Разработка схемы стального каркаса цеха

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Разработка схемы стального  каркаса цеха

1.1.Определение основных размеров  поперечной рамы цеха

1.1.1.Определение вертикальных размеров

1.1.2Определение горизонтальных  размеров

1.2. Разработка схем горизонтальных  связей в плоскости верхних  и нижних поясов стропильных  ферм, вертикальных связей между  фермами и колоннами

1.2.1Разработка схем горизонтальных  связей в плоскости верхних  и нижних поясов стропильных  ферм

1.2.2Разработка вертикальных связей  между фермами

1.2.3Разработка вертикальных связей  между колоннами

1.3. Разработка схем продольного  и торцевого фахверков

2. Расчет подкрановых и тормозных  балок

2.1. Определение усилий в подкрановой  и тормозной балках

2.2. Подбор сечений подкрановой  и тормозной балок и проверка  их прочности 

3. Конструктивный расчет  стропильной  фермы

3.1. Определение усилий в стержнях  ригеля

3.2. Подбор сечений стержней

3.3.Расчет узлов ригеля

Заключение

Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Металлические конструкции широко применяют при  возведении различных зданий и сооружений. Благодаря значительной прочности  и плотности металла, эффективности  соединений элементов, высокой степени  индустриальности изготовления и монтажа, возможности сборности и разборности элементов металлические конструкции характеризуются сравнительно малым собственным весом, обладают газо- и водонепроницаемостью, обеспечивают скоростной монтаж зданий и сооружений и ускоряют ввод их в эксплуатацию. Основной недостаток стальных конструкций – подверженность коррозии – устраняется их окраской, покрытием полимерными материалами или смолами, оцинкованием и другими методами защиты.

Каркас одноэтажного производственного здания представляет собой комплекс несущих конструкций, связанных в неизменяемую пространственную систему. Он предназначен для восприятия нагрузок от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, снега  и ветра, мостовых кранов и т.п. Каркас производственного здания проектируется  так, чтобы несущая способность  поперек здания обеспечивалась поперечными  рамами, а вдоль – продольными  элементами каркаса, стеновыми и  кровельными панелями. Поперечные рамы состоят из ступенчатых колонн, жестко защемленных в фундаменте, и ригелей  в виде стропильных ферм. Продольные элементы каркаса включают в себя подкрановые конструкции, связи  между колоннами и фермами.

Основными задачами при компоновке каркаса являются: компоновка поперечной рамы, размещение колонн здания в плане, системы связей, выбор материалов конструкций и  т.д.

Проектирование  поперечной рамы начинают с выбора конструктивной схемы и ее компоновки. Принятые конструктивные схемы зданий и сооружений должны обеспечивать прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость как здания в целом, так и их отдельных элементов при транспортировании, монтаже и эксплуатации. Марки  сталей, сплавов и материалов соединений, а также дополнительные требования к ним,  предусмотренных государственными стандартами, указывают в рабочих и деталировочных чертежах, а также в документации на заказ материалов.

Курсовой  проект состоит из 3 основных разделов.

В первом разделе  курсового проекта рассматриваются  вопросы разработки схемы стального  каркаса цеха.

Во втором разделе рассчитываются подкрановые  и тормозные балки.

В третьем  разделе производится конструктивный расчет стропильной фермы.

 

1.Разработка схемы стального каркаса цеха

 

Проектирование  начинают с выбора конструктивной схемы и ее компоновки.

1. Определение основных размеров поперечной рамы цеха

 

1.1.1  Определение вертикальных размеров

На рисунке 1 представлена конструктивная схема  поперечной рамы одноэтажного  однопролетного промышленного здания.

Рисунок 1 - Схема поперечной рамы одноэтажного промышленного здания

 

Пролет рамы L = 36 м, отметка головки рельса h₁ = 12400 мм.

Параметры крана: высота Н_кр  = 1900 мм; свес В₁= 260 мм, рельс КР-70.

Определяем  расстояние от головки кранового  рельса до низа стропильных конструкций  покрытия:

 

,

где - габаритный размер крана + зазор, второе значение учитывает прогиб ферм и связей;

f – размер, учитывающий прогиб конструкций покрытия, f = 200 – 400 мм (для больших пролетов – больший размер).

 

 

Высота цеха равна:

 

Так как Н₀ принимается кратным 1,8 м. принимаем Н₀=16200 мм.

Полная высота здания равна:

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - Конструктивное решение верхней части ступенчатой колонны:

а) – с проходом в колонне; б) – с проходом вне колонны.

Принимаем схему колонны рисунок 2, а.

Полная высота колонны равна:

 

Высота верхней  части колонны:

 

где – высота подкрановой балки:

 

- высота кранового рельса,

 

Высота нижней части колонны:

=

где (600…1000) мм - заглубление опорной плиты  башмака колонны ниже нулевой  отметки пола.

 

 

 

1.1.2  Определение горизонтальных размеров

 

Принимаем: привязку а = 250 мм; В₁  = 260 мм – свес кранового моста; с - зазор между колонной и краном, принимается обычно равный 60 –75мм. Принимаем с = 75 мм.

Пролет крана  равен:

 

где L = 36 м – пролет рамы; - расстояние от оси подкрановой балки до разбивочной оси колонны.

 

Принимаем l=750 мм (кратно 250).

Производим  высотную разбивку стен и остекления с учетом освещенности и архитектурных  требований. Цокольная панель высотой 1,8 м укладывается на фундаментную балку. Низ панели совмещается с отметкой пола. Далее размещается оконный  проем высотой 9,0 м. Над проемом устанавливаем две панели-перемычки высотой 1,8 м. Затем размещается оконный проем высотой 3,0 м и устанавливаются две панели перемычки высотой 1,8 м и одна – 1,2 м. Имеется парапет высотой 500 мм. Высотная разбивка стенового ограждения показана на рисунке 1.

2. Разработка схем горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм, вертикальных связей между фермами и колоннами

 

1. Разработка схем горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм

 

В систему  связей каркаса входят горизонтальные связи в плоскости верхних  и нижних поясов ригеля, вертикальные – между фермами и по колоннам.

Связи в плоскости  верхних поясов ферм состоят из поперечных связевых ферм и распорок. Они служат для обеспечения устойчивости верхнего пояса фермы и удобства монтажа.

Рисунок  3 -  Связи каркаса  в плоскости верхних поясов

Рисунок 4 -  Связи каркаса в  плоскости нижних поясов

 

Связи по нижним поясам ферм состоят из поперечных и продольных связевых ферм и растяжек. Они обеспечивают пространственную работу каркаса, неподвижность верхних  частей колонн и воспринимают давление ветровой нагрузки от стоек фахверка.

 

1.2.2Разработка  вертикальных связей между фермами

 

Для увеличения боковой жесткости и удобства при монтаже связи устраивают по опорам ферм и в промежутке при  пролете 30 м – по 2 шт. Вдоль здания эти связи размещают в плоскости  поперечных связей и в промежутке через 3– 4 шага ферм.

Вертикальные  связи выполняют в виде треугольной  решетки из одиночных уголков  с сечением, принятым по предельной гибкости.

Рисунок 5 -  Вертикальные связи  между фермами

 

 

 

3. Разработка вертикальных связей между колоннами

 

Устойчивость  колонн в продольном направлении  обеспечивается вертикальными связями между колоннами, Связи располагают посередине здания или температурного отсека, чтобы меньше препятствовать температурным деформациям продольных элементов.

Наиболее  простая схема связей крестовая, она применяется при шаге колонн до 12 м. Рациональный угол наклона связей 35—55°, поэтому при небольшом шаге, но большой высоте колонн устанавливают две крестовые связи по высоте нижней части колонны  

Вертикальные  связи между колоннами воспринимают усилия от ветра, действующего на торец  здания, и продольного торможения крана.

Рисунок 6 -  Вертикальные связи  между колоннами

 

3. Разработка схем продольного и торцевого фахверков

Продольный  фахверк устраивают в том случае, если шаг колонн поперечных рам больше длины панелей стенового ограждения. Длина панелей составляет 12 м. Шаг  колонн поперечных рам составляет 15 м. Необходимо устроить продольные фахверки. В данном случае продольный фахверк  состоит из системы ригелей. Шаг  ригелей зависит от типа стены, его  принимают в пределах 3…4 м.

Рисунок 7 -  Продольный фахверк

Торцевые  фахверки состоят из стоек, располагаемых  по всей длине торцевой стены и  служащих опорами для ригелей  каркаса стен. Опорами стоек сверху служат поперечные связевые фермы. Опирание стойки фахверка производят через листовой шарнир, позволяющий передавать ветровую нагрузку с торцевой стены на стойку, но не препятствовать деформациям ригелей рам. При большой высоте здания, когда до низа ригелей рам более 15…18 м, устраивают промежуточные опоры для фахверковой стойки в виде промежуточной ветровой фермы или балки. совмещаемой обычно с уровнем подкрановой конструкции, что одновременно обеспечивает проход по всему периметру здания на соответствующей отметке. Разбивка стоек в плане зависит от количества и размеров проемов, проездов и конструктивного решения стены. При больших габаритах ворот часть стоек фахверка может оказаться в пределах габарита этого проема и в этом случае низ стойки опирают на горизонтальный надворотный ригель.

Принимаем фахверковые  стойки, располагаемые по всей длине  торцевой стены. Опорами стоек сверху служат поперечные связевые фермы.

 

Рисунок 8 -  Схема торцевого фахверка.

 

2. Расчет подкрановых и тормозных балок

 

2.1 Определение усилий в подкрановой и тормозной балках

Рассчитать  подкрановую балку пролётом 12 м  под два крана грузоподъёмностью 10 т тяжелого режима работы. Характеристики крана: давление колеса на подкрановый рельс масса тележки пролет крана 31,5 м, ширина крана 6300 мм, база крана 5000 мм, тип кранового рельса КР-70 (высота рельса ширина подошвы b=120 мм, площадь сечения масса 1 м рельса

Материал  балки – сталь 09Г2(С345), по ГОСТ 23570-79. Расчётное сопротивление для  этой стали:

Для стали  С345, принята сварочная проволока  Св- 08 ГА. Схема двух сближенных кранов показана на рисунке 9.

 

Рисунок 9 -  Схема двух сближенных кранов.

 

Определение нагрузок.

Вертикальное  давление колеса крана:

 

Горизонтальное  боковое давление колеса крана от поперечного торможения тележки:

 

 

 

 

где k_d1, k_d2 – коэффициенты динамичности; k_d1 принимается равным: 1 –для кранов легкого и среднего режимов работы независимо от шага колонн и 1,1- 1,2 – для кранов тяжелого и весьма тяжелого режимов работы в зависимости от шага колонн; γ_f = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке; – максимальное нормативное давление на каток крана (по ГОСТ или ТУ на краны); k_d2 = 1 —для легкого, среднего и тяжелого режимов (1К— 6К) и k_d2 = 1,1 —для весьма тяжелого режима (7К— 8К); ψ_с – понижающий коэффициент сочетания (согласно СНиП 2.01.07-85 ψ_с = 0,85 – при кранах легкого и среднего режимов работы; ψ_с = 0,95 – при кранах тяжелого и весьма тяжелого режимов работы; ψ_с = 1 – при учете нагрузки только от одного крана).

 

Определение расчетных усилий.

Для определения  наибольших изгибающих моментов и поперечных сил устанавливаем краны в  не выгоднейшее положение. Положение  равнодействующей сил R=3F по отношению к середине балки находим по значению x.

,

 

где В=6300 мм – ширина крана, К=5000 мм – база крана.

 

а)

 

б)

Рисунок 10 – Крановые нагрузки:

а – определение  момента; б – для определения  поперечной силы.

 

Определяем  опорные реакции :

 

 

Наибольший  изгибающий момент от вертикальных усилий в сечении балки под колесом, ближайшим к середине балки:

 

Расчетный момент с учетом собственного веса тормозной  балки:

 

Расчетный изгибающий момент от горизонтальных усилий:

 

       Наибольшее расчетное  значение вертикальной поперечной  силы:

 

 

Наибольшая  горизонтальная поперечная сила:

 

 

2.2 Подбор сечений подкрановой и тормозной балок и проверка их прочности

 

Подбор сечения  балки

Определяем  приближенно наименьшую высоту балки  из условия обеспечения жесткости  при предельном относительном прогибе 

 

Требуемый момент сопротивления балки:

 

Предварительная толщина стенки:

 

Принимаем  .

Оптимальная высота балки:

 

Принимаем стенку высотой  по ширине листового проката.

Проверяем толщину  стенки на прочность при срезе: