Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания

g_н= 1,26*30*0,8*6*1,4 =254,02 кг/м.     g_н’= 1,26*30*6*0,6*1,4=190,51 кг/м.

g_в=1,32*30*0,8*6*1.4=266,11 кг/м.     g_в’=1,32*30*6*0,6*1,4=199,58 кг/м. 
 

g_экв=Кср*g₀*C*В*g_f=1,067*30*0,8*6*1,4=215,11 кг/м.

 g’_экв=Кср*g₀*C’*В*g_f=1,067*30*0,6*6*1,4=161,33 кг/м. 

Ветровая нагрузка, действующая на здание выше от ригеля, заменяется равнодействующими W и W , которые прикладываются в верхних узлах рамы на уровне от нижнего пояса фермы

 

 Расчетная  схема приложения кратковременных  нагрузок 
 

      Для упрощения расчетов  эпюра нагрузки  q_мг может быть заменена ступенчатой q_ст, в которой усреднена нагрузка в пределах каждой из зон высотой до 10м. Допускается еще большее упрощение, когда нагрузка усредняется в пределах высоты колонны (от фундамента до отметки от нижнего пояса фермы) 
 

1.2.Статический расчет рамы на каждый вид нагрузки

Определяем внутренние силовые факторы от трех видов  нагрузки для четырех сечений  колонны: А,В,С и Д. При этом следует учитывать, что рассматривается рама с жесткими узлами сопряжения ригеля и колонны.

Постоянная  нагрузка от собственного веса

1) Изгибающий  момент

 кг*м 

Где к:

к=I_р/I_к*H/L=25*20,5/30 = 17,1

I_р/I_к- соотношение жесткостей ригеля и колонны, предварительно принят равным 25. 

 кг*м 

2) Поперечная  и продольная силы

Реакции опорных  закреплений рамы могут быть найдены  по следующим формулам: составляют:

Вертикальная:

V_А=V_В = qL/2 = 836,4*30/2 = 12546 кг

Горизонтальная:

 кг 

Эпюры М, N и Q представлены на рисунке 2.6:  
 

 
 
 
 
 

Рис. 2.6 Эпюры М, N и Q

Постоянная  нагрузка от веса колонны  и стенового ограждения

При данном загружении усилий в ригеле не возникает.  Возникает лишь продольное усилие в колоннах:

 кг

 т

Эпюра N представлена на рисунке: 
 
 
 

Снеговая  нагрузка

Данное загружение эквивалентно загружению от веса шатра 1) Изгибающий момент

 кг*м 

Где к:

к=I_р/I_к*H/L=25*20,5/30 = 17,1

I_р/I_к- соотношение жесткостей ригеля и колонны, предварительно принят равным 25 

 кг*м 
 

2) Поперечная  и продольная силы

Реакции опорных  закреплений рамы могут быть найдены  по следующим формулам: составляют:

Вертикальная:

V_А=V_В = qL/2 = 1440*30/2 = 21600 кг

Горизонтальная:

кг

Ветровая  нагрузка

1)Изгибающий  момент

    

    

    

    

    

 кг*м

    

 кг*м

    

 кг*м

    

 кг*м 

2)Поперечная  и продольная силы

    H_А = H*[3q_э+q_э’]/4 + (W+W’)/2

    H_В = H*[q_э+3q_э’]/4 + (W+W’)/2

    V_A = V_B = H²*[q_э+q_э’]/(6*L) + (W’+W)*H/(2*L) 

    H_А = 3/4*215,11*20,5+ 1/4*161,33*20,5 + 500,62 =4634,75 кг

    H_В = 1/4*215,11*20,5 + 3/4*161,33*20,5 + 500,62 =4083,51 кг

    V_A = V_B = 20,5*(215,11+161,33)/(6*30) +(572,14+429,1)*20,5/(2*30) = 1220,97 кг 

    Эпюры М, N и Q представлены на рисунке 2.8:

    

Рис. 2.8 Эпюры М, N и Q 
 

При данном загружении следует определить поперечную силу в колонне в сечении С и  D. Q_C Q_D – определяется из суммы проекций всех сил на ось X

Q_С=H_А-q_э*H= 4634,75-215,11*20,5= 225 кг

Q_Д= H_В-q_э’*H= 4083,51-161,33*20,5=  776,25 кг

  1.3 Определение усилий в сечениях рамы при расчётных сочетаниях нагрузок.

      Расчётные усилия моменты, продольные усилия и  перерезывающие силы в сечениях рамы 1, 2, 3, 4  от каждой из нагрузок раздельно приведены в таблице

Определение расчётных  усилий  для подбора сечения  стержня колонны в плоскости  действия

момента (в плоскости  рамы) и из её плоскости.

     В таблице  (продолжение) приведены  расчётные усилия в сечениях рамы в трёх сочетаниях нагрузок:

• 1-е сочетание: суммарная постоянная + снеговая нагрузки;
• 2-е сочетание: суммарная постоянная + ветровая нагрузки;
• 3-е сочетание: суммарная постоянная + 0,9*(снеговая + ветровая) нагрузки.

 
 

     Анализ  усилий и моментов показывает, расчётное  сечение - в сечении 2 рамы, то есть правая колонна, 3-е сочетание нагрузок, верхняя треть расчётной длины:

М = 35,89тм

N = -54,43т

Q = 11,6т

          Для проверки прочности колонны  из плоскости действия изгибающего момента определяется максимальный момент и сжимающая сила в средней трети расчётной длины  верхней половины колонны  и в средней трети расчётной длины нижней половины колонны, так как колонна имеет одну распорку. Значения момента и сжимающей силы можно определить по формулам или графически.

2.Проектирование стропильной фермы

заданного очертания

1. Определение усилий в элементах  фермы.

     И инженерных расчётах применяют следующую  методику определения усилий в стержнях стропильных ферм. Вначале определяют усилия от вертикальной нагрузки, рассматривая ферму как свободно опёртую. Упругое прикрепление фермы к колоннам учитывают путём приложения к  опорам шарнирно опёртой фермы рамных изгибающих моментов и продольной силы, которые берут из таблицы расчётных усилий колонны в верхних сечениях.

     При расчёте фермы на вертикальные нагрузки предполагают, что в узлах –  идеальные шарниры, стержни прямолинейны и их оси пересекаются в центре узлов. Внешние силы передаются на ферму  в узлах. В стержнях возникают только осевые усилия. 
 
 

1. Определение усилий в каждом стержне  фермы от единичной  нагрузки, приложенной  к узлам верхнего пояса левой половины фермы.

     В курсовом проекте при определении усилий в стержнях фермы используется табличный  метод расчёта на единичные узловые нагрузки, заданные на половине фермы (таблица 2).

     По  таблице 2. заполняются графы 3 и 4 таблицы 2.2.

     Графа 6 таблицы 2.1 заполняется суммой значений граф 3 и 4 – получаем усилия в стержнях фермы от единичных нагрузок по всей ферме. 

2. Определение узловой нагрузки.

           На ферму действует 2 вида нагрузок

1. Постоянная нагрузка G
2. Временная нагрузка от снега Р

 

    G = q_покр* d = 836,4 * 3 = 2509,2 кг

    Р = q_сн* d = 1440 * 3= 4320 кг 

3. Определение усилий в стержнях фермы от расчётной  узловой нагрузки

 

Определение усилий в стержнях приведено в таблице 2.

• В гр. 6 – приведены усилия от нагрузки собственного веса покрытия, полученные умножением усилий от единичных нагрузок (гр. 5) на значение узловой нагрузки G.
• В гр. 7 – приведены усилия от снеговой нагрузки, полученные умножением усилий от единичных нагрузок (гр. 5) на значение узловой нагрузки Р. Для раскоса "д-е" в гр. 7 пишем два значения усилий: первое снег на всей ферме и второе, когда снег на правой половине фермы, полученное умножением значения гр. 4 на Р. Таким образом получили значения усилия от снеговой нагрузки: положительное и отрицательное.
• В гр 8 – приведены усилия  "Н" от опорного момента (см. табл 12*):
• Н¢ = М^-/h₀ = 14,72т

Отрицательный момент Моп даёт растяжение в верхнем  поясе (+) и сжатие в нижнем (-). Влияние опорного момента сказывается только в крайних панелях.

• В гр 9 – заполняем продольной силой в ригеле. Продольная сила действует как сжимающая на нижний пояс фермы. Сжимающая сила:
• N= 7,70т
• В графе 10 представлены расчётные усилия в элементах фермы, получены суммированием усилий от узловых нагрузок, момента и продольной силы в ригеле.

Верхний пояс –  сжатие по всем панелям, максимальное сжатие в центральной панели.

Нижний пояс –  растяжение по всем панелям. В крайней  панели два случая: собственный вес (гр 6) минус сжимающее усилие от момента в ригеле (гр 8)и продольной силы в ригеле (гр 9) ветровой нагрузки и собственный вес (гр. 6) плюс усилие от снеговой нагрузки (гр 7) минус продольная сила в ригеле.

Раскосы –  имеют  расчётные усилия постоянного знака, сжаты или растянуты.