ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металлических конструкций и

испытания сооружений

ОДНОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ СКЛАДА

Методические указания к курсовой работе

по курсу «Конструкции гражданских и промышленных зданий»

для специальности 270302 «Дизайн архитектурной среды»

Казань 2008 УДК 624.014(075.8), 694 ББК 38.3, 30.4 Д88 Д 88 ОДНОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ СКЛАДА. Методические указания к курсовой работе по курсу «Конструкции гражданских и промышленных зданий» для спец. 270302/ Сост.:М.А.Дымолазов, М.Т.Сибгатуллин.

Казань: КГАСУ, 2008.- 30 с.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Казанского государственного архитектурно-строительного университета Табл.6, рис.3, библиогр. 5 наим.

Рецензент Доктор технических наук, профессор И.Л.Кузнецов © Казанский государственный архитектурно-строительный университет, © Дымолазов М.А., Сибгатуллин М.Т., -2СОДЕРЖАНИЕ Введение....................................... 1. Задание на курсовую работу..................... 2. Компоновка.................................... 3. Расчёт прогона................................. 3.1. Определение нагрузок и внутренних усилий..... 3.2. Подбор сечения стальных прогонов............ 3.3. Подбор сечения деревянных прогонов.......... 4. Расчёт фермы................................. 4.1. Определение нагрузок и внутренних усилий..... 4.2. Подбор сечения элементов стальной фермы.... 4.2.1. Подбор сечения растянутых элементов.... 4.2.2. Подбор сечения сжатых элементов....... 4.2.3. Конструкции узлов..................... 4.3. Подбор сечения элементов деревянной фермы.. 4.3.1. Подбор сечения растянутых элементов.... 4.3.2. Подбор сечения сжатых элементов....... 4.3.3. Конструкции узлов..................... 5. Расчёт колонны................................ 5.1. Определение нагрузок и внутренних усилий..... 5.2. Расчёт и конструирование стальной колонны.... 5.3. Расчёт и конструирование деревянной колонны.. 6. Оформление графической части курсовой работы... Литература...................................... Приложения. -3ВВЕДЕНИЕ Разработка студентами несущих конструкций одноэтажного здания склада имеет своей целью закрепить теоретические знания по соответствующему разделу курса и дать необходимые навыки в расчёте и конструировании конструкций из разных материалов (древесины и стали).

Курсовая работа разделена на две основные части: расчёт и основы проектирования конструкций зданий из древесины и стали. В одной части рассматривается вариант с применением древесины, в другой – стали. В обоих вариантах выполняются расчёты прогона, треугольной фермы и колонны. Шаг рам в варианте из дерева в два раза меньше, чем в варианте из стали. Конструкции деталей и узлов принимаются конструктивно без расчетов.

Графическая часть выполняется на листах формата А4 и вкладывается в пояснительную записку. В этой части составляются эскизы проектируемых конструкций, разрабатываются: монтажная схема основных несущих конструкций, с маркировкой всех элементов, эскизы отправочных марок ферм, колонны, а также узлов сопряжения конструкций. Составляются таблица расхода древесины, спецификация стали, и таблица отправочных марок.

Задачей курсовой работы является расчет и проектирование несущих конструкций одноэтажного здания, поперечная рама которого представлена на рис.1.1.

Основные геометрические параметры проектируемого здания выбираются студентом в соответствии со своим порядковым номером по данным таблиц 1.1 и 1.2. Марка стали - С 245, древесина – сосна 2 сорта. Количество шагов в продольном направлении – 7.

Рис. 1.1. Схема поперечной рамы здания.

При проектировании каркас здания расчленяется на две системы – поперечную и продольную, работа каждой из них под нагрузкой принимается независимой. В состав этих систем включают конструкции, работа которых является существенной и определяющей для данной системы. Все прочие конструкции, мало влияющие на работу этой системы, не рассматриваются.

В поперечную систему - раму включают только колонны и ригели покрытия. Рама образуется двумя жёстко заделанными в фундамент колоннами и ригелем – шарнирно опертой треугольной стропильной фермой (рис.1.1).

При компоновке поперечной рамы сначала следует определить вертикальные размеры, как самой рамы, так и элементов ее составляющих, привязывая размеры к уровню чистого пола.

Далее устанавливаются горизонтальные размеры с привязкой их к разбивочным осям. Для невысоких зданий применяется нулевая привязка наружной грани колонны.

В продольном направлении здание, при необходимости, расчленяется на минимальное количество равных температурных блоков.

В продольную систему каркаса входят колонны, вертикальные связи и те из продольных элементов, которые выполняют роль связевых, обеспечивая устойчивость и неизменяемость каркаса в продольном направлении. В продольной системе колонны проектируются шарнирно опёртыми на фундамент, при этом геометрическая неизменяемость обеспечивается постановкой по колоннам вертикальных связей.

Вертикальные связи по колоннам Вс-1 (рис.2.1) следует располагать в средней части здания или температурного блока.

Связи по верхним поясам ферм Гс-1 устанавливаются по концам температурных блоков и в середине блока, где расположена вертикальная связь по колоннам.

Для обеспечения пространственной жесткости устанавливается вертикальная связь Вс-2 в середине ферм в местах расположения Гс-1.

Для уменьшения расчетной длины нижнего пояса фермы из плоскости устанавливаются распорки Р-1 в середине фермы по всей длине здания.

Узлы связевых ферм должны совпадать с узлами стропильных ферм. Коньковые узлы обязательно раскрепляются распорками.

Распорки могут ставиться дополнительно, сокращая расчётную длину сжатого верхнего пояса в местах, не раскреплённых несущими конструкциями кровли.

В качестве прогонов предлагается применение прогонов двух типов:

из прокатных профилей (швеллеры, двутавры);

из древесины цельного сечения.

Определение нагрузок и внутренних усилий.

На прогоны действуют нагрузка от собственного веса покрытия и снегового покрова. Нормативная равномерно распределённая погонная нагрузка на прогоны:

где g н – нормативная постоянная нагрузка от собственного веса 1 м2 покрытия;

s0 – нормативная снеговая нагрузка на 1 м2 площади;

L / 8 - шаг прогонов.

Расчетная равномерно распределённая погонная нагрузка на прогоны:

f 1 = 1,2 - коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса;

f 2 = 1 / 0,7 = 1,4286 - коэффициент надежности по нагрузке для снеговой нагрузки;

Расчетный изгибающий момент в середине прогона определяется по формуле:

Расчетная поперечная сила на опоре:

3.2. Подбор сечения металлических прогонов.

Подбор сечения начинается с определения требуемого момента сопротивления по формуле:

где R y - расчетное сопротивление стали С245 по табл.51* [2];

с - коэффициент условий работы по табл. 6* [2].

Далее по сортаменту прокатных профилей находится номер профиля с моментом сопротивления, равным или больше требуемого.

формуле:

где Wn – момент сопротивления сечения нетто;

Проверку прочности прогона на касательные напряжения проверяют в опорном сечении по формуле:

где S – статический момент;

I – момент инерции сечения;

t w – толщина стенки балки;

Rs = 0,58 R y – расчетное сопротивление стали на срез.

Делается проверка жесткости балок по формуле:

где [ f ] = В / 200 - предельный прогиб:

Е = 2,1 10 6 кг / см 2 - модуль упругости стали.

3.3. Подбор сечения деревянных прогонов.

Деревянные прогоны принимаем цельного сечения по существующему сортаменту применяемых пиломатериалов.

Подбор сечения начинается с определения требуемого момента сопротивления по формуле:

где Rи - расчетное сопротивление древесины изгибу по табл. [3].

При соотношении высоты сечения к ширине равном 3, определяем требуемые размеры сечения:

Далее по сортаменту на пиломатериалы принимают большее сечение.

Прочность подобранного сечения прогонов проверяется по формуле:

где W n = b h 2 / 6 – момент сопротивления сечения нетто;

проверяют в опорном сечении по формуле:

где S бр = b h 2 / 8 – статический момент брутто сдвигаемой части;

I бр = b h 3 / 12 - момент инерции сечения брутто;

b расч – расчетная ширина сечения элемента;

Rск – расчетное сопротивление скалыванию при изгибе.

Делается проверка жесткости балок по формуле:

где [ f ] = В / 200 – предельный прогиб:

Е д = 10 5 кг / см 2 - модуль упругости древесины.

Ригель является основным элементом поперечной рамы, который воспринимает нагрузку от покрытия и передает их на вертикальные несущие конструкции. В качестве ригеля рамы применена треугольная ферма. Высота фермы принимается равным L/6.

4.1. Определение нагрузок и расчётных усилий.

На ферму действуют нагрузка от собственного веса покрытия, нагрузка от подвесного оборудования и нагрузка от снегового покрова. Все нагрузки прикладываются на узлы верхнего пояса.

Расчетная схема фермы представлена на рис.4.1.

Расчетная сосредоточенная нагрузка на узлы верхнего пояса:

узел верхнего пояса;

f 3 = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке для подвесного оборудования.

Расчетные усилия в стержнях фермы определяем методом вырезания узлов. Для этого определяем опорные реакции:

Например, чтобы определить усилия в элементах 1 и (рис.4.1), вырезаем узел 1 и составляем сумму проекций усилий на оси «Х» и «Y»:

Таким же образом определяем усилия в остальных элементах фермы, подставляя найденные усилия как нагрузки.

4.2. Подбор сечения элементов стальной фермы.

В рамках курсового проекта сечения элементов стальной фермы конструируются из парных равнобоких уголков.

4.2.1. Подбор сечения растянутых элементов.

Определяется требуемая площадь сечения растянутого элемента по формуле:

где N - расчетное продольное усилие в элементе.

Далее в зависимости с Атр по сортаменту на равнополочные уголки выбирается сечение из двух уголков, площадь которых несколько больше, чем Атр.

4.2.2. Подбор сечения сжатых элементов.

Сначала определяется расчетная длина элемента в плоскости и из плоскости фермы. В рамках курсового проекта расчетные длины принимаются равными геометрическим длинам элементов.

Предварительно задаются гибкостью 1 = 60 90 и определяют коэффициент продольного изгиба « » в зависимости « 1 » и « R y »

по табл.72 [2].

Требуемая площадь сечения сжатого элемента определяется по формуле:

По сортаменту на равнополочные уголки выбирается сечение из двух уголков, площадь которых приблизительно равна Атр и выписывается радиус инерции « i x ».

Определяется гибкость элемента по формуле:

Если разница полученной и предыдущей гибкости не более 5%, то производится проверка устойчивости по формуле:

где - коэффициент продольного изгиба, соответствующий определенной гибкости;

А - площадь сечения по сортаменту.

Если разница больше 5%, назначается новое значение гибкости по формуле:

и расчет повторяется.

При конструировании узлов следует соблюдать центровку осей стержней соединяемых в узле, т.е. оси стержней ферм должны пересекаться в одной точке. Размеры фасонок определяются при построении и вычерчивании узла. Конструкции узлов зависят от принятого профиля стержней. На рис. 4.2. приводятся некоторые возможные варианты узловых решений для ферм из парных уголков.

В рамках курсового проекта сечения элементов деревянной фермы принимаются из цельной древесины.

4.3.1. Подбор сечения растянутых элементов.

Требуемая площадь сечения растянутого элемента определяется по формуле:

где R p - расчетное сопротивление древесины растяжению, определяемое по табл.3 [3].

Далее в зависимости с Атр и с учетом существующих ослаблений по сортаменту на пиломатериалы принимается большее сечение.

Проверка прочности растянутого элемента производится по формуле:

где Aнт - площадь поперечного сечения элемента нетто.

4.3.2. Подбор сечения сжатых элементов.

Сначала определяется расчетная длина элемента в плоскости и из плоскости фермы. В рамках курсового проекта расчетные длины принимаются равными геометрическим длинам элементов.

Предварительно задаются гибкостью 1 = 60 90 и определяют коэффициент продольного изгиба « » по формуле:

Требуемая площадь сечения сжатого элемента определяется по формуле:

где Rc - расчетное сопротивление древесины сжатию.

По сортаменту на пиломатериалы выбирается квадратное сечение, площадь которого приблизительно равна Атр.

где i x = 0,289 b - радиус инерции;

b - сторона выбранного сечения.

Если разница полученной и предыдущей гибкости не более 5%, то производится проверка прочности и устойчивости по формулам:

где - коэффициент продольного изгиба, соответствующий определенной гибкости;

А расч - расчетная площадь сечения по п.4.2 [3].

Если разница больше 5%, назначается новое значение гибкости по формуле:

и расчет повторяется.

При конструировании узлов следует соблюдать центровку осей стержней соединяемых в узле, т.е. оси стержней ферм должны пересекаться в одной точке. Некоторые размеры узлов (например, габариты бобышек, в некоторых случаях и размеры сечения самих стержней) уточняются при построении и вычерчивании узла.

Конструкции узловых решений могут быть разнообразны. На рис.

4.3. приводятся некоторые возможные варианты узловых решений.

Колонна служит для передачи нагрузок от ригеля на фундамент и воспринимает горизонтальные нагрузки.

