Определение нагрузок на раму — КиберПедия 

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

Определение нагрузок на раму



Введение

Металлические конструкции благодаря своим качествам получили широкое распространение во всех отраслях хозяйства. Проектирование экономически эффективных металлических конструкций основывается на комплексном учете требований эксплуатации, надежности и долговечности, изготовления и монтажа, на знании особенностей работы этих конструкций под нагрузкой, правильность выбора конструктивных форм, использование типовых и унифицированных решений и соответствующем расчете.

Целью данного курсового проекта является разработка схемы компоновки каркаса одноэтажного производственного здания, компоновка и расчет поперечной рамы каркаса, конструирование и расчет строительной фермы, колонны.


 


Компоновка поперечной рамы

Исходные данные

По заданию здание одноэтажное, однопролетное, оборудованное двумя электрическими мостовыми кранами с режимом работы 7К, грузоподъемностью Q = 50/10 т. Назначение здания – трубоэлектросварочный цех с кранами особого режима. Район строительства – г. Минск. Шаг колонн в продольном направлении – 12 м, пролет - 24 м, длина здания - 96 м. Отметка оголовка подкранового рельса – 13,2 м. Материал конструкций – сталь С235. Тип покрытия – стальной профилированный настил. Уклон кровли 1:12.

Данные по мостовому крану приведены в таблице 1.1 (стр.641) [1].

 

Таблица 1.1. Справочные данные по мостовому крану

Грузоподъемность крана, Q, тс Пролет зд., м Размеры, мм Максимальное давление колеса, кН Минимальное давление колеса, кН Горизонтальная сила на колесо Тk,кН Крановый рельс ГОСТ 4121-96 Высота подкрановой балки, hb, мм Вес подкрановой балки Gb, кН Вес тележки Gт, кН Вес крана с тележкой Gк, кН
Нк В1 В2 К F1max F2max F1min F2min тип высота hp, мм Шаг колонн 12 м Шаг колонн 12 м
50/10 16,9 КР-80 24,5
                                 

Разработка системы связей

Связи предназначаются для создания жесткости каркаса, обеспечения устойчивости элементов конструкций, восприятия тормозных и ветровых усилий, создания условий пространственной работы каркаса, обеспечения необходимых условий монтажа элементов сооружения.

 


Связи покрытия

Стропильные фермы обладают большой жесткостью в вертикальной плоскости и очень малой в горизонтальной. Для нормальной работы ферм в системе каркаса необходимо позаботиться о том, чтобы они были надлежащим образом закреплены. Достигается это постановкой горизонтальных и вертикальных связей, образующих вместе со стропильными фермами жесткую пространственную конструкцию.



Связи по верхним поясам ферм. В плоскости верхних поясов ферм применяют только поперечные связи.

Панель связевой фермы в данном проекте принимаем крестовую. Стропильные фермы, расположенные в промежутках между поперечными связевыми фермами, раскрепляют прогонами.

Связи по нижним поясам стропильных ферм:по торцам здания – крестовая решетка, вдоль пролета по всей длине здания – панель решетки 12 м, шириной 6м (диагональные элементы вписываются в квадрат размером 6м и опираются на продольные элементы длиной 12м)

Поперечные связевые фермы у торцов здания предназначены для восприятия ветровой нагрузки со стороны торца здания, передаваемой стойками торцового фахверка.

Продольные связевые фермы соединяют отдельные плоские рамы каркаса в жесткую пространственную систему, создавая условия для перераспределения местных нагрузок (крановых моментов и сил поперечного торможения кранов).

Связи между колоннами

Эти связи предназначены для создания продольной жесткости каркаса и закрепления колонн из плоскости рамы, а также для восприятия сил продольного торможения кранов и давления ветра на торцы здания.

В верхней (надкрановой) части колонн при жестком сопряжении ригеля с колоннами применяют две вертикальные связи: верхнюю в плоскости шатра и нижнюю между нижними поясами стропильных ферм и тормозными балками.

При шаге колонн 12 м верхнюю вертикальную связь проектируют в виде двухпанельной фермочки одинаковой высоты со стропильными фермами на опоры, нижнюю — в виде креста.

Вертикальные связи в верхней части колонн устанавливают у торцов здания и в средней части температурного отсека, как правило, между осями, где поставлены поперечные связи шатра.



В нижней части колонн связи устанавливают между подкрановой балкой и базой колонны. При шаге колонн 12 м и при 11> 9 м принимаем портальные связи.

 

Компоновка поперечной рамы

Вертикальные размеры

Расстояние от головки рельса до низа конструкций покрытия:

где - зазор между краном и стропильными конструкциями;

- размер учитывающий прогиб конструкций покрытия, принимаемый равным 200-400 мм.

Высота от пола до низа фермы:

Высота верхней части колонны:

Высота нижней части колонны:

где hз - заглубление колонны ниже уровня пола, принимаемое 600 мм.

Полная высота колонны:

Высота стропильной фермы в осях:

Горизонтальные размеры

Проход устраиваем в теле колонны, так как режим работы кранов 7К, поэтому принимаем привязку а = 500 мм, высоту сечения верхней части колонны hв = 1000 мм.

Из условия жёсткости

Привязка кранового рельса к разбивочной оси:

Принимаем .

Высота сечения нижней части колонны:

Из условия жёсткости для режима работы кранов 7К:

Пролёт мостового крана:

Cхема поперечной рамы представлена на рисунке 2.1.

 

Рисунок 2.1 – Схема поперечной рамы

Постоянная нагрузка

Нагрузка на 1 м2 кровли определяем в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Подсчет интенсивности нагрузок от массы покрытия (на 1 м2)

№ п/п Состав покрытия Нормативная нагрузка Коэффициент надёжности по нагрузке Расчётная нагрузка
Защитный слой из гравия на битумной мастике p=2100 кг/м3, t=20 мм. 0,42 1,35 0,567

 

Продолжение таблицы 2.1

Три слоя «Технониколя» 0,12 1,35 0,162
Полужесткие минераловатные плиты p=40 кг/м3, t=100 мм. 0,04 1,35 0,054
Пароизоляция (один слой «Технониколя») 0,04 1,35 0,054
Стальной профилированный настил 0,15 1,35 0,203
Стальные прогоны пролётом 12 м 0,10 1,35 0,135
Собственный вес металлических конструкций (ферм, связей) 0,36 1,35 0,486
  Итого: gn = 1,23 - g = 1,661

 

Расчётная равномерно распределённая постоянная нагрузка на ригель рамы:

Узловая постоянная нагрузка на ферму:

где - длина панели верхнего пояса фермы.

Опорная реакция ригеля рамы:

Снеговая нагрузка

Нормативная снеговая нагрузка для города Минска (2 снеговой район, подрайон 2в) по национальному приложению изменение №2 ТКП EN 1991-1-3-2009 (стр.4, рисунок НП.1) [2]. Определим снеговую нагрузку действующую на покрытие по следующей формуле ТКП EN 1991-1-3-2009 (стр.6, п.5.2, (5.1)) [3]:

(2.1)

где - коэффициент формы снеговых нагрузок ( ),(табл.5.2, стр.8, п.5.3.2) [3];

- характеристическое значение снеговых нагрузок на грунт (стр.5, таблица НП.1.1) [2]

- коэффициент окружающей среды (стр.7, п.5.2(7)) [2] ( ).;

- температурный коэффициент (стр.7, п.5.2(8)) [2] ( ).

(2.2)

где - высота местности над уровнем моря ( ) по спутниковой карте высот местности [4].

Подставим значения в формулу (2.2):

Подставим значения в формулу (2.1):

Ветровая нагрузка

1. Определим базовое значения скорости ветра по следующей формуле ТКП EN 1991-1-4-2009 (стр.7, п.4.2, (4.1)) [5]:

(2.3)

где - базовая скорость ветра, определяемая как функция направления ветра и времени года, на высоте 10 м над уровнем земли для типа местности II;

- коэффициент, учитывающий направление ветра в соответствии с НП 2.1, стр.110 [5] ;

- сезонный коэффициен в соответствии с НП 2.5, стр.110 [5] ;

- основное значение базовой скорости ветра по Изменению №2 ТКП EN 1991-1-4-2009 (стр.4, рисунок НП.1) [6];

Подставив в (2.3) получим:

2. Определение средней скорости ветра в соответствии с [5] (стр.8, п.4.3. (4.3)):

(2.4)

где - коэффициент, учитывающий тип местности;

- орографический коэффициент ;

- базовая скорость ветра.

Определим коэффициент, учитывающий тип местности по формуле [5] (стр.8, п.4.3.2, (4.4)), так как , то:

(2.5)

где - высота над землей ( ) (рисунок 2.2);

- коэффициент местности, зависящий от параметра шероховатости z0 по следующей формуле [5] (стр.8, п.4.3.2, (4.5)):

(2.6)

где - 0,05 м (тип местности II (стр.9, табл.4.1)) [5];

- параметр шероховатости ( );

- минимальная высота (стр.9, табл.4.1) [5], ( );

- 200 м.

Тогда получим:

Определим среднюю скорость ветра:

3. Пиковое значение скоростного напора.

В соответствии с [5] (стр.10, п.4.4, (4.7)) определим интенсивность турбулентности, так как , то:

(2.7)

где - коэффициент турбулентности в соответствии с [5] (НП 2.14, стр.111), ( );

Определим значение среднего скоростного напора в соответствии с [5] (стр.11, п.4.5, (4.10)):

(2.8)

где - плотность воздуха, которая зависит от высоты над уровнем моря, температуры и барометрического давления принимается в соответствии с [5] (НП 2.36, стр.113), ( );

Определим пиковое значение скоростного напора в соответствии с [5] (стр.11, п.4.5, (4.8)):

(2.9)

4. Определим ветровое давление действующее на стены в соответствии с [5] (стр.12, п.5.2, (5.1)) по формуле:

(2.10)

где - пиковое значение скоростного напора ветра;

- аэродинамический коэффициент внешнего давления в соответствии с [5] (п.7.2.2, стр.20, табл.7.1).

Так как , следовательно и .

Тогда:

 

 

Рисунок 2.2 – Ветровая нагрузка на здание

Крановые нагрузки

Крановые нагрузки определим согласно СНиП 2.01.07-85 (стр.6) [7]:

Определим максимальное и минимальное давление на колонну:

(2.11)

(2.12)

где - коэффициент сочетания ( );

- коэффициент надёжности по нагрузке для крановых нагрузок

( );

- собственный вес подкрановой балки ( );

- коэффициент надёжности по нагрузке для подкрановых балок

( );

- сумма ординат линий влияния (рисунок 2.3).

 

Рисунок 2.3 – Эпюра давления от колёс двух сближенных кранов

 

Подставим значения в формулы (2.11) и (2.12):

Подкрановые балки устанавливаются с эксцентриситетом по отношению к оси нижней части колонны, поэтому в раме возникают сосредоточенные моменты:

(2.13)

(2.14)

где

Поставив значения в (2.13) и (2.14) получим:

Расчётное горизонтальное давление на колонну равно:

(2.15)

где - усилие, которое передаётся колесом.

Подставим значения в (2.15):

Рисунок 2.4 – Обозначение характерных сечений и моментов инерции элементов рамы

 

Так как на данной стадии проектирования жесткости элементов рамы неизвестны, то условно установим соотношение их моментов инерции (стр.338) [1]:

Поперечная рама воспринимает следующие нагрузки:

- собственный вес конструкций — вес каркаса, кровли и стенового ограждения;

- снеговую нагрузку;

- крановые нагрузки - вертикальные давления колес кранов и силы поперечного торможения;

- ветровую нагрузку.

Нагрузки разделяются на постоянные и временные. Временные нагрузки, в свою очередь, делятся на нагрузки длительного действия и кратковременные.

Расчет ступенчатой колонны

Расчётные усилия в колонне

По результатам статического расчёта для верхней части колонны из двух расчётных сечений (3-3 и 4-4) выбирается сочетание нагрузок с максимальными абсолютными значениями изгибающего момента и продольной силы. Для нижней части колонны из расчётных сечений (1-1 и 2-2) выбирается два сочетания нагрузок с максимальными абсолютными значениями изгибающего момента и продольной силы , при этом одно сочетание с отрицательным изгибающим моментом (момент догружает подкрановую часть колонны), второе сочетание с положительным изгибающим моментом (момент догружает наружную ветвь колонны).

Расчётные комбинации усилий в колонне:

1. Для верхней части колонны в сечении 4-4:

M = 1479,478 кН·м, N = -368,703 кН, Q = 203,981 кН (1,2,4,6,8);

в сечении 3-3 при том же сочетании нагрузок получим: М = 412,189 кН·м

2. Для нижней части колонны:

M = -2450,196 кН·м, N = -766,021 кН, Q = 267,676 кН (1,2,4,5,8);

M = 1858,225 кН·м, N = -486,64 кН, Q = 169,526 кН (1,2,3,6,7).

В дальнейших расчетах знаки усилий можно опустить.

Расчётные длины колонны

Расчетные длины для нижней и верхней частей колонны в плоскости рамы определяем по формулам:

(3.1)

(3.2)

где ;

Определим моменты инерции верхней и нижней части колонны по формулам:

(3.3)

(3.4)

где - опорная реакция ригеля рамы ( );

- сосредоточенная нагрузка на колонну от снеговой нагрузки

- максимальное давление от действия крана ( );

- высота сечения нижней части колонны ( );

- расчётное сопротивление стали ( );

- высота сечения верхней части колонны ( );

Поставив значения в формулы (3.3) и (3.4) получим:

Соотношение погонных жесткостей верхней и нижней частей колонны равно:

(3.5)

где

(3.6)

где - продольное усилие в нижней части колонны ( );

- продольное усилие в верхней части колонны ( ).

Подставив значения в (3.6) получим:

Подставив значения в (3.5) получим:

Для однопролетной рамы с жестким сопряжением ригеля с колонной (верхний конец колонны закреплен только от поворота) по СНиП II-23-81* (табл.68, стр.105) [8] , тогда:

Так как условие не выполняется, то принимаем .

Таким образом, для нижней части колонны:

Для верхней части колонны:

Расчетные длины из плоскости рамы для нижней и верхней частей колонны равны соответственно:

Рисунок 3.1 - Сечение верхней части колонны

Вычисляем геометрические характеристики сечения.

Полная площадь сечения:

Расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки:

(3.13)

Подставив значения в (3.13) получим:

Проверяем устойчивость верхней части колонны в плоскости действия момента.

Гибкость колонны:

Т.к. незначительно отличается от предварительно принятой, то расчётную высоту стенки не уточняем.

Относительный эксцентриситет:

Так как , то коэффициент (табл.73, стр.111) [8].

Приведённый относительный эксцентриситет:

По таблице 74 (стр.113) [8] при и коэффициент

Гибкость колонны в плоскости рамы:

Проверяем устойчивость верхней части колонны из плоскости действия момента.

Гибкость колонны:

По таблице 72 (стр.110) [8] коэффициент .

Максимальный момент в средней трети расчётной длины стержня:

Относительный эксцентриситет:

Так как , то коэффициент с определяем по формуле (58) (стр.22) [8]:

(3.14)

где

Подставив значения в формулу (3.14), получим:

Гибкость колонны из плоскости рамы:

Проверяем местную устойчивость полки колонны. Свес полки:

Так как:

то местная устойчивость полки обеспечена.

Проверяем местную устойчивость стенки при изгибе колонны из плоскости действия момента. Наибольшее сжимающее напряжение на краю стенки:

 

Напряжения на противоположном краю стенки:

Средние касательные напряжения в стенке:

При наибольшее отношение определяем по формуле:

(3.14)

где

Подставим значения в формулу (3.14) и получим:

Принимаем .

Местная устойчивость стенки обеспечена.


Рисунок 3.2 - Конструктивная схема и сечение нижней части колонны

База колонны

Ширина нижней части колонны превышает 1м, поэтому проектируем базу раздельного типа. Конструкция базы колонны показана на рис. . Базу каждой ветви колонны конструируем и рассчитываем как базу центрально сжатой колонны. Для исключения дополнительных моментов центр тяжести плиты совмещаем с центром тяжести ветвей. Базу под каждую ветвь рассчитываем на отдельную комбинацию усилий M и N, которая даёт наибольшее сжимающее усилие в ветви в нижнем сечении колонны.

Расчётные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 1–1):

M1 = 1332,184 кН·м, N1 = -666,005 кН – для подкрановой ветви (1,3,5,7).

M2 = -2450,196 кН·м, N2 = -766,021 кН – для наружной ветви (1,2,4,5,8).

Расчетные усилия в ветвях колонны:

Принимаем для фундамента бетон класса C10/12,5 с расчетным сопротивлением на сжатие . Расчётное сопротивление бетона на меcтное сжатие:

(3.24)

где - коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки;

- коэффициент учитывающий повышение прочности бетона при смятии.

- коэффициент условий работы бетона;

Подставив значения в (3.24) получим:

База наружной ветви:

Требуемая площадь плиты из условия прочности бетона под плитой:

По конструктивным соображениям свес плиты c2 принимаем не менее 4 см.

Тогда ширина плиты:

Принимаем B = 60 см, тогда:

Длина плиты:

Принимаем .

Фактическая площадь плиты:

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

Принимаем толщину траверсы .

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету:

Тогда вес плиты:

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

Участок 1: защемлённый консольный свес с вылетом

Участок 2: консольный свес с вылетом не является расчётным.

Участок 3: плита опёртая на четыре стороны, при отношении сторон участка b/a = 480/138,4 = 3,47>2, рассматривается как шарнирно-опёртая балочная пластина пролётным моментом:

Участок 4: плита опёртая на четыре стороны, имеет наименьшие размеры сторон и её пролётный момент не является расчётным.

Принимаем для расчёта .

Требуемая толщина плиты:

где - для стали С235 толщиной 21-40 мм;

- для опорных плит толщиной до 40 мм из стали с .

Принимаем .

Высота траверсы определяется прочностью сварных швов, прикрепляющих траверсу к стержню колонны, и прочностью самой траверсы, работающей как балка на двух опорах.

Ширина грузовой площади, с которой собирается реактивное давление фундамента σф на одну траверсу (рис.):

Нагрузка на более нагруженную внутреннюю траверсу:

Сварные швы, прикрепляющие траверсы к ветви колонны выполняем механизированной сваркой проволокой СВ-08Г2С. Расчет швов проводим по металлу границы сплавления. Катет швов принимаем kf = 6 мм.

Требуемая длина сварных швов:

(3.25)

Поставив значения в выражение (3.25) получим:

Принимаем высоту траверсы .

Интенсивность погонной нагрузки на траверсу:

Определяем в траверсе усилия Q и M:

Момент сопротивления траверсы:

Проверка траверсы на срез:

Проверка траверсы на прочность по нормальным напряжениям:

Проверка траверсы на прочность по приведённым напряжениям в опорном сечении:

(3.26)

Подставив значения в (3.26) получим:

Расчётная комбинация усилий в нижнем сечении колонны для расчёта анкерных болтов: M = -2416.86 кН·м, N = -832.226 кН (1,2,4,5,8):

Усилие в анкерных болтах:

Анкерные болты проектируем из марки стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73*[11] с расчётным сопротивлением растяжению R = 225 МПа.

Требуемая площадь болтов:

Принимаем n = 2 болта диаметром d = 64 мм с суммарной площадью сечения:

В связи с большим усилием крепление анкерных болтов осуществляется к анкерной балочке из двух швеллеров. Анкерную балочку с пролётом 1 м рассматриваем свободно лежащей на траверсах и нагруженной сосредоточенной силой от анкерного болта.

Усилие оного болта:

Изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем сечение балочки из двух швеллеров по ГОСТ 8240-97 [12] №10 с .

База подкрановой ветви:

Требуемая площадь плиты:

Ширину плиты принимаем такой же, как и в базе наружной ветви В = 60 см, тогда консольный свес плиты с2 = 4,8 см.

Длина плиты:

Принимаем .

Фактическая площадь плиты:

Среднее напряжение в бетоне под плитой:

Тогда вес плиты:

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

Участок 1: защемлённый консольный свес с вылетом

Участок 2: консольный свес с вылетом

Участок 3: плита опёртая на четыре стороны, при отношении сторон участка b/a = 480/145 = 3,3>2, рассматривается как шарнирно-опёртая балочная пластина пролётным моментом:

Принимаем для расчёта .

Требуемая толщина плиты:

где - для стали С235 толщиной 21-40 мм;

- для опорных плит толщиной до 40 мм из стали с .

Принимаем , такой же как и в базе наружной ветви.

Нагрузка на траверсу:

Так как нагрузка на траверсу базы подкрановой ветви меньше нагрузки на траверсу базы наружной ветви, то высоту траверсы принимаем такой же, как и в базе наружной ветви hтр = 450 мм. В этом случае прочность заведомообеспечена.

Расчётная комбинация усилий в нижнем сечении колонны для расчёта анкерных болтов: M = -2416.86 кН·м, N = -832.226 кН (1,2,4,5,8):

Усилие в анкерных болтах:

Анкерные болты проектируем из марки стали 09Г2С по ГОСТ 19281-73*[11] с расчётным сопротивлением растяжению R = 225 МПа.

Требуемая площадь болтов:

Принимаем n = 2 болта диаметром d = 64 мм с суммарной площадью сечения:

В связи с большим усилием крепление анкерных болтов осуществляется к анкерной балочке из двух швеллеров. Анкерную балочку с пролётом 1 м рассматриваем свободно лежащей на траверсах и нагруженной сосредоточенной силой от анкерного болта.

Усилие оного болта:

Изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления:

Принимаем сечение балочки из двух швеллеров по ГОСТ 8240-97 [12] №10 с .

Введение

Металлические конструкции благодаря своим качествам получили широкое распространение во всех отраслях хозяйства. Проектирование экономически эффективных металлических конструкций основывается на комплексном учете требований эксплуатации, надежности и долговечности, изготовления и монтажа, на знании особенностей работы этих конструкций под нагрузкой, правильность выбора конструктивных форм, использование типовых и унифицированных решений и соответствующем расчете.

Целью данного курсового проекта является разработка схемы компоновки каркас






Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...





© cyberpedia.su 2017 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав

0.103 с.