Стальний каркас одноповерхової промислової будівлі

Міністерство освіти та науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Факультет будівництва та архітектури

Кафедра інженерних конструкцій

Пояснювальна записка до курсового проекту з металевих конструкцій на тему:

„Стальний каркас одноповерхової промислової будівлі”

Виконав:

студент IV-го курсу

ФБА, ПЦБ-1

Гончаров М.В.

Перевірив:

Романюк В.В.

Рівне – 2005

Зміст

1. Вихідні дані..........................................................................................................3

2. Об’ємно-планувальне та конструктивне рішення будівлі...............................4

2.1 Призначення сітки колон будівлі.....................................................................4

2.2 Компонування поперечної рами......................................................................4

2.3 Обґрунтування системи в’язей стального каркасу.........................................5

3. Розрахунок рами..................................................................................................6

3.1 Визначення навантажень на раму....................................................................6

3.1.1 Постійне навантаження..................................................................................6

3.1.2 Снігове навантаження....................................................................................7

3.1.3 Кранове навантаження...................................................................................8

3.1.4 Вітрове навантаження....................................................................................9

3.2 Вихідні дані для статичного розрахунку рами.............................................12

3.3 Розрахункова схема і статичний розрахунок рами......................................13

3.4 Результати статичного рами на ЕОМ............................................................14

3.5 Вибір найневигідніших комбінацій зусиль для лівої колони рами............15

4. Розрахунок та конструювання колони............................................................16

4.1 Визначення розрахункових довжин ділянок колони...................................17

4.2 Підбір перерізу верхньої частини колони.....................................................17

4.3 Підбір перерізу нижньої частини колони.....................................................20

4.4 Перевірка стійкості колони в цілому.............................................................22

5. Розрахунок та конструювання ферми..............................................................23

5.1 Збір навантаження на ферму і визначення вузлових зосереджених сил....23

5.2 Визначення зусиль в стержнях колони.........................................................24

5.3 Підбір перерізу стержнів ферми....................................................................27

5.4 Розрахунок прикріплень у вузлах ферми......................................................30

5.4.1 Розрахунок прикріплень стержнів решітки до фасонок...........................30

5.4.2 Розрахунок прикріплень поясів до фасонок..............................................30

6. Література..........................................................................................................33

1. Вихідні дані

Шифр: Н-2

Основні характеристики мостового крана

2. Об’ємно-планувальне та конструктивне рішення будівлі

2.1 Призначення сітки колон будівлі

Розміщення колон в плані (рис.1) повинно відповідати вимогам технології, економічності та уніфікації об’ємно-планувальних і конструктивних рішень промислових будівель. Крок колон відповідно до завдання становить 6м. Біля торців будівлі колони зміщують всередину будівлі на 500мм для зручності оформлення кутів будівлі стандартними огороджуючими конструкціями.

2.2 Компонування поперечної рами

Компонування поперечної рами починають з встановлення вертикальних розмірів будівлі, які залежать від технологічних умов виробництва, габаритів технологічного обладнання і підйомно-транспортних механізмів. Вони визначаються відстанню від рівня підлоги до головки підкранової рейки Н0 і відстанню від головки підкранової рейки до низу несучих конструкцій покриття Н3 (рис.2):

;

;

;

;

.

Висота ферми на опорі h0=2.2м, а посередині прольоту

.

Після визначення необхідних розмірів по вертикалі визначають основні розміри по горизонталі.

Прив’язка зовнішньої грані колони крайнього ряду до поздовжньої осі приймаємо b0=250мм.

Ширина перерізу верхньої частини колони , приймаємо h2=500мм.

Ширина перерізу нижньої частини колони , приймаємо h1=1250мм.

Відстань від осі колони до осі підкранової балки

.

Для того, щоб кран під час руху не торкався колон

.

Умова виконується. Всі розміри наведені на рис.2.

2.3 Обґрунтування системи в’язей стального каркасу

В каркасах промислових будівель використовують в’язі в площині верхніх і нижніх поясів ферми, а також вертикальні – між фермами і між колонами (рис.3, рис.4, рис.5).

Горизонтальні в’язі в площині верхніх поясів ферм, які служать для забезпечення їх стійкості, встановлюють по середині та біля торців температурного блоку (рис.3). Горизонтальні в’язі в площині нижніх поясів ферм, розташовують по периметру температурного блоку (рис.4).

Якщо довжина блока близька до граничної, то поперечні горизонтальні в’язі по верхніх і нижніх поясах ферм влаштовують через 50...60м. Вертикальні в’язі між фермами використовують для збільшення їх бокової жорсткості та зручності під час монтажу. В’язі влаштовують біля опор ферми та по довжині ферм через 9...12м. Вздовж будівлі ці в’язі розміщують в площині поперечних в’язей і в проміжку через 3...4 кроки ферм.

Вертикальні в’язі між колонами (рис.5) забезпечують загальну стійкість та незмінність споруди. А також сприймають зусилля від поздовжнього гальмування кранів і тиску вітру на торець будівлі. Нижні в’язі між колонами розміщують посередині температурного блоку або близько до неї в площині підкранової та зовнішньої вітки колони. Верхні в’язі між колонами, які розташовані вище підкранових балок влаштовують двоярусними (рис.5). Нижній ярус (між низом ферми і підкрановою балкою) виконують у вигляді хрестової або трикутної решітки. Роль в’язей верхнього ярусу виконують вертикальні в’язі між фермами. Верхні в’язі між колонами встановлюють посередині блоку та в його торцях.

3. Розрахунок рами

3.1 Визначення навантажень на раму

3.1.1 Постійне навантаження

В курсовому проекті постійне розрахункове навантаження на ригель рами .

Розрахункове погонне постійне навантаження на ригель рами ,

де В=6м – поздовжній крок колон.

Опорний тиск ригеля від постійного навантаження відносно центру перерізу нижньої частини колони викликає момент Мq .

Опорний тиск ригеля від постійного навантаження .

Ексцентриситет опорного тиску .

Момент .

Постійне навантаження від власної ваги верхньої та нижньої частини ступінчатої колони:

а) від нижньої частини колони ;

б) від верхньої частини колони .

Навантаження на раму від власної ваги підкранових конструкцій ,

де , , - дивись вихідні дані.

3.1.2 Снігове навантаження

Снігове навантаження приймають залежно від кліматичного району будівництва за нормами проектування СНиП 2.01.07-85 „Нагрузки и воздействия”. В курсовому проекті нормативне снігове навантаження . Розрахункове погонне навантаження від снігу на ригель рами складає ,

де С=1 – коефіцієнт, що враховує нерівномірність снігового навантаження по довжині ригеля за складної конфігурації покрівлі;

– коефіцієнт надійності за навантаженням для снігового навантаження.

;

3.1.3 кранове навантаження

Вертикальне та горизонтальне кранове навантаження на раму визначають від двох найбільш несприятливих за впливом кранів. Кранове навантаження передається на раму підкрановими та гальмівними балками у вигляді вертикальних опорних тисків Vmax і Vmin та горизонтальної сили гальмування Т.

;

,

де ψС – коефіцієнт сполучень за сумісної роботи двох кранів легкого та середнього режимів роботи;

– коефіцієнт надійності за навантаженням для кранового навантаження;

Fmax – нормативний максимальний тиск колеса крана, для кранів Q = 80 т Fmax = 0,5Ч(350+370)= 360 кН;

Σy – сума ординат ліній впливу для опорного тиску на колону (МВ 051-53, рис.7 та табл.4);

G3=21кН – навантаження від власної ваги підкранових конструкцій (див. п. 3.1.1);

Fmin – нормативний мінімальний тиск колеса крана.

,

де Q=80 т – вантажопідйомність крана;

G =110 т – повна вага крана з візком;

n0 = 4 – кількість коліс з одного боку крана.

Горизонтальний розрахунковий тиск гальмівних балок на колону

,

де .

Підкранові балки встановлюють відносно осі нижньої частини колони з ексцентриситетом, тому в рамі від їх опорного тиску виникають зосереджені моменти .

;

,

де .

3.1.4 Вітрове навантаження

Для розрахунку рами необхідно визначити вітрове навантаження як з навітряної сторони, так і з завітреної сторони. Вітрове навантаження по висоті будівлі розподіляється нерівномірно і його інтенсивність залежить від кліматичного району будівництва, типу місцевості, кроку рам і висоти будівлі.

Інтенсивність розрахункового вітрового навантаження на одиницю довжини на будь-якій висоті х над поверхнею землі:

а) з навітряної сторони ;

б) із завітреної сторони ,

де – коефіцієнт надійності за навантаженням для вітрового навантаження; – нормативний швидкісний напір вітру (див. завдання); С=0,8 і С′=0,6 – коефіцієнт аеродинаміки; КХ – коефіцієнт, що враховує зміни швидкісного напору вітру залежно від висоти та типу місцевості; В=6м – крок рам.

В курсовому проекті інтенсивність розрахункового вітрового навантаження визначають на чотирьох рівнях:

q1 – на висоті 5м від поверхні землі;

q2 – на висоті 10 м від поверхні землі;

q3 – на висоті низу ферми;

q4 – на висоті верху ферми на опорі;

Відповідно:

k1=0,75;

k2=1,0;

k3=1,25+0,015(х-20)=1,25+0,015(21-20)=1,265;

k4=1,25+0,015(х-20)=1,25+0,015(23,2-20)=1,298;

q1=1,4Ч0,7Ч0,8Ч0,75Ч6=3,53кН/м;

q2=1,4Ч0,7Ч0,8Ч1,00Ч6=4,7 кН/м;

q3=1,4Ч0,7Ч0,8Ч1,265Ч6=5,95 кН/м;

q4=1,4Ч0,7Ч0,8Ч1,298Ч6=6,11 кН/м.

Інтенсивність вітрового навантаження із завітряної сторони отримують множенням інтенсивності вітрового навантаження з навітряної сторони на коефіцієнт

;

;

;

.

На підставі виконаних розрахунків складаємо схему вітрового тиску на виробничу будівлю.

Для спрощення розрахунку, фактичне вітрове навантаження на колону від рівня землі до низу ферми замінюємо рівномірно-розподіленим еквівалентним навантаженням, а від низу ферми до її верха – зосередженою силою.

Інтенсивність еквівалентного рівномірно-розподіленого вітрового навантаження визначається із умови рівності моментів в защемлені колони від фактичної епюри вітрового тиску і еквівалентного рівномірно-розподіленого навантаження М=Мw.

Момент від фактичного навантаження

Момент від еквівалентного навантаження

.

Із умови рівності моментів

;

.

Зосереджена сила

.

Вихідні дані для статичного розрахунку рами

Таблиця 1

Результати статичного розрахунку рами на ЕОМ

Таблиця2

Вибір найневигідніших комбінацій зусиль для лівої колони рами

Таблиця 3

До вибору розрахункових комбінацій зусиль

Таблиця 4

4. Розрахунок та конструювання колони

Вихідні дані:

Розрахункові комбінації зусиль:

для верхньої(над кранової) частини колони:

N2= 593,4 кН; М2=-368,54 Кн·м; Q2=0,5 кН;

для нижньої (підкранової) частини колони:

N1=1620,16 кН; М1=-856,92 Кн·м (згинаючий момент завантажує зовнішню вітку);

Nґ1 =1495,96кН; Мґ1 =-856,92Кн·м; Q1=62,85 кН (згинаючий момент довантажує підкранову вітку)

Найбільше значення нормальних сил:

N2=604,4 кН; N1=1620,16 КнЧм;

Матеріал колони – сталь марки 09Г2С;

Довжина верхньої частини: l2=5,2м;

нижньої частини: l1=16,8м;

Висота перерізу верхньої частини колони: h2=500мм;

нижньої частини колони: h1=1250мм;

Співвідношення моментів інерції: I1:I2=200/21;

Висота підкранової балки з рейкою: hв=1,2м.

4.1 Визначення розрахункових довжин