5.1. Определение нагрузок и внутренних усилий.

На здание действуют нагрузки от собственной массы конструкций, нагрузка от подвесного оборудования, нагрузки от снегового покрова и давления ветра. Расчетная схема поперечной рамы представлена на рис.3.1.

Рис.3.1. Расчетная схема поперечной рамы.

Расчетная сосредоточенная нагрузка на колонну рамы от фермы определяется по формуле:

Р к - нормативная нагрузка на узел верхнего пояса фермы от подвесного оборудования;

f 3 = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке для нагрузки от подвесного оборудования;

Нагрузки от давления ветра действуют на колонны поперечной рамы. Равномерно распределенные нагрузки на колонны с наветренной и подветренной сторон определяются по формулам:

где n = 0,9 - коэффициент надежности по назначению, зависящий от класса ответственности здания;

w 0 - нормативное значение ветрового давления;

f = 1,4 - коэффициент надежности по нагрузке;

k = 0,5 - коэффициент, учитывающий изменение ветрового с = 0,8, с / = 0,6 - аэродинамические коэффициенты, зависящие от конфигурации здания, принимаемые по прил.4 [1];

прикладываются к верхним концам колонн и определяются по формулам:

Поперечная рама здания однажды статически неопределимая.

Максимальная изгибающий момент и поперечная сила возникают у основания и определяются согласно п.8.2.11 [5] по формулам:

Максимальное продольное сжимающее усилие:

5.2. Расчёт и конструирование стальной колонны.

Стальную колонну принимаем двутаврового сечения.

Расчетные длины колонны в плоскости и из плоскости рамы определяются по формулам:

где µ х = 2,0, µ у = 1 - согласно прил.6 табл.71,а [2];

h1 - расстояние между закреплениями из плоскости рамы.

Подбор сечения стальной колонны заключается в принятии сечения с последующей её проверкой.

Прочность по нормальным напряжениям в плоскости действия момента проверяется по формуле:

где c x, n - коэффициенты, учитывающие пластическую работу стали, определяемые по табл.66 [2];

Аn, W x - площадь сечения и момент сопротивления принятого сечения.

Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента производится по формуле:

зависимости и m ef ;

m ef = m - приведенный относительный эксцентриситет;

m = e A / W x - относительный эксцентриситет;

e = M max / N max - эксцентриситет;

- коэффициент влияния формы сечения, определяемый по табл. 73 [2].

Устойчивость колонны из плоскости проверяется по формуле:

где y - коэффициент продольного изгиба, определяемый по табл.72 [2], соответствующий гибкости у = l efy / i y.

5.3. Расчёт и конструирование деревянной колонны.

Колонну принимаем прямоугольного сечения.

Расчетные длины колонны в плоскости и из плоскости рамы определяются по формулам:

где µ х = 2,2, µ у = 1 - согласно п.4.21 [3];

h1 - расстояние между закреплениями из плоскости рамы.

Подбор сечения деревянной колонны заключается в принятии сечения с последующей её проверкой.

Прочность по нормальным напряжениям в плоскости действия момента проверяется по формуле:

где А расч = b h - площадь сечения нетто;

b, h - ширина и высота поперечного сечения колонны;

W расч = - момент сопротивления сечения нетто;

= 3000 / 2 - коэффициент продольного изгиба;

i x = 0,289 h - радиус инерции сечения.

Прочность на скалывание проверяется по формуле:

где S x = b h 2 / 8 - статический момент сечения колонны;

I x = b h 3 / 12 - момент инерции сечения колонны;

Rcк - расчетное сопротивление древесины скалыванию.

Устойчивость колонны из плоскости проверяется без учета изгибающего момента по формуле:

= l efy /( 0,289 b ) - гибкость колонны из плоскости рамы.

6. Оформление графической части курсовой работы.

Графическая часть проекта выполняется на листах формата А с соблюдением требований ЕСКД и вкладывается в пояснительную записку. В этой части составляются эскизы проектируемых конструкций, разрабатываются:

монтажная схема основных несущих конструкций, с маркировкой всех элементов (рис.2.1);

эскиз фермы, колонны, а также узлов сопряжения конструкций.

Также составляется:

ведомость монтажных элементов, форма которой представлена в табл.6.1;

спецификация стали на рассчитываемые элементы, форма которой представлена в табл.6.3;

таблица расхода древесины на рассчитываемые элементы, форма которой представлена в табл.6.2.

