Стальний каркас одноповерхової промислової будівлі

16

Міністерство освіти та науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Факультет будівництва та архітектури

Кафедра інженерних конструкцій

Пояснювальна записка до курсового проекту з металевих конструкцій на тему:

«Стальний каркас одноповерхової промислової будівлі»

Рівне - 2007

Зміст

1. Вихідні дані

2. Об'ємно-планувальне та конструктивне рішення будівлі

2.1 Призначення сітки колон будівлі

2.2 Компонування поперечної рами

2.3 Обґрунтування системи в'язей стального каркасу

3. Розрахунок рами

3.1 Визначення навантажень на раму

3.2 Вихідні дані для статичного розрахунку рами

3.3 Розрахункова схема і статичний розрахунок рами

3.4 Результати статичного рами на ЕОМ

3.5 Вибір найневигідніших комбінацій зусиль для лівої колони рами

1. Вихідні дані

1	Довжина будівлі		120
2	Проліт будівлі		24,0
3	Відмітка головки підкранової рейки		15.8
4	Проліт мостового крана		22.0
5	Вантажопідйомність мостового крана		100/20
6	Поздовжній крок колон будівлі		6.0
7	Режим роботи мостового крана		середній
8	Зазор між верхньою точкою крана і низом ригеля		0,3
9	Розрахункове рівномірно розподілене навантаження від ваги покриття		3.6
10	Вітровий тиск на висоті 5 м над поверхнею землі		0,3
11	Вага снігового покриву на 1м2 горизонтальної поверхні землі		1,4
12	Відмітка низу опорної плити бази колони		-1,0
13	Висота підкранової балки з рейкою		1,2
14	Вага погонного метра верхньої (надкранової) частини колони		220
15	Вага погонного метра нижньої (підкранової) частини колони		250
16	Вага погонного метра підкранової балки		3,5
17	Коефіцієнт просторової роботи		0,57
18	Співвідношення моментів інерції перерізів ВЧК і НЧК		0,098
19	Співвідношення моментів інерції перерізів ригеля і НЧК		2.3
20	Матеріал колони	Сталь марки	18ГПС
21	Матеріал ферми	Сталь марки	09Г2С
22	Матеріал підкранової балки	Сталь марки	-
23	Матеріал фундаменту	Бетон класу	В12.5

Основні характеристики мостового крана

Вантажопідйомність крана, т

Проліт будівлі

Розміри, мм

Тиск колеса крана, кН

Маса, т

Тип кранової рейки

Головний гак

Допоміжний гак

Нк

В1

В2

К

F1

F2

Візка Gt

Крана з візком G

100

20

24

3700

400

9350

4600

410

450

41

125

КР_120

2. Об'ємно-планувальне та конструктивне рішення будівлі

2.1 Призначення сітки колон будівлі

Розміщення колон в плані (рис. 1) повинно відповідати вимогам технології, економічності та уніфікації об'ємно-планувальних і конструктивних рішень промислових будівель. Крок колон відповідно до завдання становить 12 м. Біля торців будівлі колони зміщують всередину будівлі на 500 мм для зручності оформлення кутів будівлі стандартними огороджуючими конструкціями.

Рис. 1 Сітка колон будів

2.2 Компонування поперечної рами

Компонування поперечної рами починають з встановлення вертикальних розмірів будівлі, які залежать від технологічних умов виробництва, габаритів технологічного обладнання і підйомно-транспортних механізмів. Вони визначаються відстанню від рівня підлоги до головки підкранової рейки Н₀ і відстанню від головки підкранової рейки до низу несучих конструкцій покриття Н₃ (рис. 2):

;

;

;

;

.

Висота ферми на опорі h₀=2.2 м, а посередині прольоту

.

Після визначення необхідних розмірів по вертикалі визначають основні розміри по горизонталі.

Прив'язка зовнішньої грані колони крайнього ряду до поздовжньої осі приймаємо b₀=250 мм.

Ширина перерізу верхньої частини колони , приймаємо h₂=500 мм.

Ширина перерізу нижньої частини колони , приймаємо h₁=1250 мм.

Відстань від осі колони до осі підкранової балки

.

Для того, щоб кран під час руху не торкався колон

.

Умова виконується. Всі розміри наведені на рис. 2.

2.3 Забезпечення просторової жорсткості будівлі

Елементи каркаса будівлі об'єднують в'язями в єдину просторову систему, яка здатна сприйняти всі навантаження, що на неї діють, і передати їх на фундаменти.

В сталевому каркасі промислової будівлі в'язі розташовують на покритті та між колонами і призначають залежно від розмірів будівлі, крока колон, вантажопідйомності та режиму роботи кранів, технологічних особливостей виробництва.

В'язі забезпечують незмінність просторової системи каркаса та стійкість його стиснутих елементів; сприйняття та передачу на фундамент деяких навантажень, зокрема вітрових і горизонтальних кранових; сумісну роботу поперечних рам в разі прикладання місцевих навантажень, наприклад кранових; жорсткість каркаса, необхідну для нормальних умов експлуатації; умови високоякісного та зручного монтажу.

В'язі поділяють на в'язі між фермами та в'язі між колонами.

В'язі між фермами є горизонтальні в площинах верхніх і нижніх поясів, а також вертикальні між суміжними фермами.

Горизонтальні в'язі на верхніх поясах ферм забезпечують стійкість стиснутого верхнього поясу під час його роботи із площини, їх встановлюють в поперечному напрямку в крайніх кроках, в кроках біля температурного шва, а також посередині будівлі чи температурного блоку на відстані м одні від одних.

Горизонтальні в'язі на нижніх поясах ферм встановлюють по периметру будівлі або температурного блоку, тобто в поздовжньому та поперечному напрямках будівлі. Вони забезпечують просторову роботу каркаса в разі дії значних місцевих горизонтальних навантажень, оскільки завдяки їм в роботу включаються дві-три плоскі поперечні рами, внаслідок чого поперечні деформації каркаса від дії зосередженої сили набагато зменшуються. В'язеві ферми, що розташовані в торцях будівлі, сприймають вітрові навантаження, які діють на конструкції торцевого фахверку. Проміжні поперечні в'язі в площині нижніх поясів ферм влаштовують, як і в площині верхніх поясів ферм, через 24 м в тих самих кроках по довжині будівлі.

Оскільки кроквяні ферми мають незначну бокову жорсткість, їх необхідно розкріплювати вертикальними в'язями, розташованими в площині вертикальних стояків.

3. Розрахунок рами

3.1 Визначення навантажень на раму

3.1.1 Постійне навантаження

В курсовому проекті постійне розрахункове навантаження на ригель рами .

Розрахункове погонне постійне навантаження на ригель рами

,

де В=6 м - поздовжній крок колон.

Опорний тиск ригеля від постійного навантаження відносно центру перерізу нижньої частини колони викликає момент М_q.

Опорний тиск ригеля від постійного навантаження

.

Ексцентриситет опорного тиску

.

Момент .

Постійне навантаження від власної ваги верхньої та нижньої частини ступінчатої колони:

а) від нижньої частини колони ;

б) від верхньої частини колони .

Навантаження на раму від власної ваги підкранових конструкцій

,

де , , - дивись вихідні дані.

3.1.2 Снігове навантаження

Снігове навантаження приймають залежно від кліматичного району будівництва за нормами проектування СНіП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». В курсовому проекті нормативне снігове навантаження . Розрахункове погонне навантаження від снігу на ригель рами складає ,

де С=1 - коефіцієнт, що враховує нерівномірність снігового навантаження по довжині ригеля за складної конфігурації покрівлі;

- коефіцієнт надійності за навантаженням для снігового навантаження.

;

3.1.3 кранове навантаження

Вертикальне та горизонтальне кранове навантаження на раму визначають від двох найбільш несприятливих за впливом кранів. Кранове навантаження передається на раму підкрановими та гальмівними балками у вигляді вертикальних опорних тисків V_max і V_min та горизонтальної сили гальмування Т.

;

,

де ?_С - коефіцієнт сполучень за сумісної роботи двох кранів легкого та середнього режимів роботи;

- коефіцієнт надійності за навантаженням для кранового навантаження;

F_max - нормативний максимальний тиск колеса крана, для кранів Q = 80 т F_max = F₁ = 430 кН;

?y - сума ординат ліній впливу для опорного тиску на колону;

G₃=21 кН - навантаження від власної ваги підкранових конструкцій;

F_min - нормативний мінімальний тиск колеса крана.

,

де Q=100 т - вантажопідйомність крана;

G =125 т - повна вага крана з візком;

n₀ = 4 - кількість коліс з одного боку крана.

Горизонтальний розрахунковий тиск гальмівних балок на колону

,

де .

Підкранові балки встановлюють відносно осі нижньої частини колони з ексцентриситетом, тому в рамі від їх опорного тиску виникають зосереджені моменти (рис. 7).

;

,

де .

3.1.4 Вітрове навантаження

Для розрахунку рами необхідно визначити вітрове навантаження як з навітряної сторони, так і з завітреної сторони. Вітрове навантаження по висоті будівлі розподіляється нерівномірно і його інтенсивність залежить від кліматичного району будівництва, типу місцевості, кроку рам і висоти будівлі.

Інтенсивність розрахункового вітрового навантаження на одиницю довжини на будь-якій висоті х над поверхнею землі:

а) з навітряної сторони ;

б) із завітреної сторони ,

де - коефіцієнт надійності за навантаженням для вітрового навантаження; - нормативний швидкісний напір вітру (див. завдання); С=0,8 і С?=0,6 - коефіцієнт аеродинаміки; К_Х - коефіцієнт, що враховує зміни швидкісного напору вітру залежно від висоти та типу місцевості; В=6 м - крок рам.

В курсовому проекті інтенсивність розрахункового вітрового навантаження визначають на чотирьох рівнях:

q₁ - на висоті 5 м від поверхні землі;

q₂ - на висоті 10 м від поверхні землі;

q₃ - на висоті низу ферми;

q₄ - на висоті верху ферми на опорі;

Відповідно:

k₁=0,75;

k₂=1,0;

k₃=1+0,025 (х_10)=1+0,025 (19,8-10)=1,245;

k₄=1+0,015 (х_10)=1,25+0,015 (22-20)= 1,28;

q₁=1,4 ?0,3?0,8?0,75?6=1,512кН/м;

q₂=1,4?0,3?0,8?1,00?6=2,016 кН/м;

q₃=1,4?0,3?0,8?1,245?6=2,51 кН/м;

q₄=1,4?0,3?0,8?1,28?6=2,58 кН/м.

Інтенсивність вітрового навантаження із завітряної сторони отримують множенням інтенсивності вітрового навантаження з навітряної сторони на коефіцієнт

;

;

;

.

На підставі виконаних розрахунків складаємо схему вітрового тиску на виробничу будівлю.

Для спрощення розрахунку, фактичне вітрове навантаження на колону від рівня землі до низу ферми замінюємо рівномірно-розподіленим еквівалентним навантаженням (рис. 9), а від низу ферми до її верха - зосередженою силою (рис. 10).

Інтенсивність еквівалентного рівномірно-розподіленого вітрового навантаження визначається із умови рівності моментів в защемлені колони від фактичної епюри вітрового тиску і еквівалентного рівномірно-розподіленого навантаження М=М_w.

Момент від фактичного навантаження



Момент від еквівалентного навантаження

.

Із умови рівності моментів

;

.

Зосереджена сила

.

Вихідні дані для статичного розрахунку рами

№ п/п	Шифр варіанта	Одиниці вимірювання	Позначення	Величина
			В розрахунках	В програмі
1	2	3	4	5	6
1	Висота підкранової балки з рейкою			H	1,2
2	Довжина нижньої частини колони			LH	15,6
3	Довжина верхньої частини колони			LB	5,2
4	Вага нижньої частини колони			GH	39
5	Вага верхньої частини колони			GB	11,44
6	Вага підкранової балки з рейкою			G	21
7	Постійне навантаження на ригелі			QP	21,6
8	Снігове навантаження на ригелі			QS	11,76
9	Максимальний тиск кранів			D1	1167,3
10	Мінімальний тиск кранів			D2	392,9
11	Горизонтальний тиск кранів			T	45,87
12	Вітрове навантаження на колону з навітряної сторони			QB	2,03
13	Вітрове навантаження на колону з завітреної сторони			QZ	1,522
14	Зосереджене вітрове навантаження			W	9,798
15	Проліт рами			L	24
16	Момент від постійного навантаження			MP	89,1
17	Момент від снігового навантаження			MS	48,51
18	Момент від максимального тиску кранів			M1	729,56
19	Момент від мінімального тиску кранів			M2	245,56
20	Співвідношення моментів інерції перерізів верхньої та нижньої частин колони			R1	0,098
21	Співвідношення моментів інерції перерізів ригеля та нижньої частини колони			R2	2,3
22	Коефіцієнт просторової жорсткості			D	0,57