Курсовой проект - Стальной каркас одноэтажного производственного здания

1. Введение

Курсовой проект по металлическим конструкциям является разновидностью реального

проектирования. Выполняется по упрощенным исходным данным и является эффективным

средством практического освоения курса «Металлические конструкции».

Тема проекта: Стальной каркас одноэтажного производственного здания.

Цели проекта:

 освоение принципов и методов компоновки каркасов производственных зданий с

учетом предъявляемых к ним технико-экономических и эксплуатационных

требований;

 приобретение навыков в назначении марок стали для конструкций, назначении

расчетных схем элементов каркаса, проведении силовых и конструктивных расчетов

для обеспечения необходимой прочности, жесткости и устойчивости как всего каркаса,

так и отдельных его элементов;

 приобретение навыков работы с нормативной, справочной и технической литературой;

 освоение методов конструирования элементов конструкций, их узлов и сопряжений,

графического изображения проектируемых конструкций.

2. Исходные данные для проектирования

3. Определение компоновочных размеров поперечной

рамы

Размеры по вертикали (см. рис. 1):

мcHH

cr

5,44,01,04100

2



H

cr

= 4000 мм – высота крана от головки рельса до верха тележки (прил. 2 [1]);

Район строительства

г.Новосибирск

Грузоподъёмность крана Q, т 80/20

Характер ограждающих конструкций

беспрогонная

кровля

Длина здания L

зд

, м 96

Пролёт здания L, м 36

Высота H (от пола до головки рельса), м 14,4

Шаг колонн B, м 12

100 мм – допуск на изготовление крана;

с = 400 мм при пролете здания, равном 30 м.

H

2

= 4,6 м (кратно высотному модулю «200»)

мHHH

o

4,226,48,17

21



,

Н

1

= 17,8 м – отметка головки кранового рельса.

H

o

= 22,8м (кратно высотному модулю «600»)

Корректируем

мHHH 2,186,48,22

201



Длина верхней части колонны H

в

:

h

ПБ

= 1,2м – высота подкрановой балки, принимается

1

/

8

-

1

/

10

пролета балки 12 м;

h

rs

= 150 мм – высота рельса КР100 (прил. 2 [1]).

Длина нижней части колонны H

н

:

h

з

= 1000 мм – заглубление базы колонны (расстояние от низа опорной плиты до нулевой

отметки).

Полная длина колонны :

Отметка парапетной панели:

h

rо

=3150 мм- высота фермы на опоре при L=30м

H

ПС

= 27 м (кратно высотному модулю «600»)

Размеры по горизонтали (см. рис. 2):

ммahBL

в

850200)250500(400200)(

11



Окончательно принимаем L

1

=1000мм (кратно «250»).

B

1

= 400мм – расстояние от оси подкранового рельса до края крана;

h

в

= 500мм – высота сечения верхней части колонны (h

в



1

/

12

H

в

, кратно «50»);

200мм – зазор между краном и колонной;

а = 250мм – привязка наружной грани колонны к буквенной оси.

Высота сечения нижней части колонны:

ммaLh

н

12502501000

1



>

1

/

20

H = 1190мм

Пролет крана:

мLLL

cr

2812302

1



мHHH

нв

8,2395,585,17 

мhhHH

rsвB

95,515,02,16,4

2



M

звоH

hHHH 85,17195,58,22 

M

roоПС

hHH 7,266,015,015,38,22600150 

4. Расчет поперечной рамы

Для расчета поперечной рамы необходимо собрать нагрузки, действующие не нее,

составить расчетную схему, выполнить расчет и выявить невыгодные комбинации (расчетные

сочетания) внутренних усилий (M, N, Q) для характерных сечений колонн.

4.1 Сбор нагрузок на раму

Постоянная нагрузка.

Таблица 1

Нагрузки на ригель от веса конструкций покрытия и кровли

Наименование элемента

Нормативная

нагрузка,

кН/м

2

γ

f

Расчетная

нагрузка,

кН/м

2

Гидроизоляция: q=0,05 кН/м

2

0,1 1,3 0,13

Утеплитель: q=0,4 кН/м

2

0,4 1,2 0,5

Пароизоляция: q=0,05 кН/м

2

0,05 1,3 0,065

Стальной профнастил 0,105 1,05 0,11

Каркас стальной панели 3х12 м 0,24 1,05 0,252

Несущие конструкции (фермы и связи) 0,22 1,05 0,231

Итого: 1,115 - 1,3

Расчетная погонная нагрузка на ригель составляет:

q= q

o



В =1,3



12=15,6 кН/м

Постоянная расчетная нагрузка на верхнюю часть колонны P

B

:

кН

L

BqP

oB

234

2

30

123,1

2



Момент на верх колонны от постоянной нагрузки М

в

:

кНмeB

L

qM

oр

7,1105,012

2

30

3,1

2



е – эксцентриситет опирания надколонной стойки ригеля на колонну.

