Каркас одноэтажного производственного здания

Каркас одноэтажного производственного здания

1. Компоновка поперечной схемы рамы

поперечный рама ригель каркас Рисунок 1 — Поперечная схема рамы Рисунок 2 — Связи по верхним и нижним поясам фермы Рисунок 3 — Продольный разрез, связи по колоннам

2. Сбор нагрузок

2.1 Постоянная нагрузка

Таблица 1 — Собств6енная масса 1 м² покрытия

Расчетная равномерно распределенная линейная нагрузка на ригель рамы:

q_п = q Ч В = 1,916Ч 6 = 11,496 кН/м Опорная реакция ригеля на раму:

R_П =q_п• l/2=11,496•30/2=172,44 кН М_п=R_П•l=172,44•0,500=86,22 кН•м;

Рисунок 4 — Схема рамы, загруженной постоянной нагрузкой

2.2 Снеговая нагрузка

Для расчёта рамы распределение снеговой нагрузки по покрытию принимается равномерным. Расчетная снеговая нагрузка на покрытие (S_g — Расчетное значение веса снегового покрова S_g на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое по табл. 4 СНиП 2.01.07−85* для IV снегового района):

Р_сн = S•В = 2,4•6=14,4 кН/м, где S=S_g?м=2,4•1=2,4кН/м

R_S=P_сн•L/2=14,4•30/2=216 кН М_s = R_S•e=216•0,5=108 кН Рисунок 5 — Схема рамы, загруженной снеговой нагрузкой

2.3 Ветровая нагрузка

Значение напора ветра на определённой высоте от земли:

= W₀ЧkЧcЧг_w

где W₀ — нормативное значение ветрового давления [1, табл. 5],

для 4 ветрового района W₀ = 0,48 кН/м^2;

к — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности [1, табл. 6]. Рассчитываем интерполяцией. Для местности типа В: до 5 м: к = 0,5; 10 м: к = 0,65; 20 м: к = 0,85.

с — аэродинамический коэффициент:

с = + 0,8 — с наветренной стороны;

с = - 0,6 — с подветренной стороны.

г_w =1,4 — коэффициент надежности В-шаг рам, 6 м.

Рисунок 6- К расчету ветровой нагрузки

q₅ = 0,48Ч0,5Ч0,8Ч1,4Ч6 = 1,613 кН/м

q_8,4 = 0,48Ч0,602Ч0,8Ч1,4Ч6= 1,941 кН/м

q₁₀= 0,48Ч0,65Ч0,8Ч1,4Ч6= 2,100 кН/м

q_12,1= 0,48Ч0,692Ч0,8Ч1,4Ч6= 2,232 кН/м

S₅=1,613•5=8,065 кН

S_8,4 = кН Ветровая активная нагрузка:

Ветровая пассивная нагрузка:

Сосредоточенная ветровая нагрузка W' и W''

W' = ()•3,7/2=(1,941+2,100+2,232)•3,7/2=11,61 кН

W'' = 11,61•0,75 = 8,71 кН Учитывая, что ригель в продольном направлении принимается абсолютно жестким, действие сосредоточенных сил с наветренной и заветренной сторон здания принимаем как действие суммы этих сил, приложенных с наветренной стороны:

W = W? + W?= 11,61+8,71= 20,32 кН Рисунок 7 — Схема рамы, загруженной ветровой нагрузкой

3. Проектирование сквозного ригеля

Усилия в стержнях фермы рассчитаны в программе SCAD 11.5.

3.1 Подбор сечения элементов

Рисунок 8 — Трапециевидная ферма пролетом 30 м Расчетные усилия в стержнях фермы Расчетные длины в плоскости фермы (l_x):

l_x = l_г — для опорных раскосов, опорных стоек, элементов верхнего и нижнего поясов, (1, табл. 11);

l_x = 0,8• l_г — для прочих элементов решетки, (1, табл. 11);

Расчетные длины из плоскости фермы (l_у):

l_у = l₁;

где l₁ — расстояние между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы.

Предельные гибкости элементов:

По (3, гл. 9, § 4, п. 2) принимаем предельные гибкости для элементов:

[л] = 250 — для растянутых поясов и опорных раскосов;

[л] = 350 — для прочих растянутых элементов;

[л] = 120 — для сжатых поясов, опорных стоек и опорных раскосов;

[л] = 150 — для прочих сжатых элементов.

Подбор сечения:

Для растянутых элементов

A^тр =N/2R_y г_с — требуемая площадь сечения 1 уголка где г_с=0,95 [1, табл. 6], R_y=23 кН/см²

л_max=l_расч./i? [л]

Для сжатых элементов

A^тр =N/2цR_y г_с — требуемая площадь сечения 1 уголка где г_с=0,95 (1, табл. 6), R_y=27 кН/см², задаемся л=100, при которой ц=0,6

л_max=l_расч./i? [л]

После назначения сечения определяем ц_min при л_max и повторяем главную проверку напряжений.

Для растянутых элементов, для которых возможно сжимающее усилие (соизмеримое с растягивающим) выполняются обе проверки. (В данной работе таких элементов нет) Уголки принимаем с полкой толщиной не менее 5 мм для обеспечения возможности сварки по перу.

Таблица 2 — Подбор сечения элементов ригеля

3.2 Расчет и конструирование узлов

Принимаем толщину фасонки опорного узла остальных узлов — .

Верхний опорный узел:

Назначаем толщину швов крепления верхнего пояса 2−3 на обушке -6 мм, на пере — 4 мм.

Определение длины:

Размеры фасонки 300×225×12 мм Определяем количество болтов крепления опорного фланца к колонне (болты работают на растяжение).

Принимаем болты Ш16, нормальной точности, класса 4.8 из стали 40Х «Селект» с расчетным сопротивлением растяжению R_bt=160Мпа (1, т. 58) и площадью нетто болта А_нт=1,57 см² (1, т. 62).

Усилие, воспринимаемое 1 болтом:

принимаем 4 болта Ш16.

Принимаем опорный фланец верхнего пояса 300×240×14,

Определяем катет крепления фасонки к фланцу:

принимаем k=6 мм.

Проверка фланца на изгиб (продольное усилие проходит через центр фланца):

Определяем момент во фланце:

.

Напряжение во фланце:

Рисунок 9 — Верхний опорный узел

Нижний опорный узел:

Назначаем толщину швов крепления нижнего пояса 1−9 на обушке — 8 мм, на пере — 6 мм.

Определение длины:

Назначаем толщину швов крепления стержня раскоса 1−3: на обушке — 12 мм, на пере — 8 мм.

Определение длины:

Принимаем опорный фланец нижнего пояса 380×240×14 мм.

Проверка опорного фланца на торцевое смятие:

R — опорная реакция фермы; R_см. т.=37кН/см² — расчетное сопротивление стали С275 смятию торцевой поверхности.

Принимаем фасонку 380×300×12 мм.

Расчет швов крепления фасонки к опорному фланцу.

Принимаем катет шва крепления 10 мм:

Касательное напряжение в шве от вертикальной силы:

R — опорная реакция фермы Нормальное напряжение от действия момента:

Нормальное напряжение от продольной силы по стержню 1−11

Определяем угловые швы крепления опорного столика:

Принимаем опорный столик 180×110×30 мм.

Опорный фланец крепят к полке колонны на болтах нормальной точности Ш16 мм, которые ставят в отверстия на 3−4 мм больше диаметра болтов, чтобы они не могли воспринять опорную реакцию в случае неплотного опирания фланца на опорный столик.

Рисунок 10 — Нижний опорный узел

Промежуточный узел:

Назначаем толщину швов крепления верхнего пояса 2−3 на обушке — 6 мм, на пере — 4 мм:

Назначаем толщину швов крепления раскоса 1−3 на обушке — 8 мм, на пере — 6 мм:

Назначаем толщину швов крепления раскоса 9−3 на обушке — 7 мм, на пере — 5 мм:

Назначаем толщину швов крепления верхнего пояса 3−5 на обушке — 8 мм, на пере — 6 мм:

Размеры фасонки 500×210×10 мм.

Рисунок 11 — Промежуточный узел

Верхний укрупнительный монтажный узел:

Назначаем толщину швов крепления верхнего пояса 5−7 на обушке — 6 мм, на пере — 8 мм:

Определение длины швов:

Назначаем толщину швов крепления раскоса 8−7 на обушке — 6 мм, на пере — 4 мм:

Определение длины швов:

Назначаем горизонтальную накладку 940×145×12 мм.

Сварные швы двух вертикальных стыковых накладок рассчитываются на усилие:

N=N_5-7+ N_8-7· cosб=-421,51+30,01·cos 28⁰=-395,01 кН Принимаем катет сварного шва k_ш=10 мм, тогда требуемая длина шва:

Назначаем размеры фасонки: 400×210×12 мм.

Принимаем вертикальную накладку 140×220×8 мм.

Рисунок 12 — Верхний укрупнительный узел

Нижний укрупнительный монтажный узел:

Назначаем толщину швов крепления нижнего пояса 9−8 на обушке — 6 мм, на пере — 4 мм:

Назначаем толщину швов крепления раскоса 5−8 на обушке — 6 мм, на пере — 4 мм:

Назначаем толщину швов крепления стойки 6−8 на обушке — 5 мм, на пере — 3 мм:

Назначаем толщину швов крепления раскоса 7−8 на обушке — 6 мм, на пере — 4 мм:

Назначаем вертикальную накладку: 180×180×10 мм, Назначаем горизонтальную накладку: 700×300×8 мм, Размер фасонки: 640×300×10 мм.

Рисунок 13 — Нижний укрупнительный узел

Список использованных источников

1. СНиП 2.01.07−85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР_М. Стройиздат, 1993 г.

2. СНиП II₂₃−81*. Стальные конструкции / Минстрой России. — М.: ГП ЦПП, 1996 г. — 96 с.

3. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для ВУЗов/ Е. И. Беленя, В. А. Балдин, Г. С. Ведеников и др.; Под общ. ред. Е. И. Беленя. — 6_е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1986. — 560 с., ил.