Металлические конструкции промышленных зданий

Расчет стального настила, базы колонны. Расчет опирания главной балки на колонну. Расчет стальной стропильной фермы покрытия промышленного здания. Сбор нагрузок на покрытие. Расчетная схема фермы и определение узловых нагрузок, усилий в элементах фермы.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

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]).

Кр...