Стальной каркас одноэтажного производственного здания

Комитет по высшему образованию  министерства образования             Российской Федерации

 

Санкт-Петербургский государственный  архитектурно-строительный

Университет

 

Строительный институт

 

Кафедра металлических  конструкций

 

 

 

 

Курсовой  проект №2

Стальной каркас одноэтажного производственного здания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы 3-П-IV

                                                                                                              ОхотаСъестьЕнота

Проверил преподаватель

Монахов Е.Н.

 

 

Санкт-Петербург

2004

 

Содержание

 

стр.

 

Компоновка конструктивной схемы  каркаса 3

Подсчет интенсивности  нагрузок  4

Сбор нагрузок на раму  5

Исходные  данные для статического расчета   8

Наиболее  невыгодные комбинации усилий 10

Определение расчетных длин колонн в плоскости рамы 10

Определение расчетных длин колонн из плоскости  рамы  10

Расчёт  верхней части ступенчатой колонны 10

Подбор  сечения колонны 10

Проверка  колонны на устойчивость в плоскости  действия момента 11

Проверка  местной устойчивости полок и стенки в плоскости действия момента 11

Проверка  колонны на устойчивость из плоскости  действия момента 12

Проверка  местной устойчивости стенки из плоскости  действия момента 12

Расчёт  нижней части ступенчатой колонны 14

Расчет  сквозной колонны как фермы с параллельными поясами 14

Расчёт  стержней соединительной решётки 15

 

Компоновка конструктивной схемы  каркаса

 

Проектируется однопролетное производственное здание пролетом L=24м, длиной B=66м. Здание оборудовано двумя мостовыми кранами Q_кр=1250кН, L_кр=L-2l=24-2·1=22м; H_кр=4.0м; B_кр=0,4м. Отметка головки подкранового рельса d_г=15.4 м.

Принимаем жесткое сопряжение колонны  с ригелем. Принят шаг рам  l=6,0м. Разбивка сетки колонн представлена на рис 1.1

Принимается подкрановая балка  высотой hпб=h+30 мм=1018+30=1048мм, крановый рельс КР-120 h_р=170мм.

h_пб+h_р=1048+170=1218мм. Принимаем h_пб+h_р=1,25м. Отметка обреза фундамента d_ф принимается-0,6м.

Устанавливается отметка низа ригеля

d_р=d_г+H_кр+(D_в+D_дов)=15.4+4.0+(0,3…0,5)=19.7…19.9м.

По правилам унификации отметка d_р принимается кратной 0,6м d_р=19.8м.

Устанавливается длина нижней части  колонны l_н

l_н=(d_г-d_о)-(h_пб+h_р)+(d_o-d_ф)=15.4-1,25+0,6=14.8

Устанавливается длина верхней  части колонны l_в

l_в=(d_р-d_г)+(h_пб+h_р)=(19.8-15.4)+1,25=5.6м.

Принимается предварительная привязка наружной грани колонны к разбивочной оси а=0,25м. Устанавливается ширина нижней части колонны h_н по условию увязки L и L_кр

h_н=l+а=1,0+0,25=1,25м.

Требуемая минимальная ширина нижней части колонны по условию жесткости

принимается  h_н=1,25м с привязкой наружной грани колонны к разбивочной оси а=0,25м.

Устанавливается максимальная ширина верхней части колонны h_в по условию обеспечения габаритов крана.

 

Требуемая минимальная ширина верхней  части колонны h_в по условию жесткости

  принимается ширина верхней части  колонны с учетом требований унификации h_в=0,5м.

Разбивка решетки нижней части  колонны представлена на рис.1.5

Решетчатый ригель для рамы с  жестким сопряжением ригеля с  колонной принят трапецеидального очертания с уклоном верхнего пояса i=0,10. Высота ригеля на опоре h_о=2,20м(по обушкам поясных уголков),высота ригеля по середине пролета

Решетка ригелей разбита в соответствии с размерами сборных железобетонных настилов (6,0x3,0x0,3). Схемы решетчатых ригелей приведены на рис. 1.3.

Схема связей жесткости для рассматриваемых  примеров может быть принята по рис.1.4.

Фахверк продольных стен отсутствует.

Стеновые ограждения в примере  приняты из легкобетонных панелей толщиной t=300мм (в соответствии с районом строительства).

Схема фахверка торцевых стен для  рассматриваемых примеров может  быть принята по рис. 1.6.

 

 

 

 

 

 

 

Подсчет интенсивности нагрузок

Ед. Измер.	Вид нагрузок. Вычисления	Нормативная нагрузка		Коэф.надежности по нагрузкамgf
		Обозначение	Величина		Обозначение	Величина
1	2	3	4	5	6	7
кН/м2	ПОСТОЯННЫЕ НАГРУЗКИ 1.Ограждающие конструкции  покрытия(прил.табл.4) железобетонная плита утеплитель t=12см, g=6кН/м3; 0,12·6=0,72 стяжка t=2см, g=16,0…18,0 кН/м3 ;0,02·16,5=0,33 рубероидный ковер и  пароизоляция стальные конструкции  покрытия ;24·0,007·1,2=0,2 Итого		2,40 0,72 0,33 0,1 0,2	1,1 1,3 1,3 1,3 1,05		2,64 0,936 0,429 0,13 0,21
			3,75			4,345
кН/м2	2.Ограждающие конструкции  стен легкобетонные стеновые панели t=30 см, g=8кН/м3   переплеты остекления		2,4   0,5	1,2   1,1		2,88   0,55
кН/м	3.Колонны верхняя часть колонны (вес в пределах 1,0…1,15 кН/м)   нижняя часть колонны (вес в пределах 2,0…3,0 кН/м)		1,05   2,1	1,05   1,05		1,1   2,2
кН/м	4.Подкрановая балка с рельсом (по принятому сечению балки, обычно в пределах 2,5…4,0кН/м, с конструктивным коэффициентом=1,3); 2,78·1,3=3,62		3,62	1,05		3,8
кН/м2	ВРЕМЕННЫЕ (КРАТКОВРЕМЕННЫЕ) НАГРУЗКИ 5.Снеговая нагрузка(II район, по табл.4[2]) ро=0.7кН/м2,С=1,0 (по табл.5[2]); =ро·С=0.7·1,0=0.7, при имеем gf=1,4 по п. 5.7[2]		0.7	1,4		0.98
КН	6.Крановая нагрузка ( по ГОСТ 25711-83 или по прил табл.1)   вертикальные давления колес крана: максимальное(по ГОСТ) минимальное = =128.5 где nо-количество колес с одной стороны крана. Горизонтальные давления колес  крана		479       128.5         20.5	1,1       1,1         1,1		526.9       141.35         22.55
кН/м2	7.ветровая нагрузка(IV район, по табл.6[2],) go=0,4кН/м2, коэффициент К принимается  по табл.7[2]: К=1,0 при H 10,0м и К=1,25 при Н=20,0м, аэродинамический коэффициент  С принимается по табл. 8[2],профиль2    с наветренной стороны Са=0,8,    с подветренной стороны  Со=0,6. На отметках 0,0…+10,0 На отметке dp=+19.8 На отметке dп=+24.1мb		0,32     0,24     0,59     0,45       0,65   0,48	1,4     1,4     1,4     1,4       1,4   1,4		0,448     0,336     0,83     0,62       0,91   0,67

Сбор нагрузок на раму

№ п/п	Наименование нагрузок. Вычисления.	Обозначеие.	Ед. измер.	Расчетные значения.
1	2	3	4	5
1	Шатер распределенная нагрузка на ригель кН/м, a-угол наклона верхнего пояса ригеля; принято: cosa=1 сосредоточенная нагрузка на колонну момент в месте изменения  сечения		кН/м       кН     кН·м	26,76       321,12     120,42
2	Стены Сосредоточенные нагрузки на колонну =2,88×6×6+0,55×2,4×6.6=112.4 кН 2,88×6×6,6=114 кН		кН   кН	112.4   114
3	Колонны Вес верхней  части колонны (5,6+2,2)×1,1=8.6 вес нижней части колонны 14.8×2,2=32.56		кН   кН	8.6   32.56
4	Подкрановые балки Сосредоточенная нагрузка от веса балок		кН	23,0
5	ВРЕМЕННЫЕ (КРАТКОВРЕМЕННЫЕ) НАГРУЗКИ Снег: Распределенная нагрузка на ригель кН/м сосредоточенная нагрузка на колонну момент в месте изменения  сечения		КН/м     кН   кН·м	5.88     70.6   26.5
6	Вертикальная крановая нагрузка Давление  от двух кранов 526.9×2,784×0,85=1246.9 141.35×2,784×0,85=334.5 моменты от эксцентриситета приложения Dmax и Dmin: Mmax=Dmax×e2=1246.9×0,625=779.3кН·м    e2=hн/2=1,25/2=0,625 Mmax=Dmin ×e2=334.5×0,625=209.1кН·м	Dmax Dmin     Mmax Mmax	кН кН     кН·м кН·м	1246.9 334.5     779.3 209.1
7	Поперечное торможение кранов 22.55×2,784×0,85=53.4	T	кН	53.4
8	Ветер (слева) кН/м, кН/м, кН/м. qa =  =1.336 кН/м Wa =  ×=7.104 кН/м кН/м WП =  ×  = 5.328кН/м		кН/м   кН   кН/м   кН	1.336   7.104   1.0   5.328

 

 

M_max=×= ×=2350.1

J_p==2724250; J_н==688997

 

 

Исходные данные для статического расчета

№ п/п	Наименование характеристик	Ед. измер.	Обозначение	Величина
1	2	3	4	5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15   16 17   18   19 20   21 22   23	Высота подкрановой балки с рельсом Длина нижней части колонны Длина верхней части колонны Пролет рамы Вес нижней части колонны Вес верхней части колонны Вес подкрановой балки с рельсом Вес стенового ограждения среднего яруса Вес стенового ограждения верхнего яруса Постоянная нагрузка по ригелю Снеговая нагрузка по ригелю Максимальное вертикальное давление кранов То же, минимальное Поперечная тормозная сила Ветровая нагрузка на колонну с  наветренной стороны То же, с подветренной стороны Суммарная ветровая нагрузка, действующая на ригель рамы Момент в уступе колонны от постоянной нагрузки То же, от снеговой нагрузки Момент в уступе колонны от максимального  вертикального давления кранов То же, от минимального давления кранов Относительное значение моментов инерции  элементов рамы Коэффициент пространственной работы рамы	м “ “ “ кН “ “ “ “ кН/м “ кН “ “   кН/м “ кН   кН·м   “   “ “ — — —	hпб+hр lн lв L Fн Fв Fпб F1 F2 qш qсн Dmax Dmin T   qа qп Wа+Wп   Mш   Мсн   Мmax Mmin Iв/Iн Iр/Iн d	1.25 14.8 5.6 24.0 32.56 8.6 23.0 112.4 114 26.76 5.88 1246.9 334.5 53.4   1.336 1.0 12.432   120.42   26.5   779.3 209.1 0.08 3.96 1.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эпюры M,Q и N в жесткой раме

 

1. Постоянная нагрузка

 

 

 

 

2. Снеговая нагрузка

 

 

 

3. Давление кранов (тележка слева)

 

 

 

4. Торможение у левой колонны вправо

 

 

 

5. Ветровая нагрузка (слева)

 

 

 

1. Наиболее невыгодные комбинации усилий

 

Верхняя часть колонны: M= -332,6 кНМ, N= -396,2кН.(сечение 4)

Подкрановая ветвь: M= -445,3 кНМ, , N= -1625,8 кН.(сечение 1)

Шатровая ветвь:  M=688 кНМ, N= -1575,3 кН.(сечение 1)

 

Определение расчетных длин колонн в плоскости рамы

 

        , значит m_в=3,0, m_н=2,0 для жесткой рамы.

 

Расчетные длины участков ступенчатой  колонны в плоскости рамы составляют:

• верхняя часть колонны l_efx=m_в×l_в=3,0*5,6=16,8 м;
• нижняя часть колонны l_efx=m_н×l_н=2,0*14,8=29,6 м;

 

Определение расчетных длин колонн из плоскости рамы

• верхняя часть колонны l_efy=m(l_в-h_пб)=1.0(5,6-1,05)=4,55 м;
• нижняя часть колонны  l_efy=ml_н=0,8*14,8=11,84 м;

 

2. РАСЧЕТ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ СТУПЕНЧАТОЙ СПЛОШНОЙ КОЛОННЫ

 

Материал – сталь ВСт3пс6, R_y=225 МПа, высота сечения колонны h_в=0.5 м.

Невыгодные комбинации усилий M=-332,6 кНМ,   N=-396,2кН.(сечение 4)

 

2.1. Подбор сечения колонны

 

• радиус инерции i_x=0.42*h_в=0,42*50=21,0 см;
• радиус ядра сечения r_x= см;
• гибкость l_x=
• условная гибкость ;
• Эксцентриситет приложения силы N: 
• Относительный эксцентриситет
• Приведенный относительный эксцентриситет 4,74*1,26=5,98

h=(1,75-0,1*m)-0,02×(5-т) =(1,75-0,1*4,74)-0,02*(5-4,74)*2,64=1,26, т.к. , то расчет внецентренно сжатых стержней производится на устойчивость.

 

Требуемая площадь сечения колонны: А^тр= см²

Принимаем двутавр со следующими геометрическими  характеристиками:

• площадь сечения А=100 см²;
• моменты инерции I_x=39727 см⁴, I_y=1043 см⁴;
• радиусы инерции i_x=19,9 см, i_y=3,23cм;
• радиус ядра сечения; см
• соотношение площадей =

 

2.2. Проверка колонны на устойчивость  в плоскости действия момента

 

Уточнение расчетных характеристик  колонны:

• гибкость l_x=
• условная гибкость ;
• Относительный эксцентриситет
• Приведенный относительный эксцентриситет 5,3*1,011=5,36

при =0,5 Þ

при =1,0 Þ 

при =0,56 Þ  

j_е=0,186

Проверка колонны на устойчивость:

МПа<R_yg_c=225 МПа

Колонна устойчива.

 

2.3. Проверка местной  устойчивости полок и стенки  при расчете устойчивости колонны в плоскости действия момента

 

Полка устойчива, если , где b_ef – свес полки, b_ef= 14,6 см;

t_f – толщина полки; t_f=1,5см;

 

;

 

Для подобранного сечения колонны;

Полка устойчива.

Устойчивость стенки колонны обеспечена, если

h_ef =46,96 см – высота стенки;

 t_w=1,0 см – толщина стенки;

    

                  Стенка устойчива

 

 

2.4. Проверка колонны  на устойчивость из плоскости  действия момента

 

Гибкость колонны из плоскости  рамы ;                        коэффициент продольного изгиба j_y=0,315.

Для колонны жесткой рамы в сечении 4 М₄= -332,6 кНм, в сечении 3

М₃=-62,8+(-13,83+72,92+21,28+2,86) *0,9=12,1 кНм.

В сечении на уровне верхнего пояса  подкрановой балки 

М’₃=-М₃-(М₄)= 12,1-(332,6 * )=-50,3 кНм;

Расчетный момент М^*= - М’₃- (М₄-М’₃)= -50,3- (332,6-50,3)= -238,5 >0,5M_max = =0,5 *М₄=166,3 кНм;

Эксцентриситет е^*=М^*/N=166,3/412=0,4 м.

Относительный эксцентриситет m^*= е^*/r_x= 40/15,8 = 2,55   при m 5 определяется значение коэффициента С, учитывающего изгибно-крутильную форму потери устойчивости колонны по формуле:

0,26

где a и b – коэффициенты, принимаемые по табл. 10[1];

При l_y=140   l_c=95

                       =

                                         

При 1 < m_x £ 5, a=0,65 + 0,05m^*=0,65+0,05*2,55=0,776;

 МПа<R_yg_c=225 МПа;

Колонна устойчива.

 

2.5. Проверка местной устойчивости стенки при расчете устойчивости колонны из плоскости действия момента .

 

Коэффициент распределения напряжений  a= (s - s’)/s=(-50+34)/-50=0,32 т.к. a<1.0,

=4,35

 ³ 2,0  =2,55, значит = 1,20+0,35 =1,2+0,35*2,55=2,09,

 

где ,   здесь среднее касательное напряжение в рассматриваемом сечении;

>

Стенка устойчива.

Все проверки верхней части колонны  удовлетворяются. Принятое предварительной  сечение колонны сохраняется без изменения.

 

 

РАСЧЕТ НИЖНЕЙ ЧАСТИ  СТУПЕНЧАТОЙ СКВОЗНОЙ КОЛОННЫ

 

Материал колонны – сталь  ВСт3пс6, R_y=235 МПа (фасон t 20мм), R_y=225 МПа (лист t 20мм).

 

Расчет сквозной колонны как фермы с параллельными поясами

 

Высота сечения нижней части  колонны h_н=1,25 м; l_ef1= l_ef2=180 см; h₀= h_н-z₀=1,25-0.1=0,9 м.

N₂=-- -

N₁=-- -

Требуемая площадь сечения ветвей:

А₂^тр=

А₁^тр=

Принимается следующее сечение:

• подкрановая ветвь – двутавр №45

А₁=84,7 см², I₁=27696 см⁴, i₁=3,09см, i_y=18,1 см, b₁=16,0 см;

• наружная ветвь – двутавр №45

А₂=84,7 см², I₂=27696 см⁴, i₂=3,09см, i_y=18,1 см, b₂=16.0 см;

 

Площадь сечения колонны A=84,7*2=165,6 cм²

Уточняется значение h₀= h_н-b₂/2=125-8,0=117 cм²;                                                  y₁= см           y₂=58,5 см.

Момент инерции I_х= 2*84.7*58.5²+27696*2=632148 см⁴

Радиус инерции сечения i_x=

Уточняются усилия в ветвях колонны  с учетом истинного положения  центра тяжести колонны:

      N₂=-- -                                                                                                                    

      N₁=-- -

 

Проверяется устойчивость ветвей колонны.

 

Подкрановая ветвь

                  Гибкость ветви                  

j_min=0,7795

Наружная ветвь

λ₁      65       j_min=0,7795

Проверка 

- наружная ветвь 

МПа<R_ygc=235 МПа;

- внутренняя ветвь 

МПа<R_ygc=235 МПа;

Устойчивость ветвей колонны обеспечена.

 

Расчет стержней соединительной решетки

Qfic = 7,15 × 10^-6 (2330–E/Ry)N/j_х=7, 15 × 10^-6(2330- кН

                          jx=0,850

Q_max=121,3 кН

Расчетное усилие в раскосе N_d= кН,

Где Cosa=

Длина раскоса l_d= см.

Выбирается сечение стержней решетки  из одиночного уголка L 63x5 со след. характеристиками сечения:

-- площадь сечения уголка А_d=6,13 см²

-- наименьший радиус инерции  i_y0=1,25 см

 

                  jx=0,419

Проверка принятого сечения:

 

МПа МПа            где g_c=0,75 Устойчивость раскоса не обеспечена.

 

Выбираем сечение стержней решетки  из одиночного уголка L 75x6 со след. храктеристиками сечения:

-- площадь сечения уголка А_d=8,78 см²

-- наименьший радиус инерции  i_y0=1,48 см

    jx=0,542

Проверка принятого сечения:

 

МПа , где g_c=0,75 Устойчивость раскоса обеспечена.

 

Ресурс скачан с http://pgstime.clan.su

- 1 -