Металлические конструкции

Содержание

Введение5

1 Нормативные ссылки6

2 Расчет сварной сплошностенчатой  подкрановой балки 7

2.1 Задание 7

2.2 Сбор нагрузок 8

2.3 Определение расчетных  усилий 9

2.4 Подбор сечения подкрановой  балки 10

2.5 Проверка прочности  14

2.6 Проверка жесткости  и устойчивости 14

2.7 Проверка местной устойчивости  стенки подкрановой балки 15

2.7.1 Проверка устойчивости  среднего отсека 16

2.7.2 Проверка устойчивости  крайнего отсека 18

2.8 Расчет опорного ребра  19

2.9 Расчет поясных швов  20

2.10 Расчет подкрановой  балки на выносливость при  21

3 Расчет фермы 23

3.1 Дополнение к заданию  для расчета фермы 23

3.2 Сбор нагрузок 23

3.3 Определение усилий  в элементах фермы 24

3.4 Определение расчетных  длин стержней фермы 25

3.5 Подбор сечений элементов  25

3.6 Расчет узлов фермы  28

3.6.1. Промежуточный узел  фермы с заводским стыком верхнего  пояса 29

3.6.2 Укрупнительный стык  верхнего пояса фермы на монтажной  сварке 30

3.6.3 Опорный узел 31

4 Расчет поперечной рамы  цеха с шарнирным прикреплением  ригеля к колоннам 33

4.1 Компоновка рамы 33

4.2 Нагрузки, действующие  на раму 35

4.2.1 Постоянные нагрузки  35

4.2.2 Снеговая нагрузка  36

4.2.3 Вертикальная нагрузки  от мостовых кранов 37

4.2.4 Горизонтальное давление  от торможения крановой тележки  38

4.2.5 Ветровая нагрузка  39

4.3 Расчетная схема 41

4.4 Статический расчет  42

4.4.1 Постоянная линейная  нагрузка от покрытия 43

4.4.2 Снеговая нагрузка  44

4.4.3 Расчет на нагрузки, приложенные к стойкам 44

4.4.4 Вертикальное давление  кранов  , и крановые моменты 45

4.4.5 Горизонтальное давление  кранов «Т» на рам 47

4.4.6 Ветровая нагрузка  48

5 Расчет стальной одноступенчатой  колонны каркаса промышленного  здания 53

5.1 Дополнительные  данные  для расчета колонны 53

5.2 Расчетные длины участков  колонны 54

5.3 Расчет надкрановой  части колонны 54

5.4 Расчет подкрановой  части колонны 57

5.4.1 Расчет ветвей подкрановой  части 57

5.4.2 Расчет решетки 60

5.4.3 Проверка устойчивости  колонны в плоскости рамы как  единого сквозного стержня 61

5.5 Расчет узла сопряжения  верхней и нижней частей колонны  61

5.5.1 Проверка прочности  шва 1 (Ш 1)61

5.5.2 Расчет швов  2 крепления  ребра к траверсе 63

5.5.3 Расчет швов 3 крепления  траверсы к подкрановой ветви  63

5.5.4 Проверка прочности  траверсы как балки, загруженной  N, M, D_max 63

5.6 Расчет и конструирование  базы колонны 64

5.6.1 База подкрановой ветви  65

5.6.2 База наружной ветви  66

5.6.3 Расчет анкерных болтов  67

Заключение68

Список использованных источников69

 

 

Введение

Для металлургической, машиностроительной, легкой и других отраслей промышленности возводят одноэтажные каркасные  здания. Конструктивной и технологической  особенностью таких зданий является оборудование их транспортными средствами – мостовыми  и подвесными кранами. Мостовые краны перемещаются по специальным  путям, опертым на колонны; подвесные краны и перемещаются по путям, подвешенным к элементам покрытия.

Покрытия одноэтажного производственного  здания может быть балочным (из линейных элементов) или пространственным (в виде оболочек).

