Расчёт несущих конструкций одноэтажного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчёт несущих конструкций одноэтажного здания

Оглавление

1. Расчет вариантов компоновки производственного здания

1.1 Цель курсового проекта

1.2 Критерии и методы оптимального проектирования

1.3 Компоновка конструктивной схемы стального каркаса одноэтажного производственного здания

1.4 Определение расхода металла на несущие конструкции каркаса

1.5 Выбор оптимального варианта компоновочной схемы каркаса

2. Сбор нагрузки и расчет поперечной рамы каркаса производственного здания

2.1 Расчетная схема рамы

2.2 Нагрузки, действующие на раму

2.3 Статический расчет поперечной рамы

2.4 Определение расчетных усилий в колонне рамы

2.5 Компоновка связей каркаса

2.6 Выбор материала несущих элементов каркаса

2.7 Общие требования при проектировании конструкций

3. Расчет внецентренно сжатой колонны

3.1 Расчет и конструирование стержня колонны

3.2 Расчет узла сопряжения верхней и нижней частей колонны

3.3 Расчет и конструирование базы сквозной колонны

4. Расчет и конструирование элементов ферм

4.1 Исходные данные

4.2 Подбор сечений стержней фермы

4.3 Расчет узлов стропильной фермы

4.4 Основные правила конструирования ферм

4.5 Расчет узла сопряжения фермы с колонной

Список литературы

Приложение

1. Расчет вариантов компоновки производственного здания

1.1 Цель курсового проекта

Цель курсового проекта - познакомить студентов с основными принципами компоновки производственных зданий, методикой выбора экономичных схем стального каркаса и основных конструкций, а также с методами статических и конструктивных расчетов несущих систем и разработкой рабочих чертежей на стадии КМ и КМД.

Темой курсового проекта является расчёт и конструирование основных несущих конструкций одноэтажного производственного здания, оборудованного мостовыми электрическими кранами.

Курсовой проект состоит из четырех разделов, охватывающих основные этапы проектирования зданий и сооружений:

1. Выбор варианта компоновки конструктивной схемы стального каркаса одноэтажного производственного здания.

2. Статический расчёт поперечной рамы каркаса.

3. Подбор сечения, его проверка и конструирование верхней сплошной и нижней сквозной частей, а также базы и оголовка внецентренно сжатой ступенчатой колонны .

4. Подбор сечений стержней, конструирование узлов и графическое оформление рабочих чертежей стропильной фермы.

Объём проекта - 2 листа чертежей формата А1 (594х841мм) и пояснительная записка на 30 - 50 страницах.

В начале записки должно быть приведено задание на курсовой проект, в конце прилагается список использованной литературы. Записка подписывается автором. Объём отдельных этапов работы составляет разработка схемы каркаса и анализ вариантов - 20%, статический расчёт рамы - 10%, расчёт и конструирование ригеля рамы - 20%, расчет и конструирование стоек рамы - 20%, оформление чертежей и пояснительной записки - 30%.

1.2 Критерии и методы оптимального проектирования

Любая задача строительного проектирования является многовариантной, то есть имеет множество возможных решений, отличающихся всеми или большинством сравниваемых показателей. Для того, что бы из всего многообразия варьируемых параметров сделать обоснованный выбор, необходимо иметь ограниченное число формализованных критериев оптимальности конструкции. Такими оценочными критериями являются масса или стоимость конструкций, трудозатраты на изготовление, транспортировку и монтаж, а так же затраты, связанные с их эксплуатацией.

В том случае, когда варьируемые параметры имеют геометрическую природу ( например, размеры сечения или его элементов), и вся конструкция выполнена из одного материала, критерием оптимальности является минимум ее массы.

Когда конструктивно однотипные элементы выполняются из разных материалов, существенно отличающихся удельной прочностью и стоимостью, в качестве оценочного критерия используется стоимость материала конструкций.

Для сравнения вариантов, отличающихся не только геометрическими размерами и материалом, но и конструктивными решениями и, в связи с этим, технологией и трудоемкостью изготовления, в качестве оценочного критерия используется заводская себестоимость конструкций.

Варианты, отличающиеся количеством монтажных элементов, их габаритами и весом, условиями поставки и степенью заводской готовности, имеют различные показатели стоимости конструкций, транспортных расходов и трудоемкости монтажа. В этом случае в качестве интегрального оценочного критерия используется стоимость конструкций "в деле", которая отражает в денежном выражении единовременные затраты на создание здания или сооружения.

Необходимо отметить, что чем более обобщенными являются оценочные критерии, тем больше данных необходимо для их определения и тем труднее это сделать на стадии принятия основных технических решений (стадии разработки Технического проекта), когда детальное конструирование элементов еще не выполнено.

Оптимальными параметрами конструкции или конструктивного комплекса являются такие параметры, которые, безусловно отвечая требованиям организации производственного процесса, надежности, долговечности и ремонтопригодности, в то же время минимизируют значение принятого оценочного критерия (расхода или стоимости материалов, стоимости "в деле" или приведенных затрат). Для определения оптимальных параметров конструкции могут быть использованы методы сравнения конкурентоспособных вариантов, построения функции качества (веса, стоимости) и исследования ее на минимум, применен аппарат математического программирования для решения линейных, нелинейных и динамических задач. Из перечисленных методов, сравнение вариантов является наиболее простым и доступным при "ручном" (не автоматизированном) проектировании, в то же время значительно уступая строгим математическим методам в точности полученных результатов.

В курсовом проекте в учебных целях предлагается выполнить сравнение двух из трех возможных вариантов компоновочной схемы, наиболее широко используемых в каркасах одноэтажных однопролетных производственных зданий и приведенных на рис.1.

Приступая к сравнению вариантов, на основе исходных данных необходимо выполнить компоновку конструктивной схемы каркаса и поперечной рамы для каждого из выбранных вариантов.

Элементами каркаса, определяющими в основном его материалоемкость и стоимость, являются несущие конструкции покрытия, подкрановые балки и колонны. Количество типоразмеров основных несущих конструкций и их общее количество для каждого варианта находится исходя из заданных размеров здания и принятой компоновочной схемы. Вес конструкций и расход стали на основные элементы определяются по эмпирическим формулам или таблицам в зависимости от их параметров (конструктивной формы, характера работы, пролета, шага) и величины действующих нагрузок для каждого рассматриваемого варианта.

1.3 Компоновка конструктивной схемы стального каркаса одноэтажного производственного здания

1. Указания по выполнению компоновочной части курсового проекта

При компоновке конструктивной схемы рамного каркаса производственного здания решаются следующие вопросы:

· выбор типа рамы (в зависимости от вида примыкания, жёсткое или шарнирное сопряжение ригеля с колонной);

· выбор ограждающих конструкций здания (отдельно для каждого варианта здания);

· разбивка сетки колонн;

· выбор шага рам;

· определение поперечной рамы;

· разработка схемы связей по каркасу;

· разработка схемы фахверка.

2 Выбор типа поперечной рамы

Опирание колонн производственных зданий на фундаменты обычно конструируется жёстким. Сопряжение ригелей с колоннами принимается жёстким или шарнирным. Большая жёсткость каркаса необходима в цехах с мостовыми кранами, работающими весьма интенсивно. В этих цехах горизонтальные перемещения могут препятствовать нормальной эксплуатации мостовых кранов. Однако жёсткое сопряжение препятствует типизации ферм, на которые в том случае передаются значительные опорные моменты, разные для рам с разными параметрами. Поэтому рекомендуется жёсткое сопряжение применять для зданий большой высоты, более 20м; при грузоподъемности мостовых кранов с гибким подвесом, 1250кН и более; при кранах с тяжёлым режимом работы; при кранах с жёстким подвесом. В остальных случаях применяется шарнирное сопряжение ригеля с колонной.

3 Выбор ограждающих конструкций здания

Тип и размеры ограждающих конструкций стен и покрытий принимаются в зависимости от назначения здания, климатических условий района строительства, конструктивных особенностей возможных вариантов ограждения (беспрогонных, прогонных покрытий и др.). Ограждающие конструкции принимаются по табл. 3

4. Разбивка сетки колонн

Для одноэтажных производственных зданий с мостовыми кранами, в соответствии с основными положениями по унификации объёмно-планировочных и конструктивных решений пролёты и шаги колонн назначаются кратными 6м, высота помещений кратна 0,6м. Разделение зданий на температурные отсеки производится в соответствии с указаниями табл. 1, где указаны предельные размеры температурных блоков здания.

Привязка колонн в торцах зданий, в поперечных температурных швах к поперечным разбивочным осям зависит от конструктивного решения стенового ограждения.

Предельные размеры температурных блоков здания

Таблица 1

Таблица 2

Весовые характеристики конструкций покрытия

Примечания: 1. Толщину слоя утеплителя из пенобетона рекомендуется применять для 1и 2снеговых зон t=0.08м, для 3 и 4 зон t=0.1м, для 5 и 6 зон t=0.12м.

2. При определении собственной массы ферм принимается:

а)? gф--коэффициент весовой характеристики ферм; при L=24м

gф = 0.007, при L=30м? gф =0.009;

б) коэффициент k= 1.2 учитывает массу связей по фермам.

Таблица 3

Весовые характеристики ограждающих стеновых конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема каркаса поперечной рамы одноэтажного промышленного здания.

5 Компоновка поперечной рамы

При назначении основных размеров поперечной рамы производственных зданий должны выполняться следующие условия:

обеспечение габаритов для передвижения мостовых кранов;

обеспечение жёсткости верхней и нижней частей колонн;

обеспечение требований унификации объемно-планировочных и конструктивных решений.

Компоновку поперечной рамы выполняют на основании задания на курсовое проектирование. В задании указаны пролёт здания L; грузоподъемность крана Q; режим работы крана; число кранов; отметка головки кранового рельса Н1; нулевая отметка (уровень чистого пола) 0.000; шаг рам. Компоновку поперечной рамы производят для шага 6 и 12м. Привязку размеров по вертикали производят относительно отметки чистого пола, принимая её нулевой, а по горизонтали относительно разбивочных осей А и Б (рис.1).

Вертикальные габариты здания зависят от технологических условий производства и определяются расстоянием от уровня пола до головки кранового рельса Н1 и расстоянием от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия Н2.

Размер Н2 диктуется высотой мостового крана

Н2= (Нк +100)+f, (1.1)

где Нк+100 --расстояние от головки рельса до верхней точки тележки крана плюс установленный по требованиям техники безопасности зазор, равный 100мм;

f --размер, учитывающий прогиб конструкций покрытия, принимаемый равным 200 400 мм.

Габариты мостовых кранов даются в стандартах и каталогах, а также приведены в прил.1 т1.

Окончательный размер Н2 принимается кратным 200мм. Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм

Н0= Н2 + Н1, (1.2)

где Н1 - отметка головки кранового рельса, которая дана в задании на проектирование.

Размер Н0 принимается кратным 0,6 м из условия соизмеримости со стандартными ограждающими конструкциями.

Затем устанавливаются размеры верхней части колонны

Нв = hб + hр + Н2 , (1.3)

где hб - высота подкрановой балки, которая принимается по прил.1 таб.1;

hр - высота кранового рельса, принимается по прил.1 таб.1;

Размер нижней части колонн

Нн = Но- Нв + Нзагл, , (1.4)

где Нзагл = 0.6...1.0м -- обычно принимаемое заглубление опорной плиты башмака колонны ниже нулевой отметки пола.

Общая высота колонны рамы от базы до низа ригеля

Н= Нв + Нн (1.5)

Высота части колонны в пределах ригеля Нф зависит от принятой конструкции стропильных ферм с параллельными поясами, которые применяют как при шарнирном, так и при жёстком сопряжении ригеля с колонной.

При определении горизонтальных размеров учитываются унифицированные привязки колонн к разбивочным осям. Привязка наружной грани колонны к оси может быть нулевой; 250 или 500 мм. Нулевую привязку применяют в зданиях без мостовых кранов, также в невысоких зданиях при шаге колонн 6.0м, оборудованных кранами грузоподъёмностью не более 300кН. Привязку размером а = 500 мм принимают для относительно высоких зданий с кранами грузоподъёмностью 80 т и более, в остальных случаях Во= 250 мм.

Высоту сечения верхней части ступенчатой колонны Вв назначают с учётом унифицированных привязок наружных граней колонн к разбивочным осям, а также (при фермах из парных уголков) установленной ГОСТ 23119-- привязки ферм к разбивочной оси (200мм.).Таким образом, высота сечения верхней части колонны Вв может быть 450 мм (250+200) и 700мм(500+200), но не менее 1/12 её высоты Нв.

Высота сечения нижней части колонны

Bн =? + Во , (1.6)

Где

?= В1 + (Вв -ВО) + С,

устанавливается кратно 250мм.

Ели сделать подстановку, то формулу 1.6 можно записать по другому

Bн = В1 + Вв + С,

который также устанавливается кратно 250мм.

В1 - размер части кранового моста, выступающей за ось рельса (см. рис. 1 и прил.1); С=75 - минимальный зазор между краном и колонной по требованиям техники безопасности.

С учётом обеспечения жёсткости цеха в поперечном направлении высота сечения нижней части колонны назначается не менее 1/20 H.

Верхняя часть колонны обычно проектируется сплошной, составного двутаврового сечения, нижняя часть принимается сплошной при ширине до 1 м, а при большей ширине - сквозной.

1.4 Определение расхода металла на несущие конструкции каркаса

1 Прогоны

Вес прогонов и расход металла на прогоны в прогонных системах покрытия определяется по таблице 1, в зависимости от пролета прогонов (шага ферм) и расчетной погонной нагрузки на прогоны, равной

,

где - нормативная величина нагрузки от собственного веса конструкции покрытия (кН/м2), принимаемая в соответствии с заданием,

f.пк - усредненный коэффициент надежности по нагрузке для ограждающей конструкции покрытия, принимается 1,2