - 82,17 0 = - 82,17 КН;

определение самого левого момента на оси М _ номера нагрузок

М = - 293,84 КН·м; -35,14 КН·м - 196КН·м - 62,7 КН·м = - 293,84 КН·м

Ncoot = 82,17 КН; -82,17 - 0 = 82,17 КН.

Особые сочетания по изгибающему моменту

П 1Дл до З-х Кр.;

с = 1 с = 0,9 с = 0,9 определение самого правого момента на оси М : номера нагрузок

М = - 12,94 КН·м; - 35,14 КН·м 22,2 КН·м = -12,94 КН·м;

Ncoot = -82,17 КН; - 82,17 КН 0 = -82,17 КН;

определение самого левого момента на оси М, номера нагрузок

М _= - 345,97 КН·м; - 35,14 - 176,4 - 56,43 - 21,4 - 37 = - 345,97 КН·м;

Ncoot = - 162,47 КН; - 82,17 КН - 80,4 КН = - 162,57 КН.

Сечение 2-2

Основные сочетания: определение самого правого момента на оси М : номера нагрузок

М = 420,38КН·м;- 33,7 КН·м 403,7КН·м 50,238 КН·м = 420,238КН·м

Ncoot = - 128,7КН;- 128,70КН 0 = - 128,7КН определение самого левого момента на оси М: номера нагрузок

М = 60,38КН·м;- 33,7КН·м - 26,68КН·м = - 60,38КН·м;

Ncoot = - 209,1 КН;- 128,7КН - 80,4КН = - 209,1КН

Особые сочетания: определение самого правого момента на оси М : номера нагрузок

М = 379,02 КН·м - 33,7 КН·м 363,33 КН·м 45,22 КН·м 4,17 КН·м =

379 КН·м

Ncoot = - 128,7 КН; - 128,7 КН 0 = - 128,7 КН;

определение самого левого момента на оси М: номера нагрузок

М_ = - 61,03КН·м; - 33,7 КН·м - 24 КН·м - 3,33 КН·м = - 61,03 КН·м

Ncoot = - 128,7 КН; - 128,7 КН - 0 КН = - 128,7 КН.

Сечение 3-3

Основные сочетания: определение самого правого момента на оси М : номера нагрузок

М = 21,836 КН·м; 17,2 КН·м 4,636 КН·м = 21,836 КН·м (см. формулу

4.1.2);

Ncoot = - 128,7 КН; - 128,7 КН - 0 = - 128,7 КН;

определение самого левого момента на оси М: номера нагрузок

М = - 828,1 КН·м 17,2 КН·м - 795 КН·м - 50,3 КН·м = 828,1 КН·м

Ncoot = 1182,7КН - 128,7 КН - 1054КН = - 1182,7 КН

Особые сочетания: определение самого правого момента на оси М : номера нагрузок

М = 37,6КН·м; 17,2 КН·м 4,2 КН·м 16,2 КН·м = 37,6 КН·м;

Ncoot = - 209,1 КН; - 128,7 КН - 80,4 КН = - 209,1 КН;

определение самого левого момента на оси М: номера нагрузок

М _ = - 769КН·м; 25 КН·м - 707 КН·м - 72 КН·м - 15 КН·м = -769 КН·м;

Ncoot = - 1617 КН - 230 КН - 1387 КН = - 1617 КН.

Сечение 4-4

Основные сочетания: определение самого правого момента на оси М : номера нагрузок

М = 323,18 КН·м; 33,78 КН·м 238,4 КН·м 51 КН·м = 323,18 КН·м;

Ncoot = - 501 КН; - 179,2 КН - 322,2 КН = -501,5 КН;

Qcoot = 83,65 КН - 18,05 КН 94,4 КН 7,3 КН = 83,65 КН;

определение самого левого момента на оси М: номера нагрузок

М _ = - 39,25 КН·м; 33,78 КН·м - 73,3 КН·м = - 39,52 КН·м;

Ncoot = - 179,2 КН; - 179,2 КН 0 = - 179,2 КН;

Qcoot = 3,65KH; -18,05КН 14,4 КН = 3,65 КН.

Особые сочетания: определение самого правого момента на оси М : номера нагрузок

М = 393,82 КН·м; 39,52 КН·м 215 КН·м 45,9 КН·м 63,4 КН·м =

393,82 КН·м;

Ncoot = 549,6 КН; - 179,2 КН - 80,4 КН - 290 КН = - 549,6 КН;

Qcoot = 75,5 КН; - 18,5 КН - 2,7 КН 85 КН 11,7 КН = 75,5 КН;

определение самого левого момента на оси М: номера нагрузок

М = - 219,18 КН·м; 39,52 КН·м - 66 КН·м - 99,9 КН·м - 92,8 КН·м = - 219,18 КН·м;

Qcoot = - 89 КН; - 18,5 КН - 137 КН - 23,22 КН 13 КН = - 165,72 КН;

Ncoot = - 1127,8 КН; - 179,2 КН - 948,6 КН = - 1127,8 КН;

6. Расчет ступенчатой колонны производственного здания

Требуется подобрать сечение сплошной верхней и нижней частей колонны однопролетного производственного здания, ригель имеет жесткое сопряжение с колонной. Расчетные усилия указаны в таблице 1 (характерные расчетные сечения колонны показаны на рис.: Для верхней части колонны в сечении 1-1: M1 = - 345?97 RY·v$ N1 = - 162?57 RH$ Q = - 193?97 RY$ в сечении 2-2, при том же сочетании нагрузок (1, 2, 3*, 4*, 5*): М2 = 420,238 КН·м, N2 = - 209,1 КН,

Для нижней части колонны в сечении 3-3: М1 = - 828,1КН·м; N1 = - 1182,7KH в сечении 4-4: М2 = -219,18 КН·м; N2 = 393,82 КН; Qmax = 75,5 KH

М12 = - 1127,8 КН·м; N12 = 549,6 KH; Q1max = - 165,75KH

Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны: = ;

материал колонны: сталь марки ВСТ 3пс 2, бетон фундамента: класс В 12,5. Конструктивная схема колонны показана на рис.

6.1 Определение расчетных длин колонны

Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определим по формулам: lx1 = ?1 ·l1,lx2 = ?2·l2.

Так как и В однопролетной раме с жестким сопряжением ригеля с колонной верхний конец колонны закреплен только от поворота. В однопролетных рамах горизонтальная реакция в верхних узлах приближенно равна нулю, а коэффициент ?1 зависит от двух параметров: отношения погонных жесткостей верхней и нижней частей колонны где I2 = IB = 1; I1 = IH = 5; l1 = 8,3 м; l2 = 6,1 м;

и коэффициента

, где

;

.

В зависимости от параметров ?1 = l,38 и n = 0,32 по прил. подбираем коэффициент ?1 = 2,4.

Тогда ? 2 = = = 1,74.

Теперь вычисляем расчетные длины l х1 и l х2: l х1 = ? 1 ·l 1 = 2,4·625 см = 1500 см;

l х 2 = ? 2 ·l 2 = 1,74·395 см = 687,3 см.

Таким образом, для нижней части колонны l х1 = 1500 см, для верхней l х2 = 687,3 см.

Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей равны соответственно: l y1 = Н н = 625 см; l y2 = Нв - hб = 395 см - 150 см = 245 см.

6.2 Подбор сечения верхней части колонны

Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой hв=1000мм.

Для симметричного двутавра (рис 5.2.1,6) радиусы инерции по приложению18;

i x ? 0,42· HB = 0,42 · 45 см = 18,9 см;

? x ? 0,35 · HB = 0,35 · 45 см = 15,75 см, где HB - высота сечения колонны, уже назначенная при компоновке рамы;

приведенная гибкость где l х2 - расчетная длина верхней части колонны;

R = 215 МПА = 21,5 КН/см2 - расчетное сопротивление для стали ВСТ Зпс 2 толщиной 20 мм;

Е = 2,06·104 КН/см2 - модуль упругости стали.

Относительный эксцентриситет где

М = - 345,97 КНМ; N = - 162 КН.

Значение коэффициента ?, учитывающее влияние формы сечения на величину мх, определим по приложению.

Примем в первом приближении Ап / АСТ, = 0,5.

Тогда параметрам ?x = 0,822, mх = 7,55 соответствует коэффициент ? = 1,25;

m1x = ? mх = 1,25 7,55 = 9,44.

Затем по приложению находим значение коэффициента ?вн: при ?x = 0,822 и m1x = 9,44: ?вн = 0,16.

Теперь можем определить требуемую площадь сечения по формуле: .

Компоновка сечения

Высота стенки определяется по следующей формуле: hct = hв - 2·тп = 50 см - 2·1,0 см = 48 см

(предварительно принимаем толщину полок тп = 1,0 см).

Из условия местной устойчивости (при m > 1 и ? < 0,8), приложения 20,

.

Поскольку сечение с такой стенкой неэкономично, принимаем тст = 0,8 см. и включаем в расчетную площадь сечение колонны два крайних участка стенки шириной по

= .

Тогда требуемая площадь полки:

где Атр = 47,1 см2

Из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента находим ширину полки bп > ly2 / 20; Кроме этого из условия местной устойчивости полки имеем

, Принимаем bп = 20 см, тп = 1,0 см.

Тогда площадь полки

Ап = bп tn = 20 см·1,0 см = 20 см2 > Ап.тр = 6,7см2 (см. формулу 5.2.10);

, .

Полная площадь сечения: А0 = 2·bп·тп тст·hct = 2·20 см·1см 0,8 см·45 см = 76 см2.

Расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки

А = 2·bп·tn 2·tct2 - 0,85 = 2·20 см·1 см 2·0,85·(0,8 см)2 ·

= 73,67 см2;

моменты инерции: ;

Iy = = 1333,33 см4;

Wx = = 3215,13 см3;

?х = = 27,16 см, где ?х - радиус инерции относительно оси х-х;

Wx - момент сопротивления изгибу относительно оси х-х;

Іх - момент инерции относительно оси х-х;

Іу - момент инерции относительно оси у-у;

А0 - полная площадь сечения.

Радиусы инерции: , .

Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента выполняется по следующим формулам: ;

;

;

.

Значение коэффициента ? найдем, как и ранее, по приложению, при

, ?х= 0,95, mх = 11,4 коэффициент ? = 1,2, 5 < m < 20, ? = 1,2 при

, m1x = ?·m1x = 1,2·11,4 = 13.68.

Теперь по приложению определяем коэффициент ?вн: при ?х = 0,95 и m1x = 13,68 коэффициент ?вн = 0,109.

Тогда напряжение в сечении: .

При этом недонапряжение составляет: -

оно близко к допустимому 5 %.

Проверку устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента производим по формуле: .

По приложению находим коэффициент ?у = 0,73.

Для определения относительного эксцентриситета мх найдем максимальный момент в средней третьи расчетной длины стержня по формуле:

= 499.52 КН м = - 499,52 КН см, где

М 1 и М 2 - расчетные моменты для верхней части колонны;

- высота верхней части колонны;

- расчетная длина верхней части колонны.

По модулю

Мх > Ммах / 2 = 345,97 КН м / 2 = 172,985 КН м < 499.52 КН м;

при 5 10 коэффициент C будет равен: C = C5·(2 - 0,2·mx) C10·(0,2·mx - 1), где мх = 5;

?у = 72,92 > ?с = 3,14 , , где ?с - соответствует значению ?у = 106,9;

?у = 0,55 - коэффициент продольного изгиба, который определяется по прил. 5 в зависимости от гибкости ?у = 106,9 и коэффициентов

, ? = 0,65 0,05 · mх = 0,65 0,05 · 9,31 = 1,155;

, где ?у = 0,55 - коэффициент продольного изгиба;

?б = 1,0 - коэффициент снижения расчетного сопротивления при потере устойчивости;

мх = 10;

Вычисляем коэффициент c по формуле с = 1,29 · (2 - 0,2 · 9,31) 0,15 · (0,2 · 9,31 - 1) = 0,12 0,13 = 0,249 < 1.

Поскольку , в расчетную часть включаем только устойчивую часть стенки.

Вычисляем напряжение

.

Устойчивость обеспечена.

6.3 Подбор сечения нижней части колонны

Подбор сплошного несимметричного сечения колонны сечение III-III

М_= - 393,82 КН·м М = -828,1 КН·м

Ncoot = 549,6 КН Ncoot = - 1182,7 КН особые сочетания: М_= - 743,23 КН·м М = -37,6 КН·м

Ncoot = - 1077,3 КН Ncoot = - 209,1 КН

По приведенным выше сочетаниям нагрузок построим условную схему действия внутренних усилий и вычертим эпюры изгибающих моментов (рис

М = 393.82 КН·м - в сечении IV - IV

N = 549.6 КН

М = 21,83 КН·м - в сечении III - III

N = - 128,7 КН.

Определим площадь сечения.

Зададимся параметрами: k = 0,7; р = 0,4; h = 100см и по формулам вычислим: k =40 см / 60 см = 0,7;

y1= 40 см;

у2 = 60 см;

По формуле вычисляем условную гибкость

Здесь расчетное сопротивление стали и ее модуль упругости следующие: R = 21,5 KH/см2;

Е = 2,06·104 КН/см2.

Список литературы
1. Металлические конструкции: Махачкала 2010,под редакцией Юсупов А.К.

2. Под редакцией Беленя “Металлические конструкции” Москва, Стройиздат 1985 г.

3. Металлические конструкции: Справочник проектировщика. Москва, Стройиздат 1980г под редакцией Мельникова Н.П.

4. СНИП 2-6-74 “Нагрузки и воздействия”. Нормы проектирования Москва, стройиздат 1982 г

5. СНИП 2-23-81 “Стальные конструкции”. Нормы проектирования Москва, Стройиздат 1982 г.

6. Справочник проектировщика, Расчетно-теоретический. Москва Стройиздат 1972 г. Под редакцией Уманского Москва, Стройиздат 1972 г.

Размещено на .ru
Заказать написание новой работы



Дисциплины научных работ



Хотите, перезвоним вам?