Проектирование основных конструкций стального каркаса одноэтажного промышленного здания

Министерство образования  и науки РФ

Саратовский государственный  технический университет

 

 

 

 

 

Кафедра: Промышленное и гражданское строительство

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

по дисциплине « Металлические конструкции »

на тему: «Проектирование основных конструкций 

стального каркаса  одноэтажного

промышленного здания»

(пояснительная записка)

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

ст. гр. ПГС-

 

Проверил:                                                                                                       

 

 

 

 

 

Саратов 2006

 

Содержание

Введение Исходные данные		3 4
1	Компоновка поперечной рамы	5
2	Сбор нагрузок на поперечную раму	5
	2.1 Постоянная нагрузка	6
	2.2 Снеговая нагрузка	7
	2.3 Крановая нагрузка	7
	2.4 Ветровая нагрузка	9
3	Статический расчет рамы	10
4	Определение расчетных усилий в  стойке рамы	12
5	Проектирование колонны	14
	5.1 Определение расчетных длин  колонны	14
	5.2 Подбор сечения верхней части  колонны	14
	5.3 Подбор сечения нижней части колонны	16
	5.4 Расчет и конструирование  узла сопряжения верхней и         нижней частей колонны	18
	5.5 Расчет и конструирование  базы колонны	20
6	Конструирование и расчет стропильной  фермы	23
	6.1 Сбор нагрузок на ферму	23
	6.2 Подбор сечения элементов фермы	24
	6.3 Расчет соединений стержней  в узлах фермы 6.4 Расчет укрупнительного стыка  фермы 6.5 Расчет сопряжения колонны  с фермой	33 33 35
7	Конструирование и расчет подкрановой  конструкции	36
8	Список использованных источников	39
	Приложение	40

 

 

Введение

 

Выполнение курсового  проекта «Каркас одноэтажного промышленного  здания» по дисциплине «Металлические конструкции» направлено на усвоение знаний, полученных при изучении теоретической  части этой дисциплины и на выработку практических навыков расчета и проектирования металлических конструкций.

В курсовом проекте рассматриваются  особенности размещения конструктивных элементов каркаса в плане  и по высоте, схемы связей между  колоннами, горизонтальных и вертикальных связей по покрытию, компоновка поперечной рамы, правила определения величин и характера действующих на каркас различных нагрузок – постоянной, временных.

Расчет стальных конструкций производится по методу предельных состояний в  соответствии с положениями СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» и согласно  СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

 

Исходные данные

 

1. пролет здания, L=36 м;
2. шаг колонн, B=6 м;
3. длина здания, 102 м;
4. отметка верха колонны, 14,4 м;
5. грузоподъемность крана, Q=100/20;
6. режим работы мостовых кранов 5К;
7. район строительства – Уфа;
8. температурно-влажностный режим – отапливаемое здание;
9. подкровельные несущие конструкции – прогоны и профнастил;
10. несущие конструкции покрытия – фермы из спареннных уголков.

 

Характеристики крана 120/20, 5К

 

• пролет моста крана L_кр=34 м;
• тип  кранового  рельса – КР120;
• нагрузка на  колесо крана: р*=463 кН,

р*₁=485 кН;

• масса, т: тележки – 37,

крана – 132;

• размеры, мм: А₂=4600,

А₃=900,

В=9600,

В₂=400,

Н=4000.

Расчетная  снеговая нагрузка S_q=3,2 кПа (V район);

Нормативная ветровая нагрузка W₀=0.3 кПа (II район).

 

1. Компоновка поперечной рамы

Компоновка поперечной рамы начинаем с установления основных габаритных размеров конструкций в плоскости  рамы.

Расстояние  от кранового рельса до низа стропильных  конструкций:

,   где    f=300 мм; H_k=4000 мм.

Принимаем Н₂=4,4м;

Высота верхней части колонны  равна:

 где h_б =600 мм - высота подкрановой балки

h_р=170 мм – высота кранового рельса.

Рис.1

Высота нижней части колонны  равна:

Общая высота колонны:

Высоту сечения  верхней части колонны принимаем h_в=450 мм.

Высота сечения  нижней части колонны:

,

где - расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны. Принимаем l₁=1000 мм

Привязка колонны  к осям а=250мм.

.

 

 

 

 

 

2. Сбор нагрузок на поперечную раму

 

Пространственную систему каркаса  промышленного здания расчленяем на плоские поперечные рамы. Так как центры тяжести не верхней и нижней частей колонны не совпадают  вычисляем величину эксцентриситета:

Задаемся соотношением жесткостей ригеля, нижней и верхней частей колонны: J_p/J_н=4;   J_н/J_в=6.

2.1 Постоянная нагрузка

Таблица1

N	Вид нагрузки	qн, кН/м2	gf	q, кН/м2
1	Изоэласт	0,055	1,3	0,072
2	Плита минераловатная ρ=200 кг/м3, t=150 мм	0,3	1,3	0,39
3	Пароизоляция из одного слоя рубероида	0,04	1,3	0,05
4	Профилированный настил Н60-845-0,8  9,9кг/м2	0,099	1,05	0,104
5	Прогоны покрытия швеллер №24	0,12	1,05	0,126
8	Стропильные фермы	0,3	1,05	0,315
9	Связи по покрытию	0,06	1,05	0,063
	Итого:	0,974		1,12

 

Равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы равна:

, где В – шаг колонн

Рис.2

Расчетная схема на действие постоянной нагрузки

 

Опорная реакция ригеля:

Нагрузку от собственного веса колонн, стенового  ограждения и заполнения оконных  проемов представляем в виде сосредоточенных сил F₁ и F₂, приложенные к стойкам, соответственно, в уровне уступа и в узле сопряжения с ригелем.

Расчетный  вес  колонны.

Верхняя часть (20% веса)

Нижняя часть  колонны (80% веса):

 Панели 3-х слойные стеновые с профилированными металлическими обоймами и заполнителем из пенополиуретана. Длина 2400-12000 мм; Ширина 1000 мм; Толщина 100 мм; Вес 36,89 кг/м².

Тогда:

 

 

2.  Снеговая нагрузка

 

Расчетная  снеговая нагрузка S_q=3,2 кПа.

Нормативная  снеговая нагрузка

Снеговую нагрузку на ригель рамы принимаем равномерно распределенной равной 

b=6м – ширина грузовой площади.

Опорная реакция ригеля:

Величина сосредоточенного момента  равна:

Расчетная схема на действие снеговой нагрузки     Рис.3

3.  Крановая нагрузка

 

Крановая нагрузка учитывается  в виде вертикальных сил, приложенных к противоположным стойкам:

где:

 

 G_k – масса крана с тележкой,  кН;

 y_i – ординаты линий;

ψ=0.85-коэффициент сочетания;

n =4 – число колес крана  с одной стороны.

Q – грузоподъемность крана, т;

 G_пб – собственный вес подкрановой балки;

  q^н=1,5кН/м² – нормативная полезная нагрузка на тормозной площадке;

  b_T=h_н=1,25м – ширина тормозной площадки;

  B=6м – шаг колонн;

  g_f– коэффициенты надежности по нагрузке равные 1,1;1,05;1,2.

Рис.4

Расчетная схема на крановую нагрузку

Горизонтальное давление одного колеса определяется по формуле

,

где Q=100 –грузоподъемность крана в т;

      G_Т= 363 – вес тележки в кН;

       n =4 – число колес крана  с одной стороны.

Расчетное значение горизонтальной силы равно:

Величина изгибающих моментов определяется по формулам:

 

где е_к=0,5hн=0,625 – расстояние от оси подкрановой балки до оси, проходящей через центр тяжести нижней части колонны.

 

4. Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка изменяется по высоте и ее расчетное значение вычисляется  по формуле:

где  w₀ – давление ветра;

g =1,4 – коэффициент надежности по нагрузке;

к – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

c – аэродинамический коэффициент;

B – ширина грузовой площади равная шагу колонн.

.

Для 5м  ,

Для 10м  ,

Для 20м  ,

Для 14,4м ,

Для 17,55м ,

Для 18,05м ,

, →

, .

Ветровую нагрузку в пределах покрытия заменяем сосредоточенной силой F, а изменяющуюся по высоте ветровую нагрузку q_w представляем эквивалентной равномерной нагрузкой q_э:

, .

Рис. 5 

3. Статический расчет рамы

 

Статический расчет рамы выполнен с  помощью программы FRAME, основой алгоритма которой служит метод конечных элементов. 

Расчёт рамы со ступенчатыми стойками и с жестким 

сопряжением ригеля со стойками.

                                                                                                                                    Табл.2

Усилия в сечениях левой стойки рамы

N нагр.	Нагрузка		nc	Сечения стойки
				1 - 1			2 - 2
				M,кНм	Q,кН	N,кН	M,кНм	Q,кН	N,кН
1	ПОСТОЯННАЯ		1	128,1065	-12,8266	-202,74	-0,54456	-12,8266	-143,75
2	СНЕГОВАЯ		1	364,0539	-40,7338	-328,32	-44,5062	-40,7338	-328,32
			0.9	327,6485	-36,6604	-295,49	-40,0556	-36,6604	-295,49
3	Dmax.	на левую стойку	1	90,10638	-61,2248	-1222,67	-524,017	-61,2248	-1222,67
			0.9	81,09574	-55,1023	-1100,4	-471,615	-55,1023	-1100,4
4		на правую стойку	1	191,699	-40,8739	-544,97	-218,312	-40,8739	-544,97
			0.9	172,5291	-36,7866	-490,47	-196,48	-36,7866	-490,47
5	T	на левую стойку	1	-156,716	20,59776	0	49,94282	20,59776	0
			0.9	-141,044	18,83798	0	44,94853	18,53798	0
6		на правую стойку	1	-69,9204	6,23103	0	-7,41066	6,23103	0
			0.9	-62,9284	5,607927	0	-6,66959	5,607927	0
7	ВЕТРОВАЯ	слева	1	-169,847	23,59347	0	0,920378	10,45417	0
			0.9	-152,863	21,23412	0	0,82834	9,408751	0
8		справа	1	160,5638	-20,6995	0	2,221251	-10,8701	0
			0.9	144,5074	-18,6296	0	1,999126	-9,78312	0