ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 296
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Владимирскийгосударственныйуниверситетимени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»КафедрастроительныхконструкцийКУРСОВОЙПРОЕКТподисциплине: МеталлическиеконструкцииВариант 19Выполнил: студент гр. ЗСд-119Мигунов М.М.Приняла:Попова М.В.Владимир 2023г.Содержание1. Компоновка конструктивной схемы каркаса здания………………………...11.1 Тип ограждающих конструкций……………………………………………..31.2 Выбор шага колонн…………………………………………………………...31.3 Определение основных размеров поперечной рамы……………………….31.4 Выбор схемы связей…………………………………………………………..61.5 Система фахверков……………………………………………………………72. Расчет поперечной схемы здания……………………………………………..82.1 Расчетная схема рам…………………………………………………………..82.2 Сбор нагрузок на поперечную раму…………………………………………82.3 Статический расчет поперечной рамы……………………………………..143. Расчет конструкций стропильной фермы…………………………………...253.1 Сбор нагрузок на ферму……………………………………………………..253.2 Определение усилий в стержнях фермы…………………………………...274. Расчет ступенчатой колонны производственного здания………………….364.1 Определение расчетных длин колонны…………………………………….364.2 Подбор сечения верхней части колонны…………………………………...374.3 Подбор сечения нижней части колонны…………………………………...424.4 Расчет решетки подкрановой части колонны……………………………...464.5 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны…………………………………………………………………………..494.6 Расчет и конструирование базы колонны………………………………….52
Список используемой литературы……………………………………………...661. Компоновка конструктивной схемы каркаса зданияИсходные данные: механосборочный цех однопролетный, пролетом 24 м, оборудован двумя мостовыми кранами грузоподъемностью Q=100 т легкого режима. Длина здания 9В-132 м, отметка головок рельса 12 м, район строительства г. Мурманск, марка стали С-255, класс бетона В12,5.1.1 Тип ограждающих конструкцийВ качестве ограждающей конструкции для стен выбираем навесную панель из железобетона и утеплителя толщиной 300 мм и размером 1,2 х 12 м., для покрытия – стальную панель размером 3 х 12 м с плоским настилом толщиной 4 мм.1.2 Выбор шага колоннПринимаем шаг колонн 12 м, привязка колонн а= 500 мм. Колонны по торцам здания имеют привязку 500 мм, для возможности использования типовых стеновых ограждений.1.3 Определение основных размеров поперечной рамыВертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки подкранового рельса h1, и расстоянием от головки подкранового рельса до низа несущих конструкций h2.Вертикальные размеры:Размер h2 диктуется высотой мостового кранаh2= (НК + 100) + f = (4000 + 100) + 120 = 4220 ммгде НК + 100 – расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана, плюс установленный по технике безопасности зазор между этой точкой и строительными конструкциями, равный 100мм, НК =4000мм;f – размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия (ферм, связей).f = L / n0=24000/250=96 мм.Принимаем h2 = 4400 мм, кратно 200 мм.Высота цеха от уровня пола до низа стропильных фермHо ≥ h2 + h1 = 4400 +12000 = 16400 ммh1 – наименьшая отметка головки кранового рельса. Принимаем, но =21600 мм.Определим размеры верхней части колонны hв, нижней части hн и высоту у опоры ферм hо:hв = (hп.б. + hр.) + h2 = (1800 + 170) + 4400 = 6370 мм=6400 (кратно 200),где hп.б. – высота подкрановой балки;hр. – высота кранового рельса, предварительно принимаем 170 мм.При заглублении базы колонны на 1000 мм ниже полаhн = Hо – hВ + 1000 = 21600 – 6400 + 1000 = 16200 ммОбщая высота колонны от низа базы до низа фермыН = hн + hв = 16200 + 6400 = 22600 мм.Высота части колонны в пределах фермы hо принимается равной 3150 мм при пролете 24 м.
Горизонтальные размеры:Необходим проход в теле колонны, и поэтому привязка а = 500 мм. Высота сечения верхней части колонны h = 1000 мм (> hВ / 12 =6400/12=533,3). Высоту сечения колонны в пределах высоты фермы принимаем 700 мм (назначается с учетом унифицированных привязок наружных граней колонны к разбивочной оси, а также привязки ферм к разбивочной оси (500 + 200)).Для того чтобы кран при движении не задевал колонну, расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менееl1 ≥ B1 + (bв – a) + 75 = 400 + (1000 – 500) + 75 = 975 мм;где B1 – размер части кранового моста, выступающий за ось рельса;75 мм – зазор между краном и колонной, по требованиям безопасности принимаемый по ГОСТу на краны.Принимаем l1 = 1000 мм, кратным 250 мм (т. к. пролеты кранов LК имеют модуль 500 мм).Т. к. ось подкрановой ветви колонны необходимо совместить с осью подкрановой балки, то высоту сечения нижней части колонны принимаемbн = l1 + а = 1000 + 500 = 1500 ммbн ≥ 1/20 Н = 1130 ммПролет мостового кранаlК = l - 2 l1 = 36000 – 2*1000 = 34000 ммВерхнюю часть колонны принимаем сплошного сечения, нижнюю – составного сечения.Рис. 1. Схема поперечной рамы1.4 Выбор схемы связейСвязи между колоннами. Предельные размеры между вертикальными связями от торца блока до оси ближайшей вертикальной связи в отапливаемых цехах 90 м, в неотапливаемых и горячих 75 м. Принимаем размещение связей на расстоянии 60м, в центральном пролете.Связи по покрытию. Для горизонтальных связей при шаге стропильных ферм 6м обычно применяют крестовую решетку, раскосы которой работают только на растяжение. При этом получается довольно экономичное решение, если стойки связевых ферм за конструировать из двух уголков, а раскосы – из одиночных уголков.1.5 Система фахверковФахверком называется система конструктивных элементов, служащих для поддержания стенового ограждения и восприятия (с последующей передачей на фундаменты и другие конструкции) ветровой нагрузки.Принимаем сечение стоек фахверка, выполненное в виде прокатного двутавра. Стойки опираются на фундамент и с помощью листового шарнира, передающего горизонтальные усилия
gнкр = 1,69 кПа gкр = 1,94кПаРасчетная равномерно распределенная линейная нагрузка на ригель рамыqп = γн gкр bф / cosα = 0,95*1,94*12 /1 = 22,12 кН/м,где bф – шаг стропильных ферм;γn – коэффициент надежности по назначению, γn =0,95.Опорная реакция ригеля рамыFR = qп l/2 = 22,12*30 /2 = 331,8 кН.Расчетный вес колонны. Верхняя часть (20% веса)GВ = 0,95∙1,05∙0,2∙0,7∙12∙15= 25,14 кННижняя часть (80% веса)GН = 0,95∙1,05∙0,8∙0,7∙12∙15 = 100,55 кНПоверхностная масса стен 200 кг/м³, переплетов с остеклением 35 кг/м³. В верхней части колонны (включая вес этой части колонны):F1 = γn (1,2∙2∙(3,6+4,5)∙12 + 1,1∙0,35∙1,8∙12) + 25,14 = 254,66 кНВ нижней части колонны:F2 = γn (1,2∙2∙(6+3,2)∙12 + 1,1∙0,35∙6∙12) + 100,55 = 378,60 кНПостоянные нагрузки показаны на рис. 3.Рис. 3. Постоянные нагрузки на рамуСнеговая нагрузка.Вес снегового покрова р0 = 1,0 кПа. При gнкр / р0 = 1,69 / 1,0 = 1,69 коэффициент перегрузки n = 1,4. Линейная распределенная нагрузка от снега на ригель рамыqсн = γн ∙n∙c∙р0∙bф = 0,95∙1,4∙1∙1,0∙12 = 15,96 кН/м,где с – коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1 м2 проекции кровли, равный при уклоне до 25о единице.Опорная реакция ригеляFR = 15,96·24/ 2 = 191,52 кНРис. 4 Снеговая нагрузка на рамуВертикальные усилия от мостовых кранов.База крана (4,57 м) и расстояние между колесами двух кранов (3,18 м), а также нормативное усилие колеса – (Fk1max = 520kH; Fk2max = 550kH).Расчетное усилие, передаваемое на колонну колесами крана:Dmax = γн (nnc∑ Fk max y + nGп + ngнbтb) =0,95(1,1∙0,85∙(5202.443+5502.441) + 1,05∙60 + 1,2∙1,5∙1,5∙12) = 2538,5 кНn, nc – коэффициенты перегрузки и сочетаний; Fk max – нормативное вертикальное усилие колеса; y – ордината линии влияния; Gп – нормативный вес подкрановых конструкций; gн – полезная нормативная нагрузка; bт – ширина тормозной площадки; b – шаг колонн.Нормативные усилия, передаваемые колесами другой стороны крана:FК = (9,8Q + QК) / n0 – FК max = (9,8∙100+1550) / 4 – 550 = 82,5 кНDmin = γн (1,1∙0,85∙82,54,884+ 1,05·60 + 32,4) = 714,30 кНСосредоточенные моменты от вертикальных усилий Мmax, Мmin:Определяем расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны:
5. Расчет и конструирование подкрановой балки……………………………..59
5.1 Нагрузки на подкрановую балку……………………………………………595.2 Подбор сечения балки……………………………………………………….61Список используемой литературы……………………………………………...661. Компоновка конструктивной схемы каркаса зданияИсходные данные: механосборочный цех однопролетный, пролетом 24 м, оборудован двумя мостовыми кранами грузоподъемностью Q=100 т легкого режима. Длина здания 9В-132 м, отметка головок рельса 12 м, район строительства г. Мурманск, марка стали С-255, класс бетона В12,5.1.1 Тип ограждающих конструкцийВ качестве ограждающей конструкции для стен выбираем навесную панель из железобетона и утеплителя толщиной 300 мм и размером 1,2 х 12 м., для покрытия – стальную панель размером 3 х 12 м с плоским настилом толщиной 4 мм.1.2 Выбор шага колоннПринимаем шаг колонн 12 м, привязка колонн а= 500 мм. Колонны по торцам здания имеют привязку 500 мм, для возможности использования типовых стеновых ограждений.1.3 Определение основных размеров поперечной рамыВертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки подкранового рельса h1, и расстоянием от головки подкранового рельса до низа несущих конструкций h2.Вертикальные размеры:Размер h2 диктуется высотой мостового кранаh2= (НК + 100) + f = (4000 + 100) + 120 = 4220 ммгде НК + 100 – расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана, плюс установленный по технике безопасности зазор между этой точкой и строительными конструкциями, равный 100мм, НК =4000мм;f – размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия (ферм, связей).f = L / n0=24000/250=96 мм.Принимаем h2 = 4400 мм, кратно 200 мм.Высота цеха от уровня пола до низа стропильных фермHо ≥ h2 + h1 = 4400 +12000 = 16400 ммh1 – наименьшая отметка головки кранового рельса. Принимаем, но =21600 мм.Определим размеры верхней части колонны hв, нижней части hн и высоту у опоры ферм hо:hв = (hп.б. + hр.) + h2 = (1800 + 170) + 4400 = 6370 мм=6400 (кратно 200),где hп.б. – высота подкрановой балки;hр. – высота кранового рельса, предварительно принимаем 170 мм.При заглублении базы колонны на 1000 мм ниже полаhн = Hо – hВ + 1000 = 21600 – 6400 + 1000 = 16200 ммОбщая высота колонны от низа базы до низа фермыН = hн + hв = 16200 + 6400 = 22600 мм.Высота части колонны в пределах фермы hо принимается равной 3150 мм при пролете 24 м.
Горизонтальные размеры:Необходим проход в теле колонны, и поэтому привязка а = 500 мм. Высота сечения верхней части колонны h = 1000 мм (> hВ / 12 =6400/12=533,3). Высоту сечения колонны в пределах высоты фермы принимаем 700 мм (назначается с учетом унифицированных привязок наружных граней колонны к разбивочной оси, а также привязки ферм к разбивочной оси (500 + 200)).Для того чтобы кран при движении не задевал колонну, расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менееl1 ≥ B1 + (bв – a) + 75 = 400 + (1000 – 500) + 75 = 975 мм;где B1 – размер части кранового моста, выступающий за ось рельса;75 мм – зазор между краном и колонной, по требованиям безопасности принимаемый по ГОСТу на краны.Принимаем l1 = 1000 мм, кратным 250 мм (т. к. пролеты кранов LК имеют модуль 500 мм).Т. к. ось подкрановой ветви колонны необходимо совместить с осью подкрановой балки, то высоту сечения нижней части колонны принимаемbн = l1 + а = 1000 + 500 = 1500 ммbн ≥ 1/20 Н = 1130 ммПролет мостового кранаlК = l - 2 l1 = 36000 – 2*1000 = 34000 ммВерхнюю часть колонны принимаем сплошного сечения, нижнюю – составного сечения.Рис. 1. Схема поперечной рамы1.4 Выбор схемы связейСвязи между колоннами. Предельные размеры между вертикальными связями от торца блока до оси ближайшей вертикальной связи в отапливаемых цехах 90 м, в неотапливаемых и горячих 75 м. Принимаем размещение связей на расстоянии 60м, в центральном пролете.Связи по покрытию. Для горизонтальных связей при шаге стропильных ферм 6м обычно применяют крестовую решетку, раскосы которой работают только на растяжение. При этом получается довольно экономичное решение, если стойки связевых ферм за конструировать из двух уголков, а раскосы – из одиночных уголков.1.5 Система фахверковФахверком называется система конструктивных элементов, служащих для поддержания стенового ограждения и восприятия (с последующей передачей на фундаменты и другие конструкции) ветровой нагрузки.Принимаем сечение стоек фахверка, выполненное в виде прокатного двутавра. Стойки опираются на фундамент и с помощью листового шарнира, передающего горизонтальные усилия
, но не стесняющего вертикальные перемещения ферм, – на связи по нижним поясам ферм.
Стойки фахверка устанавливаем в торцах здания. Для обеспечения устойчивости стоек фахверка в плоскости стен устраиваем распорки, которые крепятся к вертикальным связям.
В торцах здания необходимо предусмотреть также ворота для автомобильного и железнодорожного транспорта. Сверху, над воротами, предусматриваем надворотный ригель (ригель фахверка). Размеры ворот 3х3 м – для автомобильного транспорта, 4,7х5,6 м – для железнодорожного транспорта. Для устройства этих ворот необходимо разработать систему фахверков.
2. Расчет поперечной схемы здания
2.1 Расчетная схема рамы
В соответствии с конструктивной схемой (рис.1) выбираем ее расчетную схему и основную систему (рис. 2). Расстояние между центрами тяжести верхнего и нижнего участков колонн
е0 = 0,55 (bн – bв) = 0,5(1500 – 1000) = 250 мм = 0,25 м
Соотношение моментов инерции: Iн / Iв = 5 (учитываем, что верхняя часть колонны с проходом); IР / Iн = 4; Если Iв = 1, Iн = 5, IР = 20. Сопряжение ригеля с колонной назначаем жестким.
Рис. 2 Расчетная схема рамы
2.2 Сбор нагрузок на поперечную раму
Все нагрузки подсчитываются с учетом коэффициента надежности по назначению (γн = 0,95 для промышленного здания).
Постоянная нагрузка.
Нагрузку на 1 м2 кровли подсчитываем по таблице 1.
Таблица 1. Постоянная поверхностная распределенная нагрузка на покрытия
| Состав покрытия | Нормативная, кПа | Коэффициент перегрузки | Расчетная, кПа |
| Защитный слой (битумная мастика с втопленным гравием) γ = 21 кН/м³ t = 20мм | 0,42 | 1,3 | 0,55 |
| Гидроизоляция (4 слоя рубероида) | 0,2 | 1,3 | 0,26 |
| Пароизоляция (1 слой рубероида) | 0,04 | 1,3 | 0,05 |
| Стальная панель с плоским настилом | 0,57 | 1,05 | 0,6 |
| Собственный вес металлических конструкций шатра (фермы, связи) | 0,46 | 1,05 | 0,48 |
gнкр = 1,69 кПа gкр = 1,94кПаРасчетная равномерно распределенная линейная нагрузка на ригель рамыqп = γн gкр bф / cosα = 0,95*1,94*12 /1 = 22,12 кН/м,где bф – шаг стропильных ферм;γn – коэффициент надежности по назначению, γn =0,95.Опорная реакция ригеля рамыFR = qп l/2 = 22,12*30 /2 = 331,8 кН.Расчетный вес колонны. Верхняя часть (20% веса)GВ = 0,95∙1,05∙0,2∙0,7∙12∙15= 25,14 кННижняя часть (80% веса)GН = 0,95∙1,05∙0,8∙0,7∙12∙15 = 100,55 кНПоверхностная масса стен 200 кг/м³, переплетов с остеклением 35 кг/м³. В верхней части колонны (включая вес этой части колонны):F1 = γn (1,2∙2∙(3,6+4,5)∙12 + 1,1∙0,35∙1,8∙12) + 25,14 = 254,66 кНВ нижней части колонны:F2 = γn (1,2∙2∙(6+3,2)∙12 + 1,1∙0,35∙6∙12) + 100,55 = 378,60 кНПостоянные нагрузки показаны на рис. 3.Рис. 3. Постоянные нагрузки на рамуСнеговая нагрузка.Вес снегового покрова р0 = 1,0 кПа. При gнкр / р0 = 1,69 / 1,0 = 1,69 коэффициент перегрузки n = 1,4. Линейная распределенная нагрузка от снега на ригель рамыqсн = γн ∙n∙c∙р0∙bф = 0,95∙1,4∙1∙1,0∙12 = 15,96 кН/м,где с – коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1 м2 проекции кровли, равный при уклоне до 25о единице.Опорная реакция ригеляFR = 15,96·24/ 2 = 191,52 кНРис. 4 Снеговая нагрузка на рамуВертикальные усилия от мостовых кранов.База крана (4,57 м) и расстояние между колесами двух кранов (3,18 м), а также нормативное усилие колеса – (Fk1max = 520kH; Fk2max = 550kH).Расчетное усилие, передаваемое на колонну колесами крана:Dmax = γн (nnc∑ Fk max y + nGп + ngнbтb) =0,95(1,1∙0,85∙(5202.443+5502.441) + 1,05∙60 + 1,2∙1,5∙1,5∙12) = 2538,5 кНn, nc – коэффициенты перегрузки и сочетаний; Fk max – нормативное вертикальное усилие колеса; y – ордината линии влияния; Gп – нормативный вес подкрановых конструкций; gн – полезная нормативная нагрузка; bт – ширина тормозной площадки; b – шаг колонн.Нормативные усилия, передаваемые колесами другой стороны крана:FК = (9,8Q + QК) / n0 – FК max = (9,8∙100+1550) / 4 – 550 = 82,5 кНDmin = γн (1,1∙0,85∙82,54,884+ 1,05·60 + 32,4) = 714,30 кНСосредоточенные моменты от вертикальных усилий Мmax, Мmin:Определяем расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны: