Стальной каркас одноэтажного промышленного здания

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Стальной каркас одноэтажного промышленного здания

Стальной каркас одноэтажного промышленного здания

Курсовой проект

На тему:

«Стальной каркас одноэтажного промышленного здания»

Рис. 5. Связи по нижнему поясу ферм

Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей.

Рис. 6. Компоновка фасада

В качестве ограждающих конструкций выбираем типовые плиты длиной 12 м вдоль длиной части фасада, длиной 6 м вдоль короткой части фасада. Плиты продольной части фасада крепятся на колонны. Плиты поперечной части фасада крепятся на фахверковые колонны двутаврового профиля.

Рис. 7. Варианты загружения подкрановой балки

Заметим, что некоторые варианты симметричны друг другу, будем рассматривать вариант №3.

Для крана грузоподъемностью Q=100 т принимаем данные для расчета:

Расчетное вертикальное давление колес крана:

где ?n=0,95 - коэффициент надежности по назначению;

?f=1,1 - коэффициент надежности по нагрузки;

?=0,85 (при учете 2-х кранов группы режима работы 3К) - коэффициент сочетания;

kF=1,0 (при шаге колонн 12 м и группе режима работы 3К) - коэффициент динамичности;

Fn1= 410 кН; Fn2 = 450 кН - нормативное вертикальное давление колеса крана (см. стр. 530 [2]);

Равнодействующая вертикальных расчетных давлений колес:

Плечо равнодействующей силы:

Рис. 8. Расчетная схема загружения подкрановой балки

Установка будет расчетной, если ближайшее к равнодействующей колесо будет являться критическим грузом:

где a, b - расстояние от опор до критического груза;

Fcr - проверяемый критический груз;

Ra = 364,18 кН + 399,71 кН = 763,89 кН - равнодействующая всех грузов, расположенных слева от критического;

Rb = 2·399,71 кН = 799,42 кН - равнодействующая всех грузов, расположенных справа от критического.

Условие выполняется, следовательно, принятая схема загружения является расчетной.

Определяем ординату линии влияния изгибающего момента для сечения под критическим грузом:

Далее строим линию влияния изгибающих моментов, и остальные ординаты получаем графически.

Рис. 9. Линия влияния изгибающего момента

Расчетный изгибающий момент от вертикальной нагрузки:

Расчетный изгибающий момент от горизонтальной нагрузки:

Здесь - расчетное горизонтальное давление колес крана;

Нормативное горизонтальное давление колес крана:

где Q = 1000 кН - грузоподъемность крана;

GТ = 410 кН - вес тележки крана;

n0 = 4 - число колес крана по одну сторону;

f = 0,05 (для кранов с гибким подвесом) - коэффициент трения.

Расчетное горизонтальное давление колес крана:

Наибольшая поперечная сила Qmax в разрезной балке будет при таком положении нагрузки, когда одна из сил находится непосредственно у опоры, а остальные расположены как можно ближе к этой же опоре.

Рис. 10. Линия влияния поперечной перерезывающей силы

Максимальная поперечная перерезывающая сила от вертикальных нагрузок:

где = 1,05 (для балки l = 12 м) - коэффициент, учитывающий вес подкрановой балки и полезную нагрузку от тормозной балки.

Рис. 11. Расчетная схема загружения подкрановой балки нормативной вертикальной нагрузкой

Определяем ординату линии влияния изгибающего момента для сечения под критическим грузом:

Далее строим линию влияния изгибающих моментов, и остальные ординаты получаем графически.

Минимальная высота подкрановой балки:

Оптимальная высота подкрановой балки:

где w = 120 - гибкость стенки (принята предварительно).

принимаем высоту подкрановой балки h = 130 см, что больше hmin= 95,63 см.

Определяем толщину стенки подкрановой балки из 2-х условий:

1) Условие на срез:

где Rs = 0,58Ry = 0,58·30 кН/см2 = 17,4 кН/см2;

hw = h - 2tf =130 см 22 см = 126 см - высота стенки подкрановой балки;

tf = 2 см - толщина поясов подкрановой балки (принята предварительно).

2) Условие местной устойчивости без продольных ребер:

Принимаем толщину стенки подкрановой балки tw=1 cм.

Требуемый момент инерции подкрановой балки:

Проектируем пояса подкрановой балки.

Требуемый момент инерции двух поясов подкрановой балки:

Требуемая площадь пояса подкрановой балки:

hf = 130cм 2 см = 128cм.

Принимаем толщину пояса подкрановой балки tf = 2 см.

Тогда, требуемая ширина пояса подкрановой балки:

Принимаем ширину поясов подкрановой балки bf = 40 см.

Проверка условия местной устойчивости сжатого пояса:

Условие выполняется.

Производим компоновку всего сечения подкрановой конструкции с учетом тормозной балки и определяем положение центра тяжести подкрановой конструкции.

Принимаем тормозную балку из швеллера №30 и рифленого листа толщиной tрл= 8 мм.

Ширина рифленого листа:

В нормах принято, что вертикальные нагрузки воспринимает только подкрановая балка, поэтому ось Х будет проходить через центр тяжести подкрановой балки. Если подкрановая балка симметричная, то ось Х проходит посередине. Горизонтальные нагрузки воспринимает только тормозная балка, которая состоит из трех элементов: верхнего пояса, рифленого листа и поддерживающего швеллера. Ось У будет проходить через центр тяжести тормозной балки.

Находим центр тяжести подкрановой конструкции:

Рис. 12. Компоновка поперечного сечения подкрановой конструкции

Определим геометрические характеристики скомпонованного сечения. Относительно оси Х определяем только характеристики подкрановой балки.

Относительно оси Y определяем характеристики тормозной балки:

Рис. 13. Эпюра нормальных напряжений в подкрановой конструкции

Верхний пояс работает одновременно на изгиб в вертикальной и горизонтальной плоскости, поэтому прочность в т. А по нормальным напряжениям:

Далее проверяем наружный пояс тормозной балки в точке В.

Тормозная балка воспринимает следующие нагрузки:

1) Временная полезная нагрузка:

где f = 1,2 - коэффициент надежности по нагрузке;

P0n=2 кН/м2 - нормативная временная нагрузка, задаваемая технологами.

2) Нагрузка от собственного веса настила:

3) Нагрузка от собственного веса швеллера:

Рис. 14. Вертикальные нагрузки на тормозную балку

Расчетную нагрузку на швеллер определяем как реакцию на левую опору условной расчетной схемы:

Определим изгибающий момент в швеллере:

Проверим прочность швеллера по нормальным напряжениям в точке В:

Проверим жесткость швеллера (по нормативным нагрузкам):

Здесь

Проверим прочность подкрановой балки на опоре по касательным напряжениям:

Здесь - статический момент полусечения балки.

Проверим прочность стенки подкрановой балки по местным напряжениям от давления колес крана:

где f1=1,1 (для группы режима кранов 3К) - дополнительный коэффициент надежности по нагрузке;

F'k - расчетное вертикальное давление колеса крана без учета коэффициента динамичности;

где n = 0,95 - коэффициент надежности по назначению;

f = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке;

Fnmax= 450 кН - нормативное вертикальное давление колеса крана.

- условная длина распределения местного давления колес крана.

где с=3,25 - коэффициент для сварных балок;

If1 - сумма собственных моментов инерций верхнего пояса балки и кранового рельса:

здесь Iр = 4923,79 см4 - момент инерции кранового рельса КР-120 (ГОСТ 4121-76).

- условие выполняется.

Проверка жесткости подкрановой балки от действия одного крана:

где Мn = 280837,1 кНсм - нормативный изгибающий момент от загружения балки одним краном.

- для режимов работы 1К6К.

- условие выполняется.

Рис. 15. К расчету на местную устойчивость

По длине балки ребра ставятся по аналогии с типовыми проектами с шагом 1,5 м.

Рис. 16. Схема загружения расчетного отсека

Каждый отсек стенки подкрановой балки проверяется на местную устойчивость по формуле:

Находим расчетные отсеки:

Опорная реакция:

Находим средние значения поперечной силы и изгибающего момента:

Здесь - коэффициент, учитывающий собственный вес конструкций при пролете 12 м.

Находим нормальные и касательные напряжения:

Коэффициент :

где =0,8.

Т.к. и

,

где - отношение большей стороны пластинки (отсека) к меньшей;

где d=hw=126 см - меньшая из сторон отсека.

Здесь

Местная устойчивость сжатого пояса и стенки балки обеспечена.

Рис. 20. Схема установки стеновых и оконных панелей.

Здесь:

- коэффициент надежности по назначению;

- коэффициенты надежности по нагрузке;

g1=2 кН/м2 - поверхностная масса навесных стен;

g2=0,35 кН/м2 - поверхностная масса оконных переплетов с остеклением;

b=12 м - ширина грузовой площади стен;

- суммарная высота стеновых панелей, нагрузка с которых передается на верхнюю часть колонны;

- суммарная высота оконных переплетов, нагрузка с которых передается на верхнюю часть колонны;

- суммарная высота стеновых панелей, нагрузка с которых передается на нижнюю часть колонны;

- суммарная высота оконных переплетов, нагрузка с которых передается на нижнюю часть колонны;

GB=0,2GК - расчетная нагрузка от веса верхней части колонны;

GH=0,8GК - расчетная нагрузка от веса нижней части колонны;

GК - вес всей колонны.

,

gкол=0,6 кН/м2 - средний расход стали на колонны каркаса в расчете на 1 м2 площади здания;

Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы определяется:

,

- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие (прил. 3 СНиП «Нагрузки и воздействия»);

Sg=2,4 кПа - расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 поверхности земли (IV снеговой район).

Рис. 21. Снеговая нагрузка

Опорная реакция ригеля рамы:

Вертикальная нагрузка на колонну от двух сближенных кранов наибольшей определяется с коэффициентом сочетания (режим работы 3К).

Рис. 22. Вид на каркас сбоку

Рис. 23. Линия влияния опорных реакций подкрановых балок

Рис. 24. Крановые нагрузки

Определяем расчетные давления на колонну Dmax (колонна рядом с тележкой), Dmin (противоположная от тележки колонна).

,

Где:

Fki - расчетное давление колеса крана;

Fni - нормативное давление колеса крана с противоположной стороны;

yi - ординаты линии влияния;

- нормативный вес подкрановых конструкций;

- коэффициенты надежности по нагрузке;

P0n= 2 кН/м2 - полезная нормативная нагрузка на тормозную балку;

b=12 м - шаг колонн;

bT=1 м - ширина тормозной конструкции.

- нормативное давление колес крана с противоположной от тележки стороны;

где Q= 1000 кН - грузоподъемность крана;

Fnmax=450 кН - максимальное нормативное давление колеса крана;

GK= 1250 кН - масса крана с тележкой;

nK=4 - число колес с одной стороны одного крана.

Расчетная горизонтальная сила Т, передаваемая на колонну, определяется:

где кН - нормативное значение горизонтального давления колеса мостового крана.

Изгибающие моменты, возникающие по оси колонны от сил Dmax, Dmin равны:

Расчетная ветровая нагрузка в любой точке по высоте рамы будет равна:

с наветренной стороны:

с подветренной стороны:

,

где - коэффициент надежности по нагрузке;

W0=0,38 кПа - нормативный скоростной напор в зависимости от ветрового района (III ветровой район);

се=0,8; се3=0,6 - аэродинамические коэффициенты (по прил. 4 СНиП «Нагрузки и воздействия»;

k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте.

Рис. 25. Схема изменения ветровой нагрузки по высоте

В=12 м - шаг колонн.

Тип местности - В.

Тогда ветровая нагрузка на высоте 10, 19,8 и 22,8 м равна:

Для удобства расчета фактическую линейную нагрузку заменяют эквивалентной, равномерно распределенной по высоте колонны.

Рис. 26. Ветровые нагрузки

Приближенно можно определить:

где - коэффициент, зависящий от высоты здания.

Ветровая нагрузка, которая действует на участке h' от низа ригеля до наиболее высокой точки здания, заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне низа ригеля.

Рис. 30. Эпюры M, Q, N от действия снеговой нагрузки

Вертикальная нагрузка от мостового крана

Расчет проводится при расположении тележки крана у левой стойки.

Проверка возможности считать ригель абсолютно жестким:

Каноническое уравнение для определения смещения плоской рамы:

Раме дают единичное смещение на =1 и определяют моменты и реакции от этого смещения:

Моменты и реакции на левой стойке от нагрузки:

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

Реакция верхних концов стоек:

Смещение плоской рамы:

Крановая нагрузка - местная, поэтому пр1:

Смещение с учетом пространственной работы

Строим эпюры:

Рис. 31. Эпюры M, Q, N от действия вертикальной крановой нагрузки

Горизонтальная нагрузка от мостового крана

Основная система, эпюра М1, каноническое уравнение, коэффициент пр - такие же, как и при расчете на вертикальную нагрузку от мостовых кранов.

Моменты и реакции на левой стойке от нагрузки:

Смещение верхних концов с учетом пространственной работы

Используя те же формулы, строим эпюры:

Рис. 32. Эпюры M, Q, N от действия горизонтальной крановой нагрузки

Ветровая нагрузка

Основная система и эпюра М1 - как для крановых воздействий.

Моменты и реакции на левой стойке от нагрузки:

На правой стойке усилия получаются умножением на коэффициент

Коэффициенты канонического уравнения:

Смещение рамы (ветровая нагрузка воздействует на всю раму, поэтому пр=1)

Эпюра Q на левой стойке:

Эпюра Q на правой стойке:

При правильном решении сумма поперечных сил внизу должна быть равна сумме всех горизонтальных нагрузок:

Строим эпюры:

Рис. 33. Эпюры M, Q, N от действия ветровой нагрузки

Рис. 41. Расчетная схема для определения усилий от единичного момента на левой опоре

Рис. 42. Расчетная схема для определения усилий от единичного момента на правой опоре

Усилия от единичных сил и моментов находим методом вырезания узлов. Найденные усилия сводим в табл. 3, где также указываем усилия от постоянной и снеговой нагрузок, от опорных моментов, получаемых путем умножения усилий от единичных сил и моментов на значения сил.