Задание и исходные данные для проектирования
Запроектировать несущие конструкции стального каркаса одноэтажного промышленного здания при следующих исходных данных:
1. Компоновка стального каркаса
Вертикальные размеры:
Расстояние от головки подкранового рельса до низа несущих конструкций покрытия определяется следующим образом:
настил каркас рама статический
, мм (1.1)
где Нкр = 2750 мм — габаритная высота крана по ГОСТ на кран по таблице [2];
100 мм — конструктивный зазор в мм по ГОСТ;
f = 200 мм-зазор, учитывающий прогибы конструкций покрытия пролетом 24 м;
.
Отметка головки подкранового рельса определяется по формуле:
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
, мм (1.2)
где Н0 = 18000 мм — полезная высота цеха;
.
Определяем длину верхней части колонны до низа ригеля по формуле:
мм, (1.3)
где НПБ = 1000 мм — высота типовой подкрановой балки пролётом 12 м для крана грузоподъёмностью 30 т [2];
hр= 120 мм — высота подкранового рельса [2];
Длину нижней части колонны определяем по формуле:
, мм (1.4)
где hb=600 мм — высота заглубления базы ниже отметки чистого пола;
Полную высоту колонны находим по формуле:
Н, мм (1.5)
Н.
Высота ригеля фермы на опоре, рекомендуемая по типовым конструкциям по серии 1.460.3-18, для стропильных ферм пролетом 30 м Нф = 3150 мм.
Горизонтальные размеры:
Высоту поперечного сечения верхней части колонны (рис. 1.1) определяем по формуле:
, мм (1.6)
Принимаем hВ = 500 мм. Привязка колонны а = 250 мм.
Высоту сечения нижней части колонны найдём из выражения:
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
, мм (1.7)
Расстояние от разбивочной оси ряда колонн до оси подкрановой балки должно удовлетворять условию:
, мм (1.8)
где В-вылет концевой балки за пределы оси рельса [2];
с = 75 мм — конструктивный зазор между торцом мостового крана и внутренней плоскости колонны.
Принимаем Тогда:
, мм (1.9)
Проектируем нижнюю часть колонны сквозной.
2 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 четырёхпролётную расчётную схему. Производим сбор нагрузок на настил в табл. 2.1:
Таблица 2.1 — Определение нагрузки на профилированный настил
Принимаем настил Н 57-750-0,8 длиной 12 м с нагрузками для четырех пролетной схемы, вес настила 0,096 кН/м2.
3. Расчет прогонов
На прогон покрытия действует нагрузка от веса покрытия и веса снегового покрова. Постоянная нагрузка от веса покрытия приведена в таблице 3.1.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Таблица 3.1 — Состав покрытия
Нормативная линейная нагрузка от веса покрытия на прогон определяется по формуле:
, кН/м, (3.1)
— нормативная нагрузка от веса покрытия, ,
— шаг прогонов;
кН/м.
Расчетная линейная нагрузка от веса покрытия на прогон определяется по формуле:
, кН/м, (3.2)
где — расчетная нагрузка от веса покрытия, .
кН/м.
Нормативная линейная нагрузка от веса снегового покрова на прогон определяется по формуле:
, кН/м, (3.3)
кН/м.
Расчетная линейная нагрузка от веса снегового покрова на прогон определяется по формуле:
, кН/м, (3.4)
кН/м.
Суммарная нормативная нагрузка на прогон составляет:
, кН/м, (3.5)
где — нормативное значение веса 1 п.м. прогона (принимаем =0,42кН/м).
, кН/м.
Суммарная расчетная нагрузка на прогон составляет:
, кН/м, (3.6)
— 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. Составляющие нагрузки qx и qy равны:
,
где б — угол наклона кровли к горизонту, б=1,145˚.
кН/м.
Расчётные моменты от составляющих qx и qy равны:
В соответствии с принятой расчетной схемой прогона (рис. 3.2) максимальные расчетные усилия в прогоне:
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
где l = 6 м — шаг ферм.
Для расчетной температуры -53 подбираем сталь для прогона. Прогоны относятся к 3-ой группе конструкций (Приложение В [1]), согласно таблице В.1 [1] для отапливаемого здания принимаем сталь С345, Ry=320 МПа.
Предельные относительные прогибы для балок принимаются в зависимости от величины пролета по таблице Е.1 [2]. При l= 6 м:
fu = l/200 = 6/200 = 0,03 м = 3 см.
Требуемый момент сопротивления из условия обеспечения прочности по нормальным напряжениям:
где гс — 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 8239-89) подбираем двутавр №22, геометрические характеристики которого:
· высота сечения h = 220 мм,
· толщина стенки tw = 5,4 мм,
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
· ширина полки bf = 110,0 мм,
· толщина полки tf = 8,7 мм,
· площадь сечения А = 30,6см2,
· момент инерции Iх = 2550 см4,
· момент сопротивления Wх = 232 см3, Wу =28,6 см3.
Масса профиля g = 24 кг/м.
Площадь полки Af = tf · bf = 0,87×11,0 = 9,57см2.
Площадь стенки Aw = A — 2Af = 30,6 — 2×9,57 = 11,46 см2.
Проверим принятое сечение.
Проверка жесткости
Определяем прогиб балки в середине пролета (3.7):
Проверка прочности
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Касательные напряжения в опорном сечении балки проверяем по формуле (3.8):
где Rs = 0,58·Ry = 0,58×320 = 185,6 МПа;
Выполняем проверку нормальных напряжений по формуле (3.9):
Требование прочности выполняется.
Проверка выполнена.
. Сбор нагрузок
.1 Постоянные нагрузки
Постоянная нагрузка на ригель
Нагрузка от веса покрытия включает в себя нагрузку от веса кровли, профилированного настила и прогонов, а также от веса связей по покрытию.
Для удобства расчетов сведем все нагрузки в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 — Определение постоянной нагрузки на ферму
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Так как нагрузка от веса покрытия передается через прогоны, то она определится в виде сосредоточенных сил (рис. 4.1):
Fn = p·d·Вф, (4.1)
где p — расчетная нагрузка от веса покрытия,
d — шаг прогонов, м;
Bф — шаг стропильных ферм, м.
Fn,1 = p·d·Вф = 0,84014·6·3 = 15,123 кН — средние прогоны;
Fn,2 = p·d·Вф = 0,84014·6·1,5 = 7,561кН — крайние прогоны.
Постоянные нагрузки на колонны рамы
Постоянная нагрузка от собственного веса колонн будет автоматически определена при статическом расчете в ППП «SCAD» с учетом принятых жесткостных характеристик.
Собственный вес подкрановых балок принимаем по таблице П. 6 [6] ориентировочно равными для удобства расчета будем учитывать его вместе с вертикальными крановыми нагрузками.
4.2 Снеговая нагрузка
Снеговая нагрузка на 1м2горизонтальной поверхности земли для IV снегового района составляет (таблица 10.1 [2]).
Так как снеговая нагрузка передается через прогоны в узлы фермы, то она определяется в виде сосредоточенных сил (рис. 4.2).
Рассматриваем две схемы приложения снеговой нагрузки: равномерно распределенную по всему пролету (приложение Г.1, схема б, вариант 1 [2]) и равномерно распределенную на половине пролета в соответствии с п. 10.4 [2].
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Нормативное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:
(8)
где cе =1 — коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов, принимаемый в соответствии с 10.5;t= 1 — термический коэффициент, принимаемый в соответствии с 10.10;=1 — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый в соответствии с 10.4;g — вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемый в соответствии с 10.2.
Расчетная снеговая нагрузка на 1 м2 покрытия будет вычисляться по формуле:
где гf= 1,4 — коэффициент надежности по снеговой нагрузке, принимаемый согласно п. 10.12 [2].
Расчетная линейная нагрузка на ригель:
Узловая нагрузка на прогоны (узлы фермы):
(9)
где — шаг прогонов.
— средние прогоны;
— крайние прогоны.
4.3 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
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
где w0 = 0,3 — нормативное значение ветрового давления для I 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 «С» составят (таблица 4.2):
Таблица 4.2 — Поправочные коэффициенты
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:
с торца:
(Отсос ветра по длине ригеля в запас прочности не учитываем)
Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки wpна эквивалентной высоте ze следует 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]);
Таблица 4.3 — Коэффициент пульсации давления ветра
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
v — коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра (см. 11.1.11 [2]);
Таблица 4.4 — Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке (п. 11.1.12 [2]).
Расчётная линейная ветровая нагрузка на колонну рамы определяется по формуле:
. Со стороны напора ветра:
До 10 м:
13,960 м:
,150 м:
,4 м:
2. Со стороны отсоса ветра:
До 10 м:
13,960, м:
,150, м:
20,4 м:
3. Со стороны торца:
До 10 м:
13,960 м:
,150 м:
20,4 м:
4.4 Нагрузка от мостовых кранов
Нагрузки от вертикального давления кранов
Вертикальные крановые нагрузки для расчета рам с кранами на одном ярусе принимаются по [5] от двух наиболее неприятных по воздействию кранов.
Для получения наибольшего давления на колонну краны следует ставить на подкрановые балки в соответствии с рисунком 9, а крановые тележки максимально приблизить к одному ряду колонн. Тогда на колонну этого ряда будет действовать наибольшее давление , а на противоположную .
Расчетное давление кранов определяется по формуле:
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
(31)
где — коэффициент сочетаний для групп режимов работы кранов 7К-8К (п. 9.19 [2]); — коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок (п. 9.8 [2]);
— сумма ординат линии влияния по рисунку 4.4.1;
— максимальное нормативное давление колеса крана на рельс при легком режиме работы крана с по ГОСТ 25711-83;
— собственный вес подкрановой балки (принят из расчета = 20 кг/м2 здания);
— коэффициент надежности по нагрузке для металлических конструкций (таблица 7.1 [2]);
— коэффициент надежности по нагрузке;
где qтп=1,5 — полезная нормативная нагрузка на тормозной площадке от веса людей и оборудования;
— ширина тормозной площадки;
Расчетное значение кранов определяется по формуле:
(32)
где минимальное давление определяется по формуле:
где G = 343 кН — вес крана с тележкой по ГОСТ 25711-83;
Q = 300 кН — грузоподъёмность крана по таблице ГОСТ 25711-83;
— число колес на одной стороне крана с г/п32/5 т.
Вертикальное давление кранов передается с эксцентриситетом, вследствие чего возникают сосредоточенные моменты:
где — расстояние от центра подкрановой балки до оси центра тяжести нижней части колонны.
Нагрузки от поперечного торможения крана
Расчетное усилие поперечного торможения на колонну определяется по формуле:
(35)
где — нормативное усилие на одно колесо крана, кН.
(36)
где — нормативное усилие на одну сторону моста крана, кН.
(37)
где — для кранов с гибким подвесом;
=85 кН — вес крановой тележки, кН.
Сила прикладывается к одной колонне в уровне верхнего пояса подкрановой балки (рисунок 4.4).
5 Статический расчет поперечной рамы
.1 Вариант 1
Выполняем с помощью программного комплекса «SCAD». Тип схемы — плоская рама (имеет три степени свободы по x, z, uy). Сопряжение колонны с фундаментом жесткое (запрещаем перемещения x, z, uy).
К постоянному типу загружений относятся собственный вес рамы и нагрузка от веса покрытия; к кратковременному — снеговая нагрузка на полный пролет, снеговая нагрузка на половину пролета, ветер слева, ветер справа; к крановому — вертикальное давление крана (тележка слева), вертикальное давление крана (тележка справа); к тормозному — поперечное торможение слева и поперечное торможение справа.
Знакопеременными нагрузками являются поперечное торможение слева и поперечное торможение справа.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Сопутствующими нагрузками являются поперечное торможение слева и вертикальное давление крана (тележка слева), поперечное торможение справа и вертикальное давление крана (тележка справа).
Взаимоисключающими нагрузками являются снеговая нагрузка на весь пролет и снеговая нагрузка на половину пролета; ветер слева, ветер справа и ветер на торец; вертикальное давление крана (тележка слева) и вертикальное давление крана (тележка справа), поперечное торможение слева и поперечное торможение справа.
Таблица 5.1.1 Расчетные сочетания усилий.
5.2 Вариант 2
Статический расчет выполняем с помощью программного комплекса «SCAD», в основе которого лежит метод конечных элементов. Тип схемы — 5 система общего вида. Сопряжение колонны с фундаментом жесткое (запрещаем перемещения x, z, y).
Установка связей в узлах (закрепление по y):
· на месте установки подкрановой балки;
· в верхней части колонны, на уровне подкранового рельса;
· в местах сопряжения элементов фермы и верхней части колоны;
· по верхнему и по нижнему поясам фермы (в местах закрепления ее горизонтальными или вертикальными связями).
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
К постоянному типу загружений относятся собственный вес рамы и нагрузка от веса покрытия; к кратковременному — снеговая нагрузка на полный пролет, снеговая нагрузка на половину пролета, ветер слева, ветер справа; к крановому — вертикальное давление крана (тележка слева), вертикальное давление крана (тележка справа); к тормозному — поперечное торможение слева и поперечное торможение справа.
Знакопеременными нагрузками являются поперечное торможение слева и поперечное торможение справа.
Сопутствующими нагрузками являются поперечное торможение слева и вертикальное давление крана (тележка слева), поперечное торможение справа и вертикальное давление крана (тележка справа).
Взаимоисключающими нагрузками являются снеговая нагрузка на весь пролет и снеговая нагрузка на половину пролета; ветер слева, ветер справа и ветер на торец; вертикальное давление крана (тележка слева) и вертикальное давление крана (тележка справа), поперечное торможение слева и поперечное торможение справа.
Таблица 5.2.1 Расчетные сочетания усилий
Таблица 5.2.2 — Максимальные усилия в элементах фермы
6. Подбор сечений элементов фермы
После получения РСУ в элементах рамы, требуется проверочный расчет стержней фермы и окончательно определить сечения её элементов. Проверочный расчет сведен в таблицу.
Для климатического района II5 подбираем сталь. Элементы фермы относятся ко 2-ой группе конструкций (Приложение В[1]). Здание отапливаемое. Сталь выбираем по таблице В.1 [1]. Принимаем сталь С345, Ry=320 МПа. Проверка сечений производится по гибкости, прочности и устойчивости. При этом сечения элементов фермы принимаются не менее, принимаемых исходя из конструктива. Для поясов это пара уголков 63х5, для решетки — 50х5.
Расчетные длины элементов берется в соответствии с табл. 24 [1]. Предельные гибкости растянутых элементов принимаются по табл. 33 [1], сжатых элементов — по табл. 32 [1].
Расчет на прочность проводится по пункту 7.1.1 [1]:
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
где гс — коэффициент надежности по ответственности.
Расчет на устойчивость проводится по пункту 7.1.3 [1]:
где ц — коэффициент устойчивости при центральном сжатии, значение которого при :
Значение коэффициента д следует вычислять по формуле:
где — условная гибкость стержня
б и в — коэффициенты, определяемые по табл. 7 [1] в зависимости от типов сечений.
Таблица 6.1 Подбор сечений элементов фермы.