Одноэтажное промышленное здание. 2

Нижегородский   государственный

архитектурно  – строительный университет 

Кафедра  металлических конструкций 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  расчетно-графическая  работа

«Одноэтажное промышленное здание». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Студент: гр. З/06 – 2                                                                         Е.С. Козлова

Преподаватель:                                                                                 Е. В. Житянная

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Нижний  Новгород – 2010 

Содержание. 
 

 
 
 
 

  
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1. Введение.

     Расчетно-графическая работа  разработана  на  основании  задания  на  проектирование, выданного кафедрой металлических конструкций  Нижегородского государственного архитектурно-строительного  университета.

     Цель курсовой расчетно-графической работы:

     - приобретение навыков в решении  основных вопросов проектирования  металлических конструкций;

     - освоение методики компоновки  простейших сооружений, выполняемых  в металле;

     - определение нагрузок;

     - выбор расчётных схем элементов, входящих в состав сооружения;

     - расчёт и конструирование несущих  элементов балочной клетки, центрально  нагруженных колонн и их узлов.

2. Исходные данные. 

• Здание  однопролётное отапливаемое, без  фонаря.
• Класс ответственности – II.
• Кровля лёгкая по прогонам.
• Стеновое ограждение самонесущее.
• Здание с мостовым краном
• Пролёт – L = 30м.
• Длина здания – 120м.
• Шаг колонн – B_col = 6м.
• Шаг ферм – B_rt = 6м.
• Отметка головки кранового рельса – H_t = 11,05м.
• Грузоподъёмность крана – Q = 50т.
• Режим работы крана – 4К-6К.
• Климатический район строительства – II₄.
• Снеговой район – III.
• Ветровой район – II.
• Класс бетона B12,5; R_bn = 9,5 МПа.
• Монтаж производится на болтах.

3. Компоновка поперечной рамы. 

    1. Расстояние от головки подкранового рельса до низа несущих конструкций покрытий.

    где f  = 200¸400 – зазор, учитывающий прогибы конструкций покрытия, принимаем =350мм;

         H_c = габаритная высота крана принимаемая по ТУ24-9-456-76 на краны    (т II.1(3)).При Q = 50т, H_c = 3150мм;

         100 – конструктивный зазор.

    

    2. Полезная высота  цеха.

    

    увеличиваем H_t из условия кратности 1,8 принимаем H_S =1,8 · 9 = 16,2м.

    3. Длина верхней  части колонны.

    

    здесь h_c.b – высота подкрановой балки равной 1м;

              h_r.a – высота рельса при Q = 50т, к.р.80 h_r.a = 130мм.

    4. Полная высота  рамы.

    

    здесь H_b = заглубление базы колонны ниже отметки пола принимаем 200мм.

    5. Длина нижней части  колонны.

    

    6. Полная высота шатра.

    

    где h_1rt = 3150мм – высота фермы на опоре для типовой серии 1.460.2-10 с элементами из парных уголков;

          h_р = 1250мм – высота парапета.

    

    7. Высота поперечного  сечении верхней части колонны.

    

    8. Высота поперечного  сечения нижней  части колонны.

    

    где b₀ = 250мм – привязка наружной грани колонны к разбивочной оси;

         l₁ =750мм – расстояние от разбивочной оси ряда колонны до оси подкрановой балки.

    

    здесь В₁ = 300мм – при Q = 50т, по(т II.1(3));

    

    

, условие выполняется. 

    9. Компоновка каркаса  по таблицам II.12; II.13. 

H_c = 3150;   H_com = 3600;   H_t = 12600;  H_S = 16200;  H₂ = 4800;  h₁ = 1000;  h₂ = 450;

;

;

;

 Рис.1 Геометрическая схема поперечной  рамы. 

4. Определение нагрузок. 

    4.1. Постоянная нагрузка. 

    - Расчётную постоянную нагрузку от веса покрытия определяем в табличной форме по (т II.2(3))

    таблица №1

 

    – Расчётная равномерно распределённая нагрузка на ригель рамы

    

    здесь коэффициент надёжности по назначению определяемый по приложению к (2);

             усреднённый коэффициент надёжности для постоянной нагрузки по табл.1;

             нормативный вес покрытия по табл.1

    – Расчётная постоянная нагрузка на колонну

    

 

    4.2. Снеговая нагрузка. 

    – Расчётная равномерно распределённая нагрузка на ригель рамы

    

    здесь вес снегового покрова принимаемый по (т II.3(3)) в зависимости от района строительства;

              коэффициент надёжности по нагрузке, зависящий от отношения нормативного веса шатра к    тогда по (3);

              С – коэффициент, учитывающий конфигурацию кровли здания, для кровли с уклоном не более 25^о – С =1

    – Расчётная снеговая нагрузка на колонну

    

 

    4.3. Крановая нагрузка. 

    4.3.1. Расчёт на вертикальную  нагрузку. 

    – Расчётное максимальное давление на колонну, к которой приближена грузовая тележка, определяется:

    

    при этом на другую колонну оказывается  меньшее давление:

    

    где коэффициент надёжности по нагрузке;

          коэффициент сочетания крановой нагрузки

        сумма ординат линии влияния кранового давления на колонну определяемый по (т II.8(3));

         вес подкрановой балки по (т II.4(3));

         наибольшее давление колеса крана, по (т II.1(3));

         минимальное давление колеса крана, по (т II.1(3));

    От  и возникают изгибающие моменты и

    

    

    где е – расстояние от оси подкрановой балки до оси центра тяжести нижней части колонны определяется как  

    4.3.2. Расчёт на горизонтальную нагрузку. 

    – Расчётная горизонтальная поперечная сила на колонну

    

    где горизонтальная поперечная сила возникающая при торможении грузовой тележки;

    здесь f – коэффициент трения, принимаемый 0,05;

             масса крановой тележки по (т II.1(3));

              n₀ – число колёс крана с одной стороны при Q = 50т, n₀ = 2. 

    4.4. Ветровая нагрузка. 

    – Расчётная линейная ветровая нагрузка, передаваемая на стойку рамы к определённой точке по высоте, определяется:

    

    где коэффициент надёжности для ветровой нагрузки;

          нормативное значение ветрового давления определяемая по СНиП (2) либо по (т П.3(3));

           с – аэродинамический коэффициент для активного давления 0,8 для отсоса 0,6;

           k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления в зависимости от высоты здания и типа местности по (т П.5(3));

    От  активного сопротивления

    

,

    

,

    

.

    – Эквивалентная равномерно распределённая нагрузка равна:

    

    где коэффициент, определяемый по (т П.10(3));

    Ветровую  нагрузку, приходящуюся на ригель, заменяем сосредоточенной силой  

    где сила от активного давления равна 

    

    От отсоса

    

,

    

,

    

.

    Рис. 2  Расчётные ветровые и крановые нагрузки на раму.

    5. Статический расчёт.

    5.1. Расчёт на постоянную  и снеговую нагрузку. 

    При назначении расчётной схемы вводим ряд упрощений:

• колонны считаем жёстко защемлёнными на уровне низа базы;
• геометрические оси колонн принимаем по середине высоты их сечения;
• сквозной ригель заменяем сплошным эквивалентной жёсткости. При этом геометрическая ось ригеля считается расположенной в уровне нижнего пояса фермы;
• ригель принимаем прямолинейным т.к. уклон до i < 10%.
• принимаем соотношение моментов инерции верхней и нижней части колонны и ригеля в пределах:

 при 

  при  

    Определяем  изгибающие моменты в сечениях А и В от постоянной нагрузки

    

    

    Вычисляем параметры     ;

    по  (т П.6(3))      

    

    

    

                                          Рис. 3. Эпюры изгибающих моментов от постоянной нагрузки. 

    М_С и М_D графическим способом равен -22,823кН∙м

    Определяем  расчётные значения продольных и поперечных сил в колонне:

    

,

    

    Аналитическим способом М_С и М_D равен

    

 

    Переходный  коэффициент получаем по формуле:

    Тогда усилия от снеговой нагрузки будут:

    

;

    

    

    

;

    

    Рис. 4. Эпюры изгибающих моментов от снеговой нагрузки. 

    5.2. Расчёт на вертикальное давление крана.

    Определяем  усилия в левой стойке (тележка слева) по формуле:

    

    по  (т П.7(3)) определяем коэффициенты при α = 0,45

    левая стойка

               

    Правая  стойка

              

    Усилия в левой стойке (тележка слева)

    

    

    

    

    

    

    Усилия  в левой стойке (тележка справа)

    

    

    

    

    

    

    Рис. 5. Эпюры изгибающих моментов от крановой нагрузки. 

    5.3. Расчёт на торможение. 

    Определяем  усилия в левой стойке по формуле:

    

    Значение коэффициента определяем по  (т П.9(3)) тогда сила поперечного торможения, приложенная к левой стойке, будет

    

    

    

    

    N = 0

    

    Сила  поперечного торможения, приложенная к правой стойке

    

    

    

    

    N = 0

    

    Рис. 6. Эпюры изгибающих моментов от торможения крана. 

    5.4. Расчёт на ветровую  нагрузку. 

    Определяем  усилия в левой стойке по формуле:

    

    Значение  коэффициента , определяем по  (т П.11(3)) тогда ветровая нагрузка, приложенная к левой стойке, будет

    

    

    

    N = 0

    

    Ветровая  нагрузка, приложенная к правой стойке

    

    

    

    N = 0

    

    Рис. 7. Эпюры изгибающих моментов от ветровой нагрузки. 

6.Расчётные  сочетания усилий.

    6.1.Определение РСУ.

    Основное  сочетание:

    

    

    

    

    Дополнительное  сочетание:

    

    

    

    

    Сечение А.

    

    

    Усилие  наружной ветви колонны равно

    

    

    

    

    Вывод: , принимаем 963,552 кН

    

 

    Сечение D.

    

    

    

    

    Усилие  в подкрановой ветви равно

    

    Сечение В.

    

    

    

    

 

    Сечение С.

    

    

    

    

 

    

    

 

7. Расчёт и конструирование верхней части стержня ступенчатой колонны. 

    Соотношение жесткостей надкрановой и подкрановой  частей

    Материал  колонны – сталь С 255 с R_y = 240 МПа при t = 10…20мм и

R_y = 230 МПа при t ≥ 20мм табл.50,51(1).

    Сварка  элементов – полуавтоматическая в среде углекислого газа; сварочная  проволока – Св-08Г2С; табл.55(1), положение швов – нижнее. 

    7.1.Определение расчётной длины колонны в плоскости рамы. 

    Расчётная длина колонны для подкрановой  части   

    Для надкрановой 

    Где μ – коэффициент расчётной длины определяемый по п.6.11.(1) в зависимости от параметров ;

    

    Здесь

    Принимаем верхний конец колонны, закреплённый только от поворота, и при условии H₂/H₁ £ 0,6 и N₁/N₂ ³ 3 принимаем значения m по табл. 18(1), находим           μ₁ = 2;