Статический расчет металлического каркаса одноэтажного производстве

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»

И.И. Зуева, Б.И. Десятов

СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КАРКАСА ОДНОЭТАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Издательство Пермского государственного технического университета

2008

УДК 624.014.001.63 (07) З-93

Рецензенты:

канд. техн. наук, профессор Е.И. Новопашина (ПГТУ) Веремеев М.И. (ООСК ОАО «Галургия»)

Зуева, И.И.

З-93 Статический расчет металлического каркаса одноэтажного производственного здания: учеб. пособие к курсовому и дипломному проектированию / И.И. Зуева, Б.И. Десятов. – Пермь: Изд-во Перм.

гос. техн. ун-та, 2008. – 114 с.

ISBN 978-5-398-00027-6

Разработано в соответствии с программой курса «Проектирование металлических конструкций». Даны рекомендации по определению нагрузок и усилий в элементах каркасов одноэтажных производственных зданий, рассмотрен пример расчета трехпролетной рамы производственного здания. Приведена методика подготовки исходных данных для расчета на ЭВМ по программе «РАМА», разработанной на кафедре «Строительной механики и вычислительной техники» Пермского государственного технического университета, и «ЛИРА-Win- dows». На конкретном примере показано определение расчетных усилий для крайней колонны поперечной рамы каркаса производственного здания.

Предназначено для студентов специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» при выполнении курсовых и дипломных проектов.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

Проектирование каркаса производственного здания начинают с выбора конструктивной схемы и ее компоновки. Конструктивная схема здания должна удовлетворять требованиям технологии производства, прочности, жесткости и устойчивости, экономичности, индустриализации строительства, а также архитектурным требованиям.

Стальной каркас одноэтажного производственного здания представляет собой пространственную систему. Основой каркаса является поперечная рама, состоящая из ступенчатых колонн и ригелей (в виде ферм или сплошностенчатых элементов). Колонны, как правило, проектируют защемленными в фундаментах и жестко или шарнирно соединенными с ригелями. Жесткое сопряжение ригелей с колоннами рекомендуется применять для однопролетных зданий, для зданий большой высоты, оборудованных кранами большой грузоподъемностью, для кранов с режимом работы 7К, 8К, к которым предъявляются высокие требования в отношении обеспечения необходимой поперечной жесткости. В многопролетных рамах наряду с жестким сопряжением ригелей с колоннами может применяться также и шарнирное.

При проектировании производственных зданий и сооружений следует выполнить требования строительных норм и правил, обеспечивающие необходимые эксплуатационные качества, надежность и долговечность строительных конструкций, их элементов и узлов.

Проектирование производственных зданий начинают с выбора материала несущих конструкций. Основными факторами при этом являются условия их эксплуатации, нагрузки и сроки возведения здания.

Проектирование каркасов промышленных зданий необходимо производить с максимальным использованием унифицированных габаритных схем и типовых конструкций, благодаря которым обеспечивается наибольшая серийность элементов при минимальном числе типоразмеров. Конструктивные формы здания должны быть простыми, отвечать современной технологии изготовления и скоростному монтажу.

Комплектовать конструкции каркаса необходимо из минимального числа марок сталей, профилей проката и деталей. Форма последних должна быть простой, предусматривающей наименьшие отходы и потери.

При проектировании каркаса здания решаются следующие вопросы:

1.Компоновка конструктивной схемы каркаса, рис. 1–3.

2.Проектирование подкрановых конструкций.

3.Статический расчет поперечной рамы каркаса.

4.Расчет и конструирование внецентренно-сжатых колонн каркаса.

5.Расчет и конструирование ригеля поперечной рамы каркаса.

6.Разработка рабочих чертежей металлических конструкций каркаса здания.

2. КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ

Компоновочное решение каркаса здания разрабатывается на основании технического задания. Компоновка конструктивной схемы начинается с определения генеральных размеров производственного здания. В ее основе лежит унификация объемно-планировочных решений. При шаге колонн 12, 18 м

идлине стеновых панелей 6 м предлагается на выбор два варианта:

1)шаг поперечных рам – 12 м, устраивают фахверк;

2)шаг крайних колонн – 6 м, средних – 12; 18 м, шаг ферм – 6 м, по средним рядам фермы опираются на подстропильные фермы.

Привязка осей колонн определяется грузоподъемностью кранов, высотой верхней части колонны, режимом работы кранов.

По длине и ширине производственные здания разрезают на температурные блоки. Предельные расстояния между температурными швами стальных каркасов одноэтажных зданий и сооружений принимаются по табл. 1.

Разрабатывается система покрытия. Кровельные покрытия бывают теплыми и холодными, прогонными и беспрогонными.

Поперечный профиль производственного здания зависит от отметки

головки кранового рельса, организации водоотвода, устройства фонарей. В отапливаемых зданиях с теплыми кровлями водоотвод внутренний, в неотапливаемых зданиях и горячих цехах с холодными кровлями водоотвод наружный, поэтому многопролетные здания с холодными кровлями рекомендуется выполнять двухскатными, многопролетными, здания с теплыми кровлями – многоскатными.

1 Районирование принимают по карте 5 приложения 5 к СНиП 2.01.07.

Состав кровли и покрытия для беспрогонных кровель и кровель с прогонами можно принять по учебнику [1]. Например, покрытия принимаются:

–прогонные покрытия: прогоны пролетом l = 6, 12 м; на прогоны опираются при теплых кровлях – стальной профилированный настил [2]; при холодных кровлях – стальной лист t =3 − 4мм [1];

–беспрогонные покрытия: стальные панели l = 6, 12 м, шириной 3 м (теплые кровли [1, рис. 13.5]; холодные кровли [1, рис. 13.6]), рис. 4.

Уклон кровли принимается i =1,5 % ; фермы с параллельными поясами

выбираются по типовым сериям [9–11].

Затем определяются размеры поперечной рамы по высоте и горизонтали (см. рис. 2). Полезная высота цеха Н назначается кратной 1,2 м до высоты 10,8 м и кратной 1,8 при большей высоте; в отдельных случаях Н принимается кратной 0,6 м.

Производственное здание, как видно из рис. 1, оборудуется в каждом пролете кранами, количество кранов и их грузоподъемность Qi зависят от

оборудования проектируемого здания.

Размеры здания по высоте и горизонтали определяются для крана максимальной грузоподъемности наибольшего пролета. Габаритные размеры кранов принимаются по ГОСТам или ТУ на краны или по литературе [1, 2].

На следующем этапе разрабатывается система связей по верхним, нижним поясам ферм, а также система вертикальных связей между колоннами и фермами (пример решения связей показан на рис. 22–24) согласно учебникам [1, 13, 14] и типовым сериям – [9–11].