Raschet_i_proektirovanie_karkasa_odnoetazhnogo_proizv._zd

Федеральное агентство по образованию Ангарская государственная техническая академия Кафедра промышленного и гражданского строительства

Савенков А.И., Щербин С.А.

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАРКАСА ОДНОЭТАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром высшего профессионального образования для межвузовского использования в качестве учебного пособия для студентов специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» всех форм обучения

Ангарск 2008

1

УДК 624.014

Савенков А.И., Щербин С.А. Расчет и проектирование каркаса одноэтажного производственного здания

Учебное пособие к курсовому проекту по металлическим конструкциям.

- Ангарск: 2008 -86с.

Содержатся основные указания по компоновке, выбору оптимального варианта, проектированию связей по каркасу, расчету и проектированию ступенчатой колонны и фермы одноэтажного производственного здания с металлическим каркасом.

Предназначено для студентов специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» всех форм обучения.

Рецензенты:

зав. кафедрой металлических конструкций Красноярской архитектурностроительной академии д.т.н., профессор Енджиевский Л.В.;

доцент кафедры металлических и деревянных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета, к.т.н. Айдаров Д.П.

©Ангарская государственная техническая академия

©Кафедра ПГС

2

3

4

1. РАСЧЕТ ВАРИАНТОВ КОМПОНОВКИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

1.1. Цель курсового проекта

Цель курсового проекта - познакомить студентов с основными принципами компоновки производственных зданий, методикой выбора экономичных схем стального каркаса и основных конструкций, а также с методами статических и конструктивных расчетов несущих систем и разработкой рабочих чертежей на стадии КМ и КМД.

Темой курсового проекта является расчѐт и конструирование основных несущих конструкций одноэтажного производственного здания, оборудованного мостовыми электрическими кранами.

Курсовой проект состоит из четырех разделов, охватывающих основные этапы проектирования зданий и сооружений:

1.Выбор варианта компоновки конструктивной схемы стального каркаса одноэтажного производственного здания.

2.Статический расчѐт поперечной рамы каркаса.

3.Подбор сечения, его проверка и конструирование верхней сплошной и нижней сквозной частей, а также базы и оголовка внецентренно сжатой ступенчатой колонны.

4.Подбор сечений стержней, конструирование узлов и графическое оформление рабочих чертежей стропильной фермы.

Объѐм проекта - 2 листа чертежей формата А1 (594х841мм) и пояснительная записка на 30 - 50 страницах.

Вначале записки должно быть приведено задание на курсовой проект, в конце прилагается список использованной литературы. Записка подписывается автором. Объѐм отдельных этапов работы составляет: разработка схемы каркаса и анализ вариантов - 20%, статический расчѐт рамы - 10%, расчѐт и конструирование ригеля рамы - 20%, расчет и конструирование стоек рамы - 20%, оформление чертежей и пояснительной записки - 30%.

1.2. Критерии и методы оптимального проектирования

Любая задача строительного проектирования является многовариантной, то есть имеет множество возможных решений, отличающихся всеми или большинством сравниваемых показателей. Для того, что бы из всего многообразия варьи-

5

руемых параметров сделать обоснованный выбор, необходимо иметь ограниченное число формализованных критериев оптимальности конструкции. Такими оценочными критериями являются масса или стоимость конструкций, трудозатраты на изготовление, транспортировку и монтаж, а так же затраты, связанные с их эксплуатацией.

В том случае, когда варьируемые параметры имеют геометрическую природу (например, размеры сечения или его элементов), и вся конструкция выполнена из одного материала, критерием оптимальности является минимум ее массы.

Когда конструктивно однотипные элементы выполняются из разных материалов, существенно отличающихся удельной прочностью и стоимостью, в качестве оценочного критерия используется стоимость материала конструкций.

Для сравнения вариантов, отличающихся не только геометрическими размерами и материалом, но и конструктивными решениями и, в связи с этим, технологией и трудоемкостью изготовления, в качестве оценочного критерия используется заводская себестоимость конструкций.

Варианты, отличающиеся количеством монтажных элементов, их габаритами и весом, условиями поставки и степенью заводской готовности, имеют различные показатели стоимости конструкций, транспортных расходов и трудоемкости монтажа. В этом случае в качестве интегрального оценочного критерия используется стоимость конструкций "в деле", которая отражает в денежном выражении единовременные затраты на создание здания или сооружения.

Необходимо отметить, что чем более обобщенными являются оценочные критерии, тем больше данных необходимо для их определения и тем труднее это сделать на стадии принятия основных технических решений (стадии разработки технического проекта), когда детальное конструирование элементов еще не выполнено.

Оптимальными параметрами конструкции или конструктивного комплекса являются такие параметры, которые, безусловно отвечая требованиям организации производственного процесса, надежности, долговечности и ремонтопригодности, в то же время минимизируют значение принятого оценочного критерия (расхода или стоимости материалов, стоимости "в деле" или приведенных затрат). Для определения оптимальных параметров конструкции могут быть использованы методы сравнения конкурентоспособных вариантов, построения функции качества (веса, стоимости) и исследования ее на минимум, применен ап-

6

парат математического программирования для решения линейных, нелинейных и динамических задач. Из перечисленных методов, сравнение вариантов является наиболее простым и доступным при "ручном" (не автоматизированном) проектировании, в то же время значительно уступая строгим математическим методам в точности полученных результатов.

В курсовом проекте в учебных целях предлагается выполнить сравнение двух из трех возможных вариантов компоновочной схемы, наиболее широко используемых в каркасах одноэтажных однопролетных производственных зданий и приведенных на рис.1.

Приступая к сравнению вариантов, на основе исходных данных необходимо выполнить компоновку конструктивной схемы каркаса и поперечной рамы для каждого из выбранных вариантов.

Элементами каркаса, определяющими в основном его материалоемкость и стоимость, являются несущие конструкции покрытия, подкрановые балки и колонны. Количество типоразмеров основных несущих конструкций и их общее количество для каждого варианта находится исходя из заданных размеров здания и принятой компоновочной схемы. Вес конструкций и расход стали на основные элементы определяются по эмпирическим формулам или таблицам в зависимости от их параметров (конструктивной формы, характера работы, пролета, шага) и величины действующих нагрузок для каждого рассматриваемого варианта.

1.3. Компоновка конструктивной схемы стального каркаса одноэтажного производственного здания

1.3.1. Указания по выполнению компоновочной части курсового проекта

При компоновке конструктивной схемы рамного каркаса производственного здания решаются следующие вопросы:

выбор типа рамы (в зависимости от вида примыкания, жѐсткое или шарнирное сопряжение ригеля с колонной);

выбор ограждающих конструкций здания (отдельно для каждого варианта здания);

разбивка сетки колонн; выбор шага рам;

определение размеров поперечной рамы; разработка схемы связей по каркасу; разработка схемы фахверка.

7

1.3.2. Выбор типа поперечной рамы

Опирание колонн производственных зданий на фундаменты обычно конструируется жѐстким. Сопряжение ригелей с колоннами принимается жѐстким или шарнирным. Большая жѐсткость каркаса необходима в цехах с мостовыми кранами, работающими весьма интенсивно. В этих цехах горизонтальные перемещения могут препятствовать нормальной эксплуатации мостовых кранов. Однако жѐсткое сопряжение препятствует типизации ферм, на которые в том случае передаются значительные опорные моменты, разные для рам с разными параметрами. Поэтому рекомендуется жѐсткое сопряжение применять для зданий более 20 м высоты, при грузоподъемности мостовых кранов с гибким подвесом 1250кН и более, при кранах с тяжѐлым режимом работы, при кранах с жѐстким подвесом. В остальных случаях применяется шарнирное сопряжение ригеля с колонной.

1.3.3. Выбор ограждающих конструкций здания

Тип и размеры ограждающих конструкций стен и покрытий принимаются в зависимости от назначения здания, климатических условий района строительства, конструктивных особенностей возможных вариантов ограждения (беспрогонных, прогонных покрытий и др.). Ограждающие конструкции принимаются по табл. 3.

1.3.4. Разбивка сетки колонн

Для одноэтажных производственных зданий с мостовыми кранами, в соответствии с основными положениями по унификации объѐмно-планировочных и конструктивных решений, пролѐты и шаги колонн назначаются кратными 6м, высота помещений кратна 0,6 м. Разделение зданий на температурные отсеки производится в соответствии с табл. 1, где указаны предельные размеры температурных блоков здания.

Привязка колонн в торцах зданий, в поперечных температурных швах к поперечным разбивочным осям зависит от конструктивного решения стенового ограждения.

8

1.Толщину слоя утеплителя из пенобетона рекомендуется применять для 1и 2снеговых зон t=0.08м, для 3 и 4 зон t=0.1м, для 5 и 6 зон t=0.12м.

2.При определении собственной массы ферм принимается:

а) gф—коэффициент весовой характеристики ферм; при L=24м gф = 0.007, при L=30м gф =0.009;

б) коэффициент k= 1.2 учитывает массу связей по фермам.

9

Таблица 3 Весовые характеристики ограждающих стеновых конструкций

10