Методичка по МК_2011
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра металлических конструкций и испытания сооружений
РАБОЧАЯ ПЛОЩАДКА ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ
Методические указания к выполнению курсового проекта №1 для студентов специальностей
270102 – промышленное и гражданское строительство,
270114 – проектирование зданий
Санкт-Петербург
-2011-
Составили:
к.т.н., доц. И. А. Мизюмский, старший преподаватель Л. И. Горданов, старший преподаватель Б. С. Лапшин к.т.н. Пяткин П.А.
к.т.н. Астахов И.В.
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры металлических конструкций и испытаний сооружений, протокол №6 от 07
февраля 2011 г.
2
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
ВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................... |
4 |
|
1. |
Исходные данные. ................................................................................................................. |
4 |
2. |
Разработка схемы балочной клетки..................................................................................... |
5 |
3. |
Сбор нагрузок на 1м2 настила. ............................................................................................. |
6 |
4. |
Расчет балки настила Б1. ...................................................................................................... |
7 |
4.1.Расчетная схема………………………………………………………………….....7
4.2. |
Сбор нагрузок. ........................................................................................................... |
7 |
4.3. |
Статический расчет. .................................................................................................. |
7 |
4.4. |
Выбор материала. ...................................................................................................... |
8 |
4.5. |
Подбор сечения.......................................................................................................... |
8 |
4.6. |
Геометрические характеристики сечения. .............................................................. |
9 |
4.7. |
Проверка принятого сечения.................................................................................... |
9 |
5. Расчет главной балки Б2..................................................................................................... |
11 |
|
5.1. |
Расчетная схема. ...................................................................................................... |
11 |
5.2. |
Сбор нагрузок. ......................................................................................................... |
11 |
5.3. |
Статический расчет. ................................................................................................ |
12 |
5.4. |
Выбор материала. .................................................................................................... |
12 |
5.5. |
Подбор основного сечения. .................................................................................... |
12 |
5.6.Назначение размеров измененного сечения. Таблица геометрических
характеристик. ..................................................................................................................... |
16 |
|
5.7. Определение места изменения сечения................................................................. |
17 |
|
5.8. |
Проверки принятых сечений. ................................................................................. |
18 |
5.9. |
Проверки местной устойчивости. .......................................................................... |
19 |
5.10. |
Расчет поясных швов. ......................................................................................... |
22 |
5.11. |
Расчет опорных ребер. ........................................................................................ |
23 |
5.12. |
Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах. .................................... |
25 |
5.13. |
Подбор сечения с учетом развития пластических деформаций (УИРС). ...... |
29 |
6. Конструкция и расчет прикрепления балки настила к главной балке. .......................... |
31 |
|
7. Расчет колонны К1. ............................................................................................................. |
32 |
|
7.1. Расчетная схема, определение нагрузки, статический расчет. ........................... |
32 |
7.2.Подбор сечения и проверка устойчивости колонны…………………………....34
7.3. |
Расчет соединительных планок.............................................................................. |
35 |
7.4. |
Расчет базы............................................................................................................... |
37 |
7.5. |
Расчет оголовка........................................................................................................ |
40 |
Список литературы.................................................................................................................. |
40 |
3
ВЕДЕНИЕ
Как показывает опыт, студент, впервые приступающий к выполнению проекта по инженерным конструкциям, обладая достаточными знаниями для выполнения работы, не может выполнить /особенно расчетно-пояснительную записку/ так, чтобы работа представляла единую последовательность расчета конструктивных элементов. С этой точки зрения целесообразно для первой расчетно-графической работы по курсу металлических конструкций дать учебное пособие в виде сквозного числового примера, показывающего студенту последовательность расчета отдельных конструктивных элементов. Параллельно с расчетами следует выполнять разработку конструкций отдельных узлов, результаты которой необходимо приводить в пояснительной записке в виде масштабных рисунков с размерами.
После окончания расчетно-пояснительной записки необходимо выполнить чертеж на листе стандартного формата A1. Следует периодически показывать преподавателю результаты работы, особенно по окончании выполнения узловых пунктов:
1. Исходные данные
Для примера примем следующие исходные данные:
шаг колонн в продольном направлении (см. Рис.1)
шаг колонн в продольном направлении (см.Рис.1.)
отметка настила (пола) площадки
минимальная отметка низа балок, допустимая по условиям размещения оборудования под площадкой
нагрузка статическая полезная нормативная
тип балочной клетки
материал несущих металлических конструкций
L1 |
12,0м , L2 |
12,0м ; |
l1 |
7,5м , l2 |
7,5м ; |
|||
|
|
dн |
7,6м ; |
||
|
|
dб,min |
6,0м ; |
||
|
g |
н |
|
2 |
; |
|
пол 1,70 т м |
|
нормальная;
сталь малоуглеродистая
материал настила:
монолитный железобетон
стяжка (пол)
материал фундаментов климатический район
атмосферные и особые нагрузки по п.1.9 [2] коэффициент надежности по назначению
Требуется:
1.Разработать конструктивную схему рабочей площадки;
2.Рассчитать и законструировать следующие наиболее нагруженные элементы:
а) балки настила из прокатных профилей; б) главные балки сварные составные с монтаж-
ным стыком и поясами переменного сечения; в) колонну сквозную из прокатных профилей.
t 10,0см
t 2,5см
Бетон класса В12,5
П5 t расч 30
отсутствуют
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
1,00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1. Схема осей балочной клетки
4
2. Разработка схемы балочной клетки
Исходя из принципа концентрации материала располагаем главные балки (балки, опирающиеся на колонны) в направлении большего пролета.
В реальном проектировании шаг балок настила определяется экономическим расчетом (с учетом стоимости железобетонного настила). В данной работе для сокращения объема, будем принимать волевым порядком шаг балок настила равным 1,5÷2,5м и кратным 0,1 или 0,25м. При этом длина площадки L1 L2
шагов. Для нашего примера принимаем этот шаг "а" равным 2,0м.
На рис.1. показан вариант с опиранием балок настила на главную сверху (этажное сопряжение).
Рис. 1. Схема балочной клетки
5
3. Сбор нагрузок на 1м2 настила
Сбор нагрузок выполнен в таблице 1.
Нагрузка на 1м2 настила
|
Нормативная |
|||
Нагрузка |
нагрузка |
|||
|
g |
н |
, т м |
2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
I. Постоянная
Собственный вес цементной стяжки: толщина - t = 0,025 м; плотность – = 2,2 т/м3
Собственный вес железобетонной плиты: толщина - t = 0,1 м; плотность – = 2,4 т/м3
t |
n |
|
|
|
|
|
|
0,025 2,20 1,00 |
|||
0,055 |
|
||
t |
n |
|
|
|
|
|
|
0,10 2,40 1,00 |
|||
0,240 |
Коэффициент
надежности по нагрузке,
f
1,3
1,1
Таблица 1
Расчетная
нагрузка
g g |
н |
|
|
, т м |
2 |
|
|
|
f |
|
|
0,071
0,264
Полезная
II. Временная
|
g |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пол |
|
|
n |
|
|
1,7 1,00 1,70 |
|||||
Итого: |
|
g н |
2,00 |
1,2 |
2,04 |
g 2,37
Примечания:
I. Коэффициенты надежности по нагрузке
маются по табл. 1 [2]
II. Коэффициент надежности по назначению исходными данными).
f
(коэффициенты перегрузки) прини-
n |
принят равным 1 (в соответствии с |
6
4.Расчет балки настила Б1
4.1.Расчетная схема
Расчетная схема балки Б1 с эпюрами внутренних усилий представлена (на Рис. 2).
Рис. 2. Расчетная схема балки Б1 с эпюрами внутренних усилий
|
|
|
|
|
4.2. Сбор нагрузок |
Грузовая площадь балки настила Б1 показана на рис. 2. Нагрузка на 1 погонный метр |
|||||
балки: |
|
|
|
|
|
а) |
нормативная q |
н |
g |
н |
a qс.в 2,0 2,0 0,10 4,1т м , |
|
|
||||
|
где нагрузка от собственного веса 1 погонного метра балки принята ориенти- |
||||
|
ровочно - qс.в 0,1т/м.п.; |
||||
б) |
расчетная q g a qс.в f 2,37 2,0 0,10 1,05 4,85т м , |
||||
|
где f - коэффициент надежности по нагрузке [2,4] |
4.3. Статический расчет
Максимальный расчетный изгибающий момент (в середине пролета)
|
|
|
q l |
2 |
4,85 |
7,5 |
2 |
M |
|
|
|
34,1т м |
|||
max |
8 |
8 |
|
||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Максимальный нормативный изгибающий момент
M н |
M |
|
|
qн |
34,1 |
4,1 |
34,1 0,845 28,8т м |
max |
|
|
|||||
max |
|
|
q |
|
4,85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальная расчетная поперечная сила (на опоре)
Q R |
q l |
|
4,85 7,5 |
18,2т |
|
|
|||
max |
2 |
2 |
|
|
|
|
7
4.4.Выбор материала
По таблице 50 [1] для балок перекрытий, работающих при статических нагрузках при отсутствии сварных соединений (группа 3) в условиях климатического района II5 выбираем сталь С245 (ГОСТ 2777288). Ориентировочно принимаем, что толщина полки прокатной балки (двутавра)
t f |
11 20мм (см. Рис. 3) |
|
По таблице 51 [1] для стали С245 при |
t |
f |
|
Рис. 3.Фрагмент сечения балки
2 30мм расчетное сопротивление по
пределу текучести
R |
|
2450 кг см |
2 |
y |
|
||
|
|
|
(стр. 60).
где,
4.5.Подбор сечения
Всоответствии с формулой 39 [1] требуемый момент сопротивления
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
34,1 10 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тр |
|
|
|
|
max |
|
|
|
1270см |
3 |
, |
||
|
Wx |
R |
|
|
|
c |
2450 1,0 1,095 |
|
||||||
|
|
|
y |
c |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
с |
- коэффициент условий работы по таблице 6 [1]; |
|
|
|
с1 - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций и определяе- |
||||
мый по пункту 5.18 [1]. |
|
|
|
|
В данном случае в месте действия M max и в непосредственной близости от него |
||||
0,5Rs , тогда в соответствии с формулой 42 [1] c1 c , где с определяется по таблице |
||||
66 [1] в зависимости от отношения площадей сечений полки (пояса) и стенки |
A |
f |
. |
|
|
||||
A |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
w |
|
|
Принимаем ориентировочно Af |
Aw 0,75 , тогда с использованием линейной интер- |
поляции c1 c 1,095 . Наиболее рационально применять тонкостенные высокие "нор-
мальные" двутавры с параллельными гранями полок по ТУ-14-2-24-72 с буквой "Б" в обозначении (балочные). Во всех случаях критерием для выбора служит минимальная пло-
щадь поперечного сечения при выполнении условия W |
x |
W тр . |
|
|
|
||
|
|
|
x |
|
|
|
|
Принимаем I 45Б2 (нормальный) с параллельными гранями полок по ТУ-14-2-24-72 |
|||||||
(см. приложение) с моментом сопротивления Wx 1280см |
3 |
тр |
1270см |
3 |
. |
||
|
Wx |
|
8
4.6. Геометрические характеристики сечения
h
450мм
;
b
180мм
;
t |
w |
|
7,6мм
;
t |
f |
|
13,3мм
,
A
82,2см |
2 |
|
,
I |
x |
|
28840см |
4 |
|
,
W |
|
1280см |
3 |
W |
тр |
x |
|
x |
|||
|
|
|
|
1270см |
3 |
|
,
Линейный вес: высота стенки:
65 hw
кгмh
, |
|
|
2t |
f |
450 2 13,3 423,4мм |
|
|
расчетная высота стенки:
h |
h |
2r 423,4 2 18 387,4мм 38,74мм |
ef |
w |
|
условная гибкость стенки:
|
|
|
|
|
Ry |
51,0 |
2450 |
|
1,74 |
2,2 |
|
w |
w |
E |
2,1 10 |
6 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где, w |
hef |
tw 387,4 |
0,76 51,0 , |
|
A |
f |
t |
f |
|
|
b
1,3318
23,94см |
2 |
|
,
A |
|
t |
|
t |
|
42,34 0,76 32,18см2 |
Рис. 4.Сечение балки Б1 |
w |
|
w |
|
w |
|
||
|
|
|
|
||||
A |
f |
A |
|
23,94 32,18 0,744 |
|
||
|
w |
|
|
|
|
4.7. Проверка принятого сечения
а) По прочности (I группа предельных состояний) - по пункту 5.18 [1].
В пролете: условное нормальное напряжение при упругой работе балки с (см. рис. 6а)
W |
c W |
x |
ey |
1 |
|
|
|
M |
|
|
|
34,110 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
2440 кг см |
2 |
R |
|
|
|
2450 кг см |
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
c |
|
|||||||
|
|
|
c W |
|
|
1,0915 1280 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Недонапряжение: |
2450 2440 |
100% |
0,4% . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
2450 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Здесь c1 |
c можно определять с помощью линейной интерполяции по табл. 66 |
||||||||||||||||
более точно по формуле 6 [5]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[1] или
c1 |
c 1 |
1 2 |
|
1 |
|
0,96 |
1,095 |
, |
|
|
Af |
|
|
12 0,744 |
|||||
|
|
2 12 |
2 |
|
|
||||
|
|
|
Aw |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
где 2 d h 0,2 - минимальная относительная высота упругой зоны (рис. 6б), соот-
ветствующая максимальной остаточной деформации r |
|
3 R |
y |
|
, допускаемой [1]. |
|
|
||||
|
|
E |
|||
|
|
|
|
|
Рис. 5. Эпюры напряжений в сечении балки Б1
9
Примечания:
1.Разница между фактическим весом 1м балки (75 кг) и его значением, принятым предварительно (100 кг) составляет всего 0,5% от полной нагрузки q на
балку
100 75 |
100% |
|
4850 |
||
|
0,5%
, поэтому уточнения величины q не производим.
2.
3.
Если недонапряжение составляет более 5% с меньшей площадью сечения.
Если недонапряжение больше величины c1
следует проверить номер двутавра
1 100% |
, балка работает в упру- |
4.
гой стадии ф 1, и |
M |
W |
. |
|
|||
|
|
x |
|
В нашем случае недонапряжение меньше величины c1 1 |
следовательно, балка будет работать в упругопластической ческая величина относительной высоты упругого ядра ф
100% 9,15% ,
стадии, и факти- 1 (рис. 6в). Значе-
ние
|
ф |
|
можно найти по формуле 6[5]:
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 с |
1 2 12 |
|
|
|
|
1 1,0870 1 2 12 0,744 |
0,0491 0,222 |
|||||||||||||
ф |
|
|
A |
|
|||||||||||||||||||
|
|
1,ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
, где фактический коэффициент учета упругопластических деформаций |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
с |
|
|
1,0915 |
|
2440 |
1,087 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1,ф |
|
1 |
R |
|
|
|
|
|
|
2450 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
c |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
На опоре при этажном сопряжении: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
Q |
|
18,2 10 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
556 кг см |
2 |
R |
|
|
|
1420 кг см |
2 |
||||
|
|
|
|
A |
|
32,18 |
|
|
y |
c |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при сопряжении в одном уровне:
Здесь:
|
с |
1 |
|
|
|
Q |
|
18,2 10 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
707 кг см |
2 |
R |
|
|
|
1420 кг см |
2 |
0,8 A |
0,8 32,18 |
|
y |
c |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(табл. 6 [1]),
R |
0,58 R |
y |
s |
|
0,58 2450 1420 кг см |
2 |
|
,
0,8 – коэффициент, учитывающий ослабление болтами при сопряжении балок настила и главной балки в одном уровне.
б)
Так как
|
w |
|
1,74
2,2
, местную устойчивость стенки можно не проверять.
в) Общая устойчивость (I группа предельных состояний) обеспечена настилом (при наличии соответствующих конструктивных элементов, связывающих настил с балкой). г) По деформативности при нормальных условиях эксплуатации (II группа предельных состояний):
|
|
|
|
|
f |
|
|
M maxн |
l |
|
|
28,8 105 |
750 |
|
1 |
|
f |
|
1 |
, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
l |
10 E I x |
10 2,1 10 |
6 |
28840 |
280 |
|
250 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|||||||||||
где |
|
f |
определяется по таблице 40[1]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10