Расчет и конструирование металлического каркаса одноэтажного производственного каркаса

 

Министерство  Образования и Науки Республики Казахстан

Международная Образовательная Корпорация

Казахская Головная Архитектурно-Строительная Академия

 

 

 

 

 

 

Факультет Общего Строительства

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка к курсовому проекту по предмету Строительные конструкции III (Металлические конструкции) на тему: «Расчет и конструирование металлического каркаса одноэтажного производственного каркаса».

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: ст.гр. Стр(РПЗС)08-1

Афуксениди  Анна

                                                                 Проверил: ассоц.проф. Бакиров К.К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2011

Содержание:

1.Компоновка конструктивной схемы каркаса…………………………………………….

   Исходные данные……………………………………………………………………….…

    Компоновка поперечной рамы……………………………………………………….…..

   Вертикальные размеры……………………………………………………………………

   Горизонтальные размеры……………………………………………………………...….

2.Расчет поперечной рамы каркаса………………………………………………………….

    2.1 Выбор расчетной схемы рамы и определение действующих на неё нагрузок……

    Постоянная нагрузка………………………………………………………………………

  Снеговая нагрузка…………………………………………………………………………

  Крановая нагрузка…………………………………………………………………………

  Горизонтальное усилие на колонну от поперечного торможения крана………………

  Ветровая нагрузка………………………………………………………………………….

    2.2 Статический расчет поперечной рамы……………………………………………….

   Расчет на постоянные нагрузки……………………………………………………………

 Расчет на нагрузку от снега………………………………………………………………...

 Расчет на вертикальную нагрузку от мостовых кранов………………………………….

   Расчет на горизонтальное воздействие мостовых кранов……………………………….

   Расчет на ветровую нагрузку………………………………………………………………

2.3 Определение расчетных  усилий в сечениях рамы…………………………………....

3.Расчет и конструирование подкрановой балки……………………………….................

  Подбор сечения подкрановой балки……………………………………………………..

   Проверка прочности сечения…………………………………………………………….

4.Расчет и конструирование колонны………………………………………………………

   Подбор и проверка сечений верхней (надкрановой) части колонны………………….

   Компоновка сечения………………………………………………………………………

   Геометрические характеристики сечения………………………………………………..

   Проверка  устойчивости верхней части колонны из плоскости

   действия момента(относительно оси х-х)…………………………………………………

    Проверка  устойчивости верхней части колонны из плоскости

   действия момента(относительно оси у-у)…………………………………………………

   Подбор сечения нижней (подкрановой ) части колонны……………………………….

   Проверка устойчивости из плоскости рамы (относительно оси у-у)…………………..

    Расчет решетки подкрановой части колонны……………………………………………

   Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней части колонны………

   Расчет и конструирование базы колонны………………………………………………..

   База наружной ветви……………………………………………………………………….

   Анкерные болты……………………………………………………………………………

5.Расчет и конструирование стропильной фермы…………………………………………..

    Сбор нагрузок на ферму……………………………………………………………………                                               

    Определение усилий в элементах фермы от постоянной нагрузки ……………..............

    Определение усилий в элементах фермы от  снеговой нагрузки………………………..

    Опорные моменты и распор рамы…………………………………………………………

    Определение усилий в стержнях фермы…………………………………………………..

    Подбор и проверка сечений стержней фермы……………………………………………

    Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к фасонкам

    и поясам  ферм……………..……………………………………………………………..…

 

6.Список использованной литературы…………………………………….………………...

 

 

1. Компоновка конструктивной схемы каркаса

Последовательность  выполнения:

1. выбор схемы покрытия, конструкций кровли, схемы стропильной фермы и фонаря, типа сопряжения ригеля с колоннами (жесткое, шарнирное);
2. компоновка поперечной рамы;
3. компоновка связей по колоннам и покрытию;
4. выбор схемы фахверка и конструкции продольных и торцевых стен.

Исходные данные:

назначение  здания –  цех готовой продукции;

мостовые краны  – два крана грузоподъемностью Q_кр=80т;

группа режима работы кранов – 6К;

пролет здания – l=24м;

длина здания – L=96м;

шаг поперечных рам – B=12м;

отметка верха  рельса H₁=14м;

снеговая нагрузка – S₀=1,0кПа (II снеговой район);

ветровая нагрузка – W₀=0,3кПа.

Принимаем:

1. покрытие – без подстропильных ферм, прогонное;
2. стропильные фермы – с параллельными поясами, высотой на опоре между внешними гранями поясов Hф=2250мм;
3. сопряжения ферм с колоннами и колонн с фундаментами жесткие;
4. фонарь – аэрационный шириной B_фн=12м, высотой H_фн=4000мм с двуленточным остеклением.

Компоновка поперечной рамы

Вертикальные размеры

Размер H₂ зависит от высоты мостового крана (см. рис. 1.1):

,

где H_k+100 – расстояние от верха рельса до верхней точки тележки крана плюс зазор, установленный по требованиям техники безопасности между этой

точкой и  стропильными конструкциями, равный 100мм (табл.1 приложения);

f – размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия, принимаемый в пределах 200…400 мм, в зависимости от величины пролета здания (для больших пролетов больший размер).

Окончательный размер H₂ должен быть кратным 200мм.

Высота от уровня пола до низа стропильных ферм является полезной высотой цеха H₀

.

Увеличиваем полезную высоту цеха до кратности 600мм H₀=18000мм.

Определяем  размеры верхней Н_в и нижней Н_н частей колонны. Высота верхней части колонны:

,

где – высота подкрановой балки с рельсом, которая предварительно принимается равной 1/8…1/10 пролета балки (шага рам)

.

 

Принимаем (кратным 200мм).

.Размер нижней части колонны

,

где Н_загл – заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола, которое обычно принимается в пределах 600-1000мм.

Общая высоты колонны  рамы

.

Высота шатра

,

где t_п – толщина слоя покрытия.

Горизонтальные  размеры

      Учитывая режим работы и грузоподъемность  кранов [1, стр.268], привязку наружной  грани колонны к её оси принимаем  а=500 мм. Высота сечения верхней  части колонны h_в=2∙а=2∙500=1000 мм , что отвечает требованиям жесткости

Требуемое расстояние от оси подкрановой балки до оси  колонны

где В₁ – размер части кранового моста, выступающей за ось рельса (принимаемый по табл. 1 приложения);

75 мм – зазор  между краном о колонной.

Принимаем l₁=1000 мм (кратно 250 мм).

Высота сечения  нижней части колонны

h_н=а+l₁=500+1000=1500 мм.

Из условия  жесткости в поперечном направлении  цеха с кранами обычного режима

 

2. Расчет поперечной рамы каркаса

 

   Последовательность расчета:

1. выбор расчетной схемы и определение действующих на нее нагрузок;
2. статический расчет рамы;
3. определение расчетных усилий в сечениях рамы.

        2.1 Выбор расчетной схемы рамы и определение действующих на нее нагрузок.

        Расстояние между центрами тяжести сечений верхней и нижней частей колонны

е₀=(0,5…0,4)h_н – 0,5∙h_в=0,5∙1,5– 0,5∙1,0=0,25 м.

Расстояние от оси подкрановой  балки до центра тяжести сечения  нижней части колонны е_к=(0,5…0,6)h_н=0,5∙1,5=0, 75 м.

 

Постоянная нагрузка

 

Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы

q=g∙B_ф=1,54∙12=18,48 кН/м

где В_ф – шаг стропильных ферм, в примере В_ф=В=12 м.

Опорная реакция  ригеля от постоянной нагрузки

F_g=q∙L/2=18,48∙24/2=221,76 кН

Расчетный сосредоточенный  момент в месте уступа от смещения осей верхней и нижней частей колонны.

M_g=F_g∙e₀=221,76∙0,25=55,44 кН∙м

Состав нагрузки	Нормативная gn, кПа	γf	Расчетная g, кПа
1	2	3	4
Защитный слой из гравия по мастике t=15-20 мм Гидроизоляционный ковер из 4 слоев рубероида Пароизоляция из 1 слоя рубероида Стальной профилированный настил Прогоны сплошные пролетом 12м Собственная масса металлических конструкций шатра (фермы, фонари, связи)	0,3         0,2   0,04   0,15   0,5   0,5	1,3   1,3                1,3   1,05   1,05   1,05	0,39     0,26                0,05   0,16   0,16   0,52
ИТОГО	1,34		1,54

Снеговая  нагрузка

Расчетная линейная нагрузка на ригель рамы

S=S₀∙μ∙g_fs∙В_ф=1,0∙1∙1,4∙12=16,8 кН/м

где S₀ – нормативный вес снегового покрова;

μ – коэффициент  перехода от веса снегового покрова  земли к снеговой нагрузке на покрытие [3, пп. 5.3-5.6]. Так как уклон покрытия меньше 25⁰ принимаем μ=1. Для не утепленных покрытий цехов с повышенными тепловыделениями μ следует снижать на 20%;

γ_fs – коэффициент надежности по снеговой нагрузке.

Опорная реакция ригеля

F_s=S∙L/2=16,8∙24/2=201,6 кН

Расчетный сосредоточенный  момент в месте уступа

M_s=F_s∙e₀=201,6∙0,25=50,4 кН∙м

Крановая  нагрузка

Расчетное вертикальное усилие от двух сближенных кранов на колонну, к которой приближены тележки  с грузом

D_max=g_fk∙y_k∙∑F_kmax∙y_i+g_fg∙q_nk∙B

где F_kmax – нормативное вертикальное усилие от колеса крана на путь, к которому приближена тележка:

F_kmax=(F_1max+ F_2max)/2 =(350+370)/2=360 кН

y_i – ордината линии влияния опорной реакции подкрановых балок;

q_nk=5,0 кН/м – вес подкрановых конструкций, которые принимаются ориентировочно в зависимости от шага рам и грузоподъемности крана.

В=12м, Q_кр=30…80 т – q_nk=4,0…5,0 кН/м

γ_fk=1,1 – коэффициент надежности по крановой нагрузке;

γ_fg=1,05 – коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса;

ψ_k – коэффициент сочетания крановых нагрузок. Для кранов групп режимов работы 6К ψ_k=0,85.

 

Краны устанавливаются  относительно рассчитываемой рамы так, чтобы сумма ординат линии  влияния ∑y_i была наибольшей

∑y_i=(х₁+х₂+х₃+х₄+х₅+х₆+х₇+х₈)/В=(2,9+3,7+8,05+8,85+12+6,05+6,85+11,2)/12=

=4,97

D_max=1,1∙0,85∙360∙4,97+1,05∙5∙12=1735,9кН

Расчетное вертикальное усилие кранов при той же установке  на противоположную колонну рамы

D_min=g_fk∙y_k∙∑F_kmin∙y_i+g_fg∙q_nk∙B

F_kmin=(Q_кр+G_кр)/n₀ – F_kmax=(800+110)/2 – 360=115 кН

где Q_кр – подъемная сила крана на главном крюке;

G_кр – общий вес крана с тележкой;

n₀ – число колес на одной стороне крана.

D_min=1,1∙0,85∙115∙4,97+1,05∙5∙12=597,4 кН

Моменты от внецентренного приложения сил D_max, D_min

M_max^кр=D_max∙e_k=1735,9∙0, 75=1301,9 кН

M_min^кр=D_min∙e_k=597,4∙0,75=448,05 кН

Горизонтальное  усилие на колонну от поперечного  торможения кранов

Расчетное горизонтальное усилие от мостовых кранов на колонну

T=g_fk∙y_k∙∑F_kⁿ∙y_i

где   – нормативное горизонтальное усилие на колесе крана;