Проектирование и расчет конструкций одноэтажного промышленного здания

УДК 624.014.2
ББК 38.54
          Т90
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор В.В. Ларионов, 
директор ООО «ЦНИИ ПроектСтальКонструкция»;
доктор технических наук, профессор А.М. Ибрагимов,  
профессор кафедры металлических и деревянных конструкций НИУ МГСУ
Туснина, Ольга Александровна.
Т90	 	
Проектирование и расчет конструкций одноэтажного промышленного здания 
[Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / О.А. Туснина, М.П. Бергер ; 
Министерство науки и высшего образования Российской -Федерации, Национальный 
исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра 
металлических и деревянных конструкций. — Электрон. дан. и прогр. (7,3 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2024. — URL: http://lib.mgsu.ru/ — Загл. с титул. 
экрана.ISBN 978-5-7264-3395-0 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-3396-7 (локальное)
В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы расчета и проектирования стальных несущих конструкций одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами, описан алгоритм выполнения компоновки каркаса, приведен сбор нагрузок, даны рекомендации 
по составлению пространственной расчетной конечно-элементной модели каркаса, рассмотрены подбор и проверка сечений основных несущих конструкций поперечной рамы здания — 
элементов ступенчатой колонны, стропильной фермы, а также представлены расчеты узлов.
Для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений. 
Учебное электронное издание
	
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2024

Учебное электронное издание
Туснина Ольга Александровна, Бергер Мария Петровна
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ  
ОДНОЭТАЖНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ
Учебно-методическое пособие
Редактор Л.В. Светличная
Корректор Я.А. Травкина
Компьютерная правка и верстка О.Г. Горюновой
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного
Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS5.5, ПО Adobe Acrobat
Подписано к использованию 25.04.2024. Объем данных 7,3 Мб.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26.
Издательство МИСИ – МГСУ. 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение...............................................................................................................................................5
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ..................................................................................................................6
2. КОМПОНОВКА КАРКАСА............................................................................................................7
3. СБОР НАГРУЗОК..........................................................................................................................10
3.1. Постоянные нагрузки.............................................................................................................10
3.2. Снеговая нагрузка...................................................................................................................11
3.3. Ветровая нагрузка...................................................................................................................13
3.4. Крановая нагрузка..................................................................................................................17
4. РАСЧЕТ ПРОСТРАНСТВЕННОГО КАРКАСА ..........................................................................20
4.1. Формирование расчетной модели..........................................................................................20
4.2. Типы жесткостей.....................................................................................................................23
4.3. Загружения и расчетные сочетания.......................................................................................28
4.4. Результаты расчета..................................................................................................................29
5. ПОДБОР СЕЧЕНИЙ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОПЕРЕЧНОЙ РАМЫ............................33
5.1. Расчет и конструирование колонны......................................................................................33
5.1.1. Расчетные длины колонны..........................................................................................33
5.1.2. Расчет и подбор сечения верхней части колонны.......................................................34
5.1.3. Расчет и подбор сечения нижней части колонны.......................................................40
5.1.4. Расчет решетки.............................................................................................................44
5.2. Расчет и конструирование стержней стропильной фермы...................................................46
6. УТОЧНЕНИЕ УСИЛИЙ С УЧЕТОМ ПОДОБРАННЫХ СЕЧЕНИЙ........................................48
7. ПРОВЕРКА ПОДОБРАННЫХ СЕЧЕНИЙ.................................................................................50
7.1. Колонна...................................................................................................................................50
7.1.1. Проверка сечения верхней части колонны на устойчивость......................................50
7.1.2. Проверка сечения нижней части колонны на устойчивость. Подкрановая ветвь.....54
7.1.3. Проверка сечения нижней части колонны на устойчивость. Наружная ветвь..........55
7.1.4. Проверка устойчивости нижней части колонны как сквозного стержня 
в плоскости рамы.........................................................................................................55
7.1.5. Проверка гибкости колонны.......................................................................................57
7.2. Ферма......................................................................................................................................58
8. РАСЧЕТ УЗЛОВ.............................................................................................................................61
8.1. Расчет узла сопряжения верхней и нижней части колонны.................................................61
8.2. Расчет сварных швов крепления раскосов к полкам ветвей.................................................66
8.3. Расчет базы колонны..............................................................................................................66
8.4. Расчет узлов фермы................................................................................................................74
8.5. Расчет стыка в месте изменения сечения нижнего пояса.....................................................78
8.6. Расчет монтажного стыка нижнего пояса..............................................................................80
8.7. Расчет узлов крепления фермы к колонне............................................................................83
8.7.1. Расчет узла опирания в уровне нижнего пояса...........................................................83
8.7.2. Расчет узла опирания в уровне верхнего пояса...........................................................86
Библиографический список..............................................................................................................88
ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................90...

ВВЕДЕНИЕ
В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы расчета и проектирования 
каркаса одноэтажного промышленного здания с мостовыми кранами.
Рассматривается однопролетное здание со ступенчатыми несущими колоннами, нижняя часть которых представляет собой сквозной стержень, а верхняя — сплошной. Подкрановая ветвь выполняется из прокатного двутавра, наружная ветвь — в виде сварного 
швеллера. Верхняя часть колонны — сварное двутавровое сечение, при необходимости, 
для кранов особо тяжелых режимов работы 7К и 8К в пределах верхней части выполняется проход для осмотра и ремонта крановых путей. Стропильные фермы с параллельными 
поясами выполняются из парных горячекатаных уголков.
В пособии рассмотрены вопросы компоновки поперечной рамы, связевой системы 
здания, сбора нагрузок на каркас, определения усилий в несущих элементах на основе конечно-элементного расчета пространственного каркаса, подбор и проверка сечений элементов колонны и стропильной фермы, а также расчета и конструирования узлов.
Учебно-методическое пособие может использоваться при выполнении курсового 
проектирования по курсу металлических конструкций.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Исходные данные для проектирования каркаса цеха промышленного здания приняты в соответствии с табл. 1.1.
Уровень ответственности здания — нормальный, коэффициент надежности по ответственности γn = 1,0.
Таблица 1.1
Исходные данные для проектирования
Место строительства
Липецк
Наименование цеха
Электросталеплавильный
Длина здания, м
120
Пролет L, м
36
Шаг поперечных рам B, м
12
Отметка головки рельса Hг.р., м
18
Грузоподъемность крана Q, т
160
Режим работы крана
7К
Сталь
C255
В соответствии с п. 15.1 табл. 44 СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» [1] заданная длина здания 120 м не превышает предельно допустимую длину температурного 
блока lu = 230 м. Следовательно, устройство температурных швов не требуется.
По прил. 1 принимаем характеристики крана:
Hк = 4800 мм — размер крана от головки рельса до верхней точки тележки;
В1 = 500 мм; В2 = 10 500 мм; К = 1500 мм;
Fк1 = 366 кН, Fк2 = 370 кН — максимальное давление колеса;
Gт = 549 кН — вес тележки;
Gк = 2009 кН — вес крана с тележкой;
крановый рельс — КР-120;
hр = 170 мм — высота рельса;
hб = 1800 мм — высота подкрановой балки при шаге колонн 12 м.
Пролет крана принимается по ГОСТ 534-78 «Краны мостовые опорные. Пролеты» 
(см. табл. 1.2) [8]: Lк = 33 500 мм.
Таблица 1.2
Пролеты кранов
Пролет
здания L, м
Пролет крана Lк, м
Грузоподъемность до 50 т 
включительно
Грузоподъемность 
св. 50 т до 125 т 
включительно
Грузоподъемность 
св. 125 т
Режим работы 
1К–6К
Режим работы 7К, 
8К
18
16,5
16
16
15,5
24
22,5
22
22
21,5
30
28,5
28
28
27,5
36
34,5
34
34
33,5

2. КОМПОНОВКА КАРКАСА
Вертикальная компоновка
Высота от головки кранового рельса до низа стропильной конструкции:
H2 = Hк + f + 100 мм = 4800 + 400 + 100 = 5300 мм,
где Нк = 4800 мм — размер крана от головки рельса до верхней точки тележки (принимается по прил. 1); f = 400 мм — прогиб стропильной конструкции (принимается равным: 
для пролета 24 м — 200 мм; для пролета 30 м — 300 мм; для пролета 36 м — 400 мм); 100 мм — 
зазор безопасности между краном и стропильной конструкцией.
Полезная высота цеха:
H0 = H1 + H2 = 18 000 + 5300 = 23 300 мм,
где Н1 = 18 000 мм — отметка головки кранового рельса. 
Полезная высота цеха принимается: при Н1 < 10,8 м кратно 1,2 м; при Н1 > 10,8 м 
кратно 1,8 м с округлением в бо2льшую сторону.
В данном случае принимаем кратно 1,8 м: H0 = 23 400 мм. При этом увеличиваем полезную высоту цеха за счет увеличения Н2 (размера от головки кранового рельса до низа 
стропильной конструкции): H2 = 5400 мм.
Рис. 1. Схема поперечной рамы

Высота верхней части колонны:
Hв = hб + hp + H2 = 1800 + 170 + 5400 = 7370 мм,
где hб = 1800 мм — высота подкрановой балки при шаге колонн 12 м (принимается по 
прил. 1); hp = 170 мм — высота рельса (принимается по прил. 1).
Высота нижней части колонны:
Hн = H0 – Hв + 800 мм = 23 400 – 7370 + 800 = 16 830 мм; 600÷1000 мм — заглубление 
опорной плиты ниже нулевой отметки пола с учетом габаритов опорного узла.
Общая высота колонны от низа базы до низа стропильной фермы:
H = Hв + Hн = 7370 + 16 830 = 24 200 мм.
Высота ферм (по обушкам) принимается: Hф = 3150 мм для пролетов 30, 36 м; 
Hф = 2250 мм для пролетов 18, 24 м.
Схема поперечной рамы показана на рис. 1. 
Горизонтальная компоновка
Высота верхней части колонны в пределах фермы:
hв = a + 200 = 500 + 200 = 700 мм,
где а = 500 мм — привязка наружной грани колонны к оси. Принимается а = 500 мм при 
кранах грузоподъемностью 100 т и выше и для кранов любой грузоподъемности при режиме работы 7К и 8К (при этом в верхней части колонны устраивается проем для прохода вдоль крановых путей). Во всех остальных случаях принимать привязку а = 250 мм; 
200 мм — унифицированная привязка типовых ферм с элементами из парных уголков 
к разбивочной оси.
По условию жесткости:
в
в
1
7370
 
700 мм
614,2 мм
12
12
h
H
=
>
=
=
 — условие удовлетворяется.
Расстояние от оси подкрановой балки до разбивочной оси l1 определяется исходя из 
пролета крана Lк (принимается по табл. 1.2):
к
1
  
36 000  33 500
 
1250 мм.
2
2
L
L
l
−
−
=
=
=
При этом должно соблюдаться условие обеспечения зазора безопасности между краном и конструкциями не менее 75 мм:
– l1 ≥ B1 + (hв – a) + 75 мм — при отсутствии прохода вдоль крановых путей (краны 
режима работы 1К–6К) и в случае, если проход проектируется в теле сечения верхней части колонны;
– l1 ≥ B1 + (hв – a) + 400 + 50 + 75 мм — в случае, если проход устраивается снаружи 
колонны;
– В1 = 500 мм — размер кранового моста, выступающего за ось рельса, по прил. 1;
– hв — высота сечения верхней части колонны ниже стропильных ферм (определяется по результатам компоновки, при этом для колонн, у которых проход проектируется 
в теле сечения, принимается равной 1000 мм);
– 400 мм — габарит прохода для обслуживания крановых путей;
– 50 мм — габарит ограждения прохода (выполняется из прокатных уголков);
– 75 мм — минимальный зазор безопасности между краном и колонной.

В данном случае проход устраивается снаружи колонн:
l1 = 1250 мм > 500 + (700 – 500) + 400 + 75 = 1175 мм — 
условие удовлетворяется.
Схема сечения верхней части колонны приведена на 
рис. 2.
Высота нижней части колонны:
hн = l1 + a = 1250 + 500 = 1750 мм.
Условие жесткости в поперечном направлении при кранах режима работы 7К и 8К: 
н
1
.
15
h
H
>
Условие жесткости цеха в поперечном направлении при 
кранах режима работы меньше 7К–8К: 
н
1
.
20
h
H
>
В соответствии с исходными данными режим работы 
крана 7К:
н
1
24 200
 
1750 мм
1613 мм
15
15
h
H
=
>
=
=
 
— условие удовлетворяется,
 
где Н = 24 200 мм — общая высота колонны от низа 
базы до низа стропильной фермы (рис. 1).
Так как hн = 1750 мм > 1000 мм, нижняя часть колонны 
проектируется двухветвевая сквозного сечения.
Расстановку связей в каркасе производим в соответствии с конструктивными требованиями по п. 15.4 СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции». 
Вертикальные связи по нижним частям колонн выполняются двухплоскостными, по 
длине здания размещаются в среднем шаге колонн с соблюдением предельных расстояний по табл. 44 СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» (для отапливаемого здания при 
расчетной температуре воздуха t более –45 °C предельное расстояние от торца здания до 
оси связей не более 90 м). Рекомендуемые схемы вертикальных связей по нижним частям 
колонн приведены в прил. 2.
Вертикальные связи по верхним частям колонн размещаются в торцевых шагах колонн и в основном связевом блоке в середине здания. 
Горизонтальные связи по поясам ферм устанавливаются в торцевых шагах колонн 
и в середине здания. Рекомендуемые схемы раскосной решетки горизонтальных связей по 
нижнему и верхнему поясам ферм, а также схемы вертикальных связей по фермам приведены в прил. 3. 
Рис. 2. Схема сечения 
верхней части колонны

3. СБОР НАГРУЗОК
На каркас рассматриваемого одноэтажного промышленного здания действуют следующие нагрузки:
– постоянные нагрузки (нагрузка от собственного веса несущих конструкций, нагрузка от веса кровли, нагрузка от веса стенового ограждения, нагрузки от веса рельса, тормозных и прочих площадок, иных конструкций);
– кратковременные нагрузки (снеговая нагрузка, ветровая нагрузка, крановая нагрузка).
3.1. Постоянные нагрузки
Нагрузка от собственного веса несущих конструкций, заданных в расчетной схеме, 
учитывается автоматически с использованием средств программного комплекса. Коэффициент надежности по нагрузке для стальных конструкций γf = 1,05.
Сбор постоянных нагрузок выполнен в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Сбор постоянных нагрузок на каркас
№
Наименование
Нормативная 
нагрузка, кПа
γf
Расчетная 
нагрузка, кПа
Постоянные нагрузки
1
Собственный вес металлических
конструкций
Нагрузка учтена программным комплексом
2
Покрытие
Прогоны 36П
0,16
1,05
0,17
Профлист Н75-750-0,8
0,11
1,05
0,12
Утеплитель — плиты минераловатные, 
t = 110 мм, ρ = 200 кг/м3
0,22
1,3
0,29
Цементно-песчаная стяжка (t = 20 мм; 
ρ = 1800 кг/м3)
0,36
1,1
0,40
Гидроизоляция 
Техноэласт ЭПП
0,05
1,3
0,07
Итого:
0,9
γf,ср = 1,17
1,05
3
Стеновое ограждение
Стеновые сэндвич-панели t = 150 мм
0,27
1,2
0,32
Вес конструкций фахверка 
под сэндвич-панели
0,60
1,05
0,63
Итого:
0,87
γf,ср = 1,09
0,95
γf,ср = 1,13
Расчетная равномерно распределенная нагрузка от веса покрытия на ферму:
qп = gпB = 1,05 · 12 = 12,6 кН/м,
где В = 12 м — шаг поперечных рам.
Расчетная сосредоточенная нагрузка в рядовой узел фермы:
Fп = qпlф = 12,6 · 3 = 37,8 кН/м,
где lф = 3 м — шаг узлов фермы.

Расчетная сосредоточенная нагрузка в крайний узел фермы:
Fп′ = qпlф,кр = 12,6 · 1,5 = 18,9 кН/м.
Расчетная вертикальная распределенная нагрузка на колонны от веса стеновых панелей и конструкций фахверка:
qст = gстB = 0,95 · 12 = 11,4 кН/м.
Расчетный погонный изгибающий момент, действующий на верхнюю часть колонны от веса стенового ограждения:
mст = qстe = 11,4 · 0,75 = 8,6 кН·м/м.
Расстояние от центра тяжести стенового ограждения до центра тяжести колонны:
в
700
300 мм
300
750 мм,
2
2
h
e =
+
=
+
=
где 300 мм — расстояние от центра тяжести стенового ограждения до грани колонны (принимать одинаковым для всех вариантов в рамках выполняемого курсового проекта).
Рис. 3.1. Схема приложения нагрузок от покрытия и стенового ограждения
Схема действия нагрузок от покрытия и стенового ограждения приведена на рис. 3.1.
3.2. Снеговая нагрузка
Нормативное значение снеговой нагрузки определяется в соответствии с п. 10.1 
СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» [3]:
S0 = cectμSg,
где се = 1 — коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий; ct = 1,0 — термический коэффициент; μ = 1 — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли