Реферат Металлические конструкции одноэтажного производственного здания
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
от 25%
договор
Министерство образования РФ
Сибирская Государственная Автомобильно-дорожная Академия
Кафедра «Строительные конструкции»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ:
«
Металлические конструкции одноэтажного
производственного здания
»
Выполнил: студент гр. 42 ПГС
Сердюк В.М.
Проверила: преподаватель
Кононова Р.М.
Омск-
Содержание:
1. Исходные данные
2. Определение основных размеров поперечной рамы цеха.
3. Расчет подкрановой балки.
4. Сбор нагрузок на поперечную раму
5. Статический расчет поперечной рамы
6. Расчет и конструирование колонны
7. Расчет базы колонны
8. Расчет и конструирование стропильных ферм
9. Список литературы
Исходные данные:
1. длина здания
2. высота от пола до головки подкранового рельса
3. район строительства г. Бухара;
4. грузоподъёмность крана 50 т;
5. пролёт цеха
6. колонны сплошного сечения, шаг колонн 12 м
7. подкрановая балка составного сечения, сварная.
Определение основных размеров поперечной рамы цеха.
Для крана грузоподъёмностью Q=200 т определяем необходимые для расчета характеристики [1, прил.1]:
Пролёт мостового крана Lk = L – 1,5м = 34м – 1,5м =
Характеристики мостового крана:
· пролёт
· максимальное усилие колеса Fк max=540 кН;
· вес тележки Gт=180 кН;
· вес крана с тележкой Gк=900 кН;
· высота крана Нк=3150 мм;
· свес мостового крана (за осью подкранового рельса) В1=300 мм;
· тип кранового рельса КР-80;
· высота рельса hр=130 мм;
Зная габаритные размеры мостового крана определяем основные размеры поперечной рамы:
Высота колонны от обреза фундамента до оси нижнего пояса ригеля определяется по формуле:
Н=h1+h2+h3
где: h1=12,8 м [задание],
h2=Нк+150+100 – расстояние от головки подкранового рельса до оси нижнего пояса ригеля,
150 мм – минимальная величина, учитывающая высоту выступающих вниз элементов связей по нижним поясам ферм и прогиб конструкций покрытия,
h2=3150+150+100=3400 мм=3,4 м
h3=0,8 м – заглубление башмаков колонн рамы ниже уровня пола цеха.
Н=12,8+3,4+,8=17 м
Высота сечения надкрановой части колонны:
е = 500 мм
Высоту сечения подкрановой части колонны из условия свободного прохода крана назначают не менее:
где: D=100 мм – минимальный зазор между внутренней гранью колонны и конструкцией мостового крана;
В1=200 мм –свес мостового крана (за осью подкранового рельса).
m=500+200+100=800 мм
Данная высота должна удовлетворять условиям жесткости:
=1700/22=772,7 мм
m >
По [1, прил. 14, табл. 5] принимаю m=800 мм.
Расчётный пролёт рамы равен расстоянию м/у осями надкрановых частей колонн:
;
Lp=34000-500+500=34000 мм =34 м.
Расчётный пролёт ригеля рамы:
Lф=34000-500=35000 мм =33,5 м.
Высоту ригеля в середине пролета hф и на опоре hо принимаем по [7] в зависимости от Lф: hф=4,1 м, hо=2,8 м.
Расчет подкрановой балки.
В проекте необходимо произвести расчет и конструирование однопролетной подкрановой балки несимметричного, постоянного сечения со специальной тормозной балкой.
1.
Определение расчетных усилий.
Величина расчетного изгибающего момента от вертикальных сил:
где – коэффициент надежности по назначению [1 стр.57],
– коэффициент перегрузки для крановой нагрузки [3 п.4.8],
– коэффициент, учитывающий вес подкрановой и тормозной балок с рельсом [4 табл. 2.1],
– коэффициент сочетаний, [3 п.4.17],
сумма ординат линии влияния, расположенных под грузами,
– коэффициент динамичности [3 п.4.9],
– наибольшая сила давления колеса крана
=540 кН
Mmax=0,95*1,1*0,85*1,05*1,1*540*2*5,245/2=2906 кНм
Расчетный изгибающий момент от поперечных тормозных сил определяется по той же линии влияния, что и Mmax и при том же загружении:
– горизонтальная сила одного колеса крана от поперечного торможения тележки с грузом.
