Расчет стального каркаса пз (2009)

А. Н. АКТУГАНОВ О. А. АКТУГАНОВ

ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА СТАЛЬНОГО КАРКАСА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

Учебное пособие

Йошкар-Ола Марийский государственный технический университет

2008

УДК 624.014 ББК 38.54

А 43

Рецензенты:

кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных конструкций и архитектуры

Владимирского государственного университета

В. Ю. Щуко ;

главный инженер проектного института "Марийскгражданпроект"

В. Н. Конышев

Печатается по решению редакционно-издательского совета МарГТУ

Актуганов, А. Н.

А 43 Инженерный метод расчета стального каркаса производственного здания: учебное пособие / А. Н. Актуганов, О. А. Актуганов. – Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет,

2008. – 76 с.

Представлен инженерный (упрощенный) метод расчета стального каркаса производственного здания, применяемый при выполнении курсового проекта по дисциплине "Металлические конструкции".

Для студентов специальностей 270102.65 "Промышленное и гражданское строительство", 270114.65 "Проектирование зданий" и направления 270100.62 "Строительство" всех форм обучения.

УДК 624.014 ББК 38.54

© Марийский государственный технический университет, 2008

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие "Инженерный метод расчета стального каркаса производственного здания" по дисциплине "Металлические конструкции" разработано в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальностям 270102.65 "Промышленное и гражданское строительство", 270114.65 "Проектирование зданий" и направлению 270100.62 "Строительство". Оформление издания (в частности, заголовков, рисунков, таблиц) служит примером оформления дипломных и курсовых ра-

бот (ГОСТ 4.482-87).

В книге рассмотрены вопросы компоновки каркаса производственного здания, методы статического расчета поперечной рамы. Приведены основные вопросы подготовки исходных данных для расчета поперечной рамы на ЭВМ. Изложена методика расчета поперечной рамы упрощенным ускоренным методом (при помощи коэффициентов), что особенно важно для студентов заочной формы обучения. Также представлен пример расчета поперечной рамы на различные виды загружений. Приведены методика и пример составления расчетной нагрузки при действии нескольких нагрузок на поперечную раму.

Авторы выражают благодарность рецензентам кандидату технических наук, профессору, заведующему кафедрой строительных конструкций и архитектуры Владимирского государственного университета В.Ю. Щуко и главному инженеру проектного института «Марийскгражданпроект» В.Н. Конышеву.

3

ВВЕДЕНИЕ

Задание на курсовой проект выдается в виде схемы с указанием основных параметров сооружения. Пользуясь исходными данными, студент самостоятельно выбирает все конструктивные элементы на основании их технико-экономического анализа. Такое задание наиболее соответствует тем условиям проектирования реальных объектов, которые не раз встретятся в практике будущего специалиста. Выполняя курсовой проект, студент должен приобрести необходимые навыки в проектировании реальных зданий и сооружений с высокими технико-экономичес- кими показателями.

Студент, приступающий к проектированию, должен знать работу элементов металлических конструкций, основы расчета металлических конструкций, виды соединения металлических конструкций, основные особенности технологии изготовления металлических конструкций, конструктивные и планировочные решения одноэтажных промышленных зданий, основы экономики металлических конструкций и другие вопросы.

Целью проектирования является приобретение студентами практических навыков самостоятельного использования и применения теоретических основ и соответствующей нормативной базы при решении конкретной технической задачи.

В данном проекте предусматривается разработка стального каркаса одноэтажного производственного здания по исходным данным, принимаемым (табл. П13.1, П13.2) по двум последним цифрам номера зачётной книжки. При этом данные стены – самонесущие или навесные (назначается руководителем проекта); количество кранов в пролёте 2; краны с гибким подвесом груза; здание отапливаемое (следует принять для всех вариантов).

Расчёту и конструированию подлежат:

•каркас производственного здания;

•подкрановые конструкции;

•стропильная ферма покрытия;

•ступенчатая внецентренно сжатая колонна.

Расчёты и конструирование перечисленных конструкций, а также компоновка поперечной и продольной систем каркаса отражаются в расчётно-пояснительной записке объёмом 35...45 страниц и на 2-х листах чертежей формата А1. Правила и примеры оформления чертежей приведены в [8].

4

1.КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА

1.1.Состав каркаса и его конструктивные схемы

Впромышленных зданиях существенно влияние технологии производства на конструктивную схему каркаса. Конструктивная форма определяется габаритами и расположением оборудования, внутрицеховым транспортом, путями перемещения деталей и готовой продукции.

Каркасы производственных зданий проектируются так, что несущая способность (включая жесткость) поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль – продольными элементами каркаса, кровельными и стеновыми панелями.

Поперечные рамы каркаса состоят из колонн и ригелей (в виде ферм или балок). Продольные элементы каркаса – это подкрановые конструкции, подстропильные фермы, связи между колоннами и фермами, прогоны покрытия или ребра стальных панелей покрытия.

Кроме перечисленных элементов в составе каркаса обязательно имеются конструкции фахверка, балочных площадок, лестниц и других элементов.

Конструктивные схемы каркаса достаточно многообразны. Наиболее простая схема – это поперечные рамы, на которые опираются подкрановые конструкции, а также панели покрытия или прогоны. Такое конструктивное решение обеспечивает выполнение эксплуатационных требований производственных цехов, в которых оборудование удобно размещать при относительно небольших шагах колонн по внутренним ря-

дам (6...12 м).

1.2. Компоновка конструктивной схемы каркаса

При проектировании каркас производственного здания обычно расчленяется на две системы – поперечную и продольную, работа каждой из них под нагрузкой принимается независимой. В состав этих систем включают конструкции, работа которых является определяющей для данной системы.

1.2.1. Поперечная система каркаса

В поперечную систему – раму – включают только колонны и ригели покрытия. Рама образуется двумя жёстко заделанными в фундамент ступенчатыми колоннами и ригелем – жёстко опертой стропильной фермой (рис. 1.1). Стропильная ферма – ферма с параллельными пояса-

5

Рис 1.1. Схема поперечной рамы

ми или с уклонами верхнего пояса (при использовании в качестве несущей конструкции кровли профилированного настила и прогонов) или трапециевидная (при использовании крупноразмерных железобетонных ребристых плит или стальных панелей).

При компоновке поперечной рамы сначала следует определить вертикальные размеры рамы и ее элементов, привязывая размеры к уровню чистого пола.

Размер h1 – отметка верха кранового рельса.

Размер h2 диктуется вертикальными габаритами мостового крана:

где hc – габаритный размер крана от верха подкранового рельса до верхней точки тележки мостового крана (см. прил. 5 (Hк)); 100 мм – зазор между этой точкой и низом стропильной фермы (требование техники безопасности); a = 200...400 мм – возможный прогиб конструкции (больший размер для больших пролетов).

Размер h2 принимается кратным 200 мм с округлением в большую сторону. Полезная высота цеха

6

должна быть кратна 0,6 м. В случае необходимости корректировки полезную высоту изменяют за счёт увеличения размера h1.

Высота колонны у опоры ригеля hf зависит от принятой конструкции фермы. Схемы ферм пролетами 24, 30 и 36 м приведены в [6, с. 318;

8, с. 245].

Далее устанавливаются горизонтальные размеры с привязкой их к разбивочным осям.

Привязка наружной грани колонны к разбивочной оси

•b0 = 0 в невысоких зданиях с Н < 16,2 м при В = 6 м и кранах грузоподъёмностью Q < 300 кН;

•b0 = 500 мм в высоких зданиях с Н > 30 м и кранами Q ≥ 750 кН; в зданиях с мостовыми кранами с группами режимов работы 7К и 8К, если в верхней части колонны устраиваются проёмы для прохода;

•b0 = 250 мм в остальных случаях.

Ширина верхней части колонны из условия обеспечения необходимой изгибной жёсткости

Для цехов с подвесным транспортом и с мостовыми кранами небольшой грузоподъемности привязки ферм с элементами из парных уголков к разбивочной оси устанавливаются равными 200 мм. Таким образом, ширина сплошной колонны или верхней части ступенчатой колонны может быть 450 мм (250+200) и 700 мм (500+200).

Если по условиям прочности или жесткости для сплошной колонны требуется большая ширина, то в пределах высоты фермы рекомендуется принять ширину 450 или 700 мм, а ниже фермы – большей.

В прочих случаях этот размер принимается кратным 250 мм, т.е. 500 мм или 750 мм.

7

где B1 – часть кранового моста, выступающая за ось рельса (см. прил. 5); 60...75 мм – зазор между колонной и краном.

Размер λ должен быть кратным 250 мм. Для кранов Q ≤ 500 кН при отсутствии проходов в верхней части колонны λ = 750 мм. Для кранов Q > 500 кН без проходов в стенке колонны и Q ≤ 1250 кН с внутренними проходами λ = 1000 мм. Для более мощных кранов, а также при наличии прохода вне колонны λ = 1250 мм.

В обычных промышленных зданиях с мостовыми кранами с группами режимов работы до 6К включительно bd ≥ 201 h . В зданиях с мосто-

выми кранами с группами режимов работы 7К и 8К bd ≥ 151 h .

Пример компоновки поперечной рамы

Исходные данные. Назначение здания – литейный цех; мостовые краны – два крана грузоподъемностью Q = 50/10 т тяжелого режима работы (7К); пролет здания L = 24 м; длина здания l = 108 м; отметка головки подкранового рельса h1 = 21,4 м; место строительства – город Йошкар-Ола.

Решение. Принимаем: шаг колонн B = 12 м; покрытие стальными панелями; кровля холодная; фермы стропильные – трапецеидальные с уклоном верхнего пояса i = 1/8; высота на опоре между внешними гранями hf = 2200 мм; высота посередине (рис. 1.2)

Принимаем: ширина фонаря bфон = 6000 мм; высота hфон = 4100 мм.

Вертикальные размеры колонн:

h2 = hc + a + 100 = 3150 + 300 + 100 = 3550 мм ,

где a = 300 мм и hc = 3150 мм (выборка из ТУ 24-09-344-84,

ТУ 24-09-455-83 и др.);

Принимаем h2 = 3600 мм кратно 200 мм;

H = h1 + h2 = 21,4 + 3,6 = 25 м.

Принимаем H = 25,2 м кратно 600 мм. Следовательно, h1 = 21600 мм.

8

Рис. 1.2. Расчетная схема поперечной рамы

Принимаем высоту подкрановой балки hb = 1500 мм и hr = 130 мм

(прил. 5), тогда hu = h2 + hb + hr = 3,6 + 1,5 + 0,13 = 5,23 м.

С учетом заглубления базы на 800 мм h = H + hбазы = 25,2 + 0,8 = 26 м;

hd = h − hu = 26 − 5,23 = 20,77 м.

Горизонтальные размеры колонн (рис. 1.3):

9