Проектирование стального каркаса одноэтажного производственного здания

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет промышленного  и гражданского строительства

Кафедра «Металлические конструкции»

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ №2

Проектирование  стального каркаса одноэтажного

производственного здания

Пояснительная записка

 

 

 

 

 

Руководитель  работы: Бажин Г.М.

«____»___________2013г.

 

Исполнитель:

студент ПГС IV-6

Лукьянов Д.В.

 

 

 

 

Москва 2013

Содержание:

Исходные данные.

РАЗДЕЛ 1: Компоновка конструктивной схемы каркаса здания.

1.1 Подбор типа ограждающей  конструкции стен и покрытия.

1.2 Подбор шага колонн  и составления эскиза плана  колонн.

1.3 Подбор схемы и  определение основных размеров  поперечной рамы.

1.4 Подбор схемы связей между колоннами, по верхним и нижним поясам ферм, вертикальных между фермами, по фонарю.

1.5 Разработка схемы  фахверка.

 

РАЗДЕЛ 2: Расчёт поперечной рамы здания.

2.1 Подбор расчётной схемы рамы.

2.2 Сбор нагрузок на  раму: постоянную, снеговую, от мостовых кранов, ветровую.

2.3 Выполнение статистического расчёта рамы.

2.4 Составление таблицы расчётных усилий в сечениях рамы.

 

РАЗДЕЛ 3: Расчёт и конструирование стропильной фермы.

3.1 Сбор нагрузок на  ферму.

3.2 Определение расчётных  усилий в стержнях фермы, расчётные длины стержней.

3.3 Подбор сечения стержней  фермы.

3.4 Конструирование (составление  эскизов) и расчёт узлов ферм (укрупнительные, промежуточные, опорные).

РАЗДЕЛ 4: Расчёт и конструирование ступенчатой колонны.

4.1 Установление расчётной  длины надкрановой и подкрановой  частей колонны в плоскости  и из плоскости рамы.

4.2 Подбор сечения стержня  колонны и проверка общей и  местной его устойчивости для  сплошной или решётчатой колонны.

4.3 Конструирование и  расчёт узлов колонны: сопряжение  надкрановой и подкрановой частей, базы.

 

РАЗДЕЛ 5: Расчёт и конструирование подкрановой балки.

5.1 Установление расчётной  нагрузки на балку.

5.2 Определение расчётных  усилий.

5.3 Подбор сечения балки  и проверка её прочности.

5.4 Конструирование узла  опирания подкрановой балки на  колонну.

Список использованных источников .

Конструкции одноэтажных производственных зданий.

 

Исходные  данные:

Пролет L=36м;

Длина=120м;

Грузоподъемность крана Q=100т;

Отметка рельса H₁=16 м;

Режим работы крана  – 8К

Город – Москва;

Наименование  цехов – трубоэлектросварочный

 

Компоновка  конструктивной схемы каркаса.

1. Выбор типа ограждающей конструкции стен и покрытия.

Ограждающая конструкция покрытия:

Профилированный настил H75-750-0,9, укладываемый по прогонам.

Профнастил  изготовлен на ЗАО "Одинцовский завод легких конструкций" в г. Одинцово.

Рис. 1. Конструкция  кровли.

- гравийная  защита, 15 мм

- Филизол, 3 слоя

- цементная  стяжка, 20 мм

- минераловатные плиты ППЖ-200

- фольгоизол

- профилированный настил H75-750-0,9

Ограждающая конструкция стен:

Сэндвич-панели, 1х12 м, произведено ГК «Веста Парк»

Производство располагается по адресу: Московская обл. Ногинский р-н, пгт. Обухово.

Рис. 2. Конструкция стен.

1.2 Выбор  шага колонн и эскиз плана  колонн.

Для зданий больших  пролетов (L≥30м) и значительной высоты (Н≥14м) оказывается выгоднее шаг В=12м с жестким сопряжением ригеля с колонной.

 

Рис. 3. Эскиз  плана колонн.

3. Выбор схемы и определение основных размеров поперечной рамы.

Определение вертикальных размеров:

Н₁ – расстояние от уровня пола до головки кранового рельса. Н₁=16м.

Н₂ – расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия.

Н₂ ≥ (Н_к+100)+ f,

Н_к – расстояние от головки кранового рельса до верхней точки тележки крана. По прил. 1: Н_к=4м.

100 – зазор  безопасности.

f – размер, учитывающий прогиб конструкций покрытия (f=350мм, т.к. L=36м)

Н₂ ≥ (4000+100)+350=4450мм.

Принимаем Н₂=4500 мм.

Н₀ – полезная высота цеха.

Н₀ = Н₁+Н₂=16000+4500=20500мм.

Ближайший размер кратный 600 мм – 21000 мм.

Принимаем Н₀=21000мм.

Отметку верха  подкранового рельса увеличиваем до:

Н₁=21000-4500 = 16500 мм.

Устанавливаем размеры верхней части колонны  Н_в, нижней части Н_н и высоту у опоры ферм Н_ф. Высота верхней части колонны:

Н_в=h_б+h_р+Н₂,

h_б + h_р – высота подкрановой балки с рельсом =1/8 шага колонн (1500мм),

Н_в=1500+4500=6000мм,

При заглублении  базы колонны на 600мм ниже пола,

Н_н=Н₀-Н_в+600=21000-6000+600=15600мм,

Полная высота колонн равна: Н=Н_в+Н_н = 6000+15600 =21600мм.

Н_ф=3150мм (для пролетов 36м).

Определение горизонтальных размеров:

Привязка наружной грани к оси колонны а=500 мм, для высоких зданий с кранами грузоподъемностью 100 т и более.

b=500 мм (т.к. весьма тяжелый режим работы крана),

h_в – высота сечения верхней части ступенчатой колонны.

h_в=а+b=500+500=1000мм;

При назначении высоты сечения нижней части ступенчатой  колонны, учитываем:

l₁≥B₁+(h_в-a)+75,

l₁ – расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны,

В₁ – размер части кранового моста (по прил.1 равно 400мм),

75мм – зазор между краном и колонной.

l₁≥400+(1000-500)+75=975мм,

Назначаем l₁=1000мм (кратно 250 мм)

Высота сечения  нижней части колонны:

h_н=l₁+a=1000+500=1500мм,

Сечение верхней  части колонны назначаем сплошным, двутавровым; нижней - сквозным.

Рис. 4. Схема с основными размерами поперечной рамы.

 

4. Выбор схемы связей.

Рис. 5. Схема рамы.

 

Связи по покрытию:

Горизонтальные  связи:

Рис.6. План связей по верхнему поясу 1-1.

 

 

Рис. 7. План связей по нижнему поясу 2-2.

 

Вертикальные связи:

Рис. 8. Вертикальные связи между фермами 3-3.

 

Рис. 9. Связи по колоннам.

 

 

5. Разработка схемы фахверка.

Фахверк – система конструктивных элементов, служащих для поддержания  стенового ограждения и восприятия (с последующей передачей на фундаменты и другие конструкции) ветровой нагрузки. Фахверк устраивается для наружных стен (вдоль здания и торцевых).

 

 

Продольный  фахверк с крупноразмерными

                      стеновыми панелями.

1.                                            1– колонны

                          2 – стойки фахверка

                          3 – стеновые панели

 

 

Рис. 10. Торцевой фахверк.

Сечение стоек  фахверка – широкополочные двутавры.

Стойки фахверка опираются на фундамент и с  помощью листового шарнира передающего  горизонтальные усилия на связи по нижним поясам ферм.

Стойки фахверка работают на внецентренное сжатие от эксцентрично приложенной массы  стенового ограждения и ветровой нагрузки. Расчётная схема – это  стойка с опорами внизу в местах крепления к горизонтальным площадкам и связям. Опорная горизонтальная реакция передаётся на связи по нижним поясам ферм.

