МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительных конструкций

Курсовой проект

по дисциплине «Металлические конструкции»

на тему: СТАЛЬНОЙ КАРКАС ОДНОЭТАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

Выполнил: студент группы ПГС - 43

Арсенов Н.В.

Проверил: к. т. н., доцент каф. СК

Ярыгин В.С.

Пермь 2010

СОДЕРЖАНИЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1 КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА

2 СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОДНОЭТАЖНОЙ ОДНОПРОЛЕТНОЙ РАМЫ

2.1 Компоновка однопролетной рамы

2.1.1 Определение вертикальных размеров рамы

2.1.2 Определение горизонтальных размеров рамы

2.2 Определение нагрузок действующих на раму

2.2.1 Постоянные нагрузки от покрытия

2.2.2 Снеговая нагрузка

2.2.3 Нагрузки от мостовых кранов

2.2.4 Ветровая нагрузка

2.3 Статический расчет рамы с жесткими узлами

2.3.1 Расчетная схема рамы

2.3.2 Учет пространственной работы каркаса

2.3.3 Определение усилий в сечениях рамы

3 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТАЛЬНОЙ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ

3.1 Схема стропильной фермы

3.2 Определение нагрузок действующих на ферму

3.2.1 Постоянные нагрузки

3.2.2 Снеговая нагрузка

3.2.3 Определение опорных моментов

3.3 Определение расчетных усилий в стержнях фермы

3.4 Подбор сечения стержней фермы

3.5 Расчет и конструирование узлов фермы

3.5.1 Прикрепление раскосов и стоек к узловым фасонкам

3.5.2 Расчет и конструирование опорных узлов

3.5.3 Расчет и конструирование узлов укрупнительного стыка

4 Расчет и конструирование ступенчатой колонны

4.1 Исходные данные для расчета ступенчатой колонны

4.2 Определение расчетных длин колонны

4.3 Подбор сечения верхней части колонны

4.3.1 Выбор типа сечения верхней части колонны

4.3.2 Проверка устойчивости верхней части колонны

4.4 Подбор сечения нижней части колонны

4.4.1 Выбор типа сечения нижней части колонны

4.4.2 Проверка устойчивости нижней части колонны

4.4.3 Расчет решетки подкрановой части колонны

4.4.4 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня

4.5 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны

4.6 Расчет и конструирование базы колонны

4.6.1 Определение расчетных усилий

4.6.2 База наружной ветви

4.6.3 База подкрановой ветви

Список использованных источников

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Номер зачетной книжки – 06076.

Шифр № 276.

Сумма первых двух цифр шифра – 9, вторая цифра шифра – 7, третья – 6.

По сумме первых двух, а также по второй и третьей цифрам шифра находим:

- пролет производственного здания L=24 м;

- грузоподъемность мостовых кранов Q – 160/32 т;

- режим работы мостовых кранов – Т (тяжелый);

- группа здания – 1;

- длина здания l=120 м;

- место строительства – г. Пенза;

- тип здания – неотапливаемое;

- уклон верхнего пояса ферм – 0;

- отметка головки рельса – H1=17 м;

- шаг ферм покрытия Вф=6 м;

- шаг рам каркаса В=12 м.

1 КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА

В соответствии с заданием шаг рам каркаса (колонн) В=12 м, шаг ферм покрытия Вф=6 м, пролет производственного здания L=24 м, длина здания l=120 м. Схема расположения колонн и стропильных конструкций представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема расположения колонн и стропильных конструкций

Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают устойчивость сжатых элементов ферм, перераспределение местных нагрузок, приложенных к одной из рам, на соседние рамы, удобство монтажа, заданную геометрию каркаса, восприятие и передачу на колонны некоторых нагрузок.

Система связей покрытия состоит из горизонтальных расположенных в плоскостях нижнего (рисунок 2) и верхнего пояса ферм (рисунок 3) и вертикальных связей (рисунок 4). Горизонтальные связи состоят из продольных и поперечных.

Рисунок 2. Схема горизонтальных связей по нижним поясам ферм

Рисунок 3. Схема горизонтальных связей по верхним поясам ферм

Рисунок 4. Схема вертикальных связей между фермами

Система связей между колоннами (рисунок 5) обеспечивает во время эксплуатации и монтажа геометрическую неизменяемость каркаса, его несущую способность и жесткость в продольном направлении, а также устойчивость колонн из плоскости поперечных рам.

Рисунок 5. Схема вертикальных связей между колоннами

Монтажные крепление связей к конструкциям покрытия осуществляется на болтах (горизонтальные связи по верхним поясам ферм и все вертикальные связи) и на сварке (горизонтальные связи по нижним поясам ферм).

2 СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОДНОЭТАЖНОЙ ОДНОПРОЛЕТНОЙ РАМЫ

2.1 Компоновка однопролетной рамы

2.1.1 Определение вертикальных размеров рамы

Рисунок 6. Схема к определению размеров в плоскости поперечника

Требуемое расстояние от верха оголовка рельса до низа фермы:

H2=hk+a+100,

где hk=4800 мм – высота крана 160/32 по ГОСТ 6711-81;

a=330 мм – учитывает прогиб фермы;

100 мм – зазор безопасности.

Н2=4800+330+100=5230 мм.

Отметка низа фермы:

H0=H1+H2,

где H1=17000 мм – отметка головки рельса (по исходным данным).

H0=17000+5230=22230 мм.

Так как Н0=22230>10,8, то в соответствии с "Основными положениями по унификации" размер Н0 принимаем кратным 1800 мм:

H0/1800=22230/1800=12.35 => принимаем отметку низа фермы H0=13*1800=23400, тогда отметка головки рельса:

H1=H0-H2=23400-5230=18170 мм.

Высота верхней части колонны:

HB=H2+hp+hп.б.,

где hp=170 мм, hп.б.=1800 мм – соответственно высота рельса и высота подкрановой балки для крана 160/32 по ГОСТ 6711-81;

HB=5230+170+1800=7200 мм.

Высота нижней части колонны:

HH=H0+hб–HB,

где hб=1000 мм – высота заглубления базы колонны.

HH=23400+1000-7200=17200 мм.

Общая высота стоек рамы:

H=HH+HB,

H=17200+7200=24400 мм.

Высота фермы у опоры hоп=3150 мм, так как уклон верхнего пояса i=0.

2.1.2 Определение горизонтальных размеров рамы

Ширина верхней части колонны: bвHB/12=7200/12=600, примем bв=700 мм.

Привязка ферм к разбивочным осям согласно ГОСТ 23119-78 - 200 мм

Продольная привязка колонны: b0=bв-200=700-200=500 мм.

Ширина нижней части колонны:

bн=bо+,

где =1250 мм, так как Q=160 т.с;

bн=500+1250=1750 мм.

Для обеспечения жесткости цеха в плоскости рамы проверим условие:

bнHн/x,

где x=15 - для крана тяжелого режима работы.

bн=1750 мм > Hн/15=23400/15=1146.7 мм – условие выполняется.

Пролет крана:

Lк=L–2*,

Lк=24000-2*1250=21500 мм.

Рисунок 7. Схема поперечной рамы

2.2 Определение нагрузок действующих на раму

2.2.1. Постоянные нагрузки от покрытия

Проектируемое здание неотапливаемое, поэтому примем неутепленный тип покрытия (Рисунок 8).

Рисунок 8. Конструкция покрытия

Постоянные нормативные и расчетные нагрузки на 1 м2 площади (gнкр, gкр) определяем в табличной форме.

Таблица 1

Вес ограждающих и несущих конструкций, кН/м2.

Наименование элемента	Нормативная нагрузка	γf	Расчетная нагрузка
1. Ограждающие конструкции
1.1. Слой гравия на битумной мастике 10 мм	0,2	1,3	0,26
1.2. Гидроизоляция из 4 слоев рубероида РМД-350 на битумной мастике 10 мм	0,2	1,3	0,26
2. Несущие конструкции кровли здания
2.1. Ж/б плиты из тяжелого бетона с заливкой швов 3х6 м	1,6	1,1	1,76
3. Металлические конструкции покрытия
3.1. Связи покрытия	0,06	1,05	0,063
3.2. Стропильные фермы	0,4	1,05	0,42
3.3. Подстропильные фермы	0,1	1,05	0,105
gнкр	2,56	gкр	2,87

Постоянная погонная расчетная нагрузка на стропильную ферму:

g=Bф*gкр.

g=6*2.87=17.21 кН/м.

Реакция стропильной фермы:

Vg=g*L/2.

Vg=17.21*24/2=206.50 кН.

Сосредоточенная сила на верхнем конце колонны:

V’g=Vg*B/Bф.

V’g=206.50*12/6=412.99 кН.

2.2.2 Снеговая нагрузка

Принимаем равномерное распределение снега по всему покрытию.

Погонная расчетная снеговая нагрузка на стропильную ферму, кН/м:

S=sg*Bф,

где sg – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое в зависимости от снегового района (г. Пенза – III снеговой район, sg=1.8 кН/м2).

S=1.8*6=10.8 кН/м.

Реакция фермы от снеговой нагрузки:

Vs=S*L/2.

Vs=10.8*24/2=129.6 кН.

Сосредоточенная сила на колонну от снеговой нагрузки:

Vs’=Vs*B/Bф.

Vs=129.6*12/6=259.2 кН.

2.2.3 Нагрузки от мостовых кранов

При расчете однопролетного промышленного здания крановую нагрузку учитываем только от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности с учетом сочетания крановых нагрузок nc=0.95 (тяжелый режим работы мостовых кранов).

Вертикальное давление кранов определяем по линиям влияния опорной реакции общей опоры двух соседних подкрановых балок.

Рисунок 9. Схема к расчету нагрузки от мостовых кранов

Расчетные давления на колонну:

Dmax=nc*γf*Pmax*yi+Gп.к,

Dmin=nc*γf*Pmin*yi+Gп.к,

где γf =1.1– коэффициент надежности по нагрузке для мостовых кранов;

Pmax – максимальное давление колеса крана:

Pmax=0,5*(P1н+P2н);

Pmax=0,5*(310+320)=315 кН;

Pmin – минимальное давление колеса крана, кН:

Pmin=[(Q+Gk)/n0]-Pmax;

где Q=1600 кН – грузоподъемность крана;

Gk=1617 кН – вес крана с тележкой;

n0=8 – количество колес на одной стороне моста крана;

Pmin=[(1600+1617)/8]-315=87 кН;

yi=9 – сумма ординат линий влияния;