Стальной каркас одноэтажного производственного здания

Федеральное агентство  по образованию РФ

Казанский государственный  архитектурно-строительный университет

 

 

 

 

 

 

Кафедра МК

 

 

 

Курсовой проект №2

По теме: «стальной  каркас одноэтажного производственного  здания».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                       

 

 

 

 

                                                           Выполнил: студент гр. 8ПГ-404

                                                           Гайсин Р.

                                                           Проверил: Ефимов О. И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань 2011

 

Содержание:

1.	Введение	3
2.	Исходные данные	3
3.	Компоновка конструктивной схемы  каркаса	3
3.1.	Поперечная система каркаса	3
3.2.	Продольная система каркаса	5
4.	Расчет и конструирование подкрановых  конструкций	6
4.1.	Определение действующих нагрузок. Расчетные внутренние усилия	7
4.2.	Подбор сечения бисимметричной сплошной подкрановой балки. Компоновка сечения тормозной конструкции	8
4.3.	Проверка принятого сечения  бисимметричной сплошной подкрановой балки	10
4.4.	Расчет поясных сварных швов	16
4.5.	Расчет опорных ребер	17
5.1.	Статический расчет рамы	18
5.2.	Нагрузки на раму	18
5.2.1.	Расчетные постоянные нагрузки	19
5.2.2.	Расчетная снеговая нагрузка	19
5.2.3.	Нагрузки от мостовых кранов	20
5.2.4.	Ветровые нагрузки	20
5.2.5.	Определение расчетных усилий	22
6.	Расчет и конструирование стропильной  фермы	26
6.1.	Нагрузки на ферму	26
6.2.	Расчетная схема фермы	26
6.3.	Определение расчётных усилий в  стержнях стропильной фермы	27
6.4.	Подбор сечений стержней стропильной фермы	29
6.5.	Расчет узлов стропильной фермы	30
7.	Расчет и конструирование ступенчатой  колонны	35
7.1.	Определение расчетных длин участков ступенчатой колонны	35
7.2.	Расчет и конструирование надкрановой  части колонны	36
7.3.	Расчет и конструирование нижней части колонны	39
7.4.	Расчет и конструирование стыка  верхней части колонны с нижней	44
7.5.	Расчет и конструирование базы колонны	46
9.	Список использованной литературы	50

 

 

 

 

 

1. Введение.

Целью проектирования является приобретение студентом практических навыков самостоятельного пользования и применения теоретических основ и соответствующей нормативной базы при решении конкретной технической задачи. В данном проекте предусматривается разработка стального каркаса одноэтажного производственного здания по исходным данным. При этом данные: стены - самонесущие; группа режимов работы мостовых кранов - 5 К (см. приложение 1 [2]); количество кранов в пролёте - 2; краны с гибким подвесом груза; здание отапливаемое, следует принять для всех вариантов.

Расчету и конструированию подлежат:

• подкрановые конструкции;

• стропильная ферма покрытия;

• ступенчатая внецентренно-сжатая колонна.

 

2. Исходные данные.

Пролет цеха 36 м

Грузоподъемность крана 50/12,5 т

Отметка верха кранового рельса 13,2 м

Шаг колонн 12 м

Несущая конструкция кровли –  профнастил

Длина здания 120 м

Класс бетона фундамента В 15

Место строительства Воронеж

Утеплитель керамзит

Марка стали для рам 09Г2 ( )

Марка стали для подкрановых балок 18Гсп ( )

 

3. Компоновка конструктивной схемы каркаса.

При проектировании каркас производственного  здания обычно расчленяется на две  системы - поперечную и продольною, работа каждой из них под нагрузкой  принимается независимой. В состав этих систем включают конструкции, работа которых является определяющей для данной системы.

 

3.1 Поперечная система каркаса.

