Кузнецов В.П., Шабанин В.В. (состав.) Проектирование рабочей площадки производственного здания - файл n1.doc

Кузнецов В.П., Шабанин В.В. (состав.) Проектирование рабочей площадки производственного здания
скачать (700.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc701kb.02.11.2012 14:09скачать

n1.doc

  1   2   3   4


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ




Кафедра металлических и деревянных конструкций




ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ



МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО МЕТАЛЛИЧЕСКИМ КОНСТРУКЦИЯМ

Утверждены редакционно-издательским


Советом академии __________2006 г.


САМАРА 2006




Составители: Кузнецов Владимир Петрович, Шабанин Виктор Васильевич

УДК 624.014:725.4 (07)

Проектирование рабочей площадки производственного здания. Методические указания к выполнению курсового проекта по металлическим конструкциям./ Сост.: В.П. Кузнецов, В.В.Шабанин; Самарск. Арх.-строит. Унив. Самара, 2006.
Приводятся необходимые сведения по конструированию и расчету стальных элементов балочной клетки и колонн рабочей площадки, необходимые справочные материалы.

Предназначены в помощь студентам специальности 290300 – «Промышленное и гражданское строительство» дневного отделения (3-й курс)и заочного отделения (5-й курс) при выполнении курсового проекта по дисциплине «Металлические конструкции».


Номер лицензии на издательскую деятельность ЛР №020 726 от 25 февраля 1998г.

С Самарский государственный архитектурно- строительный университет, 2006
1. КОМПОНОВКА И ВЫБОР СХЕМЫ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ




    1. Компоновка балочной клетки


Перед началом проектирования следует представить себе общую схему конструкций и расположение элементов, выполнить эскизы планов и разрезов рабочей площадки (рис. 1.).

Рабочая площадка состоит из элементов, образующих балочную клетку (главных балок - ГБ и балок настила - БН), настила, колонн и связей. Рис.1. Схема рабочей площадки

Расстановку балок в плане выполняют для одной ячейки размерами Lxl, считая, что остальные ячейки будут такими же (рис.2).

По колоннам вдоль большего шага устанавливают главные балки (ГБ), а по ним – балки, поддерживающие настил (БН). Шаг балок настила a выбирается таким образом, чтобы ему был кратен размер L. При расстановке БН учитывают, что они не должны опираться на главную балку в середине пролета, поскольку в этом месте устраивается укрупнительный стык.

Рис.2. Типовая ячейка балочной клетки

Рекомендуется шаг a назначать в зависимости от типа настила и заданной нормативной нагрузки на рабочую площадку по табл.1.1.

Таблица 1.1. Рекомендуемый шаг балок настила

Нормативная

нагрузка

P, кПа

Шаг балок настила в мм в зависимости от типа настила:

Листовой

настил

Щитовой

настил

8…12

13…16

17…20

21…25

26…30

более 30

2000…900

1600…700

1500…650

1400…600

1200…500

1000…500

4000..1800

3200…1400

3000…1300

2800…1200

2400…1000

2000…1000


В курсовом проекте следует рассмотреть две схемы балочной клетки (как правило, одна схема с листовым настилом, другая со щитовым настилом). Для каждой схемы необходимо определить толщину стального настила, подобрать сечения балок настила из прокатных двутавров, размеры ребер щитового настила, а затем выбрать наиболее экономичный вариант по расходу металла. Для выбранного варианта производят расчет главной балки, колонны и всех конструктивных узлов рабочей площадки.

С учетом плана рабочей площадки разрабатывается схема связей по колоннам в продольном и поперечном направлениях. Связи обеспечивают горизонтальную несмещаемость верхних концов колонн. Связи могут быть приняты крестовыми или портальными в зависимости от габаритов ячейки, высоты колонн, наличия проездов под рабочей площадкой (см. рис. 1).



1.2. Подбор сечения балки настила

Расчет любого элемента следует начинать с установления расчетной схемы. Расчетная схема балки настила показана на рис.3.



Рис.3. Расчетная схема балки настила

Погонная нормативная и расчетная нагрузки на БН:

qn=1,05pa и q=1,05pfpa,

где p- заданная нормативная временная нагрузка на квадратный метр площадки;

fp=1,2 – коэффициент надежности по временной нагрузке;

1,05 – коэффициент, учитывающий приближенно вес настила и балок настила.

Подбор сечения балок производят из условия их прочности с учетом развития пластических деформаций

M/(c1W)c Ry (1)

и условия жесткости

l/fn0. ( 2)

Здесь M=ql2/8 – изгибающий момент от расчетных нагрузок; с1—коэффициент увеличения момента сопротивления балки при учете развития пластических деформаций. В курсовом проекте данный коэффициент можно принять равным 1,12. c- коэффициент условий работы [1, табл.6]; в данном расчете с=1; f- максимальный прогиб балки от нормативной нагрузки qn; n0- нормируемое минимальное отношение пролета балки к ее прогибу (табл.П.10).

Из условия прочности (1) определяют требуемый момент сопротивления:

Wтр=M/(c1Ryc).

Имея в виду, что для данной расчетной схемы f=(5/384)qnl4/(EI), и приняв по табл.П.10 n0, из условия жесткости (2) определяют требуемый момент инерции:

Iтр=(5/384)qnl3n0/E,

где Е=2,06х105 МПа – модуль упругости стали.

По сортаментам двутавров (ГОСТ 8239-89, ГОСТ 26020-83 или СТО АСЧМ 20-93) подбирают необходимый профиль, у которого WxWтр и IxIтр.
1.3. Расчет стального листового настила
Настил укладывается на балки настила и приваривается к ним сплошными угловыми швами (рис.4).



Рис. 4. К расчету листового настила

Подбор толщины настила tн производится из расчета его жесткости, поэтому в качестве материала настила следует принимать наиболее дешевую сталь С235.

По заданной нагрузке p и значению n0 для настила (табл.П.10) определяют предельное отношение пролета настила к его толщине:

lн/tн=(4n0/15)(1+72E1/(n04p). (3)

Здесь Е1= Е/(1-2)=2,06х105/(1-0,32)=2,26х105МПа – приведенный модуль упругости; - коэффициент Пуассона.

По найденному отношению вычисляют минимально возможную толщину настила tн. Полученная величина округляется до целого миллиметра в большую сторону.

1.4. Расчет щитового настила

Расчет стального щитового настила с ребрами из полосовой стали можно выполнить в следующей последовательности (рис.5) Назначив шаг ребер ара/2, определяют требуемую толщину настила из условия жесткости по формуле

tн=aр/(0.27n0 (1+72E1/( n04p)).

При этом n0 принимают по таблице П10 в зависимости от ар.
Рис.5. К расчету щитового настила

Окончательно принимают толщину настила, округлив полученное значение до ближайшего большего целого. Не рекомендуется принимать tн менее 3 мм и более 12 мм.

Затем выполняют расчет ребер, приняв их толщину равной толщине настила или несколько больше.

Расчетная погонная нагрузка на ребро будет

q=1,01(0,0785 tн*1.05+1,2 Р) aр (tн в мм)

Высотой ребра из условия прочности можно задаться по приближенной формуле:

=0,6.

Далее, приняв высоту ребра кратной 5мм и уточнив нагрузки на ребро, проверяют прочность и жесткость расчетного сечения. В расчетное (тавровое) сечение включается само ребро и примыкающий к нему участок настила шириной 30tн (рис.5).

Положение главной центральной оси таврового сечения: Z=(30tн(tн/2)+hр(hр/2+ tн))/(30tн+hр).

Момент инерции относительно оси X-X: Ix=30tн^2х(Z-tн/2)^2+tнhр^3/12+tнhр(hр/2+tн- Z)^2.

Масса настила с ребром в кг на 1 кв.м площадки:

gн=(ар+hр)tн7850/ар (размеры в м) .

Нормативное и расчетное значения погонной нагрузки на ребро:

qn=(0.01gн +Р)ap; q=(0.01 gн 1.05+Р 1.2)ap.

Проверку прочности расчетного сечения ребра производят по формуле ?=Mх(hр+tн-Z)/Ix=(q lp^2/8) (hр+tн-Z)/IxRyc, а проверку жесткости – по формуле a/f=384 E Ix/(5 qn a^3)nо

При невыполнении условия прочности или жесткости следует увеличить размеры ребра.

Пример 1.