 

 

 

 

 

 

2. Расчет  поперечной рамы здания.

1. Выбор расчетной схемы рамы.

В соответствии с конструктивной схемой выбираем ее расчетную схему.

Расстояния  между центрами тяжести верхнего и нижнего участка колонн:

Соотношение моментов инерции: I_н/I_в=5; I_р/I_н=4. Если I_в=1, то I_н=5; I_р=20.

Сопряжения  ригеля с колонной назначаем жесткими.

Рис. 11. Расчетная  схема поперечной рамы.

2. Сбор нагрузок на раму.

 

Постоянная  распределенная нагрузка от покрытия.

Состав покрытия	Нормативная нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка, кН/м2
Гравийная защита	0,3	1,3	0,39
Гидроизоляция (3 слоя филизола)	0,12	1,3	0,156
Цементная стяжка, 20 мм	0,4	1,3	0,52
Утеплитель (минераловатные плиты ППЖ-200)	0,2	1,2	0, 24
Пароизоляция  из фольгоизола	0,05	1,3	0,065
Профилированный настил H75-750-0,9	0,125	1,05	0,131
Прогоны сплошные, пролетом 12м	0,15	1,05	0,16
Стропильные фермы	0,2	1,05	0,21
Связи покрытия	0,05	1,05	0,052
Итого	gn=1,59		g=1,93

Расчетная равномерно распределенная нагрузка на ригель:

 – коэффициент надежности  по ответственности;

 – шаг стропильных ферм

Опорное давление ригеля на колонну:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетный вес колонны.

Расход стали  на колонну составляет 0,6 кН/м².

Верхняя часть  колонны составляет 20% веса всей колонны:

Нижняя часть  колонны составляет 80% веса всей колонны:

Продольное  усилие в уступе колонны:

Продольное  усилие в месте заделки:

Рис. 12. Схема загружения рамы постоянной распределенной нагрузкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Снеговая  нагрузка.

Расчетное значение снегового покрова (г. Москва, III снеговой район) Sg = 1,8 кН/м².

Линейная распределенная нагрузка на ригель рамы:

Опорная реакция ригеля, кН:

Рис. 13. Схема загружения рамы снеговой нагрузкой.

 

 

Вертикальные  усилия от мостовых кранов.

 

Рис.14. Схема  мостового опорного крана.

 

К = 4,6 м; В₂ = 9,35 м; F_к1ⁿ = 469 кН; F_к2ⁿ = 489 кН

Вертикальная  нагрузка на подкрановые балки и  колонны определяется от двух наиболее неблагоприятных по воздействию  кранов (при любом числе кранов на одном ярусе пролета).

Рис. 15. Определение  нагрузок от мостовых кранов.

Расчетное усилие, передаваемое колесами крана на колонну, при невыгоднейшем расположении кранов на балках:

- коэффициенты надежности по нагрузке и сочетаний;

F_кⁿ – нормативное вертикальное усилие колеса;

у – ордината линий влияния;

- нормативная масса подкрановых конструкций.

Вес подкрановой  балки:

Нормативные усилия, передаваемые колесами другой стороной крана, кН:

- грузоподъемность крана;

- масса крана с тележкой;

- число колес с одной  стороны крана.

Расчетное усилие, передаваемое колесами крана на колонну, с другой стороны крана:

Расстояние  от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны равна:

Силы  и придают колонне изгибающие моменты:

Горизонтальная  сила от мостовых кранов.

Нормативное значение горизонтальной силы равно:

- масса тележки;

Расчетная горизонтальная сила:

Считаем, что  сила Т приложена в уровне уступа колонны.

 

Рис. 16. Схема загружения рамы крановой нагрузкой.

 

 

Ветровая  нагрузка.

Москва относится  к 1 ветровому району. Нормативное значение ветрового давления w₀=0,23 кПа.

Расчетная линейная ветровая нагрузка:

- коэффициент надежности  по ветровой нагрузке, равный 1,4;

k – коэффициент, учитывающий высоту и защищенность от ветра другими строениями;