Проектирование стального каркаса и рабочей площадки одноэтажного производственного здания

Титульный лист

Министерство науки и высшего образования РФ
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Тихоокеанский Государственный университет»

Кафедра: Промышленное и гражданское строительство

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: Металлические конструкции, включая сварку.
На тему: Проектирование стального каркаса и рабочей площадки одноэтажного производственного здания.

Выполнил: ст. гр. ПГС-92(б)
Шифр
Проверил: к.т.н. Чебровский А.А.

Хабаровск, 2022

РЕФЕРАТ

Широкое применение в строительстве металлических конструкций позволяет проектировать сборные элементы зданий и сооружений сравнительно малой массы, организовывать поточное производство конструкций на заводах и поточный или поточно-блочный монтаж их на строительной площадке, ускоряет ввод объектов в эксплуатацию.

Данная пояснительная записка содержит иллюстрации и 3 таблицы. Разработаны схемы связей шатра, связей колонн и торцового фахверка. Выбрана оптимальная схема балочной клетки рабочей площадки. Рассчитан настил, прокатные балки настила и вспомогательные балки, запроектирована сварная главная балка и сварная колонна сплошного сечения, сконструированы и рассчитаны опорные части всех конструкций балочной клетки и детали узлов их сопряжений. Подобраны сечения стержней фермы покрытия здания и спроектированы узлы их сопряжения между собой и с колоннами.

Графическая часть курсового проекта включает в себя 3 листа формата А2 и содержит следующие чертежи: план рабочей площадки, продольный и поперечный разрезы, главная балка, колонна, схемы связей.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Расчет настила и прокатных балок балочной клетки
   • 1.1. Расчет стального настила
   • 1.2. Расчет балки настила
   • 1.3. Расчет вспомогательной балки
2. Расчет сварной главной балки
   • 2.1. Расчетная схема. Нагрузки. Усилия
   • 2.2. Подбор сечения
   • 2.3. Опорная часть
   • 2.4. Конструктивное обеспечение устойчивости стенки
   • 2.5. Проверки прочности, жесткости и устойчивости балки и ее элементов
3. Расчет колонны сплошного сечения
   • 3.1. Расчетная схема. Усилия
   • 3.2. Подбор сечения стержня колонны
   • 3.3. Проверки жесткости, общей и местной устойчивости колонны и ее элементов
   • 3.4. Конструирование и расчет оголовка
   • 3.5. Конструирование и расчет базы колонны
4. Конструирование и расчет узлов сопряжения элементов балочной клетки
   • 4.1. Расчет прикрепления настила
   • 4.2. Расчет узла этажного опирания балки настила на вспомогательную балку
   • 4.3. Расчет и конструирование узла пониженного опирания балок
   • 4.4. Конструирование равнопрочного монтажного (укрупнительного) узла главной балки
5. Компоновка каркаса
   • 5.1. Сетка колонн
   • 5.2. Компоновка поперечной рамы
   • 5.3. Компоновка ригеля
   • 5.4. Компоновка связей между колоннами
   • 5.5. Компоновка связей по покрытию
   • 5.6. Компоновка торцового фахверка
6. Определение расчетных усилий в стойке рамы
   • 6.1. Расчетная схема поперечной рамы
   • 6.2. Нагрузки на поперечную раму
7. Расчет фермы покрытия
   • 7.1. Определение расчетной нагрузки и усилий в стержнях фермы
   • 7.2. Подбор сечений стержней
   • 7.3. Расчет и конструирование узлов фермы из парных уголков

1. Расчет настила и прокатных балок балочной клетки

1.1. Расчет стального настила

Так как полезная нагрузка на настил 38 кПа (38 кН/м²) его толщина tn и пролет n определяется только жесткостью. Полезная нагрузка: 30 кПа.

Полезная нагрузка po, кПа	≤ 10	11…20	21…25	26…30	> 30
Толщина настила tn, мм	6…8	8…10	10…12	12…14	14…16

Принята толщина настила 16 мм.

Формула расчета:

(где qn — нормативная нагрузка, E — модуль упругости).

Таблица 2. Отношение пролета настила к его вертикальному допускаемому прогибу (no) для конструкций балочной клетки рабочей площадки:

Пролет настила или балки, м	≤ 1	3	6	24	36
no = ℓ/[f]	120	150	200	250	300

Требуемый пролет в свету (между балками настила) равен 105,6 см. Количество балок настила: 5,68. Принимаем 5 шт. Окончательное расстояние между балками настила принято 120 см.

1.2. Расчет балки настила

Расчет ведется с учетом расчетного сопротивления материала Ry = 23 кН/см². [IMAGE_2] (Схема балочной клетки усложненного типа).

Количество вспомогательных балок: 3,16. Принимаю 4 шт., пролет 1750 мм.

Нормативная нагрузка на балку: 52,85 кН/м. Расчетная нагрузка на балку: 62,6 кН/м.

(Расчетная схема балки настила).

Для подбора сечения балки необходимы усилия: максимальный расчетный изгибающий момент 23,96 кН∙м, максимальное расчетное перерезывающее усилие 54,78 кН.

Минимальный из условия прочности момент сопротивления сечения балки настила: 104,2 см³.

По ГОСТ 26020-83 выбран двутавр балочный №16Б2.

1.3. Расчет вспомогательной балки

Вспомогательные балки опираются шарнирно на главные балки. Пролет 6 м.

Нормативная нагрузка на балку: 77,42 кН/м. Расчетная нагрузка на балку: 99,9 кН/м.

Максимальные усилия в балке: Mmax = 449,6 кН∙м, Qmax = 299,7 кН.

При этажном опирании балок настила на вспомогательные балки прикладываются сосредоточенные усилия P = 138,35 кН.

Требуемый момент сопротивления: 1955 см³. Требуемый момент инерции: 27281 см⁴.

По ГОСТ 26020-83 выбран двутавр балочный №55Б1.

h	b	s	t	r	Площадь, см²	Линейная плотность, кг/м	Ix, см⁴	Wx, см³	Sx, см³	tx, см	Iy, см⁴	Wy, см³	ty, см
543	220	9,5	13,5	24	113,37	89,0	55680	2051,0	1165,0	22,16	2404,0	218,6	4,61

Проверка прочности и местной устойчивости стенки подтверждает выполнение условий.

2. Расчет сварной главной балки

2.1. Расчетная схема. Нагрузки. Усилия

[IMAGE_4] (Расчетная схема главной балки).

Нормативная нагрузка: 276,5 кН/м. Расчетная нагрузка: 356,1 кН/м.

Максимальные усилия: Mmax = 2181 кН∙м, Qmax = 1246 кН, P = 599,4 кН.

2.2. Подбор сечения

Минимальная высота балки из условия жесткости: 92 см. Оптимальная высота: 122,37 см. Окончательная высота принята 1200 мм.

Толщина стенки принята 12 мм. Толщина пояса 20 мм, ширина 400 мм.

(Поперечное сечение).

2.3. Опорная часть

(Вариант выполнения опорной части главной балки).

Опорное ребро толщиной 12 мм, шириной 32 см. Устойчивость опорной части проверена, условие выполняется.

2.4. Конструктивное обеспечение устойчивости стенки

[IMAGE_7] (Промежуточные ребра жесткости главной балки).

Предельное расстояние между ребрами 232 см. Ширина ребер 80 мм, толщина 10 мм.

2.5. Проверки прочности, жесткости и устойчивости

Проверка прочности, жесткости и устойчивости балки подтверждает надежность принятого сечения.

3. Расчет колонны сплошного сечения

3.1. Расчетная схема. Усилия

(Сплошная колонна).

Расчетное усилие в колонне: 2502,8 кН.

3.2. Подбор сечения стержня колонны

[IMAGE_9] (Поперечное сечение стержня сплошной колонны).

Приняты габаритные размеры 46 см. Толщина стенки 10 мм, толщина пояса 12 мм, ширина пояса 460 мм.

3.3. Проверки жесткости, общей и местной устойчивости

Проверки гибкости и устойчивости подтверждают выполнение условий.

3.4. Конструирование и расчет оголовка

(Оголовок сплошной колонны).

Толщина плиты оголовка 25 мм. Толщина ребра 22 мм.

3.5. Конструирование и расчет базы колонны

[IMAGE_11] (База сплошной центрально сжатой колонны).

Площадь плиты 3015,4 см². Толщина плиты 38 мм. Высота траверсы 45 см.

4. Конструирование и расчет узлов сопряжения элементов балочной клетки

4.1. Расчет прикрепления настила

Настил крепится сплошным сварным швом с катетом 4 мм.

4.2. Расчет узла этажного опирания

(Этажное опирание балок в рабочей площадке).

Длина шва 4,89 см.

4.3. Расчет и конструирование узла пониженного опирания балок

[IMAGE_13] (Пониженное сопряжение балок в рабочей площадке).

Число болтов диаметром 20 мм принято 7 шт.

4.4. Конструирование равнопрочного монтажного узла

(Последовательность выполнения сварного монтажного стыка).

Стык выполняется в середине пролета с соблюдением последовательности сварки.

5. Компоновка каркаса

[IMAGE_15] (Сетка колонн).

Каркас состоит из поперечной рамы и продольной системы.

5.2. Компоновка поперечной рамы

(Схема поперечной рамы однопролетного здания).

Определены вертикальные и горизонтальные размеры рамы.

5.4. Компоновка связей между колоннами

[IMAGE_17] (Схема расположения вертикальных связей колонн).

Связи располагаются в трех ярусах.

5.5. Компоновка связей по покрытию

[IMAGE_18] (Горизонтальные связи в плоскости нижних поясов фермы).

(Горизонтальные связи в плоскости верхних поясов фермы).

5.6. Компоновка торцового фахверка

[IMAGE_20] (Схема торцового фахверка).

6. Определение расчетных усилий в стойке рамы

[IMAGE_21] (Расчетная схема рамы).

Расчет ведется с учетом постоянных, снеговых, крановых и ветровых нагрузок.

(Схема приложения постоянных нагрузок).

[IMAGE_23] (Схема приложения снеговой нагрузки).

(Схемы приложения крановых нагрузок).

[IMAGE_25] (Схемы приложения ветровых нагрузок).

7. Расчет фермы покрытия

(Схема приложения нагрузок на ферму).

Определены усилия в стержнях фермы. Подобраны сечения из парных уголков.

Проведены проверки устойчивости сжатых и прочности растянутых стержней.

7.3. Расчет и конструирование узлов фермы

Узлы проектируются на фасонках. Рассчитана длина сварных швов для прикрепления стержней решетки.

ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Чертежи выполнены в соответствии с ГОСТ 21.501-93.

Список использованных источников

1. Металлические конструкции. Том 1. Под ред. В.В. Горева.
2. СНИП П-23.81*. Стальные конструкции.
3. ГОСТ 21.501-93. Правила выполнения чертежей.
4. Лихтарников Я.М. Расчет стальных конструкций.
5. Раздел «Металлические конструкции» (сервер кафедры).
6. Лихтарников Я.М. Оптимизация стальных конструкций.
7. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций.
8. Васильченко В.Т. Справочник конструктора.
9. СНИП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.
10. Металлические конструкции. Под ред. Е.И. Беленя.