Металевий каркас одноповерхового виробничого будинку

 

Міністерство освіти і науки України

 

Київський національний університет будівництва і архітектури

 

 

 

 

 

 

Кафедра металевих та дерев’яних конструкцій

 

 

 

 

 

 

 

Пояснювальна  записка

до курсового  проекту №2 з курсу «Металеві конструкції»

на тему: «Металевий каркас одноповерхового виробничого будинку»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:

ст. гр. ПЦБ-42

Лубенець  Ю. І.

Перевірив:

ас. Котвіцький Б. М.

 

 

 

 

 

 

 

Київ 2012

 

Зміст:

 

1. Компонування конструктивної схеми каркаса будинку:
2. Розрахунок поперечної рами будинку:

• Установлення розрахункової схеми рами;

• Визначення навантажень на раму;
• Виконання статичного розрахунку поперечної рами;
• Складання таблиці розрахункових зусиль в елементах рами.

3. Розрахунок і конструювання колони:

• Визначення розрахункової довжини над кранової і підкранової ділянок колони в площині та із площини рами;
• Підбір перерізу стержня колони і перевірка загальної і місцевої стійкості його;
• Конструювання і розрахунок вузлів колони: сполучення над кранової і підкранової ділянок, бази, анкерних болтів.

4. Розрахунок і конструювання кроквяної ферми:

• Визначення навантаження на ферму;
• Визначення розрахункових зусиль в стержнях ферми;
• Підбір перерізу елементів ферми;
• Конструювання (складання ескізів) і розрахунок вузлів ферми (монтажних, проміжних і опорних).

5. Використана література

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                Компонування конструктивної схеми каркаса будинку

2. Розрахунок поперечної рами будинку

 

• Установлення розрахункової схеми рами

 

Скомпонувати каркас однопрольотної опалюваної будівлі  з прольотом L=24 м. Крок рам B=6 м. Будівля обладнана двома мостовими кранами вантажопідйомністю Q = 20/5 т групи режимів роботи 5К. Позначка головки підкранових рейок + 12.0 м, довжина будівлі –84 м; район будівництва – м. Луцьк; тип місцевості за вітровим навантаженням – ІV. Утеплювач – мінераловатні жорсткі плити (t = 60 мм, ρ = 250 кг/м³). Несучі конструкції покрівлі – сталевий профільований настил, що вкладається по наскрізним прогонам. Несучі конструкції покриття – уніфіковані кроквяні ферми з паралельними поясами.

Стінове огородження – тришарові панелі «сандвічі».

Бетон фундаменту – клас В30

а) Визначення розмірів по вертикалі (рис 2.1)

При кранах Q = 20/5 т приймаємо схему зі ступінчастими колонами і обпираємо підкранові балки на уступ колони. За табл. Д 2.2 для кранів  Q = 20/5 т при L=24 м: H_cr=2400 мм, B_cr=260мм, тип рейки Кр-70 з висотою h_r=120мм, висота підкранової балки h_bc=800мм. Визначимо розмір Н₂, що включає габаритний розмір крана H_cr, допуск на його виготовлення 100 мм та зазор с =200...400 мм, що враховує провисання конструкцій:

Н₂= H_cr + 100 + с =2400 + 100 + 200 = 2700 мм

(при L=24 м приймаємо с=200 мм)

Для виконання умов уніфікації призначаємо Н₂=2800мм (кратне 200мм).

H₁=12000

Н₀ = Н₁+Н₂=12000+2800=14800 мм

Отримане значення Н₀=14800 мм не кратне 600 мм, тому збільшуємо Н₀=15000 мм, тоді Н₂=3000мм

Приймаємо глибину заглиблення  колони Н_в = 600 мм. Тоді повна висота колони буде:

l_с=Н₀+Н_В=15000+600=15600 мм.

Довжини верхньої і нижньої  частини колони визначаються за формулами:

l₂=h_bс+h_r+H₂=800+120+3000=3920 мм;

l₁=H₀ – l₂+ H_b =15000 – 3920 + 600 = 11680 мм.

Висота уніфікованої ферми з паралельними поясами  становить 3150 мм. Ферма шарнірно з’єднується  з колонами і спирається на них  зверху.

б) Визначення розмірів по горизонталі:

Приймаємо а = 250мм. З умови забезпечення горизонтальної жорсткості ширину верхньої частини колони призначаємо h₂=400мм,що більше ніж мм.,   для полегшення розрахунків приймаємо а = 200мм

З врахуванням залежностей:

а₁=B_cr+(h₂ – a)+75=260+(400 – 200)+75=535 мм.

Приймаємо а₁=750 мм (кратне 250 мм).

Ширина нижньої частини  колони:

h₁=а+a₁=750+200=950 мм.

Приймаємо, що колони жорстко з’єднуються з фундаментами.

Компонувальна схема  рами наведена на рис. 2.1.

 

 

 

Рис. 2.1. Схема компонування поперечної рами

 

 

 

• Визначення навантажень на раму

 

Визначення розрахункових зусиль в елементах однопрольотної  рами за даними пункту 1.

 

Постійні  навантаження (рис. 2.2.)

Навантаження від власної  ваги конструкцій покриття на 1м² наведені в табл. 2.1.

Таблиця 2.1.

№	Складові навантаження	Характеристичне нав-ня кН/м2	Коеф. над. за експл. нав-ням γfe	Екплуатаційне нав-ня кН/м2	Коеф. над. за гр.. роз. нав-м γfm	Гранич. розрах. нав-ня   кН/м2
1	Сталевий профнастил  H=35	0,06	1,0	0,06	1,05	0,06
2	Гідроізоляція (4 шари руберойду)	0,16	1,0	0,16	1,3	0,21
3	Утеплювач мінераловатні жорсткі плити        (t=60мм, ρ = 250 кг/м3 *9,81 )	0,15	1,0	0,15	1,3	0,20
4	Пароізоляція (один шар пергаміну)	0,05	1,0	0,05	1,3	0,07
5	Сталевий профільований  настил Н57-845-0,7	0,09	1,0	0,09	1,05	0,10
6	Наскрізні прогони	0,09	1,0	0,09	1,05	0,10
7	Наскрізні ригелі (ферми)	0,3	1,0	0,3	1,05	0,31
8	В’язі по покриттю	0,05	1,0	0,05	1,05	0,05
Всього		0,95				1,1
З врахуванням  коефіцієнта надійності за призначенням γn=0,95		0,9				1,05

 

Розрахункове лінійне розподілене навантаження на ригель рами від власної ваги покриття:

q_r=g B/cosα=1,05·6/1=6,3 кH/м.

• Опорна реакція ригеля рами:

Q_r=q_r L/2=6,3·24/2=75,6 кН.

• Власна вага колони (використовуємо дані табл. Д 2.1):

G_c=q_k B L / 2=0,25·6·24/2=18 кН

• Розрахункове навантаження від власної ваги нижньої частини колони (80%):

G_к1= G_к·0,8·γ_f =18·0,8·1,05=15,12 кН

• Розрахункове навантаження від власної ваги верхньої частини колони (20%):

G_к2= G_к 0,2 γ_f =18·0,2·1,05=3,78 кН

 

• Одиничне  навантаження від  стінового огородження визначаємо за табл.  Д 2.1:

Таблиця 2.2.

№	Складові навантаження	Характеристичне нав-ня кН/м2	Коеф. над. за експл. нав-ням γfe	Екплуатаційне нав-ня кН/м2	Коеф. над. за гр.. роз. нав-м γfm	Гранич. розрах. нав-ня   кН/м2
1	Тришарові стінові  панелі: два сталевих листа мінераловатні плити (t=80мм, γ = 150 кг/м3*9,81 ).	0,166	1,0	0,166	1,05	0,174
		0,12	1,0	0,12	1,3	0,156
2	Ригелі	0,06	1,0	0,06	1,05	0,063
3	З врахуванням  коефіцієнта надійності за призначенням γn=0,95	0,346				0,393

 

• Навантаження на верхню частину колони від стінового огородження передаємо на позначку +11,080 м.

G_w2=

кН.

• Навантаження від стінового огородження на нижню частину колони:

G_w1=

кН.

• Розрахункове сумарне навантаження на верхню і нижню частини колони від власної ваги колони і стінового огородження з урахуванням коефіцієнта надійності за призначенням:

G₂=( G_к2+ G_w2) γ_f = (3,78+18,2)·0,95=20,88 кН;

G₁=( G_к1+ G_w1) γ_f = (15,12+23,3)·0,95=36,5 кН.

Навантаження від власної ваги підкранових конструкцій, враховуючи їх незначний вплив, врахуємо при визначенні навантаження від кранів.

Поздовжні сили  G₁  і  G₂ вважаємо прикладеними по середині відповідних ділянок колон. Внаслідок малості нехтуємо ексцентриситетом прикладання навантаження відносно центра ваги перерізу колони.

• Визначаємо момент у рівні сполучення верхньої і нижньої частин колон:

M=(Q_r+ G₂)·e₀=(75,6+20,88)·0,20=19,3 кН·м

Спрощена розрахункова схема рами має спрямлені осі  ступінчастих колон, суміщені з осями  верхніх ділянок. Таке спрощення схеми не впливає на розрахункові зусилля крім випадків завантаження верхніх ділянок вертикальними навантаженнями (від ригеля та частково власної ваги стін), що передаються на нижню частину колони з ексцентриситетом е_о. Вказана обставина враховується зосередженим моментом у рівні межі верхньої (надкранової) та нижньої (підкранової) частин колони. Наявність ексцентриситету е_о враховується формулами (дод. Д 3.2, ), тому цей зосереджений момент не розглядається як компонента навантаження при визначенні невідомого зусилля Х.

Рис. 2.2 Схема постійного навантаження

 

Навантаження  від снігу (рис. 2.3.)

• Розрахункове навантаження на 1м² горизонтальної проекції покриття   для м. Луцьк визначаємо формулою  і табл. Д 2.5 та Д 2,7 (1):

 кН/м²,

при Т=50 років γ_f =1 , S₀=1.24кПа.

• Розрахункове рівномірно розподілене навантаження на ригель з урахуванням γ_n=0.95:

 кН/м.

• Опорна реакція ригеля від снігового навантаження:

 кН.

• Зосереджений момент через зміщення осей верхньої та нижньої частин:

 кН·м.