Стальной каркас промышленного здания

ВОЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра

«Строительных конструкций»

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине

«Металлические конструкции, включая сварку»

 

по теме:

СТАЛЬНОЙ КАРКАС ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

 

 

Выполнил: студент группы Д-19

Усов Дмитрий Игоревич

Проверил: доцент кафедры

Манаев Олег Иванович

 

 

 

Балашиха 2012

Содержание:

I. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ………………………………………………………………… 3 

II.КОМПОНОВОЧНАЯ СХЕМА ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ..........................  3

2.1Элементы для проектирования каркаса…………………………………………….. 3

2.2Определение генеральных размеров каркаса………………………………………. 5

III. СБОР НАГРУЗОК……………………………………………………………………... 6

3.1. Постоянные нагрузки…………………………………………………………………. 6

3.2 Определение  расчетной снеговой нагрузки………………………………………… 7

3.3. Определения ветровой нагрузки…………………………………………………….. 8

IV. РАСЧЕТ РАМЫ……………………………………………………………………….  9

4.1. Определение  усилия в раме от постоянных  нагрузок……………………………. 9

4.2. определение  усилий от снеговой нагрузки…………………………………………. 9

4.3. Определения  усилий от ветровой нагрузки………………………………………... 9

4.4. Определение  расчетных сочетаний усилий……………………………………….  10

V. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОНН…………………………………….   10

5.1. Подбор сечения  колон………………………………………………………………..  10

5.2. Расчет базы  колонны…………………………………………………………………  12

5.3. Проектирование  оголовка колонны………………………………………………..  14

VI. РАСЧЕТ СТРАПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ……………………………………………….  15

6.1.Определение усилий в стержнях…………………………………………………….. 15

6.2. Подбор сечений стержней фермы…………………………………………………... 17

6.3. Расчет сварных  швов………………………………………………………………… 20

VII. ПОДБОР СЕЧЕНИЯ ПРОГОНОВ…………………………………………………. 23

VIII. Литература…………………………………………………………………………… 24

IХ. Графическая часть……………………………………………………………………… 25

 

 

 

 

I. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Пролет здания l=17м.

Длина здания L= 65м.

Высота здания Н₀=9,5м.

Сталь марки С275

Освещение искусственное.

Место возведения – г. Новосибирск.

II.КОМПОНОВОЧНАЯ СХЕМА ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ.

2.1Элементы для проектирования каркаса.

а) Ферма(ригель);

б) Колонна (двутавр);

в)Рама- должна иметь кинематическую неизменяемость и достаточную жесткость

в плоскости рамы

                                          шаг рам в поперечном направлении  от 6м или 42 м.

 

 

 

 

 

 

 Из плоскости рамы

                                                        Шаг рам п продольном направлении 6м или 12м.

 

 

 

 

 

 

г) поперечные горизонтальные ветровые связи

устанавливаются в верхнем  и нижнем поясе фермы; устанавливается  в начале, в конце и посредине, вдоль конструкции.

 

 

 

    

 

 

   д) вертикальные связи жесткости  

устанавливается в средней части здания, вдоль здания  между колонами (шаг   колоны), в момент монтажа устанавливаются и по краям.

 

 

 

 

 

е) горизонтальные продольные связи

                                                                                          устанавливается в зданиях, оборудо-

ванных кранами, устанавливают  по

нижним поясам фермы. (в данном

варианте курсового проекта  конст-

рукция не имеет подкрановых путей).

ж) прогон над фермой

 

 

 

 

 

и) распорки – устанавливаются  между связевыми блоками  для  удержания промежуточных ферм в  проектном положении.

 

2.2Определение генеральных размеров каркаса.

- уточняем пролет здания  l=17/6=2.8, соответственно,  примем l=3*6=18м кратно 6м;

- заглубление верха   примем (конструктивно) b₀=400мм;

- полезную высоту здания  от уровня пола до низа стропильной  фермы назначается  с кратностью 0,6 м и принимаем по расчету

Н₀=9500/600≈15,8=600*16=9600мм;

- определяем высоту колонны   Н=Н₀+b₀=9600+400=10000мм;

- принимаем для расчета высоту сучения колонны из условия

h≈Н/25=10000/25=400мм;

-назначаем высоту фермы,  так как пролет здания l=18м, то h_f=2550мм;

- уточняем  длину здания  при шаге колон L=65/6=10,8, соответственно, примем

L=11*6=66м;

- примем уклон кровли 1,5% ;

- для однопролетного бескранового  здания примем шаг поперечных  рам в осях 1-12м;

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

III. СБОР НАГРУЗОК.

3.1. Постоянные нагрузки.

Исходные данные : шаг  поперечной В=6м; коэффициент надежности по ветровой и снеговой нагрузке γ_f=1,4 (при расчете рам); коэффициент надежности γ_f для веса строительных конструкций(Приложение №1)[3]; нормативный вес снегового покрова на м² горизонтальной плоскости для г. Новосибирска s₀=1.5кПа(Приложения №3)[1]; нормативные значения ветровой нагрузки для г. Новосибирска w₀=3,8кПа (Приложения №3)[1];

 

Нагрузки от покрытия

Состав покрытия	Нормативная нагрузка рi, кПа	γf	Расчетная нагрузка γfipi, кПа
Защитный слой из гравия на битумной мастики, 10 мм	0,21	1,3	0,27
Гидроизоляция, 4 слоя рубероида	0,16	1,3	0,21
Утеплитель, минвата – 150мм, g=2 кН/м3	0,30	1,3	0,39
Пароизоляция, 1 слой рубероида	0,04	1,05	0,11
Профнастил	~0.10	1.05	0.11
Прогоны	~0.10	1.05	0.11
Фермы, связи	~0.40	1.05	0.42
рn=∑ pi=1.31 кПа		p=∑gfipi=1.56 кПа

 

Определим погонную расчетную  нагрузку на раму

                       q=Bp=6*1.56=9.36 кН/м

Определим осевое усилие на колонны от стен

Р=р_сВ(Н₀+h_f)=0.5*6*(9.6+2.55)=36.45

Нагрузка от стен

Состав стен	Нормативная нагрузка рi, кПа	γf	Расчетная нагрузка γfipi, кПа
Два профлиста НС44-1000-0,7	0,17	1.05	0.18
Утеплитель, минвата – 100мм, g=2 кН/м3	0,20	1.3	0.26
Ригель	~0.06	1.05	0.06
		pc=∑ gfipi=0.5кПа

 

3.2 Определение расчетной снеговой нагрузки.

Поскольку в профиле покрытия перепады отсутствуют, коэффициент  µ, учитывающий не равномерность  распределения снега принимаем  равным µ=1.

Для расчета рам получаем расчетную снеговую нагрузку

p_s= s₀µB=1.4*1.5*1*6=12.6 кН/м,

где s₀=1.4м²МПа нормативный вес покрова на один м² горизонтальной плоскости принимают по таблице 4[3]; В=6м ширина горизонтальной  площади. Горизонтальная площадь - доля площади, которая приходится на один элемент конструкции в ряду аналогичных элементов

Ширина грузовой площадки покрытия равна шагу между колонами.

Такай же нагрузка будет  применятся и для расчета строительных ферм и прогонов, так как отношение веса покрытия p_n к нормативному значению веса снегового покрытия s₀ больше 0,8

р_n/ s₀=1.31/1.5=0.87>0.8

3.3. Определения ветровой нагрузки.

Расчетное давление ветровой нагрузки на у вертикальную стену  будет равно :

- с наветренной стороны  w= γ_fw₀kc=1.4*0.38*1*0.8=0.43 кПа;

- с заветренной стороны  w’= γ_fw₀kc’=1.4*0.38*1*0.6=0,32кПа;

где к- коэффициент изменения давления по высоте и типу местности (по таблице 2) [3], к=1 при типе местности А

c – аэродинамический коэффициент, зависящий от конфигурации здания (по таблице 3)[3], с=0,8, с’=0.6.

w₀=0,38 кПа нормативное значение ветрового давления принимают по таблице 2 [3]

γ_f=1.4 коэффициент надежности по нагрузки табл. 1[3]

Определим ветровую нагрузку на раму по высоте Н₀ :

- с наветренной стороны  q_w= γ_fw₀kcВ=1.4*0.38*1*0.8*6=2.5кН/м;

- с заветренной стороны  q’_w= γ_fw₀kc’B=1.4*0.38*1*0.6*6=1.92кПа;

Определим нагрузку по высоте фермы h_f, где нагрузка воспринимается в виде сосредоточенной силы W, W’, приложенных в уровнях нижних поясов  и будет ровна :

- с наветренной стороны  W= γ_fw₀kcВ h_f =1.4*0.38*1*0.8*6*2,55=7,26 кН/м;

- с заветренной стороны  W’= γ_fw₀kc’B h_f =1.4*0.38*1*0.8*6*2,55=4,32кПа;

IV. РАСЧЕТ РАМЫ.

4.1. Определение  усилия в раме от постоянных  нагрузок.

N_p=P+ql/2=36.45+9.36*18/2=120.7кН;

где q=9.36 кН/м – расчетная постоянная нагрузка на раму  (часть 3.1(рис.));

l=18м длина пролета;

Р=36,45 – осевое усилие на колонну от стен ( часть 3.1. (рис.)).

4.2. определение  усилий от снеговой нагрузки.

  N_s=q_s*l/2=12.6*18/2=113.4 кН.

q_s –расчетная снеговая нагрузка на раму ( часть 3.2. (рис.)).

4.3. Определения  усилий от ветровой нагрузки.

- осевое усилие в колоннах от ветровой нагрузки будет равна : N_w=0;

- максимальный изгибающий  момент в раме буде равен :

M_max=H²(5q_w+3q’_w)/16+H(W+W’)/2=10²(5*2.58+3*1.92)/16+10(7.26+4.32)/2=174.5кНм;

- максимальная поперечная  сила в раме будет равна :

Q_max=H(13q_w+3q’_w)/16+(W+W’)/2=10(13*2.58+3*1.92)/16+(7.26+4.32)/2=30.4кН.

где Н=10м  высота колонны(части 2.2);

q_w=2,58 и q’_w =1.92 расчетное давление ветровой нагрузки на  стену с заветренной стороны и с заветренной стороны; W=7,26 и W’=4,32 вертикальная нагрузка по высоте с заветренной стороны и с заветренной стороны; (части 3.3.)

4.4. Определение  расчетных сочетаний усилий.

Сочетание	Нагрузки	ψ	М, кНм	N, кН	Мmax, кНм	Nmax, кН
Основные	Постоянные	1,0	-	120,7	175,5	120,7
	Ветровые	1,0	175,5
Основные	Постоянные	1,0	-	120,7	-	234,1
	Снеговые	1,0	-	113,4
Основные	Постоянные	1,0	-	120,7	158	222.7
	Ветровые	0,9	157	-
	Снеговые	0,9	-	113.4
Основные для анкерных болтов	Постоянные	0,8	-	120.7	175,5	96,6
	Ветровые	1,0	175,5	-

 

 

Коэффициент сочетания ψ  принимаем равным :

ψ=0,9 , если в основном сочетании  не менее 2-х кратковременных нагрузок;

Расчет анкерных болтов на разрыв ведется с минимальным  усилием сжатия в колонне и  максимальным соответствующим моментом в заделке, тогда ψ для минимального усилия сжатия будет равно ψ=0,8

Во всех остальных случаях  ψ=1

V. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОЛОНН.

5.1. Подбор сечения  колон.

Исходные данные: коэффициент  условия работы γ_с=1; коэффициент надежности здания по назначению γ_n=0.95; высота по поперечного сечения колонны h=40см (часть 2.2); сталь марки С275 с сопротивлением по пределу текучести R_y=27кН/см²(Приложение 5) [1];высота колонны Н=1000см (часть 2.2); модуль упругости стали Е=2,06*10⁴ кН/см².

а) Определим требуемую  площадь сечения колонны, из условия

A_req≥0.95N_max(4+2.5e/h)/ R_y=0.95*222.7(4+2.5*74.5/40)/27=71.3см²,

е- минимальный эксцентриситет силы е= М_max/ N_max=15800/222,7=74,5.

Ближайший к требуемой  площади является калибр 23К2 с площадью А=75,7см²; i_x=10.02см; i_y=6.04см(Приложение 6 )[1]

Проведем проверку на устойчивость колонн по оси х-х

λ_х=µ_хН/i_x=2*1000/10,02=199,6>[120]

µ_х коэффициент зависящий от условия в плоскости рамы закрепления находится в соответствии с пунктом 6.10*. [4]  формулы 69, µ_х=2

условие не выполняется примем, примем более мощный калибр.

40К1, где : А=175,8 см²; W_x=2664см³; i_x=17.26см; i_y=10см; h=39,3см; b=40см; t=1,65см.