Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания

2.Найдем расчетные  усилия:

   

кг/см² ,

   

 кг/см²,

   где и – доля усилия, приходящаяся на обушок и на перо соответственно,

          N – усилие в нижнем поясе.

3.Определим толщину  поясной листовой накладки, которая  воспринимает усилие  :

   

   

см.

   Принимая  во внимание условие  , выбираем толщину накладки δ_н = 12 мм.

4.Определим  полную длину шва на нижнем  поясе к накладке:

   шов по обушку

   

мм;

   шов по перу

   

мм.

5.Определим расчетное  усилие, действующее на швы, крепящие  боковую накладку к фасонке:

   

 кг/см²,

   Из  условий прочности шва на срез запишем формулу для требуемой  высоты катета шва:

   

мм.

6.Расчет  швов по обушку и по перу на стойке и на раскосах к фасонке расчитывается также как и в улах выше указанных и представлен в таблице: 
 

4. Проектирование сплошной внецентренносжатой колонны сплошного сечения

 

Колонны производственных зданий работают на сжатие с изгибом, они могут потерять несущую способность в результате потери устойчивости раньше, чем будет исчерпана несущая способность по прочности. Поэтому стержень сжато-изогнутый (внецентренносжатой) колонны должен быть проверен на общую устойчивость на совместное действие момента M_max в плоскости действия (и из плоскости) и продольной сжимающей силы в том же сечении. 

4.1. Подбор поперечного сечения колонны. 

1. Определение расчетной длины колонны:

   Расчетные длины в плоскости рамы при  жестком закреплении ригеля к  колонне определяется по следующей  формуле:

l_x= μ_x H = 1 * 20,5 = 20,5 м

   Расчетная длина из плоскости рамы определяется с учетом установленных распорок между колоннами:

l_y = μ_y H = 20,5/3 = 6,83 м 

2. Определение поперечного сечения колонны h:

   Зададимся гибкистью: λ_x = 100.

   Радиус  инерции сечения: r_x = 0,42h

   

,

   

м => см. 

3. Определение наиболее опасного сочетания М и N:

   Наиболее  опасным сочетанием является сочетание во 2-ом сечении, где М и N принимают свои максимальные значения:

   

т.

4. Определение требуемой площади поперечного сечения колонны из условия устойчивости в плоскости рамы:

,

    – напряжение сжатия,

    – коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии,

     – площадь поперечного сечения стержня колонны.

   

см²

   

=> ,

    – приведенная гибкость в плоскости  рамы

   

,

    – приведенный экцентриситет

   

см,

    =>

    – относительный экцентриситет

   

см,

    – радиус ядра сечения: см,

    – экцентриситет: см. 

5. Компоновка сечения:

   а) найдем высоту стойки: => мм,

       примем  мм.

   б) см²,

       мм => примем мм,

       см => примем = 14мм.

6. Вычисление  геометрической характеристики  подобранного нами поперечного  сечения:

     см²,

     см⁴,

    см³,

    см,

    см.

7. Выполним проверку  устойчивости в плоскости рамы:

   

   

     см,

    см,

   

    кг/см² 

4.2. Расчет и конструирование базы колонны.

   База  колонны – это конструктивное уширение нижней части колонны, предназначенное  для передачи нагрузок от стержня  колонны на фундамент. База колонны  состоит из следующих основных элементов:

   - опорная  плита, опирающаяся на железобетонный  фундамент и передающая на него сжимающее усилие;

   - траверсы, передающие усилие от стержня колонны на опорную плиту;

   - анкерные  болты, передающие растягивающее  усилие от траверсы на фунтамент.

1.Определение  наибольших сжимающих и наибольших  растягивающих напряжений:

   - наибольшее  сжимающее напряжение

   

кг/см²,

   - наибольшее  растягивающее напряжение

   

кг/см².

   Приняв  предельному значению и решив уравнение относительно , получим:

   

см,

   где –локальное сопротивление бетона смятию, равное ,

    – расчетное сопротивление бетона сжатию, принимаемое при марке бетона В20 кг/см²,

    – ширина плиты: см => см ,

    – толщина траверсы,

    – боковой свес плиты,

    и – расчетное значение максимального изгибающего момента и соответствующая этому нормальная сила в сечении 2-2 у основания колонны.

2. Определение  толщины опорной плиты:

   Плита испытывает опорную реакцию фундамента. Плита разбивается на участки.

   1-ый  участок:

   

кг*см/см,

   где – наибольший изгибающий момент, действующий на полоску шириной 1см 1-ого участка,

    – коэффициент, принимаемый в  зависимости от отношения сторон рассматриваемого отсека

   

=> ,

    – нагрузка на пластину со стороны  фундамента, снимается с построенной  эпюры напряжений на 1-ом участке ( ),

    – длина свободной (неопертой) стороны отсека. 

   2-ой  участок:

   

 кг*см/см,

   где – наибольший изгибающий момент, действующий на полоску шириной 1см 2-ого участка,

    – коэффициент, принимаемый в  зависимости от отношения сторон рассматриваемого отсека

   

=> ,

    – нагрузка на пластину со стороны  фундамента, снимается с построенной  эпюры напряжений на 2-ом участке,

    – ширина короткой стороны участка. 

   3-ий участок:

   

 кг*см/см,

   где – наибольший изгибающий момент, действующий на полоску шириной 1см 3-его участка. 

   Из  трех значений моментов выбираем максимальный. Определим толщину плиты из условия  устойчивости плиты:

   

,

   

см => = 28 мм. 

3. Подбор сечения анкерных болтов:

   Прикрепление  базы колонны к фундаменту осуществляется анкерными болтами, которые работают только на растяжение и воспринимают усилие, отрывающее базу колонны от фундамента.

   

,

   где – сила растяжения в болтах,

    – расстояние от центра сатой зоны до действия силы растяжения в болтах

   

см,

    – расстояние от центра сжатой зоны до оси действия нормальной силы N

   

см,

    – длина сжатой зоны

   

см.

   Будем рассматривать 2 сочетания нагрузок М_а и N_а:

   - собственный  вес + ветер:

        кг*м,

        кг,

        кг.

   - собственный  вес +0,9*(ветер+снег):

         кг*м,

        кг,

        кг.

   Из  этих двух сочетание выбираем то, в  котором  имеет наибольшее значение.

   Найдем  напряжение растяжения в болте:

   

,

   где  – площадь поперечного сечения болта с учетом резьбы,

    кг/см².

   

см² => см²,

   

,

   где – глубина заделки болта в фундамент мм,

    – высота траверсы,

    – толщина анкерной плиты мм,

    .

   Размер  анкерной плиты будем принимать  конструктивно. 

4. Расчет высоты  траверсы:

   Расчетная схема траверсы – неразрезная 2-х  опорная балка.

   

кг/см²,

   

 кг*см,

   

 кг*см.

   Выбираем  максимальный момент.

   Траверса  работает на изгиб. Условие прочности  при работе на изгиб:

   

,

   

см => см. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Литература

1. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»
2. Б.А.Гаврилин, Н.М.Тимофеев «Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания: Методические указания», СПб, ГТУ, 1993 г.
3. Б.А.Гаврилин, Н.М.Тимофеев, Н.М.Фомин «Проектирование стальной стропильной фермы: Методические указания к курсовому проекту», Ленинград, ЛГТУ, 1991 г.
4. Б.А.Гаврилин, Н.М.Тимофеев «Проектирование сплошной внецентренно сжатой колонны: Методические указания к курсовому проекту», Ленинград, ЛПИ, 1989 г.