Курсовой проект №2 на тему Стальной каркас одноэтажного производственного здания Металлические конструкции ПГУ str1-28_glava1-3
.pdfМинистерство образования Республики Беларусь Учреждение образования "Полоцкий государственный университет
имени Евфросинии Полоцкой"
Инженерно - строительный факультет Кафедра "Строительные конструкции"
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ №2
подисциплине "Металлические конструкции"
тема "Стальной каркас одноэтажного производственного здания"
Исполнитель: |
студент ИСФ, группа 20-ПГСзс-2 |
БойкоР.В.
Руководитель: |
Хаткевич А.М. |
Новополоцк 2023
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования "Полоцкий государственный университет
имени Евфросинии Полоцкой"
Инженерно - строительный факультет Кафедра "Строительные конструкции"
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту №2
подисциплине "Металлические конструкции"
тема "Стальной каркас одноэтажного производственного здания"
Исполнитель: |
студент ИСФ,группа 20-ПГСзс-2 |
БойкоР.В.
Руководитель: |
ХаткевичА.М. |
Новополоцк 2023
|
Содержание |
|
1 Компоновка поперечной рамы...................................................................................................... |
2 |
|
1.1 |
Размещение колонн в плане....................................................................................................... |
2 |
1.2 |
Основные параметры поперечной рамы................................................................................... |
2 |
1.3 |
Система связей........................................................................................................................... |
4 |
1.4 |
Схема фахверков........................................................................................................................ |
4 |
1.5 |
Тип ограждающих конструкций................................................................................................ |
4 |
2 Расчет поперечной рамы здания................................................................................................... |
5 |
|
2.1 |
Расчетная схема рамы................................................................................................................ |
5 |
2.2 |
Сбор нагрузок на поперечную раму........................................................................................... |
5 |
2.2.1 Постоянные нагрузки.............................................................................................................. |
5 |
|
2.2.2 Снеговая нагрузка.................................................................................................................... |
6 |
|
2.2.3 Нагрузка от действия ветра..................................................................................................... |
7 |
|
2.2.4 Нагрузки от крановых воздействий....................................................................................... |
8 |
|
2.3 |
Статический расчет поперечной рамы...................................................................................... |
10 |
2.4 |
Составление таблицы расчетных усилий.................................................................................. |
10 |
3 Расчет ступенчатой колонны производственного здания........................................................... |
11 |
|
3.1 Определение расчетных длин колонны.................................................................................... |
11 |
|
3.2 Подбор сечения верхней и нижней частей колонны................................................................ |
12 |
|
3.2.1 Подбор сечения верхней части колонны................................................................................ |
12 |
|
3.2.2 Подбор сечения нижней части колонны................................................................................ |
15 |
|
3.2.3 Расчет решетки подкрановой части колонны......................................................................... |
19 |
|
3.3 |
Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны.................. |
20 |
3.4 Расчет и конструирование базы колонны.................................................................................. |
24 |
|
3.4.1 Расчет базы наружной ветви колонны.................................................................................... |
24 |
|
3.4.2 Расчет базы подкрановой ветви колонны............................................................................... |
26 |
|
4 Расчет стропильной фермы........................................................................................................... |
29 |
|
4.1 |
Сбор нагрузок на ферму.............................................................................................................. |
29 |
4.2 |
Определение усилий в стержнях фермы.................................................................................. |
29 |
4.3 |
Подбор и поверка сечений стержней фермы............................................................................ |
32 |
4.4 |
Расчет сварных швов прикрепления раскосов и стоек к фасонкам и поясам фермы............. |
34 |
Приложение А.................................................................................................................................. |
35 |
|
Список литературы.......................................................................................................................... |
45 |
|
1
1. Компоновка поперечной рамы
1.1 Размещение колонн в плане
Размещение колонн в плане принимаем с учетом технологических,конструктивных и экономических факторов. Его увязываем с габаритами технологического оборудования,его расположением и направлением грузопотоков.
Расстояние между колоннами в продольном направлении (шаг колонн) принимаем кратным 6м. Как правило,для зданийбольших пролетов (> 30м) и значительной высоты (H > 14м) с кранами большой грузоподьемности (Q >50т) оказывается выгоднее шаг 12м.
Так как в проектируемом здании используется мостовой кран грузоподьемностью Q = 80 т, значит принимаем шаг поперечных рам в продольном направлении 12м.
У торцов здания колонны смещаем с модульнойсетки на 500мм для возможности использованиятиповых ограждающих конструкций с номинальной длиной 12м.
В поректируемом здании пролет равен L = 22 м, работают 2крана грузоподьемностью Q = 80 т. Длина здания Lзд = 174 м. Отметка головки подкрановогорельса H.1 = 19 м. Город
строительства - Гомель.
Рисунок 1.1- Размещение колонн в плане
1.2 Основные параметры поперечной рамы
Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровнем пола доголовки подкрановогорельса (H.1 = 19 м) и
расстояниемот головки подкрановогорельса дониза несущих конструкций (H2).
Вертикальные размеры:
H2 > (Hk + 100) + f = 3700 + 100 + 400 = 4200 мм
где Hk + 100 - расстояние от головки подкранового рельса доверхней точки тележки крана,
плюс установленный по технике безопасности зазор между этой точкой и строительными конструкциями покрытия, Hk = 3700 мм;
f - размер, учитывающий прогиб конструкции покрытия (ферм,связей). Принимаем с учетом кратности 200мм:
H2 = 4200 мм
2
Высота цеха отуровня пола дониза стропильных ферм:
H0 > H2 + H.1 103 = 4200 + 19 103 = 23200 мм
где H1 - наименьшая отметка головки подкранового рельса (по заданию).
Размер H0 принимается кратным1.8м изусловия соизмеримости состандартными ограждающими конструкциями. Принимаем H0 = 23400 мм .
Уточняем H1 :
H1 = H0 − H2 = 23400 − 4200 = 19200 мм
Размеры верхней части колонны:
Hв = (hб + hр) + H2 = 1600 + 150 + 4200 = 5950 мм
При заглублении базы колонны на 1000мм ниже уровня чистогопола (нулевой отметки):
Hн = H0 − Hв + 1000 = 23400 − 5950 + 1000 = 18450 мм
Общая высота колонны от низа базы до низа ригеля:
H = Hн + Hв = 18450 + 5950 = 24400 мм
Принимаем привязку a = 250 мм. Высота сечения верхней части колонны hв = 700 мм. Для
того,чтобы кран при движении не задевал колонну,расстояние от оси подкрановой балки до оси колонны должно быть не менее:
l1 > B1 + (hв − a) + 75 = 400 + (700 − 250) + 75 = 925 мм
Принимаем l1 = 1000 мм кратным 250мм (так как пролеты крана имеют модуль 500мм).
Посколькуось подкрановой ветви колонны необходимо совместить с осьюподкрановой балки, товысотусечения нижней части колонны принимаем:
hн = l1 + a = 1000 + 250 = 1250 мм
Верхнюю часть колонны принимаем сплошной двутавровогосечения,нижнююсквозной.
Рисунок 1.2- Схема поперечной рамы
3
1.3 Система связей
Связи в проектируемом здании являются важными элементами, необходимыми для:
-обеспечения неизменяемости пространственной схемы каркаса и устойчивости его сжатых элементов;
-восприятия и передачи на фундамент некоторых нагрузок (ветровых,горизонтальных от кранов);
-обеспечения совместной работы поперечных рам при крановых нагрузках;
-создания жесткости каркаса, необходимой для обеспечения нормальных условий эксплуатации;
-обеспечения условий высококачественногои удобногомонтажа.
В проектируемом здании используются 2вида связей - связи между колоннами и связи между фермами.
Связи междуколоннами.
Решетку вертикальных связей проектируем треугольной,элементы которой работают на растяжение. Схему решетки выбираем так, чтобы ее элементы было удобнокрепить к колоннам
(углы между вертикальюи элементами решетки близкит к 450). Расстояние от торца температурногоблока дооси ближайшей вертикальной связи не превышает предельный установленный размердля данного типа здания.
Связи попокрытию.
Система связей покрытия состоит из горизонтальных и вертикальных связей. Горизонтальные связи располагаем в плоскостях нижнего и верхнегопоясов ферм. Горизонтальные связи состоят из поперечных и продольных.
Элементы верхнегопояса стропильных ферм сжаты,поэтому обеспечиваем их устойчивость из плоскости ферм.
Так как в здании запроектирован мостовой кран,значит обеспечиваем горизонтальную жесткость каркаса вдоль здания. Запроектированы связи понижним поясам ферм.
Поперечные связи закрепляют продольные, а в торцах здания они необходимы и для восприятия ветровой нагрузки, направленной на торец здания.
1.4 Схема фахверков
Фахверком называется система конструктивных элементов,служащих для поддержания стенового огражденияи восприятия (с последующей передачей на фундаменты и другие конструкции) ветровой нагрузки.
Восновном,по расчетной схеме фахверк состоит из статически определимых элементов: стойка фахверка имеет в основании шарнирно-неподвижнуюопору,верхняя опора стойки фахверка шарнирно-подвижная,выполнена в виде гибкой стальной пластины (лситовой шарнир),соединенной с конструкцией покрытия. Толщину гибкой пластины фахверка принимаем равной 8мм.
Вкурсовом проекте запроектированы стойки фахверка торцевые (в торцах здания). Повиду поперечногосечения стойки фахверка проектируем коробчатого сечения,составленные из 2 профилей швеллера.
1.5Тип ограждающих конструкций
Вкачестве ограждающих конструкций принимаем стеновые навесные сэндвич-панели длиной 12м и высотой 0.6и 1.2м,а иакже оконные переплеты с такими же геометрическими размерами.
Ворота запроектированые двустворчатые,распашные. Ввиду значительных геометрическитх размеров,конструкция ворот предусматривает использованиежесткого каркаса.
4
2.Расчет поперечной рамы здания
2.1Расчетная схема рамы
Всоответствии с конструктивной схемой выбираем ее расчетнуюсхему (рис. 2.1). Сопряжение ригеля с колонной назначаем жестким; сквозные колонны и фермы заменяем сплошными эквивалентной жесткости; ригельпринимаем прямолинейным.
Расстояние между центрами тяжести верхнегои нижнегоучастков колонн:
e0 = 0.5 (hн − hв) = 0.5 (1250 − 700 ) = 275 мм
Задаемся соотношением моментов инерции элементов рамы:
Iн |
=5; |
Iр |
= 4; если I |
= 1,то I |
= 5, I = 20 |
|
|
||||
Iв |
|
в |
н |
р |
|
Iн |
|
|
|||
Рисунок 2.1- Расчетная схема рамы
2.2Сбор нагрузок на поперечную раму
2.2.1Постоянные нагрузки
Постоянные нагрузки на ригель рамыот веса кровли, стропильных ферм и связей по покрытиюпринимаются обычноравномерно распределенными по длине ригеля.
Постоянные нагрузки зависят от типа покрытия, которое может быть тяжелым или легким, утепленным или неутепленным. В данном проекте разрабатывается покрытие из стального профилированного настила. Состав покрытия - см. табл. 2.1.
Таблица 2.1 - Нагрузки на покрытие
Состав покрытия |
Нормат., |
Коэфф. |
|
Расчётная, |
|
|
кПа |
надежности |
кПа |
||
Защитный слой |
0,3 |
1,35 |
|
0,405 |
|
Гидроизоляция |
0,204 |
1,35 |
|
0,2754 |
|
Утеплитель |
0,1 |
1,35 |
|
|
0,135 |
|
|||||
Пароизоляция |
0,05 |
1,35 |
|
0,0675 |
|
Профнастил |
0,35 |
1,35 |
|
0,4725 |
|
К-ции шатра |
0,3 |
1,35 |
|
0,405 |
|
Итого, кПа |
1,304 |
|
|
1,7604 |
|
Расчетная равномерно распределенная линейная нагрузка на ригель рамы:
qр = gкр |
bф |
= 1.76 |
12 |
= 21.199 кН/м |
cosα |
0.996 |
где bф - шаг стропильных ферм;
gкр - расчетная равномернораспределенная нагрузка на покрытие (см. табл. 2.1)
5
Расчетный вес колонны. Верхняя часть (20% веса):
Gв = 0.2γf gк |
L |
bф |
= |
0.2 1.35 0.6 |
|
22 |
12 = 21.384 кН |
|
|
||||||||||
2 |
2 |
|
|
||||||||||||||||
Равномернораспределенная нагрузка: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
gк.в |
= |
|
Gв 103 |
|
= |
|
21.384 103 |
|
= 3.594 |
кН/м |
|
|
|||||||
|
Hв |
5950 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Нижняя часть (80% веса): |
|
|
|
|
|
Gв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
= 0.8 |
|
= |
0.8 |
21.384 |
|
= 85.536 |
кН |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
н |
|
|
|
|
0.2 |
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Равномернораспределенная нагрузка: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
gк.н |
= |
|
Gн 103 |
|
= |
|
85.536 103 |
|
= 4.636 |
кН/м |
|
|
|||||||
|
Hн |
18450 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Поверхностная масса стеновых панелей gпан |
|
= 2 кН/м2 , оконных панелей gок |
= 0.35 кН/м2 . |
||||||||||||||||
В верхней части колонны (включая вес этой части колонны): |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
F1 = γf bф (gпан hпан.1 + gок hок.1) + Gв |
= 1.35 12 (2 5.25 + |
0.35 1.2) + 21.384 = 198.288 |
кН |
||||||||||||||||
Равномернораспределенная нагрузка: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
f1.пог |
= |
|
F1 103 |
|
= |
|
198.288 10 |
3 |
|
= 33.326 кН/м |
|
|
|||||||
|
|
Hв |
5950 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
В нижней части колонны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F2 = γf bф (gпан hпан.2 + gок hок.2) + Gн |
|
= 1.35 12 (2 4.2 + 0.35 15) + 85.536 |
= 306.666 |
кН |
|||||||||||||||
Равномернораспределенная нагрузка: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
f2.пог |
= |
|
F2 103 |
|
= |
|
306.666 103 |
|
= 16.621 кН/м |
|
|
||||||||
|
|
Hн |
18450 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Постоянные нагрузки показаны на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Постоянные нагрузки
2.2.2Снеговая нагрузка
Коэффициент формы снеговых нагрузок, которые должны использоваться для двускатных покрытий,при отсутствии снегоудерживающих заграждений при уклоне менее 30градусов:
μ = 0.8
6
Характеристическое значение снеговой нагрузки для г. Гродно:
sk |
= 1.35 + 0.38 |
A − 140 |
= 1.297 |
( A = 126 м) |
|
||||
|
100 |
|
|
|
Нормативное значение снеговой нагрузки при Ce = 1 и Сt |
= 1 : |
|||
|
sn = μ Ce Ct sk = |
0.8 1.297 = 1.037 кПа |
||
Расчетное значение снеговой нагрузки, приведенной к 1м.п. длины ригеля:
sd = γq sn bф = 1.5 1.037 12 = 18.674 кН/м
2.2.3 Нагрузка от действия ветра
Базовое значение скорости ветра (согласно п.4.2СН 2.01.05-2019) при: с.dir = 1 - коэффициент, учитывающий направление ветра;
cseason = 1 - сезонный коэффициент;
vb.0 = 21 м/с - основноезначение базовой скорости ветра;
vb = vb.0 cdir cseason = 21 м/с
Средняя скорость ветра vm на высоте z над уровнем земли зависит от шероховатости местности, орографии и базовогозначения скорости ветра vb. По таблице 4.1 СН 2.01.05-2019
определяем коэффициенты в зависимости от типа местности:
Коэффициент местности: |
z0 |
= 0.05 , zij = 0.05 , z = 26.25 м |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
z0 0.07 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.05 |
0.07 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
kr |
= 0.19 |
|
|
|
|
= 0.19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0.19 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
0.05 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
zij |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Коэффициент, учитывающий тип местности: |
|
|
|
|
|
26.25 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
cr = kr ln |
|
|
|
|
= |
0.19 ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1.19 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
0.05 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Орографический коэффициент согласно п.4.3.3 СН 2.01.05-2019 c0 = 1 : |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
vm = cr c0 vb |
= |
1.19 21 = 24.991 м/с |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
Интенсивность турбулентности при коэффициенте турбулентности kt = 1 : |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
lv = |
|
|
kt |
|
|
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
= 0.16 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
26.25 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
c0 ln |
|
|
|
ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
0.05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Пиковое значение скоростногонапора при плотности воздуха ρв = 1.25 кг/м3 : |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
ρв |
2 |
|
|
− 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
− 3 |
|
|
||||||
qp = (1 + 7 lv) |
|
vm |
10 |
|
|
|
= ( |
1 + |
7 0.16 ) |
|
1.25 24.991 |
|
10 |
|
= 0.827 |
кПа |
|||||||||||||||||
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
Коэффициенты внешнего давления для вертикальных стен согласнотабл. 7.1СН |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
2.01.05-2019 : |
|
|
|
cpe.D = 0.746 |
, cpe.E = −0.5 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка на рамус наветренной стороны:
qw.D = qp cpe.D bф γQ = 0.827 0.746 12 1.5 = 11.103 кН/м
Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка на рамус подветренной стороны:
qw.E = qp cpe.E bф γQ = 0.827 −0.5 12 1.5 = −7.439 кН/м
Сосредоточенная сила с наветренной стороны:
Qw.D = qw.D z − H0 10− 3 = 11.103 (26.25 − 23400 10− 3) = 31.642 кН
Сосредоточенная сила с подветренной стороны:
7
Сосредоточенная сила с подветренной стороны:
Qw.E = qw.E Qw.D = −7.439 31.642 = −21.202 кН qw.D 11.103
Снеговая иветровая нагрузки показаны на рисунках 2.3 и 2.4.
Рисунок 2.3 - Снеговая нагрузка
Рисунок 2.4 - Ветровая нагрузка
2.2.4Нагрузки от крановых воздействий
Параметры крана для данных грузоподьемности и пролета:
мм, K = 4350 мм, Fk1 = 370 кН, Fk2 = 350 кН
Линия влияния суммарного давления подкрановых балок на колоннуот действия подвижной крановой нагрузки показана на рисунке 2.5.
Сумма произведений ординат линии влияния на соответствующие значения давлений колес крана:
SumFkYi = 370 (1 + 0.933 + 0.737 + 0.671 ) + 350 (0.571 + 0.504 + 0.308 + 0.242 ) = 1805.167 кН
Расчетное усилие, передаваемое на колонну колесами крана:
Dmax = γf (ψ SumFkYi + Gn + gn bt bф) = 1.35 (1805.167 + 66 + 1.5 1.25 12) = 2556.45 кН
где γf и ψ - коэффициенты надежности понагрузке и сочетаний;
Gn - характеристическое значение веса подкрановых конструкций,кН; gn - характеристическое значение полезной нагрузки, кПа;
bt - ширина тормозной площадки, м.
8