Курсовая работа: Одноэтажное промышленное здание с металлическим каркасом

Эпюры от расчетных нагрузок, n_c=1:

Рис. 6

5. Проектирование колонны

Проектирование ступенчатой колонны выполняется раздельно для верхней (надкрановой) и нижней (подкрановой) частей. Материал - сталь С235, бетон класса В15.

Проектирование ступенчатой колонны выполняется раздельно для верхней и нижней частей. Материал - сталь С235, бетон марки М150.

Исходные данные:

для верхней части колонны в сечении 3-3

N=-535,97кН; M=463,96кНм

для нижней части колонны в сечении 1-1

N₁=-1604,8кН; M₁=500,1кНм,

N₂=-2404,4; M₂=-1584,8кНм,

N₃=-2626,005; M₃=-1509,4кНм.

Соотношение жёсткостей верхней и нижней частей колонны

.

Н_н=4,43м, Н_в=7,07м,h_в=700мм, h_н=1500мм.

Конструктивная схема колонны показана на рис.7

Рис. 7

5.1 Определение расчетных длин колонны

Расчетные длины в плоскости поперечной рамы определяются для нижней части (l_x1) и нижней частей (l_x2).

Так как Н_в/Н_н=l₂/l₁=7,07/4,43=1,596>0,6, и N_н/N_в=2626,005/535,97= 4,9>3, то принимаем в соответствии с прил.6 [1] по СНиП II.23-81*

>

₁=4,4 (для нижнего участка) и (для верхнего участка)

Расчет длины для нижней части колонны:

l_x1=₁l₁=;

для верхней части колонны:

l_x2=₂l₂=.

Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей колонны равны соответственно: l_y1=, l_y2=.

5.2 Подбор сечения верхней части колонны

Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой h_в=700мм.

Определяем i_x и _x по формулам для симметричного двутавра:

i_x=0,42h=0,294м;

_x =0,35h=0,245м.

Условная гибкость (для стали С235 толщиной до 20мм ).

.

Значение коэффициента определяем по табл.73. по СНиП II-23-81* . Примем в первом приближении , тогда

=(1,9-0,1m_x)-0,02(6-m_x)=1,547-0,09=1,46

m_1x=m_x=.

По СНиП II-23-81* т. 74 определяем значение _е = 0,23> .

Компоновка сечения

Задаемся предварительно толщиной полок t_п=14мм и определяем высоту стенки по формуле h_ст=.

По т. 27* СНиП II-23-81* при и

Из условия местной устойчивости определяем минимальную толщину стенки t_ст. Поскольку сечение с толстой стенкой неэкономично назначаем толщину стенки t_ст=8мм и включаем в расчетную площадь сечения колонны 2 крайних участка стенки шириной. . Далее определяем требуемую площадь полки

Из условия местной устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ширина полки b_n>l_y2/20=26,35см.

Из условия местной устойчивости полки

Принимаем b_п=300 мм, t_п=12мм.

Рис. 8.

Геометрические характеристики сечения

Полная площадь сечения: .

Расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки:

.

.

.

.

.

.

.

Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента

_х=l_x2/i_x1555/29 =53,62; =_х

; A_п/А_ст.

Значение коэффициента определяем по т. 73 СНиП II-23-81*

.

.

По табл. 74 СНиП II-23-81* . Проверку делаем по редуцинированной площади в соответствии с п. 7.20* СНиП II-23-81*.

Недонапряжение .

Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента:

Максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня:

.

Рис. 9.

По модулю .

При коэффициент

_y=l_y2/i_y=80,5256 <> по т. 10 СНиП II-23-81*.

, > .

Для стенок внецентренно-сжатых элементов должно выполняться условие:

;

189>=>проверку устойчивости колонны из плоскости действия момента проводим с учетом A₀

.

Так как ослабления отсутствуют и m₁<20 проверка прочности не требуется.

5.3 Подбор сечения нижней части колонны

Сечение нижней части колонны сквозное, состоящее из двух ветвей, соединенных решеткой. Высота сечения h_н=1500мм. Подкрановую ветвь принимаем из широкополоного двутавра профиля, наружную - составного сечения из трех листов.

N₁=-2626,005кН; M₁=-1509,4кНм.

N₂=-1604,8кН; M₂=500,1кНм.

Определим примерное положение центра тяжести сечения. Принимаем z₀=50мм; h₀=h-z₀=1500-50=1450мм.

.

Усилия в ветвях определим по формулам:

,

.

Определяем требуемую площадь каждой ветви и назначаем сечение.

Для подкрановой ветви задаемся =0,8,сталь С235 ГОСТ 27772-88 R=230МПа.

По сортаменту выбираем широкополочный двутавр 55Б1:

, , .

Для наружной ветви

.

Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем такими же, как в подкрановой ветви (360 мм). Толщину стенки швеллера для удобства ее соединения встык с полкой подкрановой части колонны принимаем t_ст=10 мм; высота стенки из условия размещения сварных швов h_ст =410 мм.

Принимаем t_n=10мм; b_n=100мм. .

Геометрические характеристики ветви:

,

,

,

,

,

.

Уточняем положение центра тяжести сечения колонны

,

, .

Уточняем усилия:

,

Рис. 10.

Проверка устойчивости ветвей.

l_y=443 см.

Из плоскости:

подкрановая ветвь: _y=l_y/i_y=443/16,76=26,432; по т. 72 СНиП II-23-81*_y=0,944.

.

наружная ветвь: _y=l_y/i_y=443/14,413=30,74; по т. 72 СНиП II-23-81*_y=0,93.

.

Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определяем требуемое расстояние между узлами решетки:

Принимаем расстояние между узлами решетки l_в1=1790мм, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей.

Проверяем устойчивость ветвей.

В плоскости рамы:

подкрановая ветвь: _х1=179/7,18=24,93; _х1=0,95.

.

наружная ветвь: _х2=179/3,066 =58,4; _х2=0,82.

.

Расчет решетки подкрановой части колонны.

Поперечная сила в сечении колонны Q_max=145,3кН.

.

Расчет решетки ведем на Q_max.

Усилие сжатия в раскосе

( угол наклона раскоса).

Задаемся _р=100. По т. 72 СНиП II-23-81*=0,56.

Требуемая площадь раскоса

.

Сжатый уголок, прикрепляемый одной полкой . Принимаем равнополочный уголок 80х7.

, , ,

где . .

.

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.

Геометрические характеристики всего сечения:

,

,

,

.

Приведенная гибкость

.

.

Для комбинации усилий, догружающих наружную ветвь , .

, .

.

Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь , .

,

.

Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно, так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.

5.4 Расчет и конструирование базы колонны

Ширина нижней части колонны превышает 1 м, поэтому проектируем базу раздельного типа. Материал базы - сталь марки С245 (расчетное сопротивление R=240МПа=24кН/см²); бетон марки В15 (R_пр=8,5МПа=0,85кН/см²).

Усилия в ветвях колонны:

N_в1=2774,52 кН;

N_в2=872,359 кН.

Рис.11

База подкрановой ветви.

Требуемая площадь плиты:

А_пл.тр.=N_в1/R_ф=2774,52/0,85·1,2=2720,12 см²;

По конструктивным соображениям свес плиты с₁ должен быть не менее 4см.

Принимаем В=50 см;

L_тр.=А_пл.тр./В=54,4 см, принимаем L=56см;

А_{пл.факт.}= см².

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

_ф=N_в1/А_{пл.факт.}=2774,52/2800=1 кН/см².

При толщине траверсы 12 мм с₁= см.

Участок 1 (консольный свес): с=с₁=8,8см;

М₁=

Участок 2 (консольный свес): с=с₂=8,6 см;

М₂= кНсм.

Участок 3 (с опиранием на 4 стороны):

в/а=36/14,525=2,48<2, б=0,125)

М₃=_фба²= кНсм.

Принимаем для расчета М₁= М_max =38,72 кНсм.

Требуемая толщина плиты 3,2 см принимаем 3,6 см.

Высоту траверсы определяем из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой Св08Г2С, d=2мм; k_f=8мм, _f=0,7; _z=1; ; R_wf=21,5 кН/см²; R_wz=16,65кН/см²; _f R_wf=15,05кН/см²<_z R_wz=16,65;

Требуемая длина шва по формуле:

принимаем h_тр=55см.

База наружной ветви.

Требуемая площадь плиты:

А_пл.тр.=N_в2/R_ф=872,359/=855,254 см²;

.

По конструктивным соображениям свес плиты с₁ должен быть не менее 4см.

Принимаем В=28 см;

L_тр.=А_пл.тр./В=30,545 см, принимаем L=56см;

А_{пл.факт.}=56·28=1568 см²>855,254см².

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

_ф=N_нв2/А_{пл.факт.}=855,254/1568=0,546 кН/см².

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние в свету равно 2(b_п+t_ст-z₀)=2(10+1-2,3)=17,4 см; при толщине траверсы 1,2 мм с₁= см.

Определим изгибающие моменты на отдельных участках плиты.

Участок 1: (консольный свес с=с₁=41мм)

М₁=_фс²/2=4,59 кНсм.

Участок 2: (консольный свес с=с₂=90мм)

М₂=_фс²/2=22,113 кНсм.

Участок 3: (плита опертая на четыре стороны в/а=36/10=3,6>2, б=0,125)

М₃=_фба²= кНсм.

Участок 4: (плита опертая на четыре стороны в/а=36/6,5=5,5>2, б=0,125)

М₄=_фба²=кНсм

Принимаем для расчета М₂= М_max =22,113 кНсм.

Требуемая толщина плиты

см

принимаем t_пл=28мм.(2 мм - припуск на фрезеровку)

Высоту траверсы принимаем такую же как и для подкрановой ветви. Сварка полуавтоматическая проволокой Св08Г2С, d=2мм; k_f=8мм, _f=0,7; _z=1; ; R_wf=21,5 кН/см²; R_wz=16,65кН/см²; _f R_wf=15,05кН/см²<_z R_wz=16,65;

Требуемая длина шва по формуле:

;

принимаем h_тр=55см.

Расчет анкерных болтов базы.

Подкрановая ветвь: N_min=-282,7 кН, M=250,09кНм (1,8)

Наружная ветвь: N_min=-282,7кН, M=-298,15кНм

Анкерные болты рассчитываются на силу:

- наружная ветвь

Требуемая площадь болтов

;;

болт

Принимаем 1 анкерный болт d_анк=28 мм, А_bn=4,07 cм².

- подкрановая ветвь

болт

Так как усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше, из конструктивных соображений принимаем такие же болты.

Принимаем 1 анкерный болт d_анк=28 мм, А_bn=4,07 cм².

6. Конструирование и расчет стропильной фермы

6.1 Сбор нагрузок

1. Постоянная нагрузка.

Нагрузка от покрытия: q_кр=1,637 кН/м²

Равномерно распределенную нагрузку приводим к сосредоточенным силам, приложенным в узлах фермы:

;

Опорные реакции:

R_пр=R_лев=206,262 кН.

2. Снеговая нагрузка.

Погонная снеговая нагрузка: q_сн=20,52кН/м

Равномерно распределенную нагрузку приводим к сосредоточенным силам, приложенным в узлах фермы:

;

Опорные реакции:

R_пр=R_лев=215,46 кН.

6.2 Подбор сечения элементов фермы

Усилия в элементах фермы определяем отдельно для каждого вида загружения с помощью диаграммы Максвелла-Кремоны.

Расчетные сочетания нагрузок и подбор сечения элементов фермы сведены в таблицы.

Рис. 12.

Таблица 4

Таблица 5