Стальной каркас одноэтажного производственного здания

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительных конструкций

 

 

Допускаю к защите

Руководитель ________________

____________________________

И.О. Фамилия

 

СТАЛЬНОЙ КАРКАС ОДНОЭТАЖНОГО

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по металлическим конструкциям,

включая сварку

 

 

Выполнил студент группы _____________  ___________  _________________

шифр                   подпись                      И.О. Фамилия

 

Нормоконтроль                                               ___________  _________________

подпись                       И.О. Фамилия

 

Курсовой проект защищен с оценкой __________________________________

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2013 г.

 

 

 

1. Компоновка однопролетной рамы

производственного здания

Компоновка поперечной рамы начинается с установления ее генеральных габаритных размеров и основных размеров в плоскости рамы элементов конструкций, входящих в состав рамы.

Размеры по вертикали привязываются к отметке уровня пола, принимая ее нулевой, размеры по горизонтали – к продольным осям здания.

Генеральные размеры здания: пролет L, высота до уровня головки кранового рельса Н₁ и полезная высота здания Н_о назначаются в зависимости от габаритов оборудования (в том числе кранового) и характера технологического процесса в цехе.

Высота от головки кранового  рельса до низа несущей конструкции  покрытия Н₂ обусловлена крановым габаритом над головкой рельса Н_к (справочные данные по мостовым опорным электрическим кранам приведены в табл. 2.2).

Отметка головки кранового рельса Н₁ = 12,8 м, с пересчетом.

Устанавливаем вертикальные размеры.

Минимальное расстояние от головки кранового рельса до низа фермы

Н₂ = Н_к + 100 + а = 4800 + 100 + 300 = 5200 мм,

где    H_k – высота от головки кранового рельса до верхней части тележки;

100 мм – зазор, устанавливаемый  техническими условиями эксплуатации  кранов;

а – зазор, учитывающий прогиб фермы по нижнему поясу и размеры выступающих вниз частей элементов связей с учетом их прогиба и принимаемый равным 200–400 мм в зависимости от пролета (для больших пролетов – больший размер).

Для соблюдения условий унификации размер Н₂ принимается кратным

200 мм.

Рис. 1.1. Схема поперечной рамы

Полная высота цеха от уровня пола до низа стропильной фермы

Н_о = Н₁ + Н₂ = 12800 + 5200 = 18000 мм.

Размер Н_о принимается кратным 1,2 до 10,8 м, при большей высоте – кратным 1,8 м. В отдельных случаях при соответствующем обосновании допускается модуль 0,6 м. Унификация производится за счет изменения Н₁ в большую сторону, оставляя размер Н₂ минимально необходимым.

Высота верхней части колонны

Н_в = Н₂ + h_б + h_р = 5200 + 1700 + 200 = 7100 мм,

где    h_б = В/7 = 12000 / 7 » 1700 мм – высота балки, принимаемая по табл. 2.3 (при последующем проектировании уточняется);

h_р = 200 мм – предварительно принятая высота кранового рельса с подкладкой.

Т а б л и ц а  2.3

Основные  размеры элементов подкрановых  балок

Грузоподъемность крана, т	Основные размеры элементов  подкрановых балок
	Высота балки hb при шаге колонн		Ширина опорного ребра bp при шаге колонн, мм
	B = 6 м	B = 12 м	B = 6 м	B = 12 м
20/5	1/7 B	1/9 B	250	280
32/5	1/7 B	1/9 B	320	320
50/12,5	1/6 B	1/8,5 B	320	320
80/20	1/6 B	1/7,5 B	360	360
100/20	1/6 B	1/7 B	360	360
125/20	1/6 B	1/7 B	360	400
160/32	1/6 В	1/7 B	360	400
200/32	1/6 B	1/7 B	360	400

Высота нижней части колонны

Н_н = Н_о – Н_в + H_ф = 18000 – 7100 + 600 = 11500 мм,

где   Н_ф = 600 мм – заглубление опорной плиты базы колонны ниже нулевой отметки пола (предварительно принимается 600–900 мм с учетом высоты траверсы и уточняется в процессе проектирования базы).

Высота колонны

Н = Н_н + Н_в = 11500 + 7100 = 18600 мм.

Высота ригеля у опоры Н_р,о = 3150 мм (по обушкам уголков) при применении типовых стропильных ферм с элементами из парных уголков с уклоном верхнего пояса i = 0,015–0,025. Фермы для пролетов 18 и 24 м под покрытия из стальных профилированных настилов, уложенных на прогоны, применяются пониженной высоты 2250 мм.

Высота шатровой части здания

Н_ш = Н_р,о + Н_кр = 3150 + 350 = 3500 мм,

где    Н_кр – высота несущих конструкций кровли (плит покрытия или прогонов) плюс толщина самой кровли.

При наличии фонарной надстройки, высота которой определяется светотехническим расчетом с учетом типовых фонарных переплетов, в высоту шатровой части добавляется высота фонаря.

Устанавливаем горизонтальные размеры рамы и ее элементов.

Привязка наружной грани колонны  к разбивочной оси принимается:

а_о = 0 (нулевая) – в зданиях без мостовых кранов или с подвесным крановым оборудованием (с колоннами постоянного сечения), а также в невысоких зданиях (при высоте от пола до низа фермы менее 16,2 м, при шаге колонн 6 м), оборудованных кранами грузоподъемностью не более 30 т;

а_о = 500 мм – в относительно высоких зданиях с колоннами ступенчатого типа, при наличии мостовых кранов грузоподъемностью более 80 т, а также в зданиях, обслуживаемых мостовыми кранами групп режима работы 7К и 8К (независимо от грузоподъемности крана) при устройстве прохода в верхней части колонны;

а_о = 250 мм – в остальных случаях.

Принимаем привязку а_о = 500 мм.

Высоту сечения верхней (надкрановой) части колонн h_в рекомендуется назначать 450 или 700 мм (с учетом унифицированной привязки торца фермы к разбивочной оси 200 мм). При проходе в стенке колонны высота сечения верхней части колонны h_в должна быть не менее 1000 мм. Из условия обеспечения необходимой жесткости колонны в плоскости рамы она принимается не менее 1/12 высоты Н_в:

h_в,min = Н_в/12 = 7100 / 12 = 592 мм.

Принимаем h_в = 700 мм.

Если по условиям прочности или  жесткости колонны требуется  большая высота h_в, то можно принять высоту сечения в пределах высоты фермы 450 или 700 мм, а ниже фермы – бóльшую.

Минимальное расстояние от оси подкрановой  балки до оси колонны (привязка крана)

l_min = В₁ + (h_в – a_о) + с = 500 + (700 – 500) + 75 = 775 мм,

где    В₁ = 400 мм – часть мостового крана, выступающая за ось рельса, принимается из табл. 2.2;

(h_в – a_о) – расстояние от продольной оси до внутренней грани колонны;

с = 75 мм – зазор между краном и гранью колонны по требованиям безопасности.

Пролет крана увязывается с  пролетом здания. Поскольку пролеты кранов кратны 500 мм, расстояние l принимается кратным 250 мм.

Принимаем l = 1000 мм > l_min = 775 мм. 

                           

Рис.1.2. Привязка колонны и крана к продольным разбивочным осям:

а – с проемом для прохода в верхней части колонны; б – с проходом вдоль подкрановых путей

Пролет крана

L_k = L – 2l_min = 30 – 2 · 1 = 28 м.

Высота сечения подкрановой  части колонны h_н назначается из условия обеспечения жесткости цеха в поперечном направлении и принимается не менее h_н,min = H/20 = 18600 / 20 = 930 мм.

При совмещении оси подкрановой  балки с осью подкрановой ветви  колонны высоту сечения нижней части колонны принимаем:

h_н = а_о + l = 500 + 1000 = 1500 мм > h_н,min = 930 мм.

2. РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ

Для определения усилий в элементах рамы устанавливается расчетная схема рамы, собираются действующие на нее нагрузки, назначаются жесткости элементов рамы, выполняется статический расчет рамы и выявляется комбинации нагрузок, дающие наибольшие усилия для расчета каждого элемента рамы.

2.1. Расчетная схема рамы

В расчетной схеме  рамы (рис. 3.1) колонны переменного ступенчатого сечения заменяются ломаными стержнями, проходящими через центры тяжести сечений с расстояниями между осями верхнего и нижнего участков

e₁ ≈ (0,45–0,55)h_н – 0,5h_в.

Рис. 3.1. Расчетная схема рамы

Предварительно, принимая центр тяжести нижнего участка  колонны по середине сечения, находим:

e₁ = 0,5(h_н – h_в) = 0,5 (1500 – 700) = 400 мм.

Расстояние между осями  нижних участков колонны

L_o = L – 2e₁ = 30000 – 2 · 400 = 29200 мм.

Стропильная ферма при малоуклонном верхнем поясе заменяется экви-

валентным по жесткости  прямолинейным стержнем. При восходящем опорном раскосе стержень проходит на уровне нижнего пояса фермы, при нисходящем – по оси верхнего пояса.

Колонны жестко защемлены  в фундаменте. Сопряжение колонны с ригелем при грузоподъемности мостовых кранов 100 т, независимо от режима их работы, принимается жестким.

При шарнирном сопряжении ригеля с колонной учитывается внецентренное опирание фермы на колонну. При примыкании стропильной фермы к колонне сбоку эксцентриситет опирания фермы по отношению к геометрической оси верхней части колонны принимают e_р = h_в/2 = 700 / 2 = 350 мм.

Поперечная рама здания – статически неопределимая система. Для ее расчета методами строительной механики необходимо в качестве исходных данных иметь жесткости всех элементов рамы или их соотношения. Вначале размеры сечений стержней неизвестны, поэтому жесткостями предварительно следует задаться по проектным аналогам либо определить их, используя эмпирические зависимости.

2.2. Нагрузки, действующие на поперечную раму

Место строительства – г. Томск. Расчетная температура в районе строительства t = –18 ^оС (согласно СНиП 23-01 за расчетную температуру следует принимать температуру наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98).

Здание отапливаемое (утеплитель из пенобетонных плит t = 180 мм принят условно без теплотехнического расчета). Пролет здания 30 м; шаг колонн 12 м. Покрытие прогонное, шаг прогонов а_пр = 3 м, уклон кровли            i = 0,025.

Выбор стали для конструкций производится согласно табл. 3.1.

для классов С245 и С255 при толщине проката до 20 мм включительно R_y = 24 кН/см², свыше 20 мм R_y = 23 кН/см².

2.2.1. Постоянные нагрузки

Вес конструкций определяется по эмпирическим формулам или таблицам в зависимости от их параметров (конструктивной формы, характера работы, пролета здания, шага колонн) и величины действующих нагрузок. С меньшей точностью весом конструкций можно предварительно задаться, основываясь на проектах-аналогах.

Постоянные нагрузки от ограждающих и несущих конструкций покрытия принимаются равномерно распределенными по длине ригеля.

Вес кровли подсчитывается по фактическим показателям в соответствии с принятыми ограждающими конструкциями покрытия (табл. 3.4). Нагрузки от несущих конструкций и элементов покрытия можно принять по табл. 3.5. Вес прогона и расход стали на 1 м² площади покрытия определяется по табл. 3.6 в зависимости от пролета прогона (шага стропильных ферм) и расчетной погонной нагрузки на прогон, равной

q_пр = (g_пк/cos φ + g_пр,n γ_f + S_g)а_пр =

= (1,732 / 1 + 0,2 · 1,05 + 2,4) 3 = 13,1 кН/м,

где   g_пк – расчетная нагрузка от собственного веса ограждающих конструкций покрытия;

φ – угол наклона кровли к горизонтальной плоскости (cos φ ≈ 1 при уклоне кровли i ≤ 1/ 8, в дальнейших расчетах уклоном кровли можно пренебречь);

g_пр,n – нормативное значение расхода стали на прогон, предварительно

принимаемое 0,20 кН/м² при пролете прогона 12 м. После принятия сечения прогона его вес уточняется по табл. 3.6;

γ_f = 1,05– коэффициент надежности по нагрузке для стального проката;

S_g = 1,2 кН/м² – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли для площадок, расположенных на высоте не более 1500 м над уровнем моря, принимается в зависимости от снегового района Российской Федерации по данным таблицы 3.7 (для г. Иркутска снеговой район ІІ).

Т а б л и ц  а 3.4

Нагрузки на прогон от веса ограждающих