где: nо=2 – число колёс с одной стороны крана;
Q=50 т – номинальная грузоподъёмность крана;
Gт =180 кН – вес тележки.
=0,05*(9,8*50+180)/2=16,75 кН
Mz=0,95*1,1*0,85*1,1*16,75*2*5,245/2=85,8 кНм
Расчётная поперечная сила в сечении у опоры от вертикальной нагрузки:
Qmax=0,95*1,1*0,85*1,04*540*1,1*(6,755+5,245)/12 кН
2.
Подбор сечения подкрановой балки.
Согласно условиям работы проектируемых конструкций принимаем сталь марки С255 ГОСТ 27772–88 с расчетным сопротивлением:
· по пределу текучести Ry=23 кН/см²
· по временному сопротивлению Ru=35,5 кН/см²
Наименьшая допустимая высота балки из условия жесткости:
где Ry=23 кН/см² – расчетное сопротивление материала балки [2 табл.51*]
Е=2,06*10 кН/см² – модуль упругости стали
nср=1,1 – осреднённый коэффициент перегрузки [4 стр.12]
n0=600 – величина, обратная предельному значению относительного прогиба балки [4 стр12]
l=12 м – расчетный пролет балки
hmin=5*23*600*1200/(34*2,06*10000*1,1)=1,52 см
Толщина стенки определяется по эмпирической формуле:
мм
По Сортаменту на сталь прокатную толстолистовую принимаем стенку балки толщиной tст.=14 мм
Оптимальная высота балки из условия прочности, отвечающая наименьшей её массе при упругой работе материала:
где к = 1,1
Wтр – требуемый момент сопротивления сечения балки
Wтр=290600/(0,9*23)=14039 см³
см
По Сортаменту принимаем высоту стенки балки hст.=1600 мм
[1 пр.14 табл.5]
Минимальная ширина полок:
верхней bb min=2*(hp/2+2+3)=2*(13/2+2+3)=23 см
По [1 пр.14 табл.5] принимаем bb min=40 см
нижней bн min=(6d+tст)=(6*2+1,4)=13,4 см – из условия размещения болтов
По [1 пр.14 табл.5] принимаем bн min =26 см
Толщину полок определяем по [2 табл.30]:
где bef=(40-1,4)/2=19,3 см
tw=1,4 см – толщина стенки балки
hef=160 см – расчетная высота балки
tп=19,3*1,4/(0,11*160)=0,86 см
По [1 пр.14 табл.5] принимаем t=1,54 см
Конструктивные требования, предъявляемые к сечению сварной
подкрановой балки:
· tп max=40 мм
· tст ≤ tп ≤3 tст – из условия свариваемости
· tст=8 – 16 мм
· из условия обеспечения местной устойчивости поясов [4 стр.13]:
, 25<29,9 – условие выполняется
Принимаем подкрановую балку:
hст=160 см
tст=1,6 см
bв=40 см
bн=26 см
tп=1,6 см
Тормозная балка
Тормозная балка состоит из швеллера и горизонтального листа.
· швеллер №14: Ао = 15,6 см2 – площадь сечения швеллера
Jzо = 45,4 см4– момент инерции швеллера относительно Zo
yo=1,67 см – расстояние от оси Zo до наружной грани
стенки швеллера
· толщина горизонтального листа тормозной балки 0,6 см
· ширина листа:
; ,
где:
bг.л.=80-0,5*40-6+3=57 см
По [1, Прил.14, табл.5] принимаем bг.л.=55 см.
3.
Проверка принятого сечения подкрановой балки по нормальным напряжениям.