Требуется для двух схем балочной клетки подобрать настил и балки настила по следующим исходным данным: размер ячейки L*l=18,8х6,6м, сталь для балок - С255, нормативная нагрузка на площадку Р=30кН/кв.м.

Для фасонного проката из стали С255 расчетное сопротивление (табл.П1) Ry=255МПа=25кН/см2 при толщине 4…10мм и Ry=240МПа=24кН/см2 при толщине более 10мм.

1-я схема (с листовым настилом).

Принимаем шаг балок настила с учетом табл.1.1, а=0,752м (кратен размеру L=18,8м).

Нормативная нагрузка на балку настила qn=1,05*p*a=1.05*30*0.752=23,69кН/м; расчетная нагрузка q=1,05*30*0,752*1,2=28,43кН/м.

Изгибающий момент М=q*l^2/8=28,43*6,6^2/8=154,8кН*м.

Требуемый момент сопротивленияWтр=М/(c1*Ry*gc)=154,8*100/(1,12*25*1)=553см3;

Требуемый момент инерции Iтр=(5/384)*qn*l^3*n0/E=

(5/384)*0,01*23,69*660^3*167/(2,06*10^4)=7189см4.

Принимаем I 33(ГОСТ 8239-89), у которого Wx=597см3>Wтр и Ix=9840см4>Iтр. Так как толщина полки двутавра больше 10мм, делаем проверку прочности балки, приняв Ry=24кН/см2:

М/(c1*Wx)=154.8*100/(1.12*597)=23,15кН/см2
Расчетный пролет настила lн=а-bf=752-140=612мм. Требуемая толщина настила

tн=lн/(0.27 n0 (1+72 E1/(n0^4 p))=

612/(0,27х120х(1+72х226х10^8/(120^4х30)))=5,22мм.

Принимаем tн=6мм.

Масса настила и балок настила, приходящаяся на 1 кв.м. балочной клетки g=7850tн+gБН/а=7850х0,006+42,2/0,752=103кг/кв.м.

2-я схема (со щитовым настилом).

Принимаем по табл.1.1 шаг балок настила а=1,88м (кратен размеру L=18,8м).

Нормативная и расчетная нагрузки на балку настила:

qn=1,05*30*1,88=59,22кН/м; q=59,22*1,2=71,06кН/м.

М=71,06*6,6^2/8=387кН*м; Wтр=387*100/(1,12*24)=1440см3;

Iтр=(5/384)*0,01*59,22*660^3*167/20600=17972см4.

Принимаем I 50Б1(ГОСТ 26020-83), у которого Wx=1511см3>Wтр и Ix=37160см4>Iтр.

Размещаем ребра щитового настила через ар=660мм. Тогда требуемая толщина настила будет tн=660/0,27*120*(1+72*226*10^8/(120^4*30)))=5,63мм.

Принимаем tн=6мм.

Расчетная нагрузка на ребро q=(0,0785 tн*1.05+Р 1,2) aр 1,01=

(0,0785х6х1,05+30х1,2)х0,66х1,01=24,3кН/м.

Высота ребра hр=0,6 =

0,6х=13,3см.

Принимаем hр=140мм.

Масса погонного метра одного ребра gр=7850*tн*hр=7850*0,006*0,14=6,59кг/м.

Суммарная нагрузка на погонный метр ребра:

qn=(0.01gн +Р)ap + 0,01gр;

qn=(0.01х7850х0,006 +30)0,66 + 0,01х6,59=20,2кН/м;

q=(0.01 gн 1.05+Р 1.2)ap +0,01gр1,05;

q=(0,01х7850х0,006х1,05+30х1,2)х0,66+0,01х5,65х1,05=24,2кН/м.

Положение главной центральной оси таврового сечения:

Z=(30х0,6х0,6х0,3+14х0,6х(7+ 0,6))/(30х0,6х0,6+14х0,6)=3,49 см.

Момент инерции относительно оси X-X: Ix=30х0,6^2х(3,5-0,3)^2+0,6х14^3/12+0,6х14(7+0,6-3,5)^2=389 см.

Проверка прочности расчетного сечения ребра ? =(0,242(188-20)^2/8))х(14-3,5)/389=23кН/кв.смRygc; Проверка жесткости: a/f=384х 20600х389/(5х0,202х168^3)=643nо

Масса щитового настила и балок настила, приходящаяся на 1 кв.м площадки: g=7850tн+gр/ар+gБН/а=7850х0,006+6,59/0,66+73/1,88=95,91кг/кв.м
1.5. Проверка прочности и жесткости балок настила

При подборе балок настила вес настила и самих балок был учтен приближенно коэффициентом 1,05. Приближенно же был назначен коэффициент с. Эти величины следует уточнить, выполнить проверку прочности и жесткости балок и при необходимости откорректировать сечение.

Фактическая нормативная и расчетная нагрузки на балку настила будут равны:

qn=(p+gн)a+gбн кН/м,

q =(1,2p+1,05gн)a+1,05gбн кН/м,

где gн масса настила 7850tн или настила с ребрами 7850tн+ gр/ар; tн -толщина настила в метрах; gбн линейная плотность балок по сортаменту; 1,2 и 1,05-коэффициенты надежности по нагрузке.

При уточнении коэффициента с отношение Аf/Aw для прокатных профилей площадь полки определяется по средней толщине и по ширине, а стенки по толщине и высоте равной высоте балки уменьшенной на две толщины полки. Значения коэффициента с приведены в табл.П11 приложения.
1.6. Выбор схемы балочной клетки
Подобрав балки настила, толщину настила и сечение ребер щитового настила для каждого варианта схемы, нужно определить массу настила и балок в килограммах, приходящуюся на 1м2 площадки:

g=gн+gБН.

Здесь gн=7850tн (tн-в метрах) для листового настила, масса щитового настила была определена ранее. Масса балок gБН определяется путем деления массы одного погонного метра балки (по сортаменту) на шаг балок a в метрах.

Для дальнейшего проектирования принимается схема балочной клетки с меньшим значением g или по указанию руководителя проекта.
2. РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ
2.1. Расчетная схема, нагрузки и усилия


Рис. 6. К расчету главной балки: а – грузовые площади; б – действительная схема загружения главной балки; в – принятая расчетная схема главной балки.

Нагрузка от балок настила передается на главную балку в виде сосредоточенных сил. Для средней балки площадки сосредоточенная сила равна двум опорным реакциям балок настила (рис.6,а,б). При большом количестве сосредоточенных сил (>5) их можно заменить равномерно распределенной нагрузкой (рис.6,в).

Погонная нагрузка с приближенным учетом собственного веса главной балки (2%) будет равна: нормативная qn=1,02(p+0,01g)l; расчетная q=1,02(pfp+0,01gfg)l. Здесь 0,01-коэффициент перевода массы g(кг) в вес (кН); fg=1,05-коэффициэнт надежности по собственному весу.

Максимальные значения изгибающего момента и перерезывающей силы составят: Mmax=qL2/8, Qmax=qL/2.

Расчет главной балки выполняют без учета работы материала в упруго-пластической стадии. Прочность балки по нормальным максимальным напряжениям проверяется по формуле =MMAX/WXRY, (4)

а по максимальным касательным напряжениям – по формуле

QmaxSX/(IXtW)RS=0,58RY (5).



Из условия прочности (4) и жесткости (2) определяют требуемые момент сопротивления и момент инерции сечения в середине пролета:
WТР=MMAX/RY, IТР=(5/384)qnL3n0/E

n0 принимают в зависимости от пролета главной балки (табл.П10).
2.2. Компоновка сечения главной балки

Сечение главной балки компонуется из трех листов (рис.7): вертикального листа (стенка) и двух горизонтальных (полки). Высота балки h принимается в результате сопоставления строительной, минимальной и оптимальной высоты.

Строительная высота hС диктуется заданными отметками верха настила hН и подплощадочного габарита hр. При этом строго соблюдается верхняя отметка, так как здесь находится оборудование, обслуживающее технологический процесс. Отметка низа конструкций может быть поднята, но не может быть опущена, так как под балочной клеткой должен быть соблюден габарит (рис.8).

hC=(hН - hр)-(tН+), (6)

где зазор, учитывающий прогиб главной балки; принимается 60…100мм, но не менее L/n0.



Рис. 7. Сечение главной балки

Из условия предельного состояния по жесткости (2) определяют минимальную высоту сечения hmin, при которой расчетные напряжения =RY, то есть полностью используется прочность материала