Курсовая работа: Одноэтажное промышленное здание с металлическим каркасом

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра: «Теория сооружений и строительных конструкций »

Пояснительная записка к курсовому проекту

«Одноэтажное промышленное здание с металлическим каркасом»

по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку »

Выполнил: студент САДИ группы Б2СТЗС31 Мингазова А.С.

Саратов 2014

Содержание

• Введение
• Исходные данные
• 1. Компоновка поперечной рамы
• 2. Сбор нагрузок на поперечную раму
• 2.1 Постоянная нагрузка
• 2.2 Снеговая нагрузка
• 2.3 Крановая нагрузка
• 2.4 Ветровая нагрузка
• 3. Статический расчет рамы
• 4. Определение расчетных усилий в стойке рамы
• 5. Проектирование колонны
• 5.1 Определение расчетных длин колонны
• 5.2 Подбор сечения верхней части колонны
• 5.3 Подбор сечения нижней части колонны
• 5.4 Расчет и конструирование базы колонны
• 6. Конструирование и расчет стропильной фермы
• 6.1 Сбор нагрузок
• 6.2 Подбор сечения элементов фермы
• 6.3 Расчет сварных швов
• 6.5 Расчет сопряжения колонны и фермы
• 7. Конструирование и расчет подкрановой балки
• Список использованных источников
• Введение

Выполнение курсового проекта «Каркас одноэтажного промышленного здания» по дисциплине «Металлические конструкции» направлено на усвоение знаний, полученных при изучении теоретической части этой дисциплины и на выработку практических навыков расчета и проектирования металлических конструкций.

В курсовом проекте рассматриваются особенности размещения конструктивных элементов каркаса в плане и по высоте, схемы связей между колоннами, горизонтальных и вертикальных связей по покрытию, компоновка поперечной рамы, правила определения величин и характера действующих на каркас различных нагрузок - постоянной, временных.

• Расчет стальных конструкций производится по методу предельных состояний в соответствии с положениями СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» и согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».

Исходные данные

пролет здания, L24 м

шаг колонн, B12 м

длина здания,144 м

отметка верха колонны10,8 м

грузоподъемность крана, Q160/32

режим работы мостовых кранов6К

район строительства Воронеж

температурно-влажностный режим отапливаемое здание

подкровельные несущие конструкции ипрогоны и профнастил

несущие конструкции покрытия фермы из широкополочных тавров

Характеристики крана 160/32 6К

пролет моста крана L_кр21,5 м

тип кранового рельсаКР120

нагрузка на колесо крана:

р*307 кН

р*₁315 кН

масса:

тележки 56 т

крана160 т

размеры:

А₂-1900 мм

А₃-900 мм

А₄-1900 мм

В1-1100мм

В₂-500 мм

Н-4800 мм

Расчетная снеговая нагрузка S_q1,8 кПа (III район)

Нормативная ветровая нагрузка W₀0,3 кПа (II район)

1. Компоновка поперечной рамы

Компоновка поперечной рамы начинаем с установления основных габаритных размеров конструкций в плоскости рамы.

Высота цеха определяется расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса и расстоянием от головки кранового рельса до низа стропильных конструкций , т.е. =+

Расстояние =10,8 м. приводится в задании на проектирование промышленного здания, а расстояние Н₂ вычисляется по формуле

где -высота мостового крана, которая принимается по стандарту на мостовые краны =5100мм;

- размер, учитывающий прогиб ферм (=200..400мм), =200мм;

100 - зазор (в мм.) между верхом тележки крана и фермой.

= -=10800-5100=5700(мм).

Высота верхней части колонны (от ступени до низа фермы)

где - высота подкрановой балки, которая принимается равной 1/8…1/10 пролета балки (шага колонн), ;

- высота кранового рельса по стандарту на мостовые краны =170мм.

Высота нижней части колонны (от фундамента до ступени):

где 700 - заглубление (в мм) опорной плиты базы колонны.

Общая высота колонны рамы от низа базы до низа ригеля:

Н==7070+4430=11500мм.

Стропильная ферма принимается типовой, поэтому высота фермы равна Принимаем привязку а=250 мм., высоту сечения верхний части колонны:

Принимаем =1250мм., кратно 250мм.

Рис.1

2. Сбор нагрузок на поперечную раму

Пространственную систему каркаса промышленного здания расчленяем на плоские поперечные рамы. Так как центры тяжести не верхней и нижней частей колонны не совпадают, вычисляем величину эксцентриситета:

.

2.1 Постоянная нагрузка

Таблица 1

Рис. 2

Равномерно распределенная нагрузка на ригель рамы равна:

.

Опорная реакция ригеля:

.

где l - пролет поперечной рамы (м), l=24м;

Нагрузку от собственного веса колонн, стенового ограждения и заполнения оконных проемов представляем в виде сосредоточенных сил F₁ и F₂, приложенные к стойкам, соответственно, в уровне уступа и в узле сопряжения с ригелем.

Расчетный вес колонны.

Верхняя часть (20% веса)

.

Нижняя часть колонны (80% веса):

.

Поверхностная масса стен - 0,37кН/мІ, переплетов с остеклением - 0,35кН/мІ.

В верхней части колонны (включая вес этой части колонны):

.

В нижней части колонны:

.

2.2 Снеговая нагрузка

Расчетная снеговая нагрузка p₀=1,8 кН/м².

Снеговую нагрузку на ригель поперечной рамы одноэтажного промышленного здания принимают равномерно распределенной, равной распределению веса снегового покрова на 1 м² покрытия на ширину расчетного блока В.

Расчетная равномерно распределенная снеговая нагрузка на ригель рамы определяется по формуле:

,

где c=1 - коэффициент перехода от нагрузки на земле к нагрузке на 1м² проекции кровли;

Опорная реакция ригеля: кН.

Из-за уступа в стойках рамы в месте сопряжения верхней и нижней частей колонн от снеговой нагрузки появятся сосредоточенные моменты величиной

.

2.3 Крановая нагрузка

При движении мостовых кранов на верхний пояс подкрановой балки через каждое колесо передается вертикальная и горизонтальная Т_к сосредоточенные силы.

Величина силы переменна и зависит от положения тележки крана с грузом.

Крановая нагрузка учитывается в виде вертикальных сил, приложенных к противоположным стойкам:

G_пб=0,6•12•12=86,4 кН- вес подкрановой балки.

Нагрузка от кранов передается на поперечную раму в виде вертикальных сил Dmax и Dmin, приложенных к стойкам в уровне ступеней. Расчетные величины этих сил определяются при невыгодном расположении двух сближенных кранов по линиям влияния опорных реакций подкрановых балок из выражений

Силы Dmax и Dmin приложены по оси подкрановой ветви и с эксцентриситетом по отношению к оси нижней части колонны, величину которого предварительно принимают равной Поэтому в местах приложения сил Dmax и Dmin на стойках поперечной рамы возникают изгибающие моменты:

,

.

Горизонтальная сила от мостовых кранов, передаваемая одним колесом:

где - вес тележки;

0,05 - коэффициент для кранов с гибким подвесом груза;

- количество колес крана.

Расчетная горизонтальная сила Т, передаваемая подкрановыми балками на колонну от сил , определяется при том же положении мостовых кранов, т. е. :

Рис. 3. Определение нагрузки от мостовых кранов.

Рис. 4.

2.4 Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка изменяется по высоте и ее расчетное значение вычисляется по формуле:

где w₀ - давление ветра;

Нормативная ветровая нагрузка для II района .

=1,4 - коэффициент надежности по нагрузке;

к - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

c - аэродинамический коэффициент;

B - ширина грузовой площади равная шагу колонн.

.

Для h?5 м. - k=0,5; для 5<h?10 м. - k=0,65; для 10<h?20 м. - k=0,85;

Для 5м ,

Для 10м ,

Для 15,65м ,

Ветровую нагрузку в пределах покрытия заменяем сосредоточенной силой W

,

.

Эквивалентная равномерно распределенная по высоте нагрузка

Рис. 5. Схема ветровой нагрузки на раму.

2.5 Учет пространственной работы каркаса.

Каркас промышленного здания представляет собой пространственное сооружение, все рамы которого связаны между собой продольными элементами. Эти элементы при загружении отдельных рам местными нагрузками вовлекают в работу соседние рамы.

Поэтому при действии нагрузок, приложенных к одной или нескольким поперечным рамам, необходимо учитывать пространственную работу каркаса здания.

Коэффициент пространственной работы при жесткой кровле

n₀ - число колёс кранов на одной нитке подкрановых балок, n₀ = 16.

- сумма ординат линии влияния реакции рассматриваемой рамы.

3. Статический расчет рамы

Статический расчет рамы выполнен с помощью программы, основой алгоритма которой служит метод конечных элементов.

Hв=7,07м;

Hн=4,43м;

H=11,50м;

L=24.00м;

n=7;

n₂=11,17;

a=1,8м;

c=5,27м;

б_пр.=0,71;

qп=18,66кН/м;

Mп^*=-125,743кН*м;

Мфп^*=22,4кН/м;

qc=20,52кН/м;

Mфc^*=24,624кНм;

Mc^*=-98,5кНм;

Mмакс=1650,945кНм;

Mмин=-800кНм;

T=91,1345кН;

q_в=2,323кН/м;

q^в'=1,743кН/м;

W=17,26кН;

W'=12,945кН;

Рис. 6.

Таблица 2. Расчет рамы со стойками переменного сечения и шарнирным сопряжением ригеля с колоннами. Усилия в сечениях левой стойки рамы

4. Определение расчетных усилий в стойке рамы

По изгибающим моментам и нормальным силам от каждого вида загружения составляем наиболее невыгодные сочетания. При составлении сочетаний рассматриваются два основных сочетания нагрузок:

постоянная нагрузка плюс одна временная с коэффициентом сочетания n_c=1;

постоянная нагрузка плюс не менее двух временных с коэффициентом сочетания n_c=0,9.

Таблица 3