Графическое выполнение проекта выполняется на двух листах формата А1. На левой половине листа вычерчиваются: поперечный разрез здания с указанием основных отметок и конструкций кровельного ограждения и кранового оборудования в масштабе 1 : 100,1 : 200, планы связей по верхним и нижним поясам ферм в по фермам и колоннам в масштабе 1 : 200 1 : 500. На правой половине этого листа размещаются колонна в масштабе 1 : 40 1 : 50, ее основные узлы в масштабе 1 : 10 1 : 20 и возможная схема торцевого фахверкового заполнения. На этом листе наносятся сечения всех элементов колонны, привязка к разбивочной оси и другие размеры, необходимые для разработки по нему рабочих и деталированных чертежей (стадия КМД).

На этом листе должны быть помещены важнейшие узлы и детали с необходимым числом проекций. Наконец, на этом листе в правом нижнем углу, над штампом, даются примечания с указанием материала конструкций, типов электродов, диаметров болтов, отверстий и т.д.

Второй лист отводится для рабочего чертежа отправочного вычерчивается геометрическая схема в масштабе 1 : 100,1 : 200, с указанием геометрических размеров (длин осей стержней) и величины расчетных усилий. На центральной части листа помещается чертеж отправочной марки-фермы (стадии КМД), где кроме бокового вида фермы даются проекции верхнего и нижнего поясов, опорных ребер и стоек, к которым примыкают вертикальные связи. Обычно проекция того или иного элемента вычерчивается со стороны этого элемента. Геометрическую схему отправочной марки вычерчивают в масштабе 1 : 10,1 : 15. На этом чертеже указываются расстояния от разбивочной оси стержня до края элемента. На свободных местах этого листа располагаются основные монтажные укрупнительные узлы с необходимыми проекциями. В верхнем правом углу листа, над штампом, помещается спецификация металла, в которую вносят по порядку все детали фермы. Под спецификацией помещаются примечания, с указанием материала конструкций, типов электродов, размеров не оговоренных сварных швов, диаметры не оговоренных отверстий и т.д.

Спецификация стали.

СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. - М. 2002 г.

проектирования/ Госстрой СССР, 1990 г. - 96 с.

СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования/ Госстрой СССР. - М. ГУП.ЦПП. 2000 г.

Пособие по проектированию деревянных конструкций (с СНиП II-25-80) ЦНИИСК им. Кучеренко. - М., Стройиздат, Справочник проектировщика. Расчетно-теоретический.

Под редакцией А.А. Уманского. Том 1. Стройиздат, 1972.

швеллера Номер Номер уголка профиля Номер Рекомендуемый сортамент пиломатериалов для несущих W х, см 10,42 13,54 15,63 18,75 20,83 22,92 26, W х, см 17,07 22,19 25,6 30,72 34,13 37,55 42, W х, см 93,75 121,88 140,63 168,75 187,5 206,25 234, А, см 2 100,0 130,0 150,0 180,0 200,0 220,0 250, W х, см 3 166,67 216,67 250,0 300,0 333,33 366,67 416, А, см 2 130,0 169,0 195,0 234,0 260,0 286,0 325, W х, см 3 281,67 366,17 422,5 507,0 563,33 619,67 704, А, см 2 150,0 195,0 225,0 270,0 300,0 330,0 375, W х, см 3 375,0 487,5 562,5 675,0 750,0 825,0 937, А, см 2 180,0 234,0 270,0 324,0 360,0 396,0 450, W х, см 3 540,0 702,0 810,0 972,0 1080,0 1188,0 1350, А, см 2 200,0 260,0 300,0 360,0 400,0 440,0 500, W х, см 3 666,67 866,67 1000,0 1200,0 1333,3 1466,7 1666, А, см 2 220,0 286,0 330,0 396,0 440,0 484,0 550, W х, см 3 806,67 1048,7 1210,0 1452,0 1613,3 1774,7 2016, А, см 2 250,0 325,0 375,0 450,0 500,0 550,0 625, W х, см 3 1041,7 1354,2 1562,5 1875,0 2083,3 2291,7 2604,

-31ОДНОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ СКЛАДА

Методические указания к курсовой работе по курсу «Конструкции гражданских и промышленных зданий»

для специальности 270302 «Дизайн архитектурной среды»

Составители: М.А.Дымолазов Редактор Н.Х.Михайлова Казанского государственного архитектурно-строительного университета Заказ № 632 Печать ризографическая Уч. -изд. л.2,