Курсовая работа (т): Стальной каркас одноэтажного производственного здания

Стальной каркас одноэтажного производственного здания

Московский государственный строительный университет

Кафедра металлических конструкций

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема:

Стальной каркас одноэтажного производственного здания

Москва 2016

Содержание

1. Исходные данные

2.       Компоновка поперечной рамы каркаса здания

.        Сбор нагрузок на раму здания

.        Статический расчет поперечной рамы

.        Расчет подкрановой балки

.        Расчет и конструирование колонны

.        Расчет и конструирование стропильной фермы

Список литературы

1. 
Исходные данные

Требуется рассчитать и запроектировать основные несущие конструкции одноэтажного промышленного здания.

Пролет здания - L = 24 м.

Длина здания - 120 м.

Шаг поперечных рам - В = 12 м.

Климатический район строительства - г. Ростов на Дону.

Нормативная ветровая нагрузка - W₀ = 0,6 кН/м².

Расчетная снеговая нагрузка - S₀ = 1,2кН/м².

Здание отапливаемое, однопролетное, c фонарем.

Тип кровли - утепленная - по крупнопанельным железобетонным плитам.

Утеплитель - керамзит.

Режим работы кранов - тяжелый 7К.

Грузоподъемность кранов - Q = 50/12,5т.

Тип кранового рельса - КР-80, масса 1 пм = 59,81 кг.

Высота до головки подкранового рельса - 12м.

Класс бетона фундаментов - В10.

Стены здания - самонесущие стеновые панели.

Материал конструкций

1. Колонны - сталь С235, ,

. Ферм - сталь С245, ,

. Подкрановых балок - сталь С255, ,

2.  Компоновка поперечной рамы каркаса здания

Здание оборудовано двумя мостовыми кранами с группой работы 7К (тяжелый режим) и грузоподъемностью 50/12,5 т. Ширина крана - 6860 мм, высота - 3150 мм.

Отметка верха кранового рельса 12,0 м, высота кранового рельса 130 мм, Вес.- 0,60 кН/м.

Вес крана с тележкой - 676 кН, тележки - 132кН. Максимальное давление колеса - F_К = 470 кН (Ведеников Г.С. Металлические конструкции. Общий курс, М., 1988).

Наружные стены приняты из самонесущих керамзитобетонных панелей.

Для обеспечения пространственной жесткости здания в продольном направлении предусмотрены стальные вертикальные связи по колоннам портального типа.

Жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается защемлением колонн в фундаментах и размерами сечений колонн.

Высота до головки подкранового рельса Н₁ = 12м,

Высота от головки подкранового рельса до низа несущей конструкции

Н₂ = [(Нкр + 100) + f];

где: Нкр - высота крана из ГОСТа на кран в зависимости от его грузоподъемности (для Q = 50 тн, Нкр = 3700 мм), 100 мм - запас- возможная величина прогиба несущих конструкций (200 … 400 мм)

Н₂ = [(3150 + 100) + 350] = 3600

Высота от уровня чистого пола до низа несущей конструкции

Н₀ = Н₁ + Н₂ = 12 + 3,6 = 15,6 м,

что кратно 600 мм.

Высота верхней части колонны:

Нв = hб + hр + Н₂;

где hб - высота подкрановой балки, принимаем h_б = В/8 = 12000 / 8 = 1500 мм;р - высота подкранового рельса - 130 мм.

Нв = 1500 + 130 + 3600 = 5230 мм

Высота нижней части колонны

Нн = Н₀ - Нв + hз;

где: hз = 600…1000 мм - заглубление колонны ниже уровня чистого пола. Принимаем 1000 мм.

Нн = 15600 - 5230 + 1000 = 11370 мм

Высота фермы на опоре Нф при пролете 24м принимаем: Нф = 3150 мм.

Общая высота колонны

Н = Нн + Нв = 11370 + 5230 = 16600 мм

Горизонтальные размеры

Так как режим работы крана тяжелый, то необходим проход для осмотра и ремонта путей, который проектируется в стенке верхней части колонны, шириной 400 мм и высотой 2000 мм.

Расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно составлять:

ℓ₁ ≥ В₁ + (hв - а) + 75 = 300+ (1000-500)+75 = 875 мм,

где В₁ - размер части кранового моста, выступающей за ось рельса, принимаемый по ГОСТ на краны.

а - привязка наружной грани колонны к оси колонны, 500 мм,

h_в - высота сечения верхней части колонны, 1000 мм.

Принимаем ℓ₁ = 1000 мм (кратно 500 мм).

Высота сечения нижней части колонны:

н = ℓ₁ + а = 1000+500 = 1500 мм.

Пролет мостового крана:

ℓк = L₁ - 2ℓ₁ = 24000 - 2∙1000 = 22000 мм.

Сечение верхней части колонны назначаем сплошным в виде составного сварного двутавра, сечение нижней части - сквозным.

Расчет поперечной рамы здания

В соответствии с конструктивной схемой выбираем расчетную схему рамы (рис.1). В расчетной схеме рамы колонны переменного ступенчатого сечения заменяются ломаными стержнями, проходящими через центры тяжести сечений с расстояниями между осями верхнего и нижнего участков.

l = 24м= 16,6м

Расстояние между центрами тяжести сечений верхней и нижней частей колонны

е₀ = 0,5∙ (h_н–h_в) = 0,5∙ (1500–1000) = 250 мм

Соотношение моментов инерции сечений верхней и нижней частей колонны

Соотношение моментов инерции:н/ Iв = 5; Iр/Iн = 4

Тогда если Iв = 1, то Iн = 5, Iр = 20

Соотношение моментов инерции

Рис. 1. Расчетная схема рамы

3. Определение нагрузок на раму здания

Нагрузки на раму здания определяются с учетом следующих коэффициентов: γn = 0,95 - коэффициент надежности по назначению здания, исходя из требований СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (класс ответственности здания - II); γ_f>1 - коэффициент надежности по нагрузке.

Постоянные нагрузки

Таблица 1

Нагрузки от веса покрытия

Принимаем для расчета постоянную нагрузку на 1 м² кровли - 4,29 кН/м².

Определяем постоянную нагрузку от покрытия на 1 м.п.:

Расчетная равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы вычисляется по формуле:

_n = g_н·q_р.·b_ф/cos a;

где g_р–нагрузка на 1 м² кровли из таблицы 1;_ф– шаг стропильных ферм.

q_n = 0,95·4,29·12/1 = 48,91 кН/м

Опорное давление ригеля рамы на колонну

Расчетный вес колонны

верхняя часть (20% веса колонны)

нижняя часть колонны (80% веса колонны)

Продольное усилие в месте уступа

Продольное усилие в заделке

Изгибающий момент в месте уступа

Снеговая нагрузка

Расчетное значение снеговой нагрузки на ригель поперечной рамы

q_сн = g_н∙S₀∙b_ф = 0,95∙1,2∙12 = 13,68 кН/м.

Опорное давление ригеля на колонну

Изгибающий момент в месте уступа

Крановая нагрузка

Рис. 3.2 Схемы загружения линии влияния опорной реакции подкрановых балок нагрузками от колес мостовых кранов

Максимальное давление на колесе,

Вес крана с тележкой

Вес тележки

Нормативный вес подкрановой балки

Расчетное максимальное давление от двух сближенных кранов

где F_k,max- максимальное нормативное давление на колесо крана, приводимое в стандартах на краны:

F_k,max = 470 кН для крана Q = 50/12,5;

y_i - ордината линии влияния опорной реакции подкрановой балки;

n - количество колес двух кранов, передающих нагрузку через подкрановые балки на рассматриваемую колонну;

γ_f = 1,2 - коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок;

ψ-коэффициент сочетаний, равный ψ = 0,95 при учете двух кранов с режимами работы 7Ки8К.

Минимальное давление колеса крана

Расчетное минимальное вертикальное давление от двух сближенных кранов

Приняв предварительно e_k = 0,5h_н = 0,5 1,5 = 0,75 м, определяем сосредоточенные моменты от вертикального давления кранов:

Сосредоточенные моменты от внецентренного приложения и

Нормативное горизонтальное усилие от поперечного торможения тележки

Расчетное горизонтальное давление на колонну

Условно принимаем, что сила Т приложена в уровне уступа колонны

Ветровая нагрузка

Нормативный скоростной напор (нормативное значение ветрового давления)

Территория строительства проектируемого здания относится к местности типа В.

Расчетная погонная нагрузка на раму от активного давления по высоте:

q₅ = w_ok₅cγ_fB = 0,6 0,5 0,8 1,4 12 = 4,03 кН/м;

q₁₀ = w_ok₁₀cγ_fB = 0,6 0,65 0,8 1,4 12 = 5,24 кН/м;

q₂₀ = w_ok₂₀cγ_fB = 0,6 0,85 0,8 1,4 12 = 6,85 кН/м;

q₃₀ = w_ok₃₀cγ_fB = 0,6 0,98 0,8 1,4 12 = 7,90 кН/м.

Расчетная погонная нагрузка на уровне низа ригеля (определяется линейной интерполяцией)

q_20,4 = 6,85 + (7,90 - 6,85) 0,4 / 10 = 6,89 кН/м.

Расчетная погонная нагрузка на уровне верхней точки здания (21,5м)

q_23,3 = 6,85 + (7,90 - 6,85) 3,3 / 10 = 7,20 кН/м.

Ветровая нагрузка, действующая на участке от низа ригеля до верхней точки здания, заменяется сосредоточенной силой, приложенной в уровне нижнего пояса фермы. Значение этой силы:

со стороны активного давления ветра

W = (q_20,4 + q_21,5)H_ш/2 = (6,89 + 7,20) 2,9 / 2 = 20,43 кН;

со стороны отсоса

W^′ = Wс^′/с = 20,43 0,5 / 0,8 = 12,77 кН

Общая сосредоточенная сила от ветра на уровне нижнего пояса фермы

W_W = W+W^′ = 20,43 + 12,77 = 33,2 кН

Фактическая линейная нагрузка (в виде ломаной прямой) для упрощения расчета заменяется равномерно распределенной по всей высоте здания эквивалентной нагрузкой q_э.

Эквивалентная ветровая нагрузка при

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка активного давления (с наветренной стороны) при  с учетом коэффициента с = 0,8

q_э = q_wok_э = 8,1 0,714 = 5,78 кН/м,

где q_wo = w_okcγ_f

B = 0,6 1 0,8 1,4 12 = 8,1 кН/м - расчетная ветровая нагрузка при k = 1;

k_э = 0,714 - коэффициент, определяемый в зависимости от расстояния от уровня земли до ригеля рамы Н_о в расчетной схеме.

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка с заветренной стороны (отсос) с учетом коэффициента с′ = 0,5

q_э′ = q_э с′/с = 5,78 0,5/0,8 = 3,61 кН/м.

4. Статический расчет поперечной рамы

Постоянная нагрузка

Находим параметры n = 1/5 = 0,2, α = H_В/H = 5,23/16,6 = 0,315

Моменты от поворота узлов находим по коэффициентам в зависимости от значений n и α.

Моменты от фактического угла поворота (М₁φ) равны:

М_А = 0,858i·126,2/i = 108,3 кНм;

М_В = -1,114i·126,2/i = -140,6 кНм;

М_C = -0,621·126,2/i = -78,4 кНм;

М_В^р = 9,42i·126,2/i = 1188,8 кНм.

Эпюра моментов (М₁φ + М_р) от постоянной нагрузки:

М_А = 108,3 - 48,7 = 59,6 кНм;

М_В = -140,6 + 10,4 = -130,2 кНм;