записка1. Курсовой проект одноэтажное производственное здание каркасного типа

2.3 Расчет конструкций рабочей площадки.

Процесс проектирования рабочей площадки, и расчет ее несущих конструкций в том числе, начинается с разработки компоновочной схемы (рис.2). За основу такой схемы принимают балочную клетку (схему расположения балок), опирающуюся на центрально-сжатые колонны. Неизменяемость конструкций рабочей площадки в плоскости главных балок обеспечивается либо закреплением этих балок к колоннам каркаса здания (рис.1), либо устройством жесткого сопряжения колонн рабочей площадки с фундаментами.

В плоскости, перпендикулярной главным балкам, неизменяемость сооружения обеспечивается постановкой связей по колоннам рабочей площадки (рис.3).

2.3.1 Расчет второстепенной балки

Расчетная схема второстепенной балки – на рис. 2. Считаем, что второстепенные балки шарнирно опираются на главные либо в одном уровне, либо поэтажно.

Нагрузка от монолитного железобетонного настила и технологического оборудования передается на второстепенные балки в виде равномерно-распределенной. Шаг второстепенных балок «а» зависит от прочности настила и экономических требований. При толщине настила 15…20 см а = 2…2,5 м.


Нагрузка на второстепенную балку:

(q+p)^ррр
(q+p)^ннн
(q+p)^н
(q+p)^р
В=6м

Мр2/8;

М
Qр
Q
Назначение типа сечения вспомогательных балок и марки стали

Поперечное сечение второстепенной балки назначаем в виде двутавра с параллельными гранями полок по .

Марка стали С235, т.к. толщина у этой марки до 8 мм, берем марку С245

Расчетное сопротивление (по пределу текучести):

R2

Момент сопротивления

W
γ
c - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций, принимаемый согласно 
W
W3*1)=0,0017983м³=1798,3см³

Подбираем по сортаменту прокатных двутавров балок,ближайший номер профиля с избытком W

W3
I4

I4

S3

h=500мм

b=200мм

S=10мм

t=16мм


Проверка прочности выполняется



φ



I
I)

I+20*1,6³+46,8*1³)=84,3см⁴

l
l
α=1,54
Так как α=2,5 ≤ 40 , то по таблице Ж1

ψ
ψ=1,14* ψ
φТак как φ
Проверка на устойчивость выполняется в учебных целях. Устойчивость обеспечена ж/б настилом.

Проверка жесткости выполняется

2.3.2 Расчет главной балки


(q+p)^рр
(q+p)^нн
Максимальный изгибающий момент и максимальная поперечная сила без учета собственного веса

Мр2/8;

М2/8=5697 кН*м

Qр
Q
с учетом собственного веса

М
Q
марка стали

С255, Ry=240 Мпа

Компоновка поперечного сечения


Высота двутавра

h= 0,1*l =0,1*12=1,20м

hW
W3/240*1=24924,38см³

t
t
hИз условия требуемой жесткости:

h
Mн - максимальный момент в балке от действия нормативных нагрузок.

Mн=(q+p)^н2/8;

Mн=263,52*12²/8=4743,36кН*м

hпринимаем h=160см

Толщина стенки из условия прочности на срез:

tR
h
h
tПринимаем толщину стенки 16мм

Ширину пояса выбираем из условия:

bПояса балки назначаем из универсальной листовой стали по

Толщина пояса из условий прочности:

tI
I4

I3/12 – требуемый момент инерции стенки балки

I3/12=468 241см⁴

tПроверяем выполнение условия сжатого пояса (расчетное сопротивление стали Ry = 23 кН/см2 при толщине пояса tf = 30мм):

Условие выполняется.

Из условия сварки выполняются:

tb
Для скомпонованного сечения балки по формулам сопромата вычисляются его точные характеристики: A, I
В соответствии с сортаментом и расчетом принимаем следующие величины по ГОСТ 82 – 70:

t


W
II

W3

SS

R

Кроме того, проверяется прочность стенки на совместное воздействие σ и τ (расчетное сечение - условно в трети пролета):


где σ

τ

2

26,4 < 1,15*23 = 26,45 кН/см²

Устойчивость главной балки обеспечена за счет того, что верхний сжатый пояс раскреплен монолитным железобетонный настилом.



Проверка жесткости выполняется


Особенностью расчета главной балки, имеющей составное сварное сечение, является проверка на стенки на местную устойчивость.

Поперечные ребра жесткости ставятся в местах опирания второстепенных балок. В то же время шаг ребер не должен превышать 2hef =2*152=304см, значит устанавливать дополнительные ребра жесткости не надо. Шаг ребер жесткости принимаем равным шагу второстепенных балок и равным α = 200 см. Тогда вычисляем M и Q для наиболее напряженного участка(середина пролета).

Определяем условную гибкость стенки

λ

bbпосле округления, принимаем b
ttt
принимаем t


где σ
СП 16.13330.2017

δ=
здесь 
C
σμ – отношение большей стороны отсека к меньшей

μ = a/h
R
τσ=
τ=

Местная устойчивость стенки обеспечена


Вначале назначаем сварочные материалы – электроды. Новокузнецк – 4 снеговой район. По приложению Г СП 20.13330.2016 выбираем электроды Э46, их расчетное сопротивление R
Проверка шва на прочность:

τгде βf = 0,7 – коэффициент условий работы шва по СП 20.13330.2016

kf =6 мм – катет углового шва (назначается по толщине ребра и стенки второстепенной балки, табл 38 СП 20.13330.2016);

γ
l
l
l
R
ττβ
k
γ
R
τПрочность сварных швов достаточна.

2.3.3. Расчет колонны рабочей площадки
N
Сила, сжимающая колонну, вычисляется:

N = 2⋅k⋅ V,

где V – опорная реакция главной балки от

расчетных нагрузок;

k = 1,01 … 1,02 – коэффициент, учитывающий

собственный вес колонны.

N = 2⋅1,02⋅ 1993,95 =4067,66 кН

Колонна с фундаментом закрепляется жестко.

Геометрическая длина колонны:


где

µ=0,7

h =150 см– высота главной балки на опоре;

h
l
Расчетные длина колонны из плоскости главных балок:
где
l
l
Сталь для колонны назначается СП 16.13330.2017– С255.

Поперечное сечение колонны – прокатный двутавр с параллельными гранями полок по СТО АСЧМ 20-93.




R











Тогда
Условная гибкость
tТребуемая площадь пояса колонны по общей устойчивости:

A
Требуемая толщина пояса tпринимаем t
h

Определяем фактические геометрические характеристики сечения колонны:

A=h
II

II

ii

где
λλ
Устойчивость обеспечена


λλ
α =
λλГибкость обеспечена


После расчета поперечного сечения колонны необходимо выполнить конструирование и расчет двух узлов: базы и оголовка колонны.

Конструкция оголовка колонны из прокатного двутавра. Толщина опорной плиты назначается конструктивно не менее 20 мм. Габаритные размеры опорной плиты определяются размерами сечения колонны и шириной опорного ребра главной балки b
Высота вертикальных ребер жесткости назначается из условия прочности сварных швов, прикрепляющих ребра к колонне:


где k
βff f = 0,9 ,Rwf
hКонструктивно, h – высота сечения колонны. В то же время
h
h
Примем h
Толщина ребра назначается из условия среза:

tгде Q = N/2 = 4067,66 /2 = 2033,83 кН,

R
tИз условия смятия верхних торцов ребер :

tгде b
b
R
Из условия местной устойчивости:

tПринимаем большую t
Толщина горизонтальных ребер жесткости оголовка назначается конструктивно, не менее 6…8 мм. Назначаем 6 мм.

База колонны – более сложный узел. Колонна шарнирно опирается на фундамент.

Конструирование базы начинается с определения размеров опорной плиты в плане.

Ширина плиты:


где bf
tтр
c – ширина свеса, принимаемая 60 – 100мм, принимаем с=60 мм;

Bпл = 38+2(1+6)= 52 см

Другой размер плиты – длина, определяется из условия прочности бетона под плитой и конструктивных соображений:


где
R
А
А

Длина опорной плиты L2 /0,52м = 0,56 м . В то же время для баз центрально-сжатых колонн желательно выполнение условия
Толщину опорной плиты tпл определяют из условия ее прочности при работе на изгиб, как пластины, нагруженной равномерной нагрузкой - отпором фундамента (см. рис. 11). Сечением колонны, траверсами, ребрами жесткости опорная плита в плане разбита на участки. Есть участки, опертые по четырем сторонам (тип 4), по трем сторонам (тип 3), по двум (тип 2) и консольные (тип 1).


В каждой пластинке вычисляется изгибающий момент как в балке:

Mα²

Mα2

M
Mгде α и β коэффициенты, определяемые по таблицам Галер-кина

σ
σ2

с, α и α1
M2=47,13 кН

М2=6,76 кН

М2/2= 25 кН

tВысоту траверсы определяем из условия прикрепления ее к стержню колонны сварными угловыми швами, полагая при этом, что действующее в колонне усилие равномерно распределено между всеми швами. Требуемая длина швов по аналогии с расчетом оголовка:

hТраверсу проверяем на изгиб и на срез, рассматривая её как однопролетную двухконсольную балку с опорами в местах расположения сварных швов и загруженную линейной нагрузкой.

2.5 Расчет стропильной фермы

Составление фермы L=30,0 м , высота по наружным граням

Нагрузка на ферму приложена в узлах верхнего пояса:

F=(q+p)
B= 6м – шаг ферм

l
Подбор сечений стержней фермы

Тип поперечного сечения поясов и решетки ферм-уголки тавром.
Расчетные длины стержней фермы принимают по СП 16.13330.2017
В плоскости фермы (l
– для поясов и опорных раскосов расчетные длины равны расстоянию между узлами l
– для прочих элементов решетки ферм l
Элементы 1, 2, 3:

l
Элементы 4, 5, 6, 7:

l
Элементы 9, 10, 11, 12:

lЭлементы 8:

l
– для стержней верхнего пояса l
– для приопорных стержней нижнего пояса l
– для прочих стержней нижнего пояса l
– для прочих элементов решетки фермы l
Элементы 8, 9, 10, 11, 12:

lЭлементы 13, 14:

l
Подбор сечений сжатых стержней фермы:

Выбор типа сечения стержня и марки стали.
Сталь для элементов фермы назначается по СП 16.13330.2017. Для опорных раскосов и поясов ферм принимаем сталь С345, для остальных элементов ферм сталь С245 по ГОСТ 277772-88.

Определение расчетных длин стержня в плоскости и из плоскости фермы.

3. Вычисление требуемой площади сечения стержня АГде
   
   Расчет сжатых стержней:
   
   
   R
   
   
   Элемент 4, 5: АЭлемент 6, 7: АВыбор сечения стержня по сортаменту ( берем самый нагруженный 7 стержень):
   
   Элементы 4, 5, 6, 7:
   
   2∟200*16, А = 137,2
   где
   λλ
   Устойчивость обеспечена
   
   
   λλ
   α =
   λλГибкость обеспечена
   
   
   Элемент 13, 14:
   
   А
   Элементы 13, 14:
   
   2∟70*5 А = 12,26
   где λλ
   Устойчивость обеспечена
   
   
   λλ
   α =
   λλГибкость обеспечена
   Подбор сечений растянутых стержней фермы:
   
   1. Сталь для элементов фермы назначается по СП 16.13330.2017. Для опорных раскосов и поясов ферм принимаем сталь С345 по ГОСТ 244442-88.
   
   2. Определение расчетных длин стержня в плоскости и из плоскости фермы.
   
   3. вычисление требуемой площади сечения стержня где
   4. Выбор сечения стержня по сортаменту и определение из геометрических характеристик.
   
   Элемент 1 : Элемент 2 : Элемент 3:
   Элемент 1, 2, 3
   
   2∟200*16, А = 137,2
   
   где
   λλ
   Устойчивость обеспечена
   
   λλλλГибкость обеспечена
   
   
   1. опорный стержень 8
   
   А2∟140*8, А = 39,24
   проверка на устойчивость:
   
   λλ
   Устойчивость обеспечена
   
   проверка на гибкость:
   
   
   α =
   λλГибкость обеспечена
   
   2. растянутый стержень 9
   
   2∟140*9, А = 44
   Проверка гибкости
   
   λλλλГибкость обеспечена
   
   3. второстепенно сжатый 10
   
   
   
   А2∟120*8, А = 31,2проверка на гибкость:
   
   λλ
   α =
   λλГибкость обеспечена
   
   4. второстепенно растянутый 11
   
   2∟55*5, А = 9,6
   Проверка гибкости
   
   λλλλГибкость обеспечена
   
   Толщины фасонок назначаем в соответствии с усилиями в раскосах.
   
   
   Расчет связей
   
   
   Предельные гибкости:
   
   для сжатых элементов связей:
   – по шатру и по колоннам выше подкрановых балок
   – по колоннам ниже подкрановых балок
   
   
   где
   для растянутых элементов связей:
   – по колоннам ниже подкрановых балок
   
   
   Расчет связей в шатре.
   Расчет горизонтальных связей
   - Раскосы
   
   l
   Принимаем гнутую сварную квадратную трубу □Гн.120х4 по ГОСТ 3045-2003,
   
   4,25 см.
   
   – Распорки:
   
   l
   Принимаем гнутую сварную квадратную трубу □Гн.80х4 по ГОСТ 3045-2003,
   
   3 см.
   
   2.1.6.2. Расчет вертикальных связей
   
   – Пояса: сварные квадратные трубы □Гн.80х4 по ГОСТ 3045-2003,
   
   – Раскосы
   
   – элемент 1:
   
   l
   Принимаем минимально возможные парные уголки, составленные тавром
   
   2∟56*5 по ГОСТ 8509-93, 0,97см., 0,97см.
   l2.6.2 Расчет связей по колоннам рабочей площадки
   
   Раскосы(растянуты)
   
   l
   Принимаем парные уголки, составленные тавром 2∟100*9по ГОСТ 8509-93, 2,68см., 2,68см.
   
   Распорки (сжаты)
   
   lb ≥ =
   
   3,33 см.
   
   Список литературы
   

   
   
   
   СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* (с Изменением N 1)
   
   Металлические конструкции. Элементы стальных конструкций. – т.1 / В.В. Горев и др. – М.: Высшая школа, 1997.
   
   Металлические конструкции: Вопросы и ответы / В.В. Бирюлев и др. – М.: АСВ, 1994.
   
   В.В. Бирюлев, А.А. Кользеев Компоновка и подбор сечений элементов металлических конструкций с использованием ЭВМ: Учебное пособие. – Новосибирск: НИСИ им. Куйбышева, 1990.
   
   В.В. Бирюлев, А.А. Кользеев Проектирование металлических конструкций с замкнутыми сечениями: Учебное пособие. – Новосибирск: НИСИ им. Куйбышева, 1988.
   
   А.А. Кользеев Металлические конструкции. Расчет сжатых стержней в примерах: Учебное пособие. – Новосибирск:
   
   НГАСУ, 1999.