Проектирование стального каркаса одноэтажного производственного здания
Обновлено: 17.05.2024
Компоновка конструктивной схемы каркаса здания. Расчет рамы промышленного здания с использованием расчетного комплекса "STARK ES 3.0". Определение главных параметров и конструирование металлической фермы, основные этапы и оценка данного процесса.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.05.2015 |
| Размер файла | 3,5 M |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Проектирование стального каркаса одноэтажного промышленного здания
1. Компоновка конструктивной схемы каркаса здания
каркас здание ферма металлический
1) Цех среднего режима работы мостовых кранов;
2) Мостовые краны Q=200/20 (кН/т);
3) Пролёт здания L=24 м;
4) Длина здания l=108 м;
5) Отметка головки кранового рельса - H1=11 м;
6) Тип стропильной фермы - ферма с параллельными поясами;
7) Материал конструкций:
Ферм - сталь С245;
Колонн - сталь С245;
8) Место строительства - г. Москва
Характеристики крана Q=200/20 (кН/ т) (см. приложение Б):
Масса тележки - От=8,5т;
Масса крана с тележкой Ок=36т;
Тип рельса КР - 70.
Рисунок 1. Характеристики мостового крана
1.1 Разбивка сетки колонн
Пролёт L=24 м. При грузоподъёмности крана Q=20т принимаем шаг колонн модульной сетки B=6 м, число шагов n=18. Т. к. длина здания l=108 м ? 120 м, то модульная сетка находится в пределах одного температурного отсека.
Рисунок 2. Модульная сетка колонн
1.2 Выбор системы покрытия
Согласно заданию - ферма с параллельными поясами, L=18 м
Рисунок 3. Ферма с параллельными поясами.
Так как здание однопролётное, то принимаем жёсткое сопряжение ригеля с колонной.
1.3 Компоновка поперечной рамы
1) Определение вертикальных размеров поперечника:
H2= (Hк+100) + f - расстояние от головки кранового рельса до низа несущей конструкции покрытия,
где: Hк=2400 мм - габаритный размер крана (по ГОСТ);
f=300 мм - коэффициент запаса
Принимаем H2=2800 мм (кратно М=200 мм);
H0= H1+ H2=11000+2800=13800 (мм) - внутренняя полезная высота;
Для кратности модуля M=1800 мм, H0 увеличиваем до размера H0=14400 мм;
ДH0=600 мм, изменяем и исходный вертикальный размер
где: hп.б. =- высота подкрановой балки;
hp=200 мм - высота кранового рельса,
Для легкого и среднего режима работы кранов принимаем Д1=600 (мм), отсюда
Hн = 14400 - 3600+600=11400 (мм);
H = Hв + Hн =3600+11400=15000 мм - полная высота колонны.
2) Определение горизонтальных размеров поперечника:
Для легкого и среднего режима работы кранов принимаем А=250 (мм) - привязка наружной грани колонны к продольной оси здания, отсюда ширина верхней части колонны hв=2А=500 мм,
Проверка условий жесткости hв>, 500 > 300 (мм);
Согласно модулю l1 (М=250 мм) принимаем l1=750 (мм),
hн= l1+a=750+250=1000 (мм) - ширина нижней части колонны
Из условия обеспечения жесткости для зданий с кранами легкого и среднего режимов работы проверяем:
Условие обеспечивается, принимаем тип сечения колонны - сплошное.
Используя данные пункта 1, построим поперечный разрез по ограждающим конструкциям проектируемого здания.
Рисунок 4. Поперечный разрез по ограждающим конструкциям проектируемого здания
1.4 Установка связей промышленного здания
Связи промышленного здания обеспечивают геометрическую неизменяемость пространственной системы каркаса, уменьшают расчетные данные элементов конструкции, воспринимают ветровые нагрузки, обеспечивают необходимые условия для монтажа элементов сооружения. Вертикальные связи между колоннами располагают в средней части блока.
Рисунок 5. Вертикальные связи
Связи по покрытию
Система связей по покрытию состоит из связей по верхним и нижним поясам ферм, вертикальных связей между стропильными фермами.
Связи по верхним поясам ферм включают в себя поперечные связевые фермы и распорки. Поперечные связевые фермы располагают в торцах здания, у температурных швов и по длине здания в местах расположения связей между колоннами.
Рисунок 6. Горизонтальные связи по верхним поясам
Связи по нижним поясам ферм состоят из продольных и поперечных горизонтальных связевых ферм и распорок. Поперечные связи крепятся к нижним поясам двух соседних ферм в торцах здания у температурных швов и по длине здания в местах расположения вертикальных связей между колоннами. Продольные связи являются основными элементами, обеспечивающими пространственную работу каркаса. Совместно с поперечными связями они образуют жесткий диск в уровне нижних поясов ферм.
Рисунок 7. Горизонтальные связи по нижним поясам
2. Расчет рамы промышленного здания с использованием расчетного комплекса «STARK ES 3.0»
2.1 Исходные данные
Цех механический - здание среднего режима работы.
Мостовые краны Q = 200 кН (20 т.).
Пролет здания - L = 24 м.
Длина здания - l = 108 м.
Отметка головки рельса - Н1 = 11,6 м.
Место строительства - г. Москва.
7. Шаг рам принимаем В = 6 м.
Данные по кранам
Hk = 2400 мм; В1 = 260 мм; К = 4400 мм; В = 6300 мм; Fk.max = 220 кН (22т); Масса тележки - Gт = 8,5. Масса крана с тележкой Gк = 36 т. Тип рельса - Кр - 70.
Основные размеры конструктивной схемы рамы (данные из этапа компоновки поперечной рамы):
Hв =3600 мм; HH =11400 мм; Н =15000 мм; hB = 500 мм; hн = 1000 мм.
е = hн / 2 - hB / 2 = 1000 / 2 - 500 / 2 = 250 мм = 0,250 м
Проектирование стального каркаса одноэтажного производственного здания
Определение основных размеров поперечной рамы цеха. Разработка схем горизонтальных и вертикальных связей, продольного и торцевого фахверков. Подбор сечений подкрановой и тормозной балок, проверка их прочности. Конструктивный расчет стропильной фермы.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.02.2013 |
| Размер файла | 2,8 M |
МГПУ им. И.П. Шамякина
Кафедра ОС и МПСД
Проектирование стального каркаса одноэтажного производственного здания
Разработал: Купрацевич Ю.Н.
Пров ерил: Голозубов А.Л.
Содержание
1. Разработка схемы стального каркаса цеха
1.1 Определение основных размеров поперечной рамы цеха
1.1.1 Определение вертикальных размеров
1.1.2 Определение горизонтальных размеров
1.2 Разработка схем горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм, вертикальных связей между фермами и колоннами
1.2.1 Разработка схем горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм
1.2.2 Разработка вертикальных связей между фермами
1.2.3 Разработка 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
Список использованных источников
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.
Проектирование начинают с выбора конструктивной схемы и ее компоновки. На этой стадии проектирования устанавливают основные габаритные размеры элементов конструкций в плоскости рамы. Размеры по горизонтали привязывают к продольным осям здания, а по вертикали к уровню чистого пола.
На рисунке (1) представлена конструктивная схема поперечной рамы одноэтажного однопролетного промышленного здания.
Рисунок 1 - Схема поперечной рамы одноэтажного промышленного здания
Пролет рамы L= 24 м, отметка головки рельса h1 = 12400 мм.
Параметры крана: высота Нкр= 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:
Размер Н0 принимается кратным 1,2 м - до высоты 10,8 м и кратным 1,8 м - при большей высоте. Поэтому Н0 = 16200мм и Н1 =15000 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.
Принимаем: привязку а = 250 мм; В1 = 260 мм - свес кранового моста; с - зазор между колонной и краном, принимается обычно равный 60 -75мм. Принимаем с = 70 мм.
Пролет крана равен:
где L= 30 м- пролет рамы; - расстояние от оси подкрановой балки до разбивочной оси колонны.
Принимаем =750 мм (кратно 250).
Из условий жесткости и устойчивости высоту сечения верхней части колонны принимаем:
Принимаем высоту сечения верхней части колонны= 500 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.
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.
Для увеличения боковой жесткости и удобства при монтаже связи устраивают по опорам ферм и в промежутке при пролете 24 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
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
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.
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. Опирания 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.
Рисунок 7 - Продольный фахверк
Принимаем фахверковые стойки, располагаемые по всей длине торцевой стены. Опорами стоек сверху служат поперечные связевые фермы.
Рисунок 8 - Схема торцевого фахверка
Рассчитать подкрановую балку пролётом 12 м под два крана грузоподъёмностью 10 т тяжелого режима работы. Подбираем кран грузоподъемностью 20 т. Характеристики крана: давление колеса на подкрановый рельс масса тележки пролет крана 22,5 м, ширина крана 6300 мм, база крана 4400 мм, тип кранового рельса КР-70 (высота рельса ширина подошвы b=120 мм, площадь сечения масса 1 м рельса
Материал балки - сталь 18сп (С255), по ГОСТ 23570-79. Расчётное сопротивление для этой стали:
Для стали С390, 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 kd1, kd2 - коэффициенты динамичности; kd1 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; гf= 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке; - максимальное нормативное давление на каток крана (по ГОСТ или ТУ на краны); kd2 = 1 -для легкого, среднего и тяжелого режимов (1К- 6К) и kd2 = 1,1 -для весьма тяжелого режима (7К- 8К); шс - понижающий коэффициент сочетания (согласно СНиП 2.01.07-85 шс = 0,85 - при кранах легкого и среднего режимов работы; шс = 0,95 - при кранах тяжелого и весьма тяжелого режимов работы; шс = 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.
