Металлические конструкции промышленных зданий

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Строительство


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект «Металлические конструкции промышленных зданий» состоит из двух частей: проектирование конструкций рабочей площадки (балочной клетки) и проектирование стропильного покрытия промышленного здания.

Целью курсового проекта является закрепление на практике теоретических знаний, полученных при изучении курса «Металлические конструкции» и освоение основ конструирования элементов и узлов металлических конструкций в процессе выполнения конструктивной части пролета.

1. РАСЧЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

1.1 Исходные данные для проектирования

Запроектировать балочную клетку рабочей площадки промышленного здания со следующими данными:

пролет главной балки LБ-1 = 10 м;

пролет балки настила LБ-2 = 5,5 м;

шаг балок настила LН = 1 м;

нормативная временная нагрузка на перекрытие Рn = 15 кПа;

высота колонн Н = 8 м.

Примечание. Балки настила принять прокатными, главные балки — сварного составного сечения, колонну — из прокатного двутавра типа «К», марку стали и тип электрода — согласно [1], сопряжение балок настила с главной балкой — этажное, опирание главной балки на колонну — сверху, класс бетона для фундаментов — В20.

1.2 Расчет стального настила

Нормальная балочная клетка (НБК):

Расчет листового настила выполняем из условия второй группы предельных состояний. Толщину настила определяем по формуле:

где Е` - приведенный модуль упругости стали,

н — коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона), н=0,3 (табл. 63 [1])

Е — модуль упругости стали, Е=2,06?104 кН/см2 (табл. 63 [1])

gнс — расход стали на настил,

с — плотность стали, с = 7850 кг/м3

— предельно допустимый относительный прогиб конструкции пролетом до 1 м (табл. 19 [2]).

Задаемся толщиной настила tн = 12 мм = 0,012 м

Толщину настила принимаем в соответствии с сортаментом листового проката tн=10 мм.

1.3 Расчет балки настила нормальной балочной клетки

Определяем нормативные и расчетные значения:

где — коэффициент надежности по временной нагрузке (п. 3.7 [2]);

— коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса металлоконструкций (табл. 1 [2]);

— коэффициент надежности по назначению. Принимается в зависимости от класса надежности здания (2 класс).

Определяем усилия, возникающие в балке.

Из условия прочности определяем требуемый момент сопротивления балки (ф. 39 [1]):

— коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в сечениях, принимаем согласно прил.5 [1] в зависимости от размеров поперечного сечения.

кН/см2 — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести (принимаем согласно табл. 51* [1] в зависимости от марки стали — С245),

— коэффициент условий работы конструкции (табл. 6* [1]).

Определяем требуемый момент сопротивления балки:

Принимаем

По сортаменту двутавровых балок [6] подбираем двутавр I26Б1, имеющий следующие характеристики: Wx=312 см3; Ix=4024 см4; А=35,62 см²; m=28 кг/м; h=258 мм; b=120 мм; s=5,8 мм; t=8,5 мм.

Уточняем значение по табл. 66 [1]:

Выполняем проверку прочности балки:

— условие выполняется.

Проверяем сечение балки по второй группе предельных состояний:

, условие выполняется.

Определяем расход стали на балку настила:

1.4 Расчет главной балки нормальной балочной клетки

Главную балку предусматриваем в виде сварного составного двутавра.

Определяем нормативные и расчетные значения:

Определяем усилия, возникающие в балке.

Максимальный изгибающий момент в балке:

Максимальная поперечная сила:

Из условия прочности определяем требуемый момент сопротивления балки (ф. 39 [1]):

Задаемся толщиной стенки: tw=7+3h, где h=1/10LБ-2=10/10=1 м

tw=7+3?1=10 мм

Округляем согласно сортаменту листового проката: tw=10 мм.

Задаемся толщиной полкиtf = 2tw=20 мм.

Определяем высоту стенки балки исходя из 2-ух значений: оптимальной (hopt) и минимальной (hmin) высоты стенки балки.

hopt определяется из условия минимального расхода стали и вычисляется по формуле:

где k — коэффициент, учитывающий условную гибкость стенки (при = 3,2 k=1,15)

hmin определяется из условия жесткости по 2-ой группе предельных состояний и вычисляется по формуле:

Высоту балки назначаем из условий:.

Ширину полки определяем из условия прочности:.

— момент инерции стенки балки

— момент инерции полки балки

Проверка местной устойчивости главной балки

Выполним проверку местной устойчивости сжатой полки:

, где bef — величина свеса полки,

— условие выполняется

Выполним проверку устойчивости стенки балки:

(п. 7.3 [1])

— условная гибкость стенки балки,

Т.к. условие не выполняется, то стенки балок необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости в соответствии с п. 7. 10 [1]:

Ширина выступающей части поперечных ребер:

Толщина ребра:

Определение расхода стали на главную балку:

1.5 Расчет колонны

Вариант опирания главной балки на колону — сверху.

Колонну предусматриваем сплошного поперечного сечения из двутавра колонного типа. Рассчитываем ее на устойчивость, как центрально сжатый стержень.

Расчетная нагрузка на колонну:

N=2?Qmax=2?552,1=1104,2кН,

где Qmax — поперечная сила в главной балке.

Расчет колонны выполняем из условия устойчивости по формуле:

,

Где ц — коэффициент продольного изгиба, определяемый по табл. 72 [1] в зависимости от предела текучести стали (Ryn) и гибкости стержня (л=lef/i).

lef =м?lгеом — расчетная длина колонны

м — коэффициент расчетной длины колонны, зависящий от условий закрепления и вида нагрузки, в нашем случае м=1,0(табл. 71а [1]);

lгеом =Н=8 м; lef =1,0?8 м=8,0 м=800 см.

Задаемся гибкостью колонны лор=60 и по табл. 72 [1] определяем коэффициент продольного изгиба цор=0,805.

Из условия устойчивости определяем требуемую площадь:

По сортаменту [6] принимаем I20К2, имеющий следующие характеристики: А=59,7 см²; ix =8,61 см; iy =5,07 см.

Гибкость колонны:

лx =lef/ ix=92,9

лy = lef /iy=157,79

лmax = лy =157,79

С помощью интерполяции по табл. 72 [1] определяем цф=0,251

Выполняем окончательную проверку устойчивости:

Т.к. условие не выполняется, то по сортаменту [6] принимаем I30К1, имеющий следующие характеристики: А=108 см2; ix =12,95 см; iy =7,5 см; h=300 мм; b=300 мм; s=10 мм; t=15,5 мм.

Гибкость колонны:

лx =lef/ ix=61,77

лy = lef /iy=106,6

лmax = лy =106,6

С помощью интерполяции по табл. 72 [1] определяем цф=0,499

Выполняем окончательную проверку устойчивости:

Т.к. условие выполняется, то окончательно принимаем двутавр I30К1.

1.6 Расчет базы колонны

Определяем высоту траверса

Расчет ведем из условия прочности сварных швов, прикрепляющих траверсу к колонне.

Условие прочности:

— расчет сварных швов по металлу шва,

— расчет по границе сплавления,

где вf, вz — коэффициенты, определяемые в зависимости от вида сварного соединения (табл. 34 [1]). Т.к. сварка полуавтоматическая, диаметр сварочной проволоки 2 мм, то вf=0,9, вz=1,05 ,

kf=7 мм — катет шва определяется в зависимости от толщины более толстого из свариваемых элементов (табл. 38* [1]),

Rwf =18 кН/см2 — расчетное сопротивление сварного шва срезу по металлу шва (табл. 56 [1] в зависимости от вида сварочной проволоки);

Rwz =0,45 Run=0,45?37 = 16,7кН/см2 — расчетное сопротивление сварного шва срезу по металлу границы сплавления (табл.3 [1]);

гwf= гwz=1 — коэффициенты условий работы сварного соединения;

гс=1 — коэффициент условий работы (табл. 6* [1]).

Крепление опорных ребер к стенке балки выполняем полуавтоматической сваркой в среде СО2 сварочной проволокой Св-08А (табл. 55* [1]) диаметром d=2 мм.

Согласно п. 11. 2* [1], длина сварных швов:

где n=4 — количество сварных швов

hтр=+1см= 25 +1=26 см

Принимаем hтр=26 см

Определение размеров опорной плиты в плане

Расчет опорной плиты выполняем из условия прочности бетона фундамента под опорной плитой:

где Rb — расчетное сопротивление бетона класса В20 сжатию для предельного состояния первой группы (табл. 2.2 [3])., Rb=11,5 МПа=1,15 кН/см2.

Задаемся шириной плиты В:

L=Lmax=50 см

Определение толщины опорной плиты

Толщина плиты определяется из условия прочности при изгибе от реактивного давления со стороны фундамента.

Определим изгибающие моменты в опорной плите на участках, подкрепленных ребрами жесткости.

I участок (закреплен по 4 сторонам):

,

где б — коэффициент, определяемый в зависимости от размеров участка по табличным данным (таблицы Галеркина)

a — ширина участка I,

б — длина участка I,

q — распределенная нагрузка на плиту,

II участок (закреплен по 3 сторонам):

,

где в — коэффициент, определяемый в зависимости от размеров участка по табличным данным (таблицы Галеркина)

a1 — ширина участка II, a1=100 мм

б1 — длина участка II, б1 =b =300 мм

III участок (закреплен с 1 стороны):

Из полученных значений выбираем максимальный момент и определяем толщину плиты:

Мmax =МI =13,74 кНсм

1.7 Расчет опирания главной балки на колонну

Главная балка опирается на колонну сверху. Расчет опорных ребер выполняем из условия смятия при действии опорной реакции:

где Rp — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (табл. 1* [1]);

, — расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению (табл. 51* [1]);

Требуемая площадь смятия:

— ширина и толщина опорного ребра соответственно

Задаемся

2. Расчет стальной стропильной фермы покрытия промышленного здания

2. 1 Исходные данные для проектирования

Запроектировать стропильную ферму покрытия здания по схеме со следующими данными: объект нормального уровня ответственности; место строительства — г. Ростов-на-Дону; пролет L = 24 м; шаг ферм B =12 м; покрытие — утепленное по стальному профилированному настилу; элементы решетки фермы выполнены из парных уголков с соединением при помощи листовых фасонок, элементы поясов фермы — из прокатных тавров.

настил колонна ферма покрытие

2. 2 Сбор нагрузок на покрытие

Постоянная нагрузка

Сбор постоянных нагрузок на 1 м² горизонтальной проекции покрытия здания представлен в табл. 1.

Снеговая нагрузка

Рсн = 1,2 кН/м2, т.к. место строительства — Ростов-на-Дону (II снеговой район) — СНиП [2].

Таблица 1 — Сбор нагрузки на покрытие

№ п/п

Наименование

Рн, кН/м2

гf

гn

Рп, кН/м2

Постоянные:

1.

Гидроизоляция из 2-ух слоев стеклоизола

0,03

1,3

1

0,039

2.

Плиты из пенобетона

0,6

1,2

0,72

3.

Пароизоляция из окраски битумом

0,05

1,3

0,065

4.

Стальной профилированный настил

0,13

1,05

0,137

5.

Прогоны решетчатые пролетом 12 м

0,07

1,05

0,074

6.

Связи покрытия

0,05

1,05

0,053

7.

Стропильные фермы

0,1

1,05

0,105

Всего:

1,14

2. 3 Расчетная схема фермы и определение узловых нагрузок

Расчетная схема стропильной фермы показана на рис. 1.

Выбор расчетной схемы фермы делается на основе конструктивной схемы с учетом всех основных факторов, влияющих на ее напряженно-деформированное состояние.

Для легких стропильных ферм считается, что:

оси прямолинейных стержневых элементов в узлах пересекаются в одной точке;

конструктивное решение сопряжения стержневых элементов в узлах соответствует шарнирному;

одна из опор фермы является шарнирно-неподвижной, а вторая — шарнирно-подвижной;

нагрузка действует на узлы верхнего пояса центрально;

материал стержней (сталь) работает в упругой стадии.

На ферму действуют равномерно-распределенные постоянная нагрузка от собственного веса конструкций покрытия, равная Рп =1,14 кН/м2, и временная снеговая нагрузка Рсн =1,2 кН/м2.

Определяем расчетную нагрузку, распределенную по пролету фермы:

Определяем узловые силы на верхний пояс фермы:

2.4 Определение усилий в элементах фермы

Определение опорных реакций

-Q (3+6+9+12+15)+RB18=0

RB=84,24 кН45м/18=210,6 кН

Q (15+12+9+6+3)-RA18=0

RA=84,24 кН45м/18=210,6 кН

Проверки:

RA +RB — 5Q = 0

210,6 +210,6 — 584,24 = 0

421,2−421,2= 0

-RA3-Q3-Q6-Q9- Q12+RB15=0

3159−3159=0

Определение усилий в стержнях фермы для 12 узла (использованы метод Ритера и метод вырезания узлов)

Сечение I-I, узел 2 — моментная точка

-RA3+N12−110,5=0

N12−11=210,6 3/0,5=1263,6 кН

Сечение I-I, узел 1 — моментная точка

-Q3-N2−11 sinб3=0

N2−11= -84,24 3/ sin 80,53= -87,13 кН

N2−12 = Qуз = кН N2−3 = N1−2 = 170,87кН Вырежем узел 2:

-Q-N2−12+N2−3sinб =0

-- + N2−3sin 80,5=0

N2−3 =170,87 кН

2. 5 Подбор поперечных сечений элементов фермы

Расчет растянутых элементов

Подбор сечения выполняем из условия прочности по формуле:

, где N — усилие в элементе

Подбор поперечного сечения стержня 2−11 (раскос)

По сортаменту подбираем сечение из 2-ух равнополочных уголков 50?5, имеющих следующие характеристики: Аф=4,8 см²; ix =1,53 см; = 2,53 см

Проверка подобранного сечения

Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

гибкость элемента в плоскости и из плоскости фермы соответственно

коэффициенты расчетной длины (для элементов решетки, для элементов поясов; =1)

— геометрическая длина элемента (равна расстоянию между узлами)

— радиусы инерции сечения

предельная гибкость растянутых элементов (табл. 20* [1])

Проверяем подобранное сечение на прочность:

— условие выполняется.

Расчет центрально сжатых элементов

Подбор сечения выполняем из условия устойчивости по формуле:

, где ц — коэффициент продольного изгиба (табл. 72 [1])

Подбор поперечного сечения стержня 1−2 (элемент верхнего пояса фермы).

По сортаменту подбираем сечение из широкополочного тавра 13ШТ1, имеющего следующие характеристики: Аф=26,94 см²; ix =3,27 см; iy =4,25 см

Проверка подобранного сечения

Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

Проверяем подобранное сечение на прочность:

— условие выполняется.

Подбор поперечного сечения стержня 2−3 (элемент верхнего пояса фермы).

По сортаменту подбираем сечение из широкополочного тавра 13ШТ1, имеющего следующие характеристики: Аф=26,94 см²; ix =3,27 см; iy =4,25 см

Проверка подобранного сечения

Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

Проверяем подобранное сечение на прочность:

— условие выполняется.

Подбор поперечного сечения стержня 2−12 (стойка)

Задаемся гибкостью

По сортаменту подбираем сечение из 2-ух равнополочных уголков 50?5, имеющих следующие характеристики: Аф=4,8 см²; ix =1,53 см; iу =2,53 см.

Проверка подобранного сечения.

Определяем гибкость стержня в плоскости и из плоскости фермы:

Определяем предельную гибкость сжатых элементов согласно табл. 19*[1]:

Проверяем подобранное сечение на устойчивость:

— условие выполняется.

2.6 Расчет узла стропильной фермы

Расчет узла выполняем из условия прочности сварных швов, прикрепляющих элементы решетки к фасонке фермы.

В фермах со стержнями из двух уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасонках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швами. Усилие в элементе распределяется между швами по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстояниям до оси стержня:

; ,

где б1=0,7, б2=0,3 — для равнополочных уголков.

Концы фланговых швов для снижения концентрации напряжений выводят на торцы стержня на 20 мм (п. 13. 9* [1]).

Сварные швы выполняем полуавтоматической сваркой в среде СО2 сварочной проволокой Св-08А (табл. 55* [1]) диаметром d=2 мм.

Согласно п. 11. 2* [1] полная длина сварного углового шва:

— по металлу шва

— по металлу границы сплавления

где — количество сварных швов;, (табл. 34* [1]);

kf = 6 мм (табл. 38* [1]); Rwf = 18 кН/см2 (табл. 56 [1]);

Rwz=0,45Run =16,7 кН/см2 (табл. 3 [1]); кН/см2 (табл. 51* [1]); (п. 11. 2* [1]); (табл. 6* [1]).

Стержень 2−12 (стойка):

по обушку:

по перу:

Стержень 2−11 (раскос):

по обушку:

по перу:

Список литературы

1. СНиП II-23−81*. Стальные конструкции/Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 2000.- 96 с.

2. СНиП 2. 01. 07−85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 2003.- 55 с.

3. СНиП 2. 03. 01−84. Бетонные и железобетонные конструкции. — М.: ГУП ЦПП, 1996. — 106 с.

4. Мандриков А. П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. — 3-е изд., перераб. и доп.- М., 2006.- 431 с.

5. Металлические конструкции: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / [Ю.И. Кудишин, Е. И. Беленя, В. С. Игнатьева и др. ]; Под общ. ред. Ю. И. Кудишина.- 8-е изд., перераб. и доп.- М.: Издательский центр «Академия», 2006.- 680 с.

6. Сокращенный сортамент металлопроката для применения в строительных стальных конструкциях: Методические указания/Д.Б. Демченко.- Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2007.- 24 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой