Разработка схемы поперечных рам, связей и фахверка

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Содержание

1.Компоновка каркаса здания

1.1 Разработка схемы поперечных рам, связей и фахверка

1.2 Определение генеральных размеров поперечной рамы цеха

2 Установление нагрузок на поперечную раму цеха

2.1 Определение постоянной нагрузки

2.2 Определение нагрузки от крановых воздействий

2.3 Определение нагрузок от давления снега и ветра

3 Определение расчетных усилий в элементах ПРЦ

3.1 Выбор расчетной схемы поперечной рамы цеха

3.2 Составление задания на статический расчет ПРЦ на ЭВМ

3.3 Составление сводной таблицы усилий в колонне по результатам статического расчета

3.4 Установление расчетной комбинации усилий для подбора сечений подкрановой и надкрановой частей колонны

4 Расчет стропильной фермы

4.1 Определение геометрических размеров стержней фермы

4.2 Определение расчетных узловых нагрузок

4.3 Определение усилий в стержнях фермы

4.4 Составление таблицы расчетных усилий в стержнях фермы

4.5 Подбор сечений стержней фермы

4.6 Расчет и конструирование узлов фермы

5 Расчет колонны

5.1 Определение расчетной длины колонны

5.2 Подбор сечения верхней части колонны

5.3 Подбор сечения нижней части колонны

5.4 Расчет узла сопряжения верхней части колонны с нижней

5.5 Расчет базы колонны и анкерных болтов

Компоновка каркаса здания

Разработка схемы поперечных рам, связей и фахверка

Основными элементами несущего стального каркаса промышленного здания, воспринимающего почти все нагрузки, являются плоские поперечные рамы, образованные колоннами и стропильными фермами. В продольном направлении элементами каркаса являются: подкрановые балки, ригели стенового ограждения, прогоны кровли, фонари.

Система конструктивных элементов, служащая для поддержания стенового ограждения и восприятия ветровой нагрузки, называется фахверком. При самонесущих стенах, а также с длинами панелей, равными шагу колонн, необходимости в конструкции фахверка нет.

Важными элементами стального каркаса промышленного здания являются связи. Надлежащая компоновка связей обеспечивает совместную работу конструкций каркаса, что имеет большое значение для повышения жесткости сооружения и экономии материала. Связи, предназначенные для восприятия определенных силовых воздействий, должны обеспечивать последовательное доведение усилий от места приложения нагрузки до фундамента здания.

Система связей между колоннами обеспечивает геометрическую неизменяемость каркаса в продольном направлении и устойчивость из плоскости поперечных рам. Вертикальные связи ставят в середине цеха и между крайними колоннами.

Связи по покрытию устраивают для обеспечения пространственной жесткости каркаса, устойчивость покрытия в целом и отдельных его частей. Эти связи располагают в плоскости верхних и нижних поясов, а также между стропильными фермами.

Связи по верхним поясам предназначены для обеспечения устойчивости сжатых поясов из плоскости ферм и состоят из поперечных связевых ферм и распорок между ними.

Система связей по нижним поясам состоит из поперечных и продольных связевых ферм. Эти связи обеспечивают геометрическую неизменяемость конструкций каркаса в плане, уменьшают поперечные деформации отдельных плоских рам путем распределения сосредоточенных боксовых воздействий на соседние рамы, служат верхней опорой стоек торцевого фахверка, обеспечивают развязку нижних поясов ферм из плоскости рамы.

Установление нагрузок на поперечную раму цеха

На поперечную раму цеха действуют постоянные нагрузки от веса ограждающих и несущих конструкций здания, временные от мостовых кранов и атмосферные воздействия снега и ветра.

На здание может действовать одновременно несколько нагрузок и возможно несколько их комбинаций с учетом отсутствия некоторых из них или возможного изменения схем их приложения. Поэтому раму рассчитывают на каждую из нагрузок отдельно, а затем составляют расчетную комбинацию усилий при самом невыгодном сочетании нагрузок. При этом значения нагрузок должны подсчитываться отдельно, если даже они имеют одинаковые схемы распределения на конструкции, но отличаются по длительности воздействия.

Определение расчетных усилий в элементах ПРЦ

Выбор расчетной схемы поперечной рамы цеха

При статическом расчете поперечной рамы возможны некоторые предпосылки, существенно упрощающие расчет, но незначительно влияющие на величины определяемых усилий.

Так при действии на раму любых нагрузок, кроме вертикальных, непосредственно приложенных к ригелю (постоянная, снег) последний принимается абсолютно жестким. При расчете на вертикальные нагрузки, непосредственно приложенные к ригелю, жесткость последнего принимается конечной.

Сопряжение ригеля с колоннами принимается жестким (ферма примыкает к колонне сбоку). При этом фланец верхнего опорного узла должен быть достаточной толщины и не изгибаться под действием горизонтальной силы от опорного момента. Закрепление колонны в фундаменте принимается жестким в плоскости рамы и шарнирным из ее плоскости.

Рама рассчитывается на 8 загружений, после чего для некоторых сечений колонны и для стержней фермы будут определены наиболее невыгодные сочетания нагрузок, по которым следует подбирать поперечные сечения элементов рамы.

По этим данным принимается расчетная схема ПРЦ, наиболее точно описывающая реальную работу конструкции, и составляется задание на статический расчет ПРЦ на ЭВМ по программному комплексу " Лира ПК" в виде стандартного файла исходных данных. Для одноступенчатых стоек с кранами в одном уровне характерных сечений, где должны определятся усилия, будет четыре.

3.2 Составление задания на статический расчет ПРЦ на ЭВМ

После сбора нагрузок на поперечную раму здания и составления расчетных схем исходные данные для расчета на ЭВМ записываются в специальный бланк с соблюдением указанной в бланке размерности величин.

Составление сводной таблицы усилий в колонне по результатам статического расчета

Для удобства определения расчетных усилий составляется сводная таблица усилий в характерных сечениях для колонн рамы. В таблицу расчетных усилий заносятся значения М и N отдельно для всех нагрузок, причем для удобства определения основных сочетаний они приводятся с коэффициентами сочетаний 1, 0 и 0, 9 (кроме постоянной нагрузки). Усилия М и N выписываются для сечений в местах закрепления колонны и местах приложения сосредоточенных сил и моментов.

Продольными силами от действия сил поперечного торможения, ветровой нагрузки, а также в надкрановой части от крановых моментов следует пренебрегать вследствие их небольшой величины. Учет же этих сил практически не оказывает влияния на значения расчетных усилий, но значительно затрудняет составление расчетных комбинаций нагрузок.

Для нижнего участка колонн кроме М и N определяют значение поперечной силы Q, которая необходима для расчета решетки сквозных колонн.

Расчет стропильной фермы

Определение расчетных узловых нагрузок

Основными нагрузками на стропильные фермы являются: постоянные - от массы несущих и ограждающих несущих конструкций покрытия и временные - от снега.

Все нагрузки, действующие на ферму, принимаются приложенными к узлам, на которые опираются прогоны.

Расчетная постоянная нагрузка на узел фермы F_п=q_п*d=7, 968*3=23, 904 кН.

Временная узловая нагрузка от снега F_CH = р_сн *d = 14, 4*3=43, 2 кН.

Так как сопряжение фермы с колонной принято жестким, в элементах фермы возникают дополнительные усилия от рамных моментов на ее опорах. Вследствие этого в опорных сечениях возникают горизонтальные пары сил H₁=M_л/h_оп=286, 967/2, 36=121, 6 кН и Н₂=M_пр/h_оп=4, 645/2, 36=1, 97 кН.

Величины Мл и Мпр принимаем из таблицы расчетных усилий колонны для ее верхнего сечения (4-4).

Узел 1.

Рис 5. Узел 1

Расчет на продавливание производится для двоих раскосов, т.к. b_p/b_n=140/160=0, 875≤ 0, 9 и b_p/b_n=110/160=0, 688≤ 0, 9. Для раскоса 2-3:

условие не выполняется, следует толщину стенки поясной трубы увеличить до 6 мм, тогда правая часть проверочной формулы увеличится в (0, 6/0, 4)² раз и составит 389, 25кН и условие прочности будет выполнено.

Для раскоса 3-4:

условие прочности выполняется.

Проверка несущей способности участка вертикальной стенки трубы пояса в месте примыкания сжатого раскоса производится, т.к. b_p/b_n=140/160=0, 875> 0, 85.

, условие выполняется.

Расчет на прочность элементов решетки в зоне примыкания к поясу для стержня 2-3:

для стержня 3-4:

условие для обоих раскосов выполняется.

Расчет сварных швов. Сварка выполняется полуавтоматом в среде углекислого газа. По таблице 55 СНиП II-23-81^* принимаем сварочную проволоку Св-08Г2С; по таблице 56:

- R_wf=215МПа – расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва,

- R_wun=490МПа – нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению, R_wz=0, 45*R_un=0, 45*380=171МПа – расчетное сопротивление металла шва по границе сплавления; R_un=380МПа – нормативное сопротивление сталь С255 по таблице 51^* СНиП II-23-81^*.

По таблице 38 СНиП II-23-81^*: k_fmin=5мм, k_fmax=1, 2*t_min=1, 2*5=6мм. Согласно п. 11.2 СНиП II-23-81^* принимаем γ _wf=γ _wz=1 – коэффициенты условий работы шва. По таблице 34 СНиП II-23-81^* β _f=0, 7, β _z=1, 0.

Рассчитываем дальнейший расчет выполняем по металлу шва.

Для 2-3

Для 3-4

Узел 2.

Рис 6. Узел 2

Расчет на продавливание производится для одного раскоса, т.к. b_p/b_n=140/140=1> 0, 9 и b_p/b_n=110/140=0, 786≤ 0, 9. Для раскоса 4-5:

условие выполняется.

Проверка несущей способности участка вертикальной стенки трубы пояса в месте примыкания сжатого раскоса производится, т.к. b_p/b_n=140/140=1> 0, 85.

, условие выполняется.

Расчет на прочность элементов решетки в зоне примыкания к поясу для стержня 4-5:

для стержня 5-6:

условие для обоих раскосов выполняется.

Расчет сварных швов.

Для 4-5

Для 5-6

Расчет колонны

Расчет базы наружной ветви.

Требуемая площадь плиты . Принимаем толщину траверсы t_тр=12мм. Тогда L_пл=250+2*t_тр+2*30=250+2*12+ 60=334мм, принимаем L_пл=360мм. Тогда , принимаем В_пл=560мм.

Опорное давление фундамента .

Определим изгибающие моменты в отсеках 1, 2 и консольном участке 3:

- отсек 1 -

- отсек 2 -

- консольный участок 3 - .

По наибольшему из трех моментов М_max=18, 94кНсм найдем требуемую толщину плиты: , принимаем t_пл=30мм.

Требуемая высота траверсы при kf = 8мм. Сварку выполняем проволокой Св-08Г2С в среде углекислого газа. По табл.56 СНиП П-23-81* принимаем Rwf =215МПа; a Rwz=0, 45Run=0, 45*360=162МПа; по табл.34 для полу-автоматической сварки: β _f=0, 7, β _z=1, 0.

Рассчитываем дальнейший расчет выполняем по металлу шва.

Вычислим высоту траверсы исходя из прочности сварных швов: , принимаем h_тр=50см.

Траверса имеет вылет l_тр=32мм, пролет d=496мм. Погонная нагрузка равна: .

Определим изгибающие моменты на опоре и в пролете, а также поперечные силы:

Проверим траверсу на изгиб и срез:

Определяем катет сварных швов в месте приварки траверсы к плите. Здесь траверса воспринимает нагрузку N_н =1135, 93кН: , принимаю k_f=13мм.

Для расчета анкерных болтов принимаем две комбинации загружений: N₁=-230, 41кН, М₁=1289, 23кНм; N₂=-230, 41кН, М₂=-1422, 44кНм

Определяем максимальные усилия в анкерных болтах:

Вычислим требуемую площадь анкерных болтов, R_bt=225МПа (для болтов 36..56мм) Принимаем 4 анкерных болта диаметром 42мм, площадью А_bn=11, 2*4=44, 8см².

Принимаем анкерную плитку шириной b=340мм. С учетом ослаблений поперечного сечения накладки отверстиями под анкерные болты, ширина накладки нетто составит: b_bn=340-45=295мм.

Несущая способность болта:

Требуемая толщина накладки Принимаем t_н=45мм.

Список литературы

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. Москва - Центральный институт типового проектирования - 1990г.

2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Москва - Центральный институт типового проектирования Госстроя СССР - 1986г.

3. Жабинский А.Н., Нестеренко Н.Л. Компановка каркаса здания с определением нагрузок и расчетных усилий в элементах поперечной рамы цеха. Минск - БПИ - 1983г.

4. Давыдов Е. Ю. Проектирование ферм из круглых и прямоугольных труб: Учеб. пособие по разделу «Расчет и конструирование стержневых конструкций с применением круглых и прямоугольных труб» курса «Металлические конструкции». – Мн.: БГПА, 2000-128с.

5. Жабинский А.Н., Нестеренко Н.Л., Вербицкий А.Г. Методические указания по расчету колонн по курсу " Металлические конструкции". Минск - БПИ - 1985г.

6. Конспект лекций по курсу «Металлические конструкции».