Координата центра тяжести сечения подкрановой балки относительно середины высоты стенки:
Момент инерции сечения подкрановой балки относительно оси
Х1 , проходящей через центр тяжести сечения:
Момент сопротивления для крайних волокон верхнего пояса:
Wxa=1157352/(80+1,6-5,491)=15207 см³
Момент сопротивления для крайних волокон нижнего пояса:
Wxс=1157352/(80+1,6+5,491)=13289 см³
Положение центра тяжести тормозной балки относительно оси Z1 – Z1 стенки балки:
,
Момент инерции тормозной балки относительно оси Z – Z:
,
где: – расстояние от оси Z – Z до правых крайних волокон тормозной балки
y1=40/2+23,06=43,06 см
– расстояние от оси Z – Z до левых крайних волокон тормозной балки
y2=55+40/2+2,0-3-23,06=50,94 cм
Момент сопротивления тормозной балки для точки a:
см³
Момент сопротивления тормозной балки для точки d:
см³
Проверка нормальных напряжений в наиболее напряжённых точках сечения подкрановой и тормозной балок:
σа=290600/15207+8508/2414=22,63 кН/см² <23 кН/см² [1,6%]
σc=290600/13289=21,87кН/см² <23 кН/см² [4,9%]
σd=8508/2041=4,17 кН/см² <23 кН/см²
Проверка выполнена.
4.
Проверка прочности стенки балки по касательным напряжениям.
Наибольшие касательные напряжения действуют в фибрах, расположенных по нейтральной оси балки:
,
где Qmax=2065 кН – максимальная перерезывающая сила в опорном сечении
Snc – статический момент полусечения балки относительно оси Х1
;
;
Rs – расчетное сопротивление стали на срез (сдвиг) [2 табл.1]
где γm=1,05 – коэффициент надежности по материалу [2 табл.2]
Rs=0,58*24/1,05=13,26 кН/см²
τmax= 549*8706/(115735*1,6)=2,95 кН/см² < 13,26 кН/см²
Проверка выполнена.
5.
Проверка стенки балки на местное смятие.
Давление колёс крана через подкрановый рельс и верхний пояс передаётся на стенку балки. Под воздействием этого давления может произойти смятие стенки.
где γf =1,1 – коэффициент для кранов среднего режима работы;
n=1,2 – коэффициент перегрузки для крановой нагрузки;
lм – условная длина распределения давления колёс крана:
где с=3,25 – коэффициент для сварных балок
Jn – сумма моментов инерции пояса балки и кранового рельса относительно собственных осей:
=1547,4 см4 – момент инерции кранового рельса относительно собственной оси [2 прил.14 табл.6]
Jn=40*1,6³/12+1547,4=1561,1 см4
σm=1,1*540*1,2/(1,4*33,7)=12,56 кН/см² <23 кН/см²
Проверка выполнена.
6.
Расчет поясных швов балки.
Верхние поясные швы в подкрановых балках, непосредственно воспринимающие нагрузки от кранов, должны выполняться с проваром на всю толщину стенки. Такие швы равнопрочны материалу балки и расчётом не проверяются.
Нижние поясные швы воспринимают сдвигающее усилие и их толщина должна быть не менее:
где Sn – статический момент нижнего пояса относительно оси Х1
Sn=26*1,6*(160/2+1,6/2+5,491)=3589,7 см3
βш=1,1; βс.=1,15 – коэффициенты, учитывающие глубину проплавления шва для автоматической сварки в лодочку [2 табл.53];
, – расчетные сопротивления сварного соединения угловыми швами по границе сплавления и по материалу шва (для сварки в углекислом газе проволокой Св-08Г2С), принимаемые по [1, табл.3];
принимаем min значение кН/см²
kш=549*3589,7/(2*19,7*1157352)=0,047 см
Согласно расчёту и [2, табл.38] при толщине наиболее толстого из свариваемых элементов t=1,6 см принимаем большее значение kш=0,5 см для автоматической сварки с тавровыми двусторонними угловыми швами.
7.
Проверка местной устойчивости стенки подкрановой балки.
Устойчивость стенки балки должна быть обеспечена при любом напряжённом состоянии, т.е. условная гибкость стенки:
– условие не выполняется, следовательно, стенку балки необходимо укреплять парными поперечными рёбрами жёсткости.
Рёбра ставятся на равных расстояниях по длине всей балки. Расстояние между рёбрами не должно превышать amax=2*hcт=2*160=320 см, т.к. λст>3,2.
В стенке, укреплённой только поперечными рёбрами, ширина каждого из парных симметричных рёбер жёсткости должна быть не менее:
и не менее 90мм,
bp=1600/30+40=93 мм, по [4 прил.2] принимаем bp=100 мм.
Толщина рёбра должна быть не менее
По [4 прил.2] принимаем tp=7 мм.
Проверка устойчивости стенки балки расчетом не требуется, если при наличии местных напряжений соблюдается неравенство:
т.к. неравенство не соблюдается, то проверка устойчивости стенки балки должна производиться с учетом всех компонентов напряженного состояния.
Устойчивость стенки балки несимметричного сечения проверяется по формуле:
,
где γст =0,9 – коэффициент для подкрановых балок
σ, τ, σм – нормальные, касательные, местные напряжения в рассчитываемом отсеке стенки от внешней нагрузки;
σкр, τкр, σкр – критические напряжения для отсека стенки.
Краевое сжимающее напряжение σ у расчетной границы отсека:
где z1=hcт/2+tn-z=80+1,6-5,491=76,12 см
Мср, Qср – средние значения изгибающего момента и перерезывающей силы в пределах отсека.
Т.к. длина отсека a превосходит высоту hст, то σ и τ вычисляются по средним значениям момента Мср и перерезывающей силы Qср для наиболее напряженного участка отсека длиной, равной расчетной высоте отсека hст.
Средний изгибающий момент отсека:
где α=1,05 – коэффициент, учитывающий собственный вес подкрановой балки, принимаемый по [4, табл. 2.1]
Σyi – сумма ординат линии влияния
– коэффициент динамичности [3 п.4.9],
M1=0,95*1,1*0,85*1,05*540*(5,245+6,755)*4,4/12*1,1=243800 кНсм
M2=0,95*1,1*0,85*1,05*540*(5,245+6,755)*5,244/12*1,1=290500431970 кНсм
M3=0,95*1,1*0,85*1,05*504*2*5,245/21,1=290600 кНсм
Мср=(243800+290500+290600)/3=275000 кНсм
Среднее значение перерезывающей силы в пределах рассчитываемого отсека определяется по эпюре перерезывающих сил (см. рис.) по формуле:
где Q1 – перерезывающая сила в пределах отсека, вычисленная только от действия подвижной крановой нагрузки Fк;
аi – участок эпюры с постоянными ординатами в пределах отсека;
ар=160 cм – расчетная ширина отсека стенки или участие отсека, равного hст.
Qcp=(540*84,5+0*75,5)*1,04/160=297 кН
Местные напряжения σм определены в пункте 5: σм=12,56 кН/см²
Касательные напряжения:
При отношении размеров отсека потеря устойчивости стенки балки асимметричного сечения может произойти как по одной, так и по двум полуволнам, поэтому проверка производится дважды:
I
случай. Предполагая, что потеря устойчивости стенки происходит по одной полуволне, нормальные критические напряжения находятся по формуле:
где С2 = 37,825 – коэффициент, принимаемый по [4 табл.2.4]
hb – расстояние от нейтральной оси до верхней границы отсека
hb=Z1-tn=76,12-1,6=74,52 см
– условная гибкость стенки балки асимметричного сечения:
σкр=84,7*23/3,56²=153,7 кН/см²
Касательные критические напряжения:
где Rs=13,26 кН/см²
μ=1,875 – отношение большей сторон отсека a=300 cм к меньшей d=hст=160 см
– условная гибкость стенки по размеру d
τкр=10,3*(1+0,76/1,875²)*13,26/3,82²=11,38 кН/см²
Критические местные напряжения:
где С1 – коэффициент, принимаемый для сварных балок по [4, табл.2.3] в зависимости от степени упругого защемления стенки в поясах δ
где β – коэффициент, зависящий от условий работы сжатого пояса. При крановых рельсах, прикрепленных к поясу болтам, β=2.
δ=2*40*(1,6/1,4)³/160=0,75
Принимаем С1 = 41,8
– условная гибкость стенки по размеру а:
σмкр=41,8*23/7,16²=18,75 кН/см²
II
случай. Предполагая, что потеря устойчивости стенки балки происходит по двум полуволнам, местные критические напряжения определяем по формуле
с подстановкой а/2 вместо а в [4, табл.2.3] и формулу :
Принимаем С1 = 17
σмкр=17*23/3,58²=30,51 кН/см²
где С2 = 30 – коэффициент, принимаемый по [4 табл.2.4]
hb – расстояние от нейтральной оси до верхней границы отсека
hb=Z1-tn=76,12-1,6=74,52 см
– условная гибкость стенки балки асимметричного сечения:
σкр=30*23/3,56²=54,44 кН/см²
Устойчивость стенки для полной длины волны:
0,81<0,9 – условие выполняется.
Устойчивость стенки для полуволны:
, 0,78<0,9 –условие выполняется
8.
Расчет опорного ребра подкрановой балки
Опорные ребра балок обеспечивают устойчивость стенки, воспринимают опорную реакцию и через сварные швы передают её на стенку балки.
Ширина торцевого опорного ребра:
см
где bp=10 см – ширина промежуточного ребра жёсткости
По [1 пр.14 табл.5] принимаем bo.p.=22 см
Площадь поперечного сечения опорного ребра:
где F=2065 кН – опорная реакция подкрановой балки, численно равная Qmax
Rсм.т=Run/γm=38/1,05=36,2 кН/см² – расчётное сопротивление на смятие торцевой поверхности [2 табл.1].
Асм=2065/36,2=57,04 см²
Требуемая толщина ребра:
По [1 пр.14 табл.5] принимаем to.p.=2,8 см
Из условия устойчивости ребра, его толщина должна быть не менее:
to.p.=2,8 см>0,74 см – условие выполнено.
Т.к. опорное ребро выступает за крайнее волокно нижнего пояса на 20 мм и эта величина не превышает значение 1,5 to.p=1,5*28=42 мм, следовательно, выступающая часть не будет подвержена смятию.
Площадь поперечного сечения опорного стержня:
Ао.с.=22*2,8+0,65*1,4²*√(20600/23)=99,73 см²
Проверка устойчивости:
где φ=0,926 – коэффициент продольного изгиба опорного стержня с гибкостью λ определяется [2 табл.72]
где Jо.с – момент инерции сечения опорного стержня относительно оси Z
σ=2065/(0,926*99,73)=22,36 кН/см² <23 кН/см² – условие выполняется.
Сбор нагрузок на поперечную раму.
1.
Постоянные нагрузки.
· Погонная нагрузка на ригель рамы
где gфер=0,2 кН/м2– вес несущих и ограждающих конструкций фермы [5 табл.1]
gплит=1,7 кН/м2 – вес железобетонных плит покрытия ПР.116-15 [5 табл.1]
gкров = 1,0 кН/м2– вес конструкций кровли [5 табл.1]
В=12м – шаг поперечных рам
Γf =1,05 [3 табл.1], γf =1,1 [3 табл.1], γf =1,3 [3 п.3.7] – коэффициенты надёжности по соответствующим нагрузкам.
qn=(0,2*1,05+1,7*1,1+1,0*1,3)*12=40,56 кН/м
· Вес стенового ограждения
где – осреднённый нормативный вес 1м2 стенового и оконного ограждения [5 табл.1]
γf =1,1 – коэффициент надежности по нагрузке [3 табл.1]
hст.верх.. =
hст.низ.. =
Gст.верх.=1,1*0,6*12*9,26=55,56 кН
Gст.низ.=1,1*0,6*12*11,84=109,5 кН
· Вес колонны