Временные нагрузки.

Временная нагрузка включает снеговую, ветровую крановую.

Снеговая нагрузка:

Расчетная снеговая нагрузка для г. Омска (III-ий снеговой район) по табл. 4 [3]:

2

.

/8,1 мкНw

расч



;

Нормативная снеговая нагрузка:

2

..

/26,17,08,17,0 мкНww

расчнорм



;

Снеговая расчетная нагрузка на верх колонны:

кНB

L

wS

расчg

32412

2

30

8,1

2

.



;

Момент на верх колонны:

кНмeSМ

gg

2,1605,0324 

Ветровая нагрузка:

Ветровая нормативная нагрузка для г. Омска (II-ой ветровой район) определяется по [3].

В практических расчетах неравномерную по высоте здания распределенную нагрузку до отметки

расчетной оси ригеля (в нашем случае до верха колонны) заменяют эквивалентной (по вел-не момента

в базе колонны) равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью:

Bwq

eqeq



;

feqoeq

ckww





- ветровая расчетная нагрузка без учета пульсаций.

4,1

f



- коэффициент надежности по ветровой нагрузке (п.6.11 [3]);

w

o

= 0,3 кН/м

2

– нормативное значение ветрового давления (табл. 5 [3]);

k

eq

– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (п. 6.5 табл. 6 [3]);

с – аэродинамический коэффициент (п.6.6 [3]); с

наветр.

= 0,8, с

подветр.

= 0,6;

Наветренная: Подветренная:

мкНq

eq

/2,5124,18,028,13,0 

;

мкНq

eq

/9,3124,16,028,13,0 

;

Ветровую нагрузку от верха колонны до верха парапета заменяют сосредоточенной горизонтальной

силой, действующей на верх колонны

cBh

kk

wW

fo









2

21

:

Наветренная: Подветренная:

кНW 228,04,112)8,2227(

2

)34,128,1(

3,0 





;

кНW 176,04,112)8,2227(

2

)34,128,1(

3,0 





;

Крановая нагрузка :

Вертикальная крановая нагрузка передается одновременно на обе колонны рамы в уровне уступа

по оси подкрановой части колонны. При этом, если на одну колонну действует максимальное

давление, то на другую – минимальное.

i

n

i

nif

yFD 



1

max,max



;

i

n

i

nif

yFD 



1

min,min



;

F

ni, max(min)

– максимальное (минимальное)нормативное давление тележки на колесо крана;

y

i

= ордината линии влияния опорной реакции колонны;

n – число колес крана, передающих нагрузку на колонну;



=0,85 – коэффициент сочетания нагрузок (от 2-х кранов, гр. режимов кранов 1К-6К) по п. 4.17 [3];

1,1

f



- коэффициент надежности по нагрузке для кранов (п. 4.8 [3]).

Таблица 2

Грузопо

дъёмнос

ть

Пролёт

моста

крана,

кН

F ,

1

кН

F ,

2

Масса, т

тележки

G

т

крана

G

к

Q, т м

80/20 28,0 347 367 33 110

;357

max

кНF 

;118357

4

1100800

maxmin

кНF

n

GQ

F

o

к











n

o

– число колес с одной стороны моста крана.

Вертикальное давление на колонну передается через подкрановые балки, установленные с

эксцентриситетом по отношению к оси колонны, вследствие чего возникают крановые моменты, на

которые рассчитывают раму:

кНмEDM

o

8305,01658

maxmax



;

кНмEDM

o

2745,0548

minmin



;

мhE

нo

5,025,14,04,0 

- приближенная формула, точное значение Е

о

будет

известно только после подбора сечения нижней части колонны. Приложены крановые моменты в

уровне подкрановой ступени.

Горизонтальная крановая нагрузка возникает вследствие торможения крановых тележек и

передается на колонну через тормозные конструкции, причем действует она только на одну из колонн

и может быть направлена в любую сторону.

Расчетная горизонтальная сила на колонну Т, приложенная к раме в уровне верхнего пояса

подкрановых балок имеет место при том же положении кранов, что D

max

и D

min

и равна:

кНyTT

i

n

i

knf

66)488,0563,0925,01754,0679,0317,0242,0(1485,01,1

1









;

кН

n

GQ

T

o

т

kn

14

4

)330800(05,0)(













- нормативное значение горизонтальной силы,

приходящейся на 1 колесо с одной стороны моста крана;

05,0



- для кранов с гибким подвесом груза;

 

кНмD

548)488,0563,0925,01754,0679,0317,0242,0(11885,01,1

1658488,0563,0925,01754,0679,0317,0242,035785,01,1

min

max



4.1 Исходные данные для расчета

Результаты компоновки рамы

Полная длина колонны Н, мм 23800

Полезная высота здания Н

о,

мм 22800

Расстояние от уровня чистого пола до верха головки крана Н

1

, мм 18200

Расстояние от верха головки крана до низа несущих конструкций Н

2

, мм 4600

Заглубление базы колонны h

з

, мм 900

Длина нижней части колонны Н

н

, мм 17850

Длина верхней части колонны Н

в

, мм 5950

Высота фермы h

ф

, мм 3150

Высота сечения верхней части колонны h

в

, мм 500

Высота сечения нижней части колонны h

н

, мм 1250

Привязка колонн а, мм 250

Отношение моментов инерции

Iн

/

Iв

7,89

Высота подкрановой балки h

ПБ

, мм 1200

Результаты сбора нагрузок

Постоянная нагрузка:

Нормативна нагрузка на ригель q

норм

, кН/м

2

1,115

Расчетная нагрузка на ригель q

расч

, кН/м

2

1,288

Нагрузка на верх колонны Р

в

, кН 234

Момент на верхнюю часть колонны М

в

, кНм 11,7

Снеговая нагрузка:

Нормативная снеговая нагрузка на ригель w

норм

, кН/м

2

0,7

Расчетная снеговая нагрузка на ригель w

норм

, кН/м

2

0,98

Нагрузка на верх колонны S

g

, кН 324

Момент на верхнюю часть колонны M

g

, кНм 16,2

Ветровая нагрузка:

Сосредоточенная сила от ветра W

наветр

, кН 22

Сосредоточенная сила от ветра W

подветр

, кН 17

Распределенная нагрузка от ветра q

наветр.

, кН/м 5,2

Распределенная нагрузка от ветра q

подветр.

, кН/м 3,9

Шифр : sofya

ПРОЕКТНЫЕ ДАННЫЕ

1. Пролет здания : 30 м

2. Длина здания : 96 м

3. Шаг поперечных рам : 12 м

4. Отметка головки рельса : 17.8 м

5. Грузоподъемность крана : 80/20 т

6. Покрытие шатра : беспрогонное

7. Сечение поясов ферм : спаренный уголок

8. Район предполагаемого строительства : г.Омск

РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПОНОВКИ РАМЫ.

1.Полная длинна колонны H =23.800 м

2.Полезная высота здания H0=22.800 м

3.Расстояние от уровня чистого пола

до верха головки кранового рельса H1=18.200 м

4.Расстояние от головки кранового рельса

до низа несущих конструкций H2= 4.600 м

5.Заглубление базы колонны Hз= 0.900 м

6.Длина нижней части колонны Hн=17.850 м

7.Длина верхней части колонны Hв= 5.950 м

8.Высота фермы Hф= 3.150 м

9.Высота сечения верхней части колонны hв= 0.500 м

10.Высота сечения нижней части колонны hн= 1.250 м

11.Привязка колонн bo= 250 мм

12.Отношение моментов инерции N=Iн/Iв= 7.8914

13.Высота подкрановой балки hпб= 1.20 м

РЕЗУЛЬТАТЫ СБОРА НАГРУЗОК.

ПОСТОЯHHАЯ HАГРУЗКА.

СОСТАВ ПОКРЫТИЯ :

1.Защитный слой из гpавия,втопленного в битумную мастику;

2.Гидpоизоляция- 4-х слойный pубеpоидный ковеp;

3.Утеплитель:жесткие минеpаловатные плиты или пенопласт;

4.Паpоизоляция:один слой pубеpоида;

5.Стальной профилированный настил;

6.Hагpузка от каpкаса стальных панелей;

7.Собственный вес констpукций феpм и связей.

Hоpмативное значение qo=1.1150 кН/м2

Расчетное значение q=1.2883 кН/м2

Нагрузка на верх колонны F1= 234.0000 кН

Момент на верхнюю часть колонны M1= 11.7143 кНм

СНЕГОВАЯ НАГРУЗКА.

Hоpмативное значение po=0.7000 кН/м2

Расчетное значение p=0.9800 кН/м2

Нагрузка на верх колонны Ps= 324.0000кН

Момент от снеговой нагрузки Ms= 16.2000кНм

КРАНОВАЯ НАГРУЗКА.

Максимальное давление крана Dmax=1658.3827 кН

Минимальное давление крана Dmin= 547.8544 кН

Горизонтальное давление крана T = 65.8941 кН

Сумма ординат линии влияния y = 4.9667

ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА.

Нормативное значение ветровой нагрузки

po= 0.3000 кН/м2

Сосредоточенная активная сила

на ригель Wa=22.0652 кН

Распределенная активная нагрузка

на колонну wa= 5.2033 кН/м

Сосредоточенная пассивная сила

на ригель Wp=17.0289 кН

Распределенная пассивная нагрузка

на колонну wp= 3.9149 кН/м

РАСЧЕТ РАМЫ.

┌───┐

│ │

4 _ │ │_ 4 Усилия от нагрузок даны только для левой

│ │ колонны рамы.

3 _ │ │_ 3

2 _ │ └─────┐ _ 2 Правило знаков для изгибающих моментов:

│ │ знак "+" : растянуты наружние волокна рамы;

│ │ знак "-" : растянуты внутренние волокна рамы.

│ │

1 _ │ │ _ 1

────┴─────────┴───

Расчет на постоянную нагрузку:

Сечение 1-1 M= 8.0404 кН*м N= -389.9450 кН Q= 4.1165 кН

Сечение 2-2 M= -61.9403 кН*м N= -389.9450 кН Q= 4.1165 кН

Сечение 3-3 M= 38.9949 кН*м N= -268.7450 кН Q= 4.1165 кН

Сечение 4-4 M= 32.8201 кН*м N= -268.7450 кН Q= 4.1165 кН

Расчет на снеговую нагрузку:

Сечение 1-1 M= 6.4820 кН*м N= -176.4000 кН Q= 3.2507 кН

Сечение 2-2 M= -48.7802 кН*м N= -176.4000 кН Q= 3.2507 кН

Сечение 3-3 M= 30.5998 кН*м N= -176.4000 кН Q= 3.2507 кН

Сечение 4-4 M= 25.7237 кН*м N= -176.4000 кН Q= 3.2507 кН

Расчет на вертикальное

воздействие крана:

максимум слева

Сечение 1-1 M= 137.2730 кН*м N=-1820.3827 кН Q= -32.6126 кН

Сечение 2-2 M= 691.6870 кН*м N=-1820.3827 кН Q= -32.6126 кН

Сечение 3-3 M= -218.5043 кН*м N= 0.0000 кН Q= -32.6126 кН

Сечение 4-4 M= -169.5854 кН*м N= 0.0000 кН Q= -32.6126 кН

максимум справа

Сечение 1-1 M= -388.6411 кН*м N= -768.5544 кН Q= 32.6126 кН

Сечение 2-2 M= 165.7729 кН*м N= -768.5544 кН Q= 32.6126 кН

Сечение 3-3 M= -218.5043 кН*м N= 0.0000 кН Q= 32.6126 кН

Сечение 4-4 M= -169.5854 кН*м N= 0.0000 кН Q= 32.6126 кН

Расчет на горизонтальное

воздействие крана:

сила слева

Сечение 1-1 M= 751.4352 кН*м Q= 46.0981 кН

Сечение 2-2 M= -32.2323 кН*м Q= 46.0981 кН

Сечение 3-3 M= -32.2323 кН*м Q= 46.0981 кН

Сечение 4-4 M= -101.3795 кН*м Q= -19.4961 кН

сила справа

Сечение 1-1 M= -462.0565 кН*м Q= -19.4961 кН

Сечение 2-2 M= -130.6236 кН*м Q= -19.4961 кН

Сечение 3-3 M= -130.6236 кН*м Q= -19.4961 кН

Сечение 4-4 M= -101.3795 кН*м Q= -19.4961 кН

Расчет на ветровую нагрузку:

ветер слева

Сечение 1-1 M= 1538.7787 кН*м Q= 119.3574 кН

Сечение 2-2 M= 173.4276 кН*м Q= 41.2721 кН

Сечение 3-3 M= 173.4276 кН*м Q= 41.2721 кН

Сечение 4-4 M= 116.6868 кН*м Q= 34.3822 кН

ветер справа

Сечение 1-1 M=-1434.7803 кН*м Q=-101.3618 кН

Сечение 2-2 M= -209.4236 кН*м Q= -42.7978 кН

Сечение 3-3 M= -209.4236 кН*м Q= -42.7978 кН

Сечение 4-4 M= -149.1025 кН*м Q= -37.6304 кН

РАСЧЕТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ УСИЛИЙ

Сечение 1-1

psi=1.0 Mmax+= 1546.8192 кН*м Nсоот = -389.9450 кН

psi=1.0 Mmax-=-1426.7399 кН*м Nсоот = -389.9450 кН

psi=0.9 Mmax+= 2198.6126 кН*м Nсоот =-2187.0494 кН

psi=0.9 Mmax-=-2309.3305 кН*м Nсоот =-1081.6440 кН

psi=1.0 Nmax =-2210.3277 кН Mсоот+= 896.7487 кН*м

psi=1.0 Nmax =-2210.3277 кН Mсоот-= -606.1218 кН*м

psi=0.9 Nmax =-2187.0494 кН Mсоот+= 2198.6126 кН*м

psi=0.9 Nmax =-2187.0494 кН Mсоот-=-1830.1740 кН*м

Сечение 2-2

psi=1.0 Mmax+= 760.3702 кН*м Nсоот =-2210.3277 кН

psi=1.0 Mmax-= -271.3640 кН*м Nсоот = -389.9450 кН

psi=0.9 Mmax+= 834.2240 кН*м Nсоот =-2028.2894 кН

psi=0.9 Mmax-= -294.3238 кН*м Nсоот = -548.7050 кН

psi=1.0 Nmax =-2210.3277 кН Mсоот+= 760.3702 кН*м

Расчетное сочетание Nmax Mсоот- при psi=1.0 не реализуется

psi=0.9 Nmax =-2187.0494 кН Mсоот+= 790.3218 кН*м

Расчетное сочетание Nmax Mсоот- при psi=0.9 не реализуется

Сечение 3-3

psi=1.0 Mmax+= 212.4225 кН*м Nсоот = -268.7450 кН

psi=1.0 Mmax-= -310.1330 кН*м Nсоот = -268.7450 кН

psi=0.9 Mmax+= 222.6195 кН*м Nсоот = -427.5050 кН

psi=0.9 Mmax-= -463.7014 кН*м Nсоот = -268.7450 кН

psi=1.0 Nmax = -445.1450 кН Mсоот+= 69.5947 кН*м

Расчетное сочетание Nmax Mсоот- при psi=1.0 не реализуется

psi=0.9 Nmax = -427.5050 кН Mсоот+= 143.5269 кН*м

psi=0.9 Nmax = -427.5050 кН Mсоот-= -436.1616 кН*м

Сечение 4-4

psi=1.0 Mmax+= 149.5069 кН*м Nсоот = -268.7450 кН

psi=1.0 Mmax-= -238.1448 кН*м Nсоот = -268.7450 кН

psi=0.9 Mmax+= 160.9896 кН*м Nсоот = -427.5050 кН

psi=0.9 Mmax-= -345.2405 кН*м Nсоот = -268.7450 кН

psi=1.0 Nmax = -445.1450 кН Mсоот+= 58.5439 кН*м

Расчетное сочетание Nmax Mсоот- при psi=1.0 не реализуется

psi=0.9 Nmax = -427.5050 кН Mсоот+= 99.6042 кН*м

psi=0.9 Nmax = -427.5050 кН Mсоот-= -322.0892 кН*м

Расчет верхней части колонны выполнять от сочетания :

N= -427.5050 кН M= -436.1616 кН*м

Расчет нижней части колонны при догружении

подкрановой ветви выполнять от сочетания :

N=-2187.0494 кН M= 2198.6126 кН*м

Расчет нижней части колонны при догружении

шатровой ветви выполнять от сочетания :

N=-2187.0494 кН M=-1830.1740 кН*м

Расчетная поперечная сила в базе колонны:

Qmax= 185.3035 кН

Расчет анкерных болтов выполнять от

следующего сочетания усилий:

Nmin= -389.9450 кН Mсоот= 1546.8192 кН*м

Расчет рамы

Расчет верхней части колонны производить от сочетания:

N=-427,5 кН; М=-436,16 кНм.

Расчет нижней части колонны при догружении подкрановой ветви производить от сочетания:

N=-2187,5 кН; М=2198,6 кНм.

Расчет нижней части колонны при догружении шатровой ветви производить от сочетания:

N=-2187,5 кН; М=-1830,2 кНм.

Расчет анкерных болтов выполнять от следующего сочетания:

N=390 кН; М=1547 кНм.

Курсовой проект - Стальной каркас одноэтажного производственного здания

Подождите немного. Документ загружается.