Автор работы: Пользователь скрыл имя, 31 Января 2015 в 20:04, курсовая работа
В работе необходимо рассчитать и скомпоновать металлические конструкции одноэтажного промышленного здания:
1.Скомпоновать и рассчитать поперечную раму.
2.Спроектировать и подобрать сечение ступенчатой колонны.
3.Рассчитать и спроектировать ферму.
4.Спроектировать и подобрать сечение подкрановой балки.
5.Выполнить чертежи всех конструкций и узлов.
1. Введение 2
2.Компоновка поперечной рамы 5
3.Сбор нагрузок на поперечную раму 6
4. Расчет и проектирование фермы 19
4.1 Определение сочетания нагрузок и подбор сечений
стержней фермы 21
5.Проектирование и расчет ступенчатой колонны 28
5.1 Определение расчетных длин колонн 28
5.2 Подбор сечения верхней части колонны 30
5.3 Подбор сечения нижней части колонны 32
5.4 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей
колоны 36
5.5 Проектирование базы колонны 38
6. Расчет и конструирование подкрановой балки 40
7. Список использованной литературы 44
Подбор и проверка сечений.
Раскос 1-2
N=273.9 kH;
lox=3.74 м;
loy=3.74 м;
Атр=N/(j* R)= 273.9/(0.517*21.5)=24.64см2
iх =iу=374/110=3,4см
Принимаем 2 неравнополочных уголка 110*70*8
А=2*13,9=27,8см2
iх =3,51см; l х =374/3,51=106,55
s= N/(j* R)=273,9/(27,8*0,51)=19,32< R=21,5кН/см2
Раскос 4-5
N=134,2 kH;
lox=3.12 м; l=110
loy=3.9 м;
Атр=N/(j* R)= 134,8/(0.517*21.5)=12,13см2
iх =312/110=2,83см iу=390/110=3,54см
Принимаем 2 неравнополочных уголка 90*56*6
А=2*8,54=17,08см2
iх =2,88см; l х =312/2,88=108,33
s= N/(j* R)=134,8/(17,08*0,52)=15,2< R=21,5кН/см2
Стойка 3-4, 6-6’
N=77,2 kH;
lox=1,8 м;
loy=2,25 м;
Атр=N/(j* R)= 77,2/(0.517*21.5)=7см2
Принимаем 2 неравнополочных уголка 75*50*5
А=12,22см2
iх =2,39см; l х =180/2,39=75,32
s= N/(j* R)=77,2/(0,78*12,22)=8,1< R=21,5кН/см2
Верхний пояс В2-3, В3-4
N=359,6 kH;
lox=2,4 м;
loy=3.01 м;
Атр=N/(j* R)= 359,6/(0.772*21.5)=21,7см2
Принимаем 2 неравнополочных уголка 100*63*7
А=2*11,1=22,2см2
iх =3,19см; l х =240/3,19=75
s= N/(j* R)=359,6/(22,2*0,77)=21,03< R=21,5кН/см2
Верхний пояс В4-6
N=472,1 kH;
lox=2,4 м;
loy=3.01 м;
Атр=N/(j* R)= 472,1/(0.772*21.5)=28,45см2
Принимаем 2 неравнополочных уголка 125*80*8
А=2*16=32см2
iх =4см; l х =240/4=60
s= N/(j* R)=472,1/(32*0,82)=18< R=21,5кН/см2
Верхний пояс В1-1
N=97,8 kH;
lox=2,81 м;
loy=2,81 м;
Атр=N/(j* R)= 97,8/(0.95*21.5)=4,8см2
Принимаем 2 неравнополочных уголка 75*50*5
А=12,22см2
iх =2,39см; l х =281/2,39=117,5<l пр =250
Нижний пояс Н-2
N=205,6 kH;
lox=5,82 м;
loy=5,82 м;
Атр=N/(j* R)= 205,6/(0.95*21.5)=10,1см2
Принимаем 2 неравнополочных уголка 75*50*5
А=12,22см2
iх =2,39см; l х =582/2,39=243<l пр =250
Нижний пояс Н-5
N=472,1 kH;
lox=6,02 м;
loy=6,02 м;
Атр=N/(j* R)= 472,1/(0.95*21.5)=23,2см2
Принимаем 2 неравнополочных уголка 110*70*8
А=27,8см2
iх =3,51см; l х =602/3,51=171<l пр =250
Раскос 2-3
N=184,4 kH;
lox=3,6 м;
loy=3,6 м;
Атр=N/(j* R)= 184,4/(0.95*21.5)=9см2
Принимаем 2 неравнополочных уголка 75*50*5
А=12,22см2
iх =2,39см; l х =360/2,39=140,62<l пр =250
Раскос 5-6
N=5,8 kH;
lox=3,6 м;
loy=3,6 м;
Атр=N/(j* R)= 5,8/(0.95*21.5)=0,3см2
Принимаем 2 неравнополочных уголка 75*50*5
А=12,22см2
iх =2,39см; l х =360/2,39=140,62<l пр =250
Окончательные данные показаны в таблице.
5.Расчет ступенчатой колонны
Требуется
подобрать сечения сплошной
для верхней части колонны в сечении 1-1 N= 222,3 кН; М = -163,4 кН·м;
в сечении 2-2 при том же сочетании нагрузок (1,2,3,4,5*) М = 87,65 кН·м;
для нижней части колонны N1= 269 кН; М1= -390 кН·м (изгибающий мо-
мент догружает подкрановую ветвь); N2= -1755,9 кН; М2= 299,6 кН·м (изгибающий момент догружает наружную ветвь); Qmax = 77,8 кН.
Соотношение жесткостей верхней и нижней частей колонны Iв/ Iн=1/6;
Материал колонны – сталь марки Вст3кп2, бетон фундамента марки М150.
Конструктивная схема колонны показана на рис. 8.
1.Определение расчетных длин колонны. Расчетные длины для верхней и нижней частей колонны в плоскости рамы определим по формулам lx1=μ1l1 и
lx2=μ2l2.
В однопролетной раме с жестким сопряжением ригеля с колонной верхний
Таким образом, для нижней части колонны lx1=μ1l1=2·887=1774 см;
для верхней lx2=μ2l2=3·473=1420 см.
Расчетные длины из плоскости рамы для верхней и нижней частей равны соответственно: lу1= Нн =887 см; lу2= Нв - hб= 473-100=373 см.
2.Подбор сечения верхней части колонны. Сечение верхней части колонны принимаем в виде сварного двутавра высотой hв= 450 мм.
По формуле определим требуемую площадь сечения.
Для симметричного двутавра ix ≈0.42h=0.42·45=18,9 см; ρ x =0.35h= 0.35·45=
=15,75см; =( lx2/ ix) =(1420/18,9) =2,42 (для стали Вст3кп2 толщиной до 20мм R=215 МПа =21.5 кН/см²);
mx = ex /ρ x =М/(N·0.35h)=22230/(163,4·15,
Значение коэффициента η определим по прил. 10. Примем в первом приближении Ап/Аст=1, тогда η = (1.9- 0.1 mx )- 0.02(6- mx ) =(1.9- 0.86)-
-0.02(6- 8,6)1,1=1.1; m1x = η mx = 1.1·8,6=9,4.
λx= 0.75 и m1x = 6; φвн =0.13; Атр=163,4/0.13·21.5 ≈ 58,46 см².
Компоновка сечения: высота стенки hст=hв-2tп=45-2·1=43 см (принимаем предварительно толщину полок tп =1.4 см).
По табл. 14.2
hст /tст ≤ (0.9 + 0.5 ) = (0.9 + 0.5·2,42) = 65,3 и
Поскольку сечение с такой толстой стенкой неэкономично, принимаем tст = 0.6 см ( hст /tст = 80…120) и включаем в расчетную площадь сечения колонны
два крайних участка стенки шириной по 0.85tст = 0.85·0.6 =
= 15,79 см.
Требуемая площадь полки
Ап. тр. = (Атр- 2·0.85 t²ст
Из условия устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента ширина полки bп ≥ lу2/20;
из условия местной устойчивости полки по формуле (14.17)
bсв /tп ≤ (0.36 + 0.1 ) = (0.36 + 0.1· 2,42) = 18,63, где
Принимаем bп = 20 см; tп = 1 см;
Ап = 20·1 = 20 см² > Ап. тр.
Геометрические характеристики сечения.
Полная площадь сечения А0 = 2·20·1 + 0.6·43=65,8см²; расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки:
А=2·20·1 + 2·0.85·0.6² = 58,94 см²;
Ix=0.8·43³/12 + 2·20·1 [(45- 1)/2]² = 23335 см
Iу=2·20³/12 = 1334 см
ρ x = Wx/А0 = 933,4/65,8 = 14,2 см;
ix = √ Ix/ А0 =
iу = √ Iу/ А0 =
Проверка устойчивости верхней части колонны в плоскости действия момента по формуле
λx = 1420/18,8 = 75,5;
mx = Mx /(Nρ x) = 22230/163,4·14,2= 9,58; Ап/Аст= 20(0.6·43) = 0.7≈0.5.
Значение коэффициента η определим по прил. 10 при Ап/Аст = 0.5:
η = (1.75- 0.1 mx )- 0.02(5- mx )
φвн =0.13; σ = 163,4/(0.13·58,94) =21,33 кН/см² < R= 21.5 кН/см².
Недонапряжение
Проверка устойчивости верхней части колонны из плоскости действия момента по формуле (14.10):
λу = 373/4,5 = 82,9; φу =0.7 .
Для определения mx найдем максимальный момент в средней трети расчетной длины стержня:
По модулю Mx ≥ Мmax /2 = 222,3/2 = 111,15 кН·м;
mx = MxА /NW x = 14080·65,8/163,4*933,4 = 4,97; при mx ≤ 5 коэффициент
с = β(1+α mx )
Значение коэффициентов α и β определим по прил. 11:
λу = 82,9 < λс =3.14
β = 1.0; α = 0.65 + 0.05 mx = 0.65 + 0.05·2.83 = 0.79;
с = 1/(1+ 0.79·2.83) = 0.3.
Поскольку hст /tст = 97.2/0.8 = 121.5 > 3.8 = 3.8 = 116, в расчетное сечение включаем только устойчивую часть стенки;
σ = 163,4/(0.15·0.9·58,94) =20,9 кН/см² < R= 21.5 кН/см².
3.Подбор сечения нижней части колонны. Сечение нижней части колонны сплошное, состоящее из двух ветвей, соединенных стальным листом. Высота сечения hн = 1000 мм. Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополочного двутавра, наружную – из стального листа.
Сечение 3-3
N1= 269 кН; М1= -390 кН·м
Сечение 4-4
N2= -1755,9 кН; М2= 299,6 кН·м
Зададимся параметрами к=0,7, р=0,4, h=100.
ix =95,88см; ρ 1x = 229,8 см; ρ 2x = 153,2 см; lx = 950 см;
Условная гибкость
х=950/95,88 =0,3
При догружении подкрановой ветви m 1x=26900/390,14*299,82=0,23
Коэффицент учитывающий влияние формы сечения
ηs = (1.9-0.1 mx1 )- 0.02(6- mx1 )
=(1.9- 0.023)-0.02(6- 0.23)0.3=1.84;
m1x = ηmx = 1.52·023=0.35. φ = 0.92
Для подкрановой ветви = /φRγ ;
= 390.14/0.92·21.5 = 19.8 см .
При догружении наружней ветви имеем
m2x =29960/(1755,9*153,2)=0,11
Определяем параметры
ηs = (1.9-0.1 mx1 )- 0.02(6- mx1 )
=(1.9- 0.011)-0.02(6- 0.11)0.3=1.85;
m1x = ηmx = 1.85·0,11=0.2. φ = 0.98
= /φRγ = 1755,9/0.98·21.5 = 83,34 см . (R=21.55кН/см листовой прокат из стали Вст3кп2 толщиной до 20мм; φ = 0.8).
Поскольку = 100 см, то толщина стенки =100/31=3,2см
Поскольку стенку толщиной в 3.2 см не рационально использовать, добавим ребра жесткости 0,85*0,8 =21,09см
Из условия местной
Принимаем =(18-0,8)/2=8,6см =20 см
Подкрановую ветвь назначаем в виде двутавра № 20, с площадью поперечного сечения( =23,4см ) .
Геометрические характеристики ветви:
=(1·20 + 0,8·96,1+23,4) = 118,28 см ;
Расчетная площадь сечения
=(1·20· 2+2· 0,85·0,8 ) = 98,8см ;
Координаты центра тяжести у 2=53см
у 1=100-53=47см у 2=53см
1=47+4,5=53см 2=53см
Момент инерции сечения относительно оси х-х
= 1812=1,5 см ; = 82,6 см
=99947 см ; =1776 см ;
Wx1=99947/51,5=1976 см³;
Wx0=99947/53=1885 см³;
ρ x 1= Wx/А0 = 1976/118,28 = 17,7 см;
ρ x2 = Wx/А0 = 1885/118,28= 16,5 см
= =29,8 см; = = 4,9 см.
Проверка устойчивости ветвей из плоскости рамы (относительно оси у-у ) ly =240 см. Для того что бы увеличить устойчивостьпо середине нижней части колонн пропускается распорка, которая уменьшает расчетную длину колонны в 2 раза.
Подкрановая ветвь: λ y = ly /i y = 240/2,9 = 61; φ y =0.82;
М х =(299,6-109)/2=95 кНм
Относительный эксцентреситет
m х =9500*118.28/(1775.9*1885)=0.
Гибкость λ с =96> λ y =61
Вычисляем напряжение
σ = N в1/φ y Ав1= 1755,9/0.82· 98,8 = 21,42 кН/см²; < R= 21.5 кН/см².
Устойчивость обеспечена.
4.Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны.
Давление кранов Dmax = 1308,2 кН.
Прочность стыкового шва (ш1) проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения надкрановой части. Площадь шва равна площади сечения колонны.
1-я комбинация M и N:
наружная полка
σ = N/ А0 + |M| /W = 207,4/65,8 + 18100/9334 = 21,4 кН/см²; < R = 21.5 кН/см².
внутренняя полка
σ = N/ А0 - |M| /W = 4,15-17,25 = 13 кН/см².< R = 18,3 кН/см².
2-я комбинация M и N:
наружная полка
σ = 330,5/65,8 – 6300/933,4 = 1.7 кН/см² <
внутренняя полка
σ = 330,5/65,8 + 6300/933,4 = 11,77 кН/см²; < R
Толщину стенки траверсы определяем из условия смятия по формуле (14. 28):
tтр ≥ Dmax / lсм Rсм. т γ = 1308,2/(34·35) = 1,1 см;
lсм = b0p + 2tпл = 30 + 2·2 = 34 см;
b0p = 30 см; принимаем tпл = 2 см; Rсм. т = 350 МПа = 35 кН/см².
Принимаем tтр =1.2 см.
Усиление во внутренней полке верхней части колонны (2-я комбинация)
Nп = N/2 + M/hв = 330,5/2 + 6300/45 = 179,25 кН.
Длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (ш2)
lш2 = Nп /4kш(β
Применяем
полуавтоматическую сварку
Информация о работе Стальной каркас одноэтажного промышленного здания