В поперечную систему - раму включают только колонны и ригели покрытия. Рама образуется двумя жестко заделанными  в фундамент ступенчатыми колоннами и ригелем – жестко опертой стропильной фермой (рис. 1). Стропильная ферма - ферма с параллельными поясами (при использовании в качестве несущих конструкций кровли профилированного настила и прогонов) или трапециевидная (при использовании крупноразмерных железобетонных ребристых плит).

При компоновке поперечной рамы сначала  следует определить вертикальные размеры  рамы и ее элементов, привязывая размеры  к уровню чистого пола.

Размер h - отметка верха кранового рельса.

Размер h - диктуется вертикальными габаритами мостового крана.

где: - габаритный размер крана от верха подкранового рельса до верхней точки тележки мостового крана ; 100мм - зазор между этой точкой и низом стропильной фермы (требование техники безопасности); а = 400мм – возможный прогиб конструкции. Размер принимается кратным 200мм с округлением в большую сторону.

(принимаем h₂ = 380 см)

Полезная высота цеха должна быть кратна 0,6 м.

(принимаем H = 1740 см)

Высота верхней части  колонны

, где  , B – шаг колонн; высота рельса, принимается по ГОСТ 4121-76*

; ; ;

Высота нижней части колонны

Общая высота колонны

Высота колонны у опоры ригеля зависит от конструкции фермы. Для фермы с параллельными поясами пролетом 36 м

Привязка наружной грани колонны  к разбивочной оси –  .

Ширина верхней части колонны  из условия обеспечения необходимой  изгибной жесткости:

Расстояние от оси колонны до оси подкрановой балки:

(принимаем λ = 75 см)

 

Рис. 1

 

 

 

Ширина нижней части колонны:

. Для промышленных зданий  с мостовыми кранами с группами  режимов работы до 6К включительно  .

3.2 Продольная система каркаса.

В продольном направлении здание расчленяется на 2 температурных блока длиной 126м каждый. Каркас каждого температурного блока является самостоятельным.

В продольную систему каркаса входят колонны, подкрановые балки, вертикальные связи и те из продольных элементов, которые выполняют роль связевых, обеспечивая устойчивость и неизменяемость каркаса в продольном направлении. В продольной системе колонны проектируются шарнирно опёртыми на фундамент, при этом геометрическая неизменяемость обеспечивается постановкой по колоннам вертикальных связей. Вертикальные связи по колоннам проектируются двух типов: основные, располагаемые по всей высоте колонны от верхнего конца до фундаментов; верхние, располагаемые в пределах верхних участков колонн от верха подкрановых балок (рис. 2).

Основные связи следует располагать  в средней части здания или температурного блока здания. Предельное расстояние от температурного шва или торца здания до оси ближайшей основной связи см. табл. 42 [1]. При наличии в одном температурном блоке или здании двух основных связей, расстояние между последними в осях - см. табл. 42 [1].

Верхние связи устанавливают  по краям здания или температурного блока, а также в тех местах, где расположены поперечные горизонтальные связи между ригелями покрытия.

Рекомендуется применение связей с  обычной крестовой решёткой. Примыкание связей к колоннам осуществляется по оси колонны при условии, что ширина колонны не превышает 600мм. При большей ширине колонны и при сквозных колоннах применяются парные связи, примыкающие к каждой полке или к каждой ветви колонны.

Рис. 2

Связи по покрытию предусматриваются: в уровне верхних поясов стропильных  ферм; в уровне нижних поясов стропильных  ферм; вертикальные связи между стропильными фермами.

Связи по верхним поясам стропильных  ферм (рис. 3,а) состоят из продольных элементов - распорок и горизонтальных поперечных связевых ферм. Последние помещают по торцам здания или температурного блока. При длине здания или блока более значения, оговорённого в п.13.18. [1] (144м) предусматриваются промежуточные поперечные связевые фермы, располагаемые в середине. Узлы связевых ферм должны совпадать с узлами стропильных ферм. Коньковые узлы раскрепляются распорками.

Рис. 3

а) связи по верхним поясам; б) связи  по нижним поясам; в) вертикальные связи по фермам

 

Связи по нижним поясам стропильных ферм (рис. 3,б) состоят из горизонтальных поперечных и продольных связевых ферм. Поперечные связевые фермы по нижним поясам ставятся под поперечными связевыми фермами по верхним поясам стропильных ферм.

Вертикальные связевые фермы (рис. 3,в) располагают в местах установки поперечных связевых ферм.

 

4. Расчет и конструирование подкрановых конструкций.

К подкрановым конструкциям относятся:

• подкрановые балки;

• тормозные балки;

• вертикальные и горизонтальные связи, обеспечивающие необходимую жёсткость и неизменяемость конструкции;

• крановые рельсы с креплениями  и упорами.

Подкрановые балки работают на подвижную  динамическую нагрузку от мостовых кранов, воспринимая большие сосредоточенные  силы давления крановых колёс и испытывая одновременное воздействие вертикальных и горизонтальных (от торможения крановой тележки) нагрузок.

В практике проектирования существует два основных варианта компоновки подкрановых конструкций: бисимметричная двутавровая подкрановая балка в сочетании с тормозной балкой (фермой); моносимметричная двутавровая подкрановая балка с более развитым верхним поясом. В нашем курсовом проекте мы будем рассчитывать бисимметричную подкрановую балку.

4.1 Определение действующих нагрузок. Расчетные внутренние усилия.

Расчёт подкрановой балки  произведем на совместное действие двух сближенных кранов с грузовыми тележками, тормозящими вблизи балки.

Расчётные значения вертикальных и  горизонтальных крановых нагрузок определим по формулам:

;   ; где ;

Здесь: нормативная сила вертикального давления колеса крана на рельс принимается по ГОСТ 6711-81, ГОСТ 25711-81, ;

коэффициент надёжности по нагрузке для крановых нагрузок, принимаемый по указаниям пункта 4.8. [2], ;

коэффициент надёжности по ответственности (временно отменен);

, коэффициенты динамичности (отменены);

 коэффициент сочетаний, принимаемый  по указаниям пункта 4.17. [2], ; нормативная горизонтальная нагрузка, приходящаяся на одно колесо крана; полная нормативная горизонтальная нагрузка, вызываемая торможением тележки крана и определяемая по указаниям пункта 4.4. [2] ; число колёс с одной стороны крана, .

;   ;

Схема нагрузок, действующих на балку, приведена на рис. 4.

 Рис.4

 

Максимально возможные внутренние усилия в подкрановой балке.

Максимально возможный изгибающий момент в разрезной балке, нагруженной системой взаимосвязанных подвижных грузов, возникает в том случае, если равнодействующая этой системы грузов и ближайший к ней груз равноудалены от середины пролёта балки. Максимальный изгибающий момент возникает в этом случае в сечении, расположенном под этим грузом (правило Винклера), рис. 5:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

x=391,7см 
; ;

;

;

Для определения максимально возможной  перерезывающей силы в балке от вертикальной нагрузки краны располагают таким  образом, чтобы одно из колёс (один из грузов; находилось непосредственно  над опорой, а остальные - как можно ближе к ней (рис. 5).

;

;

.

Расчётные внутренние усилия в балке  от действия вертикальных крановых нагрузок с учётом собственного веса подкрановых конструкций и по формуле:

;   ; где

;  

Расчётные изгибающий момент и перерезывающая сила от горизонтальной нагрузки, вызываемой торможением тележки, определяются формулами:

        .

 

4.2 Подбор сечения бисимметричной сплошной подкрановой балки. Компоновка сечения тормозной конструкции.

Подбор сечения начинаем с определения требуемого момента сопротивления крайних фибр

, где  в , ; по табл. 6* [1].

.

Назначим ориентировочно размеры  и (см. рис. 6)