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:
Подбор сечения балки
Определяем приближенно наименьшую высоту балки из условия обеспечения жесткости при предельном относительном прогибе
Требуемый момент сопротивления балки:
Предварительная толщина стенки:
Оптимальная высота балки:
Принимаем стенку высотой по ширине листового проката.
Проверяем толщину стенки на прочность при срезе:
Минимальная толщина стенки при проверке ее по прочности от местного давления колеса крана составит:
где - для кранов с гибким подвесом при среднем режиме работы;
- коэффициент условий работы;
Определяем площадь сечения поясов балки:
Принимаем симметричное сечение балки: стенка - 1400Ч10 мм;
верхний и нижний пояса одинаковые - 300Ч15 мм;
Состав сечения тормозной балки: швеллер №16, A=18,1 см 2 , горизонтальный лист из рифленой стали толщиной, равной 6 мм и верхний пояс балки 300Ч15 мм. Поддерживающий швеллер №16 в пролете необходимо опирать на стойку фахверка, прикрепленную к ребрам балки: если это не предусмотрено, то сечение швеллера назначают по расчету на изгиб, принимая нормативную нагрузку на площадку не менее 1,5 кН/м 2 ; коэффициент предельный относительный прогиб 1/250. Компоновка элементов подкрановой балки приведена на рисунке 11.
Рисунок 11 - Компоновка элементов подкрановой балки
Проверка прочности балки
Схема балки приведена на рисунке 12.
Определяем геометрические характеристики балки:
момент инерции относительно оси х-х:
момент сопротивления симметричного сечения:
Статический момент полусечения:
Определяем геометрические характеристики тормозной балки, включающей верхний пояс балки, рифленый лист и поддерживающий швеллер №16.
Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения: (ось y-y):
Момент инерции сечения брутто (имеющиеся в верхнем поясе отверстия для крепления рельса можно не учитывать ввиду незначительного их влияния на прочность сплошных сварных балок):
Момент сопротивления крайнего волокна на верхнем поясе подкрановой балки:
Проверка нормальных напряжений в верхнем поясе:
Проверяем опорное сечение балки на прочность, при действии касательных напряжений с учетом работы поясов:
То же, без учета работы поясов:
Проверка жесткости балки
Вычисляем относительный прогиб балки от вертикальных нормативных нагрузок приближенно по формуле:
Расчет сварных соединений стенки с поясами
Верхние поясные швы подкрановых балок из условий равно прочности с основным металлом рекомендуется выполнять с проваркой на всю толщину стенки, и тогда их расчет не требуется. Толщину поясных швов в общем случае обычно вначале назначают по конструктивным требованиям и проверяют их прочность по условию (при расчете по прочности металла шва):
Принимаем и проверяем условие.
(автоматическая сварка проволокой ).
Условие прочности швов соблюдается.
Расчет опорного ребра
Опорное ребро балки опирается на колонну строганным концом. Из конструктивных соображений принимаем сечение опорного ребра 260Ч16 мм. Площадь смятия ребра .
Проверяем напряжение смятия в опорном ребре:
Проверяем условную опорную стойку на устойчивость. Для этого предварительно определяем:
расчетную площадь сечения:
момент и радиус инерции сечения условной стойки:
Гибкость опорной стойки:
Проверяем устойчивость опорной стойки:
Проверяем прочность сварных швов прикрепления торцевого ребра к стенке - сварка ручная, , расчетная длина шва:
т.е. прочность крепления торцевого ребра обеспечена.
Определение массы сварной подкрановой балки:
рама цех фахверк балка ферма
Рассчитать ферму из стальных бесшовных горячекатаных труб квадратного сечения. Шаг ферм 6 м. Покрытие принимаем железобетонные плиты шириной 3м. Тепловой режим здания - неотапливаемое. Район строительства - г. Рига, вес снегового покрова по II району - 700 Н/м 2 . Коэффициент надежности по назначению
Подсчет нагрузок сведем в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 - Подсчет нагрузок на трубчатую ферму
Вид нагрузки и расчет
Нормативная нагрузка, Н/м 2
Коэффициент надежности по нагрузке гf
Расчетная нагрузка, Н/м 2
Рулонная кровля из 2 слоев битумно-полимерного материала на мастике с грунтовкой основания
Выравнивающий цементно-песчаный раствор, марки 50, , по жесткому утеплителю.
Читайте также: