Тема: Проектирование здания

• Вид работы:
  Курсовая работа (п) по теме: Проектирование здания
• Предмет:
  Строительство
• Когда добавили:
  02.07.2014 15:08:04
• Тип файлов:
  MS WORD
• Проверка на вирусы:
  Проверено - Антивирус Касперского

Другие экслюзивные материалы по теме

• Полный текст:
   Исходные данные для проектирования  
  Рабочие чертежи марки КМ разработаны на основании архитектурно-строительного задания.
  Площадка строительства —  г. Балашиха, Московская область, Россия.
  Климатические условия:
  - климатический район строительства — IIВ (расчетная температура наружного воздуха — минус 27?С);
  - расчетная снеговая нагрузка (III район) — 180 кгс/м2;
  - ветровое давление для I района — 23 кгс/м2. Тип местности — «А».
  Степень агрессивного воздействия среды на металлоконструкции (по СНиП 2.03.11-85) — слабоагрессивная.
  За условную отметку +0.000 принята отметка чистого пола 1-го этажа.
  Металлоконструкции запроектированы в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85, СНиП II-23-81*  и СНиП 2.03.11-85.
  В данном проекте на стадии “П” разработаны чертежи марки КМ несущих металлоконструкций каркаса склада-холодильника с административно-бытовыми помещениями.
   
   
  Характеристика здания
   
  Здание состоит из двух блоков административно-бытовых помещений и склада-холодильника с примыкающими к нему помещениями. Ступенчатое (2-х и 3-х пролётное) здание, имеющее следующие размеры в осях:
  а) в осях 4?12:
  - ширина - 3 пролёта по 24,0 м;
  - длина – 48,0 м;
  - отметка низа ферм в пролётах В?Ж и М?Т  – 11,5 м;
  - отметка низа ферм в пролёте Ж?М – 12,9 м;
  - шаг колонн – 5,625 м и 6,0 м;
  - кровля утеплённая из 2-х слоёв профнастила, уклон – 10%.
   
  2.2. Компоновка каркаса здания
   
  Компоновка конструктивной схемы заключается в размещении колонн и стен здания в плане, выборе схемы поперечной рамы, назначении генеральных размеров ферм и колонн, размещении связей между колоннами и по шатру здания.
  Размещение колонн здания в плане определяется размерами L и B.
  L – пролет, расстояние между разбивочными осями в поперечном направлении; по заданию L = 24 м;
  В = 6 м – шаг колонн, расстояние между разбивочными осями в продольном направлении.
  Оси всех колонн совмещаются с разбивочными осями, за исключением крайних колонн, середины которых смещаются с разбивочной оси внутрь здания на 500 мм. Стены здания примыкают к колоннам.
  Для проектируемого здания наиболее целесообразна схема поперечной рамы с жестким креплением колонн к фундаментам и шарнирным сопряжением их с ригелями.
  Ригели рам принимаются в виде ферм с параллельными поясами. Высота ферм по обушкам поясных уголков принимается в зависимости от пролета. Для пролета   L = 34 м высота фермы hф принимается равной 3,0 м. Уклон ферм в 10% обеспечивает наружный отвод воды. Схема стропильной фермы указана на рис. 2.1.
  Рис. 2.1. Схема стропильной фермы
   
  Высота колонны определяется отметкой опирания нижнего пояса ферм (отметкой низа покрытия) и заглублением ее ниже уровня чистого пола (до верха фундамента).
  Компоновка конструктивной схемы каркаса здания заканчивается расстановкой системы связей между колоннами и по покрытию здания.
   
   
  2.3. Определение нагрузок для расчета рамы
   
  На конструкции каркаса здания воздействуют нагрузки от собственного веса кровли и самих конструкций, снеговая и ветровая нагрузки. В соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» нагрузка от собственного веса относится к  постоянным нагрузкам, а от снега и ветра – к кратковременным. Коэффициент надежности по назначению здания принимается равным 1.
   
  Определение собственного веса кровли и конструкций покрытия
  Таблица 2.1.
  №
  п/п
  Состав покрытия
  (нагрузка)
  Нормативная
  нагрузка,
  кН/м2
  Коэфф. надежности по нагрузке
  Расчетная нагрузка, кН/м2
  1
  2
  3
  4
  5
  1
  Оцинкованная кровельная сталь - 8 мм
  0,15
  1,05
  0,16
  2
  Обрешетка (дерево) - 25 мм (сплошная)
  0,125
  1,1
  0,138
  3
  Гидроизоляционная мембрана
  0,07
  1,3
  0,091
  4
  Утеплитель пенопласт g = 50 кг/м3  (h =120 мм)
  0,06
  1,2
  0,072
  5
  Пароизоляция - 1 слой рубероида
  0,05
  1,3
  0,07
  6
  Профилированный настил - 8 мм
  0,15
  1,05
  0,16
  8
  Стропильная ферма
  0,30
  1,05
  0,32
  9
  Связи по фермам
  0,05
  1,05
  0,06
  ИТОГО:
  gн = 0,955
  –
  gр = 1,071
   
  Расчетная линейная нагрузка от собственного веса кровли и конструкций покрытия определяется по формуле:
  ,
  где:  – шаг стропильных ферм;
  – расчетная нагрузка от собственного веса кровли и конструкций;
    – расчетная нагрузка от собственного веса кровли и конструкций;
   
   
   
  2.4.  Определение снеговой нагрузки
   
  Нормативная снеговая нагрузка на 1 м2 покрытия зависит от района строительства и профиля кровли. Для принятой в проекте плоской кровли без фонарей она равна весу снегового покрова So, указанному в СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» для данного района. Москва относится к III снеговому району. Для данного снегового района расчетное значение снегового покрова So составляет 1,8 кН/м2.
  Расчетная линейная снеговая нагрузка определяется по формуле:
  где – шаг стропильных ферм;
  – нормативная снеговая нагрузка на 1м2 покрытия.
   
  2.5. Определение ветровой нагрузки
   
  Для расчета рамы определим ветровую нагрузку на 1м2 стены здания как с наветренной (активное давление), так и с заветренной стороны (пассивное давление) (рис.2.2).
  
  6,46
    Рис. 2.2. Расчетная схема рамы и действующие на нее нагрузки
   
  Для невысоких зданий распределение ветровой нагрузки по высоте принимается постоянным и равным:
  – при активном давлении
  где  Wo – нормативное ветровое давление, принимаемый в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» в зависимости от района строительства. Москва относится ко I ветровому району.
  С  – аэродинамический коэффициент с наветренной  стороны, принимаемый в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» равными С = 0,8;
  – коэффициент надежности по ветровой нагрузке.
  На колонны по всей высоте стойки действуют равномерно распределенная нагрузка qв, и в уровне нижнего пояса стропильных ферм сосредоточена сила W, эквивалентная действию ветровой нагрузки на шатер здания.
  Равномерно распределенная нагрузка qв определяется по формуле:
  ,
  где  – ветровая нагрузка на 1м2 с наветренной стороны.
   
  Сосредоточенная сила W определяется по формуле:
  где  – равн.распредел. ветровая нагрузка на колонну с наветренной стороны;   – высота шатра здания.
   
   
  2.6. Проектирование стропильной фермы
   
  Проектирование стропильной фермы заключается в определении узловых нагрузок и усилий в стержнях фермы, а также в подборе и проверке сечений стержней фермы, конструировании и расчете ее узлов.
   
   
  2.6.1. Определение узловых нагрузок, действующих на ферму
   
  В узлах верхнего пояса фермы передается нагрузка от собственного веса покрытия и снега.
  
  25,97
    5,76
    194,78
     
  Рис. 2.3. Схема узловых нагрузок на стропильную ферму
   
  Узловая нагрузка для данной фермы определяется по формуле:
  ,
   где   – расчетная линейная нагрузка от собственного веса кровли;
  – расчетная линейная нагрузка от собственного веса кровли;
   – длина панели верхнего пояса.
  Опорные реакции фермы определяются по формуле:
  ,
  где – пролет фермы.
   
   
  2.6.2. Определение усилий в стержнях фермы
   
  Усилия (сжимающие и растягивающие продольные силы) в стержнях фермы определяем аналитическим методом.
  Для этого необходимо определить расчетную высоту фермы hоф и синус угла наклона раскосов к оси поясов фермы sin?.
  Расчетная высота фермы принимается равной расстоянию между осями поясов фермы. Расстояние от осей поясов фермы до обушков поясных уголков принимается (для расчетов) равным 50 мм (0,05 м).
   
   
  Следовательно, расчетную высоту фермы можно определить по формуле:
  ,
  где  – высота фермы по обушкам поясных уголков.
  Рис.2.4. Определение расчетной высоты фермы
   
  Синус угла наклона раскосов к оси поясов фермы определяется геометрически по формуле:
  ,
  Строим эпюры моментов и поперечных сил, возникающих в ригеле-балке. Т.к. нагружение ригеля симметричное относительно центра, и сам ригель (ферма) имеет симметричную конструкцию, то эпюры можно построить только для левой части, а правую часть достроить симметрично.
  Определяем величины моментов в точках перелома эпюры М:
  Определяем величины поперечных сил для каждой «ступени» эпюры:
  Пронумеруем узлы фермы.
   
  Рис. 2.5. Нумерация узлов стропильной фермы
   
  Усилия в поясах фермы определяются по формуле:
  где Mi – величина момента на линии вершины треугольной ячейки фермы, основанием которой служит данный пояс;
    hоф – расчетная высота фермы; hоф = 3 м.
   
  
     
  
  Усилия в раскосах фермы определяются по формуле:
  ,
  где  Qi – величина поперечной силы под проекцией раскоса фермы на горизонтальную линию;
   – синус угла наклона раскосов к оси поясов фермы.
  
  
  
  
  Знак усилия в элементе фермы указывает на его сжатие или растяжение. Если знак положительный (  ), то элемент растянут. Если знак отрицательный (  ), то элемент сжат.
   
   
  2.6.3. Подбор и проверка сечений стержней фермы
   
  Подбор сечений стержней стропильной фермы и их проверку производим в табличной форме.
   При подборе сечений стержней фермы особое внимание сле­дует обратить на определение их расчетных длин и компоновку сечений. Различают расчетную длину стержня в плоскости (lx) и из плоскости (ly) фермы. Расчетная длина поясов фермы в плоскости принимается равной расстоянию между узлами (т.е. длине пане­ли), а из плоскости - расстоянию между точками закрепления узлов. Верхний пояс закрепляется из плоскости панелями или плитами покрытия, приваренными к нему. Так как опирание кровли происходит в узлах, то расстояние между узлами равно расчетной длине из плоскости. Таким образом, для верхнего пояса (стержней 1-3, 3-5, 5-7, 7-9)  lx = ly = 3,02 м = 302 см (длина панели фермы d = 3,02 м).
  Для нижнего пояса (стержней 2-4, 4-6, 6-8) длина между узлами стержней равна 3,0 м, значит lx = 3,0 м = 300 см. Нижний пояс закрепляется от смещения из плоскости распорками. Распорки располагаются по краям ферм и по колоннам. Таким образом, для нижнего пояса ly  равно расстоянию между распорками, т.е.: ly = L – 2• (2•d) = 24 – 2• (2•3) = 12 м = 1200 см.
  Расчетная длина всех стержней решетки (раскосов и стоек) из плоскости фермы lу равна геометрической длине стержня l ( т.е. расстоянию между центрами тяжести узлов). Их расчетная длина в плоскости фермы зависит от того, сколько растянутых стерж­ней примыкает к сжатому стержню. Если с одной стороны сжато­го стержня решетки примыкают два растянутых стержня пояса, создающих частичное защемление, то для получения расчетной длины (lx) геометрическую длину (l) следует умножить на коэф­фициент приведения длины ? = 0,8.
  Для раскосов кроме опорного) расчетные длины будут равны:
  
   
   
   
   
  Соотношение расчетных длин  lx и ly в основном определяет конструктивную форму сечения стержня.
  Подбор и проверка сечений стержней фермы
  Таблица 2.2.
  Элемент фермы
  Обозначение стержня
  Сечение
  (2 уголка)
  Площадь А, см2
  Расчетное усилие
  N, кН
  Расчетные длины, см
  Радиусы инерции, см
  Гибкости
  Коэффициент условий работы gc
  Коэффициент ? для сжатых стержней
  Напряжение ?, кН/см2
  lx
  ly
  ix
  iy
  lx
  ly
  [l]
  –
  
  + 1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  10
  11
  12
  13
  14
  15
  16
  Пояса
  верхний
  1 - 3
  140х10
  39,4
  –499,17
  302
  302
  3,8
  5,4
  78
  55
  120
  0,95
  0,6996
  18,8
  –
  3 - 5
  –499,17
  302
  302
  3,8
  5,4
  78
  55
  120
  0,95
  0,6996
  18,8
  –
  5 – 7
  54,6
  –623,3
  302
  302
  4,33
  6,11
  70
  49
  120
  0,95
  0,754
  16,4
  –
  7 – 9
  –623,3
  302
  302
  4,33
  6,11
  70
  49
  120
  0,95
  0,754
  16,4
  –
  нижний
  2 - 4
  110x70x8
  15,72
  +295,12
  300
  1200
  1,58
  4,47
  385
  132
  400
  0,95
  –
  –
  19,5
  4 – 6
  +295,12
  300
  1200
  1,58
  4,47
  192
  268
  400
  0,95
  –
  –
  19,5
  6 - 8
  27,8
  +518,61
  300
  1200
  1,98
  5,7
  152
  210
  400
  0,95
  –
  –
  19,5
  Раскосы
  1 - 2
  90х7
  12,4
  +204,68
  174
  217
  2,16
  3,21
  91
  77
  400
  0,95
  –
  –
  17,2
  3 - 4
  +204,68
  197
  246
  2,16
  3,21
  80
  68
  400
  0,95
  –
  –
  17,2
  2 - 3
  24,6
  –185,83
  197
  246
  2,77
  4,06
  71
  61
  150
  0,8
  0,7
  11,3
  –
  4 - 5
  –185,83
  215
  269
  2,77
  4,06
  78
  66
  150
  0,8
  0,7
  11,3
  –
  5 - 6
  12,4
  +161,32
  215
  269
  2,16
  3,28
  100
  82
  400
  0,95
  –
  –
  13,7
  7 – 8
  +161,32
  238
  298
  2,78
  4,11
  110
  91
  400
  0,95
  –
  –
  13,7
  6 - 7
  21,2
  –132,27
  238
  298
  2,78
  4,03
  86
  74
  150
  0,8
  –
  –
  11,1
  8 – 9
  –132,27
  257
  321
  2,78
  4,03
  92
  80
  150
  0,8
  –
  –
  11,1
  С целью обеспечения равноустойчивости сжатых стержней при lx = 0,8•l целесообразно применение равнобоких уголков, а при lx = ly следует скомпоновать стержень из двух неравнобоких уголков, соединенных большими полками. Исключение может составить верхний пояс фермы, у которого lx = ly, его целесооб­разно составить из двух равнобоких уголков, что обеспечит ему большую устойчивость из плоско­сти при перевозке и монтаже (причем, сечение верхнего пояса делается переменным, и меняется один раз в узле 6). Нижний пояс фермы рекомендует­ся скомпоновать из неравнобоких уголков, соединенных мень­шими полками (причем, сечение нижнего пояса делается переменным, и меняется один раз в узле 5). Растянутые рас­косы решетки обычно составляют из двух равнобоких уголков.
  Толщину фасонок при усилии в опорном раскосе принимают равной 10 мм.
  Для определения сечения сжатых стержней необходимо предварительно задаться их гибкостью в пределах lз = 80…100 (Зададимся lз = 80). По принятому значению lз найдем значение коэффициента продольного изгиба ?з (по табл. 37 «Нормативных и справочных материалов» для lз = 80 коэффициент продольного изгиба ?з=0,686). Определяем требуемую площадь сечения стержня.
  Требуемую площадь двух уголков сжатого стержня определяют по формуле:
  ,
  где  N – расчетное усилие в стержне;
    Ry – расчетное сопротивление стали; Rу = 23кН/см2;
  gc – коэффициент условий работы, определяемый по табл.29 «Нормативных и справочных материалов»; для верхнего пояса фермы gc = 0,95; для стоек фермы gc = 0,8; для сжатых раскосов кроме опорного gc = 0,8; для опорного раскоса gc = 0,95.
  По сортаменту подбираем близкие по требуемой площа­ди уголки, из которых в соответст­вии с приведенными выше рекомендациями компонуем сечение стержня (следует стремиться принимать уголки с возможно бо­лее тонкими полками). Выписываем необходимые гео­метрические характеристики сечения A, ix и iy, и определяем гиб­кости стержня в плоскости и из плоскости фермы lx, ly по формулам:
  ;   ;
  Гибкость сжатых стержней ограничена; она не должна пре­вышать значений гибкости  [l] = 120; для остальных восходящих раскосов [l] = 150. Удовлетворив условия предельной гибкости, проверяем на­пряжения в стержне по формуле:
  где  N – расчетное усилие в стержне;
  ?min – коэффициент продольного изгиба, принимаемый по большей из найденных гибкостей lx, ly;
  А - площадь сечения двух принятых уголков;
  Ry – расчетное сопротивление стали; Rу = 23 кН/см2;
  gc – коэффициент условий работы.
  При большом запасе в прочности необходимо уменьшить сечение принятого уголка и пересчитать величины lx, ly и ? при новых значениях A, ix и iy, подбирая более подходящее сечение стержня.
   
   
  2.6.4. Расчет верхнего пояса
   
  Стержни 1-3, 3-5:
  Сечение этих стержней принимается одинаковым по наибольшему усилию в стержнях N4-6:
  Принимаем сечение стержней 1-3, 3-5 из 2-х уголков  125х8 (А = 2•19,7= 39,4 см2,  ix = 3,87см, iy = 5,46 см при t1 = 10 мм). Определяем гиб­кости стержня:
  
  Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 120. По максимальной гибкости  lmax = lx = 78 находим коэффициент ?min = 0,6996. Проверяем на­пряжения в самом нагруженном стержне 4-6:
  ;
   
  Стержни 5-7; 7-9;
  Сечение этих стержней принимается одинаковым по наибольшему усилию в стержнях N7-9:
  Принимаем сечение стержней 6-7, 7-9, 9-10 из 2-х уголков  140х10 (А = 2•27,3= 54,6 см2,  ix = 4,33 см, iy = 6,11см при t1 = 10 мм).
  Определяем гиб­кости стержня:
  ; ;
  Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 120. По максимальной гибкости lmax = lx = 70 находим коэффициент ?min = 0,754. Проверяем на­пряжения в самом нагруженном стержне 9-10:
  ;
   
   
  2.6.5. Расчет нижнего пояса
   
  Стержень 2-4; 4-6
  Принимаем сечение стержня 1-5 из 2-х уголков  90х56х5,5 (А = 2•7,86= 15,72 см2,  ix = 1,58 см, iy = 4,47 см при t1 = 10 мм).
  Определяем гиб­кости стержня:
  ;   ;
  Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 400. Проверяем прочность стержня:
  .
  Стержни 6-8
  Принимаем сечение стержней 5-8, 8-11 из одинакового профиля – из 2-х уголков  110x70x8 (А = 2•13,9= 27,8 см2, ix = 1,98 см, iy = 5,7 при t1 = 10 мм).
  Определяем гиб­кости стержня:
  ; ;
  Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 400.
  Проверяем прочность стержня:
  ;
   
   
  2.6.6. Раскосы
   
  Стержень 1-2; 3-4
  Принимаем сечение стержня 3-5 из 2-х уголков 70х4,5 (А = 2•6,2= 12,4см2, ix = 2,16 см, iy = 3,21 см при t1 = 10 мм).
  Определяем гиб­кости стержня:
  ; ;
  ; ;
   
  Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 400. Проверяем прочность стержня:
  ;
  Стержень 2-3;4-5
  Принимаем сечение стержня 5-6 из 2-х уголков  90x7(А = 2•12,3 = 24,6 см2, ix = 2,77 см, iy = 4,06 см при t1 = 10 мм).
  Определяем гиб­кости стержня:
  ;   ;
   
  ;   ;
  Значения гибкостей элемента не превосходят предельной гибкости [l] = 150. По максимальной гибкости lmax = lx = 78 находим коэффициент ?min = 0,7. Проверяем на­пряжения в стержне:
   ;
  Сечение стержней 2-3; 4-5 принимаем из 2-х уголков  90x7.
   
  Стержень 5-6;7-8
  Принимаем сечение стержня 6-8 из 2-х уголков  70х4,5 (А = 2•6,2 = 12,4см2, ix = 2,16см, iy = 3,28 см при t1 = 10 мм). Определяем гиб­кости стержня:
  ; ;
   
  ;   ;
  Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [l] = 400.
  Проверяем прочность стержня:
  .
  Стержень 6-7; 8-9
  Принимаем сечение стержня 8-9 из 2-х уголков  90х6 (А = 2•10,6= 21,2см2, ix = 2,78см, iy = 4,03см при t1 = 10 мм).
  Определяем гиб­кости стержня:
  ;   ;
   
  ;   ;
  Значения гибкостей элемента не превосходят предельной гибкости [l] = 150. По максимальной гибкости lmax = lx = 92  находим коэффициент ?min = 0,594.
  Проверяем на­пряжения в стержне:
  Стержень имеет небольшой запас прочности, следовательно, сечение стержней 6-7;8-9 принимаем из 2-х уголков 90х6.
   
  Определив необходимые сечения всех стержней фермы, нуж­но проследить, чтобы уголков различных типоразмеров в ферме пролетом 24 м было не более 3-4.
  При конструировании стержней следует обратить внимание на размещение соединительных прокладок, обеспечивающих совме­стную работу двух уголков, составляющих стержень (рис. 2.6).
   
   
  Рис. 2.6. Размещение соединительных прокладок
   
  Соединительные прокладки в сжатых стержнях ставятся на расстояниях lп ? 40•iyо и не менее двух прокладок на стерж­не, а в растянутых ставятся на расстояниях lп ? 80•iyо  и не менее одной прокладки на стержне (iyо – радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной плоскости прокладки).
   
   
  2.6.7. Расчет и конструирование узлов стропильных ферм
   
   
   
  Рис. 2.7. К расчету сварных швов
   
  Порядок конструирования и расчета узлов стропильных ферм следующий:
  – провести осевые линии элементов так, чтобы они сходились в центре узла;
  – к осевым линиям «привязать» поясные уголки. Для этого определить по сортаменту размер Zo от центра тяжести уголка до обушка и округлить его по правилу округления до 5 мм, получив тем самым расстояние от обушка уголка до осевой линии. Таким же образом нанести контурные линии стержней решетки. Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах следует принимать равным a = 6•t - 20 мм, но не более 80 мм (здесь t - толщина фасонки, мм);
  – рассчитать прикрепление стержней решетки к фасонкам угловыми швами. Усилие N, действующее в прикрепленном стержне, распределяется между швами по перу и обушку уголка.
  Усилия, действующие на сварные швы по обушку и по перу, определяются по формуле:
  ;   ,
  где  N – расчетное усилие в стержне;
   ? – коэффициент распределения усилий по сварным швам, принимаемый приближенно: для равнобоких уголков ? = 0,3; для неравнобоких уголков, прикрепляемых узкой полкой, ? = 0,25; для неравнобоких уголков, прикрепляемых широкой полкой, ? = 0,35.
  Требуемая длина сварных швов определяется по формулам:
  – для шва по перу: ;
  – для шва по обушку:  ,
  где Nоб – расчетное усилие на шов по обушку;
    Nп – расчетное усилие на шов по перу;
   – коэффициент глубины проплавления шва;
   – катет углового шва по обушку, принимаемый равным: для опорного раскоса 1,0 см; для следующего раскоса 0,8 см; для третьего раскоса 0,6 см; для остальных раскосов и стоек 0,4 см;
   – катет углового шва по перу, принимаемый равным: для опорного раскоса 0,8 см; для следующего раскоса 0,6 см; для остальных раскосов и стоек 0,4 см;
  Rwf  – расчетное сопротивление углового шва.
  Расчет сварных швов в узлах фермы для удобства выполним в табличной форме (табл. 2.3). Размеры фасонок зависят от длины швов крепления к ней стержней решетки.
   
  Расчет сварных швов
  Таблица 2.3.
  Элемент
  Обозначение стержня
  Расчетные усилия N, кН
  Шов по обушку
  Шов по перу
  , кН
  , см
  , см
  , кН
  , см
  , см
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  Раскосы
  1 - 2
  +204,68
  149
  0,8
  7
  63,9
  0,6
  4
  3 - 4
  +204,68
  2 - 3
  –185,83
  135,8
  0,6
  8
  58,3
  0,4
  5
  4 - 5
  –185,83
  5 - 6
  +161,32
  118,9
  0,4
  10
  50,7
  0,4
  5
  7 – 8
  +161,32
  6 - 7
  –132,27
  97,6
  0,4
  9
  41,9
  0,4
  5
  8 – 9
  –132,27
   
   
  Должны соблюдаться следующие условия: lw ? 85• ?f • Kf ; lw ? 4•Kf ; lw ? 40мм. Первое условие выполняется во всех случаях. Где не выполняется второе и третье условие, длину швов принимаем lw = 40 мм. Полученные значения длин швов округляются в большую сторону до целого числа.
   
   
  2.6.8. Конструирование и расчет нижнего узла стыка полуферм
   
  Нижний узел стыка полуферм принимаем с листовыми накладками. Стык перекрывается с помощью двух горизонтальных накладок, соединяющих горизонтальные полки уголков, и двух вертикальных накладок, соединяющих фасонки отправочных элементов.
  При конструировании и расчете этого узла сначала рассчитываем швы крепления раскосов и стоек к фасонке, по длине которых определяется размер фасонки по высоте. Причем длина фасонок должна быть не менее длины стыковых горизонтальных накладок.
  Размеры накладок подбираются из условия равнопрочности стыка основным стержням с перекрываемыми элементами.
  Толщину горизонтальной накладки принимают равной толщине полки перекрываемого уголка: tг.н. = tуг = 8 мм = 0,8 см.
  Ширины горизонтальной накладки принимается шире полки перекрываемого уголка на 15-20мм: bг.н. = bуг + (15…20мм) =70 + 20 = 90мм = 9 см.
  Длину горизонтальной накладки определяем по формуле:
  ,
  где  – длина прямого участка шва, соединяющего горизонтальную накладку с уголком. Длина шва определяется по формуле:
  ,
  где  – требуемая суммарная длина шва, соединяющего горизонтальную накладку с уголком.
   
  Требуемая суммарная длина шва определяется по формуле:
  ,
  где  ?f – коэффициент глубины проплавления шва;;
  Kf – катет углового шва; Kf = 1,0см;
  Rwf  – расчетное сопротивление углового шва;
   – предельное усилие, воспринимаемое накладкой.
  Предельное усилие определяется по формуле:
  ,
  где  Ry – расчетное сопротивление стали; Rу = 23кН/см2;
  Принимаем длину горизонтальной накладки равной Lг.н. = 50 см.
  Ширина вертикальной накладки задается равной bв.н. = 200 мм = 20 см.
  Толщина вертикальной накладки задается равной толщине фасонки tв.н. = tф = 10 мм = 1 см.
  Высота вертикальной накладки hв.н. определяется прочностью сварных швов, передающих усилие в стыке.
  Величина усилия в стыке определяется по формуле:
  ,
  где ? – коэффициент распределения усилий по сварным швам, принимаемый для неравнобоких уголков, прикрепляемых узкой полкой, ? = 0,25;
   – усилие в элементе нижнего пояса;
   – усилие в раскосе;
   
  cos ? – косинус угла наклона раскоса к поясу; определяется геометрически по формуле:
  ,
  где d – длина панели верхнего пояса; d = 3,02 м;
  hоф – расчетная высота фермы; hоф = 3 м.
  Высота вертикальной накладки определяется по формуле:
  ,
  где 1,2 – коэффициент, учитывающий возможность передачи усилия с эксцентриситетом;
   – усилие в стыке;
  ?f – коэффициент глубины проплавления шва;
  Kf – катет углового шва; Kf = 1,0см;
  Rwf = 18кН/см2 – расчетное сопротивление углового шва.
  Принимаем высоту вертикальной накладки hв.н. = 20 см.
   
  Рис. 2.8. Стык нижнего пояса с листовыми накладками
   
   
   
   
   
   
  2.6.9. Конструирование и расчет верхнего узла стыка полуферм
   
  Верхний узел стыка полуферм принимаем также как и нижний с листовыми накладками.Стык перекрывается с помощью двух горизонтальных накладок, соединяющих горизонтальные полки уголков, и двух вертикальных накладок, соединяющих фасонки отправочных элементов.
   
   
  Рис. 2.9. Стык верхнего пояса с листовыми накладками
   
  Принцип расчета верхнего узла стыка аналогичен расчету нижнего узла..
  Толщину горизонтальной накладки принимают равной толщине полки перекрываемого уголка: tг.н. = tуг = 10мм = 1,0см.
  Ширины горизонтальной накладки принимается шире полки перекрываемого уголка на 15-20мм: bг.н. = bуг + (15…20мм) =140 + 20 = 160мм = 16см.
  Длину горизонтальной накладки определяем по формуле:
  ,
  где – длина прямого участка шва, соединяющего горизонтальную накладку с уголком. Длина шва определяется по формуле:
  ,
  где  – требуемая суммарная длина шва, соединяющего горизонтальную накладку с уголком.
   
  Требуемая суммарная длина шва определяется по формуле:
  ,
  где  ?f – коэффициент глубины проплавления шва;;
  Kf – катет углового шва; Kf = 1,0см;
  Rwf  – расчетное сопротивление углового шва;
   – предельное усилие, воспринимаемое накладкой.
  Предельное усилие определяется по формуле:
  ,
  где  Ry – расчетное сопротивление стали; Rу = 23кН/см2;
  Принимаем длину горизонтальной накладки равной Lг.н. = 70см.
  Ширина вертикальной накладки задается равной bв.н. = 200 мм = 20см.
  Толщина вертикальной накладки задается равной толщине фасонки tв.н. = tф = 10 мм = 1см.
  Высота вертикальной накладки hв.н. определяется прочностью сварных швов, передающих усилие в стыке.
  Величина усилия в стыке определяется по формуле:
  ,
  где ? – коэффициент распределения усилий по сварным швам, принимаемый для неравнобоких уголков, прикрепляемых узкой полкой, ? = 0,25;
   – усилие в элементе нижнего пояса;
   – усилие в раскосе;
  cos ? – косинус угла наклона раскоса к поясу; определяется геометрически по формуле:
  ,
  где d – длина панели верхнего пояса; d = 3,02м;
  hоф – расчетная высота фермы; hоф = 3м;
  Высота вертикальной накладки определяется по формуле:
  ,
  где 1,2 – коэффициент, учитывающий возможность передачи усилия с эксцентриситетом;
   – усилие в стыке;
  ?f – коэффициент глубины проплавления шва;
  Kf – катет углового шва; Kf = 1,0см;
  Rwf = 18кН/см2 – расчетное сопротивление углового шва.
  Принимаем высоту вертикальной накладки hв.н. = 20 см.
   
   
  2.7. Статический расчет рамы. Определение расчетных усилий в колоннах
   
  Расчет рамы производится отдельно на нагрузки от собственного веса, снега и ветра. Отдельно для каждого вида нагружения определяют моменты, продольные и поперечные силы, возникающие в стойках.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
  2.7.1.  Определение усилий в колоннах от собственного веса
   
  В стойках рассматриваемой рамы под воздействием нагрузки от собственного веса покрытия момента не будет, а возникнут только сжимающие продольные силы Nн.
   
   
  Рис. 2.10. Эпюра моментов в раме от собственного веса покрытия
   
  Продольная сила в нижних сечениях колонн определяется по формуле:
  ,
  Опорная реакция стропильной фермы, определяемая по формуле:
  где  – расчетная линейная нагрузка от собственного веса;
   – вес колонны, принимаемый при шаге колонн ;
   
   
  2.7.2.  Определение усилий в колоннах от снеговой нагрузки
   
  В стойках рассматриваемой рамы под воздействием снеговой нагрузки момента не будет, а возникнут только сжимающие продольные силы Nсн.
  Продольная сжимающая сила в стержнях колонн от снеговой нагрузки определяется по формуле:
  где  - расчетная линейная снеговая нагрузка
  – пролет фермы.
  Рис. 2.11. Эпюра моментов в раме от снеговой нагрузки
   
   
  2.7.3.  Определение усилий в колоннах от ветра
   
  В стойках рамы под воздействием ветровой нагрузки возникают моменты, продольные и поперечные силы. Продольными силами ввиду их малой величины можно пренебречь.
   
   
  Рис. 2.12. Эпюра моментов в раме от ветровой нагрузки
   
  Максимальные значения моментов и поперечных сил, возникающих в стойках рамы, определяются по формулам:
  где – равн.распредел. ветровая нагрузка на колонну с наветренной стороны;
   –равн. распредел. ветровая нагрузка на колонну с заветренной стороны;
    –высота колонны от верха фундамента до низа покрытия;
     – отметка низа фермы;
   – заглубление верха фундамента;
   – действующая на колонну сосредоточенная сила, эквивалентная действию ветровой нагрузки на шатер здания с наветренной стороны;
  – действующая на колонну сосредоточенная сила, эквивалентная действию ветровой нагрузки на шатер здания с заветренной стороны;
  Так как рассчитываемая колонна находится внутри здания, ветровая нагрузка учитывается с коэффициентом 0,4. Давление от наружных конструкций к внутренним протекает по затухающей.
   
   
  2.7.4.  Определение расчетных усилий в колоннах
   
  Усилия в колонне от всех нагрузок
  Таблица 2.4.
  Номер нагрузки
  Нагрузка
  Коэффициент сочетания
  M,
  кН•м
  N,
  кН
  1
  2
  3
  4
  5
  1
  Постоянная
  1
  0
  105,44
  2
  Снеговая
  1
  0
  130,2
  2*
  0,9
  0
  117,18
  3
  Ветровая
  1
  72,99
  0
  3*
  0,9
  65,69
  0
   
  Для определения расчетных усилий от действия всех нагрузок рассматриваются два основных сочетания. В первое основное сочетание включаются усилие от постоянной нагрузки и наибольшее усилие от одной из временных нагрузок (снега или ветра). Во второе основное сочетание включаются усилия от всех нагрузок. При этом усилия от временных нагрузок берутся с учетом коэффициента сочетания, равного 0,9 (табл.4.2).
  Для расчета анкерных болтов наиболее неблагоприятно сочетание усилие от собственного веса и ветра. При этом усилия от постоянной нагрузки берутся с коэффициентом 0,9.
   
   
  Таблица 2.5.
  Сочетания нагрузок
  Комбинация загружения
  Усилия
  M, кН•м
  N, кН
  1
  2
  3
  4
  Постоянная нагрузка и одна кратковременная нагрузка
  [1] + [3]
  72,99
  105,44
  [1] + [2]
  0
  130,2
  Постоянная нагрузка и все кратковременные нагрузки
  [1] + [2*] + [3*]
  65,69
  222,62
  Для анкерных болтов: постоянная нагрузка (с коэф. gs=0,9) и ветер
  [1]•0,9 + [3]
  72,99
  94,90
   
   
   
  2.8. Расчет колонны
   
  Колонны здания принимаем сплошностенчатыми, сваренными из 3-х листов.  Все металлические конструкции выполняем из стали марки С235. Проектирование колонны заключается в подборе и проверке несущей способности сечения стержня колонны, конструировании и расчете базы и оголовка.
   
   
  2.8.1. Подбор и проверка сечения стержня колонны
   
  По таблице выбираем наиболее невыгодное сочетание усилий M и N. Наиболее невыгодным сочетанием усилий будет одновременное действие  постоянной нагрузки и всех кратковременных нагрузок, при которых  Данные усилия принимаем как расчетные.
  Определяем расчетные длины колонны по формулам:
  - в плоскости рамы   
  - из плоскости рамы
  где:  – высота колонны(стойки) от верха фундамента до низа покрытия;
  Требуемую площадь сечения ориентировочно можно определить по формуле:
  ,
  где  – эксцентриситет силы, определяемый по формуле:
  – расчетное значение момента;
  – расчетное значение продольной силы;
   – расчетное сопротивление стали;
  – высота сечения колонны при шаге колонн ;
  Толщину стенки при высоте сечения колонны  рекомендуется принять равной   tw = 8 мм.
  Предварительно зададим толщину полки tf = 20мм.
  Высота стенки будет равна:
  Площадь стенки колонны будет равна:
  Площадь одной полки будет равна:
  Ширина полки будет равна:
  Найденная ширина полки слишком мала, поэтому принимаем ширину полки равной bf = 20 см.
  Площадь сечения колонны будет равна:
  Условие выполено:
  Моменты инерции сечения колонны относительно осей х-х, у-у определяются по формулам:
  где - толщину стенки колонны;
  - высота стенки колонны;
  - ширина полки колонны;
    - толщину полки колонны;
    * - моментом инерции стенки колонны можно пренебречь в виду его малого значения.
  Радиусы инерции определяются по формулам:
   
  где  - площадь сечения колонны;
  Гибкости стержня в плоскости и из плоскости рамы определяются по формулам:
  ;
  Проверка устойчивости стержня колонны в плоскости рамы производится по формуле:
  ;
  где   – расчетное значение продольной силы;
  - площадь сечения колонны;
   – расчетное сопротивление стали;
   –коэффициент условий работы; для колонн промышленных зданий;
  ?e – коэффициент;
  Условная гибкость определяется по формуле:
  где    – модуль упругости прокатной стали;
  Приведенный относительный эксцентриситет определяется по формуле:
  ,
  где:  m – относительный эксцентриситет, определяемый по формуле:
  где  – эксцентриситет силы;
  - площадь сечения колонны;
   –  момент сопротивления, определяемый по формуле:
  где   – момент инерции;
    – высота сечения колонны;
  h – коэффициент влияния формы сечения;
  где - толщину стенки колонны;
  - высота стенки колонны;
  - ширина полки колонны;
  - толщину полки колонны.
  При значениях ; 0 ? l ? 5 (l = 3,9); 0,1 ? m ? 5 (m = 2,6) значение коэффициента влияния формы сечения h будет определяться по формуле:
  ;
  .
  .
  Коэффициент  ?e  определяем по табл.38 «Нормативных и справочных материалов» методом двойной интерполяции при значениях . Он будет равен ?e = 0,184.
  Полученное значение удовлетворяет условию устойчивости стержня колонны в плоскости рамы. Следовательно, оставляем принятый вариант.
   
   
  Рис. 2.13. Сечение колонны
   
   
  2.8.2. Проверка устойчивости стержня колонны из плоскости рамы
   
  Проверка устойчивости стержня колонны из плоскости рамы производится по формуле:
  ,
  где   – расчетное значение продольной силы;
  - площадь сечения колонны;
   – расчетное сопротивление стали;
   –коэффициент условий работы; для колонн общественных зданий;
  – коэффициент продольного изгиба относительно оси у-у при центральном сжатии;
  с – коэффициент, учитывающий влияние момента на устойчивость в плоскости, перпендикулярной плоскости действия момента; определяется по формуле:
  ,
  где:  – относительный эксцентриситет, определяемый по формуле:
   – макс. момент в пределах средней трети длины колонны от 
  –  момент сопротивления;
  – расчетное значение продольной силы;
   - площадь сечения колонны;
  ? – коэффициент, определяемый по табл. 4.2 «Методических указаний» исходя из величины относительного эксцентриситета mx;
  При  коэффициент ? будет равен:
  Гибкость lс определяется по формуле:
  где:  – модуль упругости прокатной стали;
   – расчетное сопротивление стали;
  Коэффициент ? будет равен 1;
  ;
   кН/см2.
  Полученное значение удовлетворяет условию устойчивости стержня колонны из плоскости рамы.
   
   
  2.8.3. Проверка местной  устойчивости полок колонны
   
  Проверка местной устойчивости полок колонны заключается в проверке соблюдения условия:
  Местная устойчивость полок колонны обеспечена (4,8< 22,65 – верно).
   
   
  2.8.4. Проверка местной  устойчивости стенки колонны
   
  Проверка  местной устойчивости стенки колонны заключается в проверке соблюдения условий:
  и .
  Местная устойчивость стенки колонны обеспечена.
   
   
  2.8.5. Конструирование и расчет базы колонны
   
  Торцы стержней колонн после приварки траверс фрезеруются и опираются на заранее поставленные и выверенные опорные плиты со строганной верхней плоскостью.
  Рабочая площадь опорной плиты определяется из условия, что наибольшее суммарное напряжение в бетоне фундамента () по краю плиты не должно превышать расчетного сопротивления бетона (рис. 2.14):
  ;
  ,
   
   
  Рис. 2.14. Эпюра давлений в бетоне под опорной плитой
   
  где – расчетное значение продольной силы;
    - расчетное значение момента;
  – площадь плиты, определяемая по формуле:
  ,
   – ширина опорной плиты, назначаемая по конструктивным соображениям по формуле:
  ,
    – ширина полки колонны;
  – толщина траверсы, принимаемая равной 10…14мм;
   – длина опорной плиты, определяемая из условий прочности бетона по формуле:
  ,
   Rb loc –  расчетное сопротивление бетона при местном сжатии, определяемое по формуле:
  ,
     – расч. сопрот. бетона при осевом сжатии; для бетона класса В15;
   – коэффициент увеличения расчетного сопротивления бетона, принимаемый в зависимости от соотношения рабочей площади опорной плиты и площади верхнего обреза фундамента;
  Принимаем длину плиты ;  
  Wпл – момент сопротивления опорной плиты, определяемый по формуле:
   
  Толщина опорной плиты определяется ее работой на изгиб под действием реактивного давления фундамента (рис. 5.2). В принятой конструктивной схеме имеются три участка плиты с различными условиями опирания. Необходимо определить изгибающие моменты на каждом участке и по наибольшему из них назначить толщину плиты. Моменты определяются от действия максимального давления на каждом участке плиты.
  Участок 1 – консольный свес
  Расчетный момент на участке 1 определяется по формуле:
  ,
  где:   – макс. давление реактивного опора фундамента на полосу участка 1 шириной 1см;
  – величина консоли 1-го участка;
  Участок 2 – опирание по трем сторонам
  Расчетный момент на участке 2 определяется в зависимости от отношения длины (a2 = bf = 30см) участка 2 к его ширине (b2).
  ,
  где:  – макс. давление реактивного опора фундамента на полосу участка 2 шириной 1см;
  Участок 3 – опирание по четырем сторонам
  Расчетный момент на участке 3 определяется по формуле:
  ,
   – максимальное давление реактивного опора фундамента на полосу участка 3 шириной 1см; определяется геометрически по формуле:
  ,
   – толщина полки колонны
  b3 – длина участка 1, определяемая по формуле:
  где:   – толщина стенки колонны;
  Выберем из расчетных моментов на участках 1, 2, 3 максимальный Mmax = . Определим требуемую толщину опорной плиты по формуле:
  где:   – расчетное сопротивление стали;
  С учетом будущей фрезеровки опорной плиты, принимаем толщину плиты больше требуемой на 2мм, причем принятая толщина плиты должна соответствовать толщине прокатных листов. Принимаем толщину плиты
   
   
  2.8.6. Расчет траверсы
   
  Если торец не фрезерован, высота траверсы определяется из условий работы на срез сварных швов крепления траверсы к стенкам колонны. Усилие, приходящееся на один шов, определяется по формуле:
  ,
  где:   – площадь, с которой собирается реактивное давление фундамента на один шов траверсы (заштрихованная область на рис. 5.3);
  – максимальное напряжение в бетоне фундамента; =1,02кН/см2;
  Длина траверсы принимается по требуемой длине шва lw, которую можно определить по формуле:
  ,
  где:  – расчетное усилие, приходящееся на шов;
   – коэффициент глубины проплавления шва;
  – катет углового шва;
     – расчетное сопротивление углового шва;
  При этом требуемая длина шва должна удовлетворять условию:
  Данное условие соблюдается.
  Требуемая высота траверсы принимается на 1,0см больше, чем требуемая длина шва, но при этом окончательная высота траверсы должна быть не менее 40,0 см.
  Принимаем высоту траверсы
   
   
  2.8.7. Расчет анкерных болтов
   
  Расчет анкерных болтов ведется на наиболее выгодную для них комбинацию усилий (Nmin и Mсоот принимаются по табл.3.2).
  При расчете анкерных болтов принимаем, что сила Z, стремящаяся оторвать базу колонны от фундамента, полностью воспринимается анкерными болтами. Величина этой силы определяется растянутой зоной эпюры напряжений (рис.5.4) и вычисляется по формуле:
  где:   – расчетный момент для анкерных болтов;
     – расчетное усилие для анкерных болтов;
  a – расстояние от центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений до оси колонны; Расстояние a определяется геометрически по формуле:
  где: – длина плиты базы колонны;
    с – расстояние от края опорной плиты до нулевого значения эпюра давлений, определяемое геометрически по формуле:
  где:  и  – соответственно максимальные и минимальные значения напряжений в бетоне фундамента при действии расчетных усилий для анкерных болтов, определяемые по формулам:
  ;
  где:   – площадь плиты;
     – момент сопротивления опорной плиты;
     – расчетный момент для анкерных болтов;
     – расчетное усилие для анкерных болтов;
  y – расстояние от центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений до оси анкерных болтов, расположенных со стороны растянутой зоны; расстояние y определяется по формуле:
  Требуемая площадь анкерных болтов с одной стороны плиты определяется по формуле:
  где:  Rbt = 18,5кН/см2 – расчетное сопротивление анкерных болтов;
  Определив требуемую площадь анкерных болтов, подбираем анкерный болт необходимого диаметра. Для принимаем два анкерный болта М24 площадью . С противоположной стороны плиты также принимаем два анкерный болт М24.
   
   
  2.8.8. Конструирование и расчет оголовка колонны
   
  Опорное давление стропильной фермы передается через фрезерованные торцы ребер и стенки колонны, поэтому швы крепления плиты назначаются конструктивно с катетом шва Kf = 8 мм. Ширину ребра определяют по формуле:
  ,
  где: – ширина полки колонны;
     – толщина стенки колонны;
  Толщину ребра назначаем равной ts = 10мм = 1,0см. Высоту ребра назначаем hs = 300мм. Швы крепления к стенке колонны проверяем на срез по усилию в ребре по формуле:
  где:  – расчетное сопротивление стали при смятии, определяемое по табл.16 «Нормативных и справочных материалов»;
  - ширина ребра;
  Принимаем катет вертикальных швов . Проверяем напряжение в сварных швах по формуле:
  ,
  где: – коэффициент глубины проплавления шва;
  – катет углового шва;
  – высота ребра;
     – расчетное сопротивление углового шва;
   
  Проверяем напряжение в стенке колонны на срез по формуле:
  где:   – толщина стенки колонны;
   – высота ребра;
   – расчетное сопротивление стали на срез;
  - усилие в ребре;
   
  
Скачать курсовую работу