К элементам конструкции одноэтажного каркасного здания с балочным покрытием  относятся: колонны, заделанные жестко в фундаментах; ригели покрытия, опирающиеся  на колонны; плиты покрытия, уложенные  по ригелям; подкрановые балки; световые и аэрационные фонари. Основная конструкция каркаса – поперечная рама, образованная колоннами и ригелями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет сварной сплошностенчатой  подкрановой балки

2.1 Задание

Запроектировать подкрановую балку  пролетом под два крана грузоподъ-емностью среднего режима работы для основного цеха завода металлических конструкций.

Пролет здания

Материал для конструкции –  сталь С255 с характеристиками: при толщине материала , .

Данные по мостовому крану:

Рисунок 1 – Схема расположения колес одного крана на подкрановой балке

 

Таблица 1 – Параметры мостового крана
Грузоподъемная сила крюка,		Основные размеры ригеля,			Максимальная сила вертикального давления колеса,	Сила тяжести,
Главный	Вспомогательный	Пролет	Ширина	База		Тележки	Крана (с тележ-кой)
1000	200	34	9,35	4,6	500	410	1650

 

 

Рисунок  2 – Схема нагрузок от двух сближенных кранов на подкрановый путь

2.2 Сбор нагрузок

Расчетная вертикальная сила давления колеса

,   где

   - коэффициент надежности по нагрузке;

   - коэффициент надежности по назначению; обычно

   - коэффициент сочетаний; для 2 крана среднего режима работы .

Тормозная сила тележки

,     где

- грузоподъемная сила крюка  крана,  .

Сила поперечного торможения на одно колесо крана

,     где

    - число колес крана на одной стороне моста крана, при грузоподъемности крана .

Расчетная сила поперечного торможения на одно колесо крана

 

2.3 Определение расчетных усилий

Рисунок 3 – Схема размещения колес на подкрановой балке для определения M_x и M_T и линия влияния

Определим положение равнодействующей от двух грузов на балке относительно крайнего левого груза

Величина отрезка между равнодействующей и ближайшим к ней грузом (критическим)

.

Найдем значения по линии влияния  в точках приложения сосредоточенной нагрузки от колес крановой тележки (ординаты л.в. М_F):

Расчетные моменты

,  где

- для балок пролетом  .

 

Рисунок 5 – Схема размещения колес на подкрановой балке для определения

и л.в.

Ординаты л.в. :

Расчетные поперечные силы

2.4 Подбор сечения подкрановой  балки

Определяем W_{X, тр.}. С учетом ослабления верхнего пояса отверстиями для крепления рельса

  , где

    - коэффициент, учитывающий ослабление верхнего пояса отверстиями болтов и напряжение в нем от болтовых сил.

Определяем  из условия требуемой жесткости при .

Для балки симметричного сечения  имеем:

Определяем оптимальную высоту балки из условия наименьшего  расхода стали:

В соответствии с положением по унификации принимаем предварительную высоту балки .

Требуемая толщина стенки из условия  прочности на срез:

.

Из условия местной устойчивости стенки без продольного ребра  жесткости

Принимаем ;    .

Принимаем стенку балки предварительно 860х11; h_w = 860; t_w = 11;  площадь стенки .

Определим требуемые площади всего  сечения и поясов при коэффициенте асимметрии

Учитывая воздействие боковых  сил сечение поясов принимаем  несколько больше требуемых А_f. По конструктивным требованиям b_f 400 мм, t_f 3t_w. Принимаем b_f = 400 мм, t_f = 14мм.    .

Проверяем местную устойчивость сжатого  пояса

400<410, т.е. местная устойчивость  сжатого пояса обеспечена.

Тормозную балку конструируем из швеллера № 24 и листа рифленой стали .

Ширина листа тормозной балки  определяем из выражения 

  , где

- привязка колонны;  для зданий с мостовыми кранами грузоподъем-ностью,

- расстояние от оси подкрановой  балки до разбивочной оси (1000 мм).

Определяем геометрические характеристики принятого сечения.

Момент инерции сечения балки  брутто:

Момент инерции отверстий в  верхнем поясе 2 Æ 25

Момент инерции балки нетто

Момент сопротивления симметричного  сечения

Рисунок 6 – Сечения подкрановой и тормозной балок

Определяем положение центра тяжести  тормозной балки относительно оси  подкра-новой балки:

.

Момент инерции сечения брутто относительно оси

Момент инерции площади ослабления

Момент инерции площадки сечения  тормозной балки нетто 

.

Момент сопротивления правой грани  верхнего пояса балки 

.

Статический момент полусечения (сдвигаемой части)

.

2.5 Проверка прочности

По нормальным напряжениям в  верхнем поясе

Проверка по нормальным напряжениям  в нижнем поясе

Проверка по касательным напряжениям

.

Проверка по напряжениям местного смятия стенки от давления кранового колеса

   , где

    - коэффициент, учитывающий неравномерность давления колес и повышенную динамику под стыками рельсов;

(см. п.2.2);

     - условная длина распределения давления колеса.

   , где

     - сумма моментов инерции верхнего пояса относительно их собственных осей.

.

Проверки показывают, что прочность  принятого сечения обеспечена.

2.6 Проверка жесткости и устойчивости

Проверка жесткости необходима, если в нашем случае 1200<1250.

Определяем прогиб балки:    

;

Жесткость подобранного сечения обеспечена. Общая устойчивость подкрановой  балки обеспечена тормозной конструкцией и не проверяется.

2.7 Проверка местной устойчивости стенки подкрановой балки

Определяем условную гибкость стенки

     т.е. устойчивость стенки нужно проверять.

При следует устанавливать основные поперечные ребра жесткости. Расстояние между ними . При λ_w = 2,7  а_max = 2,5^.h_w = 2,5^.0,872 = 2,18. Принимаем (кратно пролету ). Размеры отсека стенки (см. рис. 8).

Принимаем подкрановую балку с  двусторонними поясными швами и  двусторонними основными поперечными  ребрами жесткости.

Ширина ребра  должна быть не менее и не менее .

.     Принимаем  .

Толщина ребра  ; принимается t_s = 7 мм.

Рисунок 7 – Схема балки, укрепленной поперечными ребрами жесткости

2.7.1 Проверка устойчивости среднего отсека

Рисунок 8 – К проверке устойчивости среднего отсека

Напряжения в среднем отсеке определяются при загружении по схеме  для определения  .

Определяем усилия для наиболее напряженного участка отсека длиной а₁=h_w 1200.

Опорные реакции

Изгибающие моменты

Поперечные силы

Определяем напряжения

(из проверки прочности).

Определяем критические напряжения для отсека .

Соотношение размеров отсека

.

Соотношение .

Коэффициент защемления стенки

При и указанном в справочной таблице 1.3 [2]. 

,  где    

- по справочной таблице [2].

.

   ,

_где                   

   по справочной таблице 1.4. [2],  при .

, где

,

, где   - меньшая сторона отсека           .

Проверяем устойчивость стенки балки

Устойчивость стенки при  обеспечена.

 

 

 

2.7.2 Проверка устойчивости крайнего отсека

 

Рисунок 9 – К определению устойчивости крайнего отсека

Определяем усилия для наиболее напряженного участка отсека длиной .

Опорная реакция  

Изгибающие моменты

Поперечные сила

Определяем напряжения

Проверяем устойчивость стенки в крайнем  отсеке.

Критические напряжения для крайнего отсека равны  - для среднего, т.к. размеры их одинаковы.

Следовательно толщина стенки и размещение ребер через обеспечивают устойчивость стенки.

2.8 Расчет опорного ребра

Для передачи опорного давления балки  на колонну предусматриваем торцевую диафрагму с пристроганным нижним краем, называемую обычно опорным ребром.

 

Рисунок 10 – К расчету опорного ребра

Площадь строганного края опорного ребра определяется из условия прочности  его на смятие, если

По конструктивным требованиям  ; .

Принимаем ; ;  .

Проверяем устойчивость опорной части  из плоскости балки (относительно оси ), как стойки с шарнирно опертыми концами высотой .