Сделай Сам Свою Работу на 5

Статистический расчёт рамы





ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту

на тему: «Проектирование в стадии КМ промышленного здания длиной в один температурный блок»

 

 

Студент гр.167

Иванова О.Б.

 

Нижний Новгород

Оглавление

Задание на курсовую работу и исходные данные. 2

1 Компоновка каркаса. 4

2 Расчет настила. 6

3 Расчет прогонов. 7

4 Сбор нагрузок. 10

5 Статистический расчёт рамы.. 18

6 Расчётные сочетания усилий. 25

7 Конструктивный расчет колонны.. 28

7.1 Исходные данные. 28

7.2 Определение расчётных длин колонн. 28

7.3 Подбор сечения верхней части колонны.. 29

7.4 Подбор сечения нижней части колонны.. 31

7.5 Расчёт и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны 36

7.6 Расчёт и конструирование базы колонны.. 41

Литература. 47

 

 

Задание на курсовую работу и исходные данные

 

Запроектировать несущие конструкции стального каркаса одноэтажного промышленного здания при следующих исходных данных:

­ климатический район строительства II4,

­ снеговой район IV,

­ ветровой район IV;

­ здание однопролетное без фонаря, отапливаемое;

­ класс ответственности I;

­ кровля легкая по прогонам;



­ стеновое ограждение самонесущее;

­ крановое оборудование – мостовой электрический кран по ГОСТ 6711-81 грузоподъемностью 30 т;

­ режим работы мостовых кранов – 4К-6К;

­ пролет здания –36 м;

­ длина температурного блока – 228 м;

­ шаг колонн – 12 м;

­ шаг ферм – 12 м;

­ высота до низа конструкции – 18 м;

­ отметка оголовка рельса – 14.65 м;

­ класс бетона B12,5 ( ;

­ монтаж производится на болтах и сварке.

 

Компоновка каркаса.

 

Габаритная высота мостового крана по ГОСТ 6711-81 Hc=2750 мм.

Тогда:

HВ≥HC+100+f=2750+100+400=3250 мм

f=400мм - зазор, учитывающий прогиб конструкций покрытия;

- конструктивный зазор.

H0 =18000 мм.

Длина верхней части колонны (от уступа до низа ригеля):

H2=hcв+20 мм+hra+HB=1/8∙12000+3250+120=4880 мм

hcв=(1/7…1/10)Bfr(при шаге ферм 12 м).

hra =120 мм - высота рельса КР-70.

При заглублении базы на 1000 мм ниже отметки чистого пола:

H1= H0-H2+1000=18000-4880+1000=14120 мм

Не полная высота колонны:

H= H1+ H2=14120+4880=19000 мм

Полная высота колонны:

Htot=H+Hrt= 19000+ 3150= 22150мм

- высота фермы на опоре (в обушках уголков)

Для обеспечения поперечной жесткости каркаса, высота поперечного сечения колонн, ориентировочно, должна быть:



;

Принимаем: ; привязка .

Расстояние от разбивочной оси ряда колонн до оси подкрановой балки должно удовлетворять условию:

,

где - вылет концевой балки за пределы оси рельса;

- конструктивный зазор между торцом мостового крана и внутренней плоскостью колонны.

Принимаем ,

Тогда: .

Рисунок 1.1 Компановка поперечной рамы

 

Расчет настила

 

Настил подбирается исходя из предельной равномерно распределённой нагрузки и расчётной схемы профилированных листов по ГОСТ 24045-94. Шаг листов настила составляет 3 м.

Принимаем трёхпролётную расчётную схему. Производим сбор нагрузок на настил в табл.2.1:

 

Таблица 2.1 – Определение нагрузки на профилированный настил

Тип и состав покрытия Ед. изм. Нормативное значение γf Расчетное значение
Гидроизоляция 2слоя техноэласта с посыпкой кН/м2 0,05∙2=0,10 1,3 0,12
Утеплитель – минераловатные плиты РУФ БАТТС толщина t=150 мм=0,15 м; γ=160 кг/м3 кН/м2 0,24 1,3 0,312
Пароизоляция – 1 слой изопласта кН/м2 0,05 1,3 0,065
Снеговая нагрузка кН/м2 1,68 1,4 2.4
Всего: кН/м2 2.07   2,91

 

Принимаем настил Н57-750-0,7 с несущей способностью для трёх пролётной схемы 3,09 кН/м2, вес настила 0,087 кН/м2.

 

Расчет прогонов

 

На прогон покрытия действует нагрузка от веса покрытия и веса снегового покрова. Постоянная нагрузка от веса покрытия приведена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 –Состав покрытия

Тип и состав покрытия Ед. изм. Нормативное значение γf Расчетное значение
Гидроизоляция 2слоя техноэласта с посыпкой кН/м2 0,05∙2=0,10 1,3 0,13
Утеплитель – минераловатные плиты РУФ БАТТС толщина t=150 мм=0,15 м; γ=160 кг/м3 кН/м2 0,24 1,3 0,312
Пароизоляция – 1 слой изопласта кН/м2 0,05 1,3 0,065
ПрофнастилН57-900-0,8 кН/м2 0,087 1,05 0,091
Снеговая нагрузка кН/м2 1,68 1,4 2,4
Всего: кН/м2 2,16   3,0

Нормативная линейная нагрузка от веса покрытия на прогон определяется по формуле:



, кН/м,

– нормативная нагрузка от веса покрытия, ,

– шаг прогонов;

кН/м.

Расчетная линейная нагрузка от веса покрытия на прогон определяется по формуле:

, кН/м,

где – расчетная нагрузка от веса покрытия, .

кН/м.

Суммарная нормативная нагрузка на прогон составляет:

, кН/м,

где – нормативное значение веса 1 п.м. прогона (принимаем

=0,45кН/м).

, кН/м.

Суммарная расчетная нагрузка на прогон составляет:

, кН/м,

– расчетное значение веса 1 м. прогона (принимаем =0,42кН/м,

1,05 – коэффициент перехода от нормативного значения к расчетному).

кН/м.

В общем случае прогоны, расположенные на скате кровли, работают на изгиб в двух плоскостях, но так как угол наклона не большой, пренебрегаем меньшей составляющей нагрузки.

Расчётный момент и поперечная сила равны:

где l=12 м– шаг ферм.

Для климатического района II4 подбираем сталь для прогона. Прогоны относятся к 3-ой группе конструкций (Приложение В[1]), согласно таблице В.1 [1] для отапливаемого здания принимаем сталь С245, Ry=240 МПа.

Предельные относительные прогибы для балок принимаются в зависимости от величины пролета по таблице Е.1 [ 2 ]. При l= 12 м:

fu= l/216,7=12/216,7=0,0554 м=5,54 см.

 

Требуемый момент сопротивления из условия обеспечения прочности по нормальным напряжениям:

где γс – коэффициент условий работы (табл. 1 [1]);

Ry– расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести.

Требуемый момент инерции сечения прогонов из условия обеспечения жесткости находим по формуле:

 

По сортаменту (ГОСТ 26020-83) подбираем двутавр №40Б2, геометрические характеристики которого:

- высота сечения h = 396,0 мм,

- толщина стенки tw = 7,5 мм,

- ширина полки bf= 165,0 мм,

- толщина полки tf= 11,5 мм,

- площадь сеченияА= 69,72 см2,

- статический момент Sx=529,7 см3

- момент инерцииIх = 18530 см4,

- момент сопротивления Wх = 935,7 см3,

Масса профиля g = 54,7 кг/м.

 

Проверка прочности

Касательные напряжения в опорном сечении балки:

где Rs = 0,58·Ry = 0,58×240 = 139,2 МПа;

Проверка выполнена.

 

Сбор нагрузок

 

Нагрузка от веса покрытия включает в себя нагрузку от веса кровли, профилированного настила и прогонов, а также от веса конструкции шатра.

Для удобства расчетов сведем все нагрузки в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1 – Определение постоянной нагрузки на ферму

Элементы покрытия Нормативная нагрузка gan, кН/м2 γf Расчётная нагрузка ga, кН/м2  
Гидроизоляция 2слоя техноэласта с посыпкой 0,1 1,3 0,13  
Утеплитель – минераловатные плиты РУФ БАТТС толщина t=150 мм=0,15 м; γ=160 кг/м3 0,24 1,3 0,312  
Пароизоляция – 1 слой изопласта 0,05 1,3 0,065  
Профнастил Н57-750-0,7 0,087 1,05 0,091  
Сплошные прогоны l=12 м ][№40Б2 по ГОСТ 26020-83 0,182 1,05 0,191  
Вес конструкции шатра (фермы, связи…) 0,6 1,05 0,63  
Всего: gan = 1,26 ga =1,42      

 

Расчётная нагрузка от собственного веса покрытия на 1 пог. м. ригеля

qа = g ∙Bfr =1.42∙12∙1,1 = 18,74 кН/м

γn=1,1 – коэффициент надежности по ответственности.

Постоянная нагрузка на колонны

Расчетная нагрузка от собственного веса покрытия на колонны рамы

G1g= 0,5∙qa ∙L = 0,5∙18,74∙36= 337,26 кН.

Расчётную нагрузку от веса стенового заполнения не учитываем, т.к. по заданию приняты самонесущие стены, передающие свой вес на фундаментные балки.

 

 

Расчетный вес колонны:

Верхняя часть (20%):

F2=GB=1,1∙1.05 ∙0.2 ∙12 ∙18 ∙0.45= 22,45 кН

F1=Gн=1,1∙1.05 ∙0.8 ∙12 ∙18 ∙0.45= 89,81 кН

0.45 кН/м2 – примерный расход стали на колонны производственного здания при грузоподъемности мостового крана ≈ 30 тс

(12∙18) м2 –грузовая площадь, приходящаяся на колонну

γf=1.05

 

Снеговая нагрузка

Sg=2,4 кН/м2- расчетное значение веса снегового покрова на 1м2.

Нормативное значение снеговой нагрузки:

Sg,n= 0,7Sg∙сectμ=0,7∙1,8∙1∙1∙1=1,68 кН/м2

Коэффициент перехода от веса снегового покрова на уровне земли к снеговой нагрузке на покрытие μ=1

сe=1,0 коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий [2]

ct= 1 –термический коэффициент

Линейная расчетная нагрузка на ригель рамы:

qs=1,1∙1,4∙1,68∙12 = 31,05 кН/м

Расчетная нагрузка на колонну рамы от снега:

Fs=0,5∙qs∙L=0.5∙31,05∙36= 558,84кН.

Ветровая нагрузка

Расчетное значение ветровой нагрузки w следует определять по формуле:

где wm- нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли;

wm -значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте z.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле

wm = w0 k(ze)c

где w0 = 0,48 нормативное значение ветрового давления для IV ветрового района (табл. 11.1.4 [2]);

k(ze) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze(см. 11.1.5 и 11.1.6 [2]);

Поправочные коэффициенты, учитывающие изменение ветрового давления по высоте для типа местности «В» составят:

Z, м k
до 5,00 0,50
0,65
0,81
22,35 0,879

Примечание: Высота Z принимается от поверхности земли.

с - аэродинамический коэффициент (см. п. 11.1.7 [2]).

Аэродинамические коэффициенты выбираются по таблице Д.2 приложения Д.1.2[2] (напор, отсос):

с наветренной стороны:

с заветренной стороны:

Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wpна эквивалентной высоте zeследует определять следующим образом:

где z(ze) - коэффициент пульсации давления ветра, принимаемый по таблице 11.4[2] или формуле (11.6[2]) для эквивалентной высоты ze(см. 11.1.5 [2]);

Коэффициент пульсации давления ветра

Z, м z
до 5,00 1,22
1,06
0,948
22,35 0,906

 

v=0,518 – коэффициент пространственной корреляции пульсации давления ветра, принимаемый по табл. 11.6 и прил. Д1 [2] при ρ=b=228м и χ=h=22,35 м

 

Коэффициент надежности по ветровой нагрузке (п. 11.1.12 [2]).

Расчётная линейная ветровая нагрузка на колонну рамы определяется по формуле:

1. Со стороны напора ветра:

До 5 м:

10 м:

18 м:

22.35 м:

2. Со стороны отсоса ветра:

До 5 м:

10 м:

18 м:

22.35 м:

Расчетная равномерно распределенная эквивалентная нагрузка на колонну с наветренной стороны:

,

Со стороны отсоса:

,

Сосредоточенные силы от ветровой нагрузки в уровне низа ригеля:

;

.

Рисунок 4.1 – Схема приложения постоянных и временных нагрузок

 

Нагрузка от мостовых кранов

Нормативное давление колеса крана на рельс:

где:

GCB = 60 кН – собственный вес подкрановой балки (табл. 12.1 [4]. Принят из расчёта 35 кг/м2 здания);

- полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке;

- ширина тормозной площадки для h1=1000 мм;

yi - ординаты линии влияния по рисунку 4.2.

 

 

Рисунок 4.2 -К определению нагрузки от мостовых кранов

 

Минимальное нормативное давление колеса крана:

,

где GC = 554 кН – масса крана с тележкой;

Q=30 т – грузоподъемность крана;

Подставляя числовые значения в формулу, получим:

Сосредоточенные моменты от вертикальных сил давления колеса крана Dmax и Dmin:

;

где .

Расчетное усилие поперечного торможения на колонну:

,

где ,

Gct =85 кН – вес тележки.

Условно считаем, что сила Т приложена в уровне уступа колонны.

Рисунок 4.3 -Схема приложения крановых нагрузок

 

Все нагрузки, действующие на раму, сведены в сводную таблицу 2 нагрузок.

 

 

Таблица 4.2 - Сводная таблица нагрузок

Виды нагрузок Обозначение Ед. изм. Величина
а) Постоянная 1. От собственного веса покрытия: на ригель рамы на колонны рамы 2. Расчетный вес колонн с учетом поверностной массы стен и остекления: Верхняя часть колонны Нижняя часть колонны б) Временные 1. Снег на ригель рамы на колонны рамы 2. Вертикальное давление кранов Наибольшее Наименьшее Нагрузочные крановые моменты Наибольший Наименьшее 3. Поперчное торможение кранов 4. Равномерное распределение давление ветра на стойки Активное Отсос Сосредоточенное давление ветра на шатёр Активное Пассивное     g G1g     F2 F1     qs FS   Dmax Dmin   Mmax Mmin T     qwa,e qwp,e   Wa WP     кН/м кН     кН кН     кН/м кН   кН кН   кН∙м кН∙м кН     кН/м кН/м   кН кН     18.74 337.26     22.45 89,81     31,05 558,84   1119,91 426,79   559,96 213,39 30,4     7,44 4,65   27,93 17,46

Статистический расчёт рамы

 

На основании принятой конструктивной схемы и компоновки рамы устанавливаем её расчётные схемы. Расчёт рам выполним методом перемещений. Назначим соотношения жесткостей элементов рамы.

Отношение момента инерции верхней части колонны к нижней

Здесь М=0.125(g+gs)∙L2=0.125(18,74+31,05)∙362=8064,87 Кн∙м.

Таким образом, в расчётных схемах принимаем конечную жесткость ригеля при определении усилий от нагрузок, приложенных к ригелю, и бесконечную жёсткость ригеля при определении усилий в раме от нагрузок, приложенных к стойкам.

Расчёт на нагрузки от собственного веса покрытия

Вычисляем параметры:

Кн∙м

=-0,9046

e = (h1-h2)/2= (1,0-0,45)/2=0,275 м,

Mc=(G1g+F1)∙e=(337,26+22,45)∙0,275=98,92 Кн∙м, - получим изгибающие моменты по формулам:

M4=Mg∙k4+Mc∙m4=269,43(-0,9046)+ 98,92 ∙0,1055=-233,29 Кн∙м,

M3=Mg∙k2+Mc∙m2=269,43 (-0,4755)+ 98,92 (-0,2731)=-155,13 Кн∙м,

M2=Mg∙k2+Mc∙(1+m2)= 269,43 (-0,4755)+ 98,92 (1-0,2731)= -56,21 Кн∙м,

M1=Mg∙k1+Mc∙m1=269,43∙0,7715+98,92 (-0,3634)=171,92 Кн∙м.

Поперечные силы:

в левой стойке

Кн,

Кн,

Нормальные силы

N1=-359,71-89,81= -449,53 кН,

N2= N3=-337,26-22,45= -359,71 кН,

N4=-337,26 кН;

коэффициенты k1÷k4 найдены по таблице 3.1 методических указаний[3],

коэффициенты m1÷m4 – по таблице 3.2 методических указаний[3].

Рисунок 5.1 - Эпюры моментов, поперечных и нормальных сил от собственного веса покрытия

 

Расчёт на нагрузки снега

Изгибающие моменты получим по формулам

Кн∙м

Mc=FS∙e=558,84∙0,275=153,68 Кн∙м.

M4=Mg∙k4+Mc∙m4=446,43 (-0,9046)+ 153,68 ∙0,1055=-387,6 Кн∙м,

M3=Mg∙k2+Mc∙m2=446,43 (-0.4755)+ 153,68 (-0,2731)= -254,25 Кн∙м,

M2=Mg∙k2+Mc∙(1+m2)= 446,43 (1-0,4755)+ 153,68 (1-0,2731)= -100,57 Кн∙м,

M1=Mg∙k1+Mc∙m1=446,43 ∙0,7715+153,68 (-0,3634)= 288,58 Кн∙м.

Поперечные силы

Кн,

Кн,

Нормальные силы N1= 558,84 Кн.

Рисунок 5.2 - Эпюры моментов, поперечных и нормальных сил от снеговой нагрузки

 

Расчёт на крановые моменты, тележка слева

Коэффициент пространственной жесткости каркаса α=a·µ/γ,

где: а= 0,226 при числе рам в блоке ≥12;

γ= 0,82- коэффициент условий работы пространственного блока;

µ=2·n0/(åyi)=2·2/2,86= 1,4

Тогда: α=0,226 ·1,4/0,82=0,385.

.

 

Изгибающие моменты в левой стойке:

M4=-m4∙Mmax+ΔM∙k4∙α=-0,1055∙559,96+(346,56)(0.2087)∙0,385=-31,2 Кн∙м,

M3=-m2∙Mmax+ΔM∙k2∙α=0,2731∙559,96+346,56 (0,0086∙0,385)=154,05 Кн∙м,

M2=-(1+m2)∙Mmax+ΔM∙k2∙α=-(1-0,2731) 559,96+346,56 (0,0086∙0,385)=-405,91Кн∙м,

M1=-m1∙Mmax+ΔM∙k1∙α=0,3634∙559,96+346,56 (-0.5264)0,385=133,14 Кн∙м,

Поперечные силы в левой стойке:

Кн,

Кн

Изгибающие моменты в правой стойке:

M4=-m4∙Mmin-ΔM∙k4∙α=-0,1055∙213,39+346,56 (0.2087)∙0,385=-50,4 Кн∙м,

M3=-m2∙Mmin-ΔM∙k2∙α=0,2731∙213,39+346,56 (0,086∙0,385)=57,13 Кн∙м,

M2=-(1+m2)∙Mmin-ΔM∙k2∙α=-(1-0,731) 213,39+346,56 (0,0086∙0,385)= -156,27 Кн∙м,

M1=-m1∙Mmin-ΔM∙k1∙α=0,3634∙213,39+346,56 (-0.5264)0,385=147,87 Кн∙м,

Поперечные силы в правой стойке

Кн,

Кн,

Нормальные силы:

в левой стойке N1=-Dmax=-1119,91 кН,

в правой стойке N1=-Dmin=-426,79 кН.

Рисунок 5.3 - Эпюры моментов, поперечных и нормальных сил от крановой нагрузки

 

Расчёт на силу поперечного торможения, приложенную к левой стойке.

Принимаем точку приложения силы Т на уровне уступа колонны. Тогда изгибающие моменты в левой стойке:

M4=(t4+k4∙α)∙T∙H=(-0,0960+0,0769∙0,385)30,4∙19,0= -38,35 кН∙м,

M2=(t2+k2∙α)∙T∙H=(0,0923-0,0063∙0, 385) 30,4∙19,0= 54,73 кН∙м,

M3=M2=54,73 кНм,

M1=(t1+k1∙α)∙T∙H=(-0,0916-0,2671∙0, 385) 30,4∙19,0=-112,38 кН∙м.

Изгибающие моменты в правой стойке

M4=-k4∙α∙T∙H=(-0,0769∙0, 385) 30,4∙19,0= -17,12 кН∙м,

M2=-k2∙α∙T∙H=(0,0063∙0, 385) 30,4∙19,0=-1,41 кН∙м,

M3=M2=-1,41 кНм,

M1=-k1∙α∙T∙H=(0,2671∙0, 385) 30,4∙19,0= 59,47 кН∙м.

Поперечные силы в левой стойке:

кН,

кН.

Проверка Q1-Q3=T, Q1-Q3=11,83-(-19,07)=30,91 Кн, T=30,4 Кн,

Погрешность .

Поперечная сила в правой стойке:

Кн.

 

 

Рисунок 5.4 - Эпюры моментов и поперечных сил от поперечного торможения крана

Расчёт на ветровую нагрузку, ветер слева

Усилия в стойке равны:

M4=k4∙qωa,c∙H2+m4∙W0∙H=0,0598∙7,44∙19,02+0,1420∙45,39∙19,0= 283,12 кНм,

M2=k2∙qωa,c∙H2+m2∙W0∙H=0,0352∙7,44∙19,02+(0,0062) 45,39∙19,0=100,02 кНм,

M3=M2=100,02 кНм,

M1=k1∙qωa,c∙H2+m1∙W0∙H=(-0,3845) 7,44∙19,02+(-0,3582) 45,39∙19,0=-1341,79 кНм,

кН,

кН,

усилия в правой стойке:

M4=k4∙qωap,c∙H2-m4∙W0∙H=-0,0967∙4,65∙19,02-0,1295∙45,39∙19,0=-284,86 кНм,

M2=k2∙qωap,c∙H2-m2∙W0∙H=-0,0370∙4,65∙19,02-(-0,0148) 45,39∙19,0=-67,41 кНм,

M3=M2= -67,41 кНм,

M1=k1∙qωap,c∙H2-m1∙W0∙H=0,4767∙4,65∙19,02-(-0,3683) 45,39∙19,0=1109,24 кНм,

кН,

кН.

Проверка правильности эпюр:

Q+Q=(qωa,e+qωp,e)∙H+W0. Q+Q=156,21+117,56=273,77 кН,

(qωa,c+qωp,c)∙H+W0=(7,44+4,65)∙19,0+45,39= 275,13кН.

Погрешность .

При ветре справа эпюры всех усилий в стойках будут зеркальны эпюрам усилий от ветра слева. Поэтому их можно найти без дополнительного расчёта.

 

Рисунок 5.5 - Эпюры моментов и нормальных сил от ветровой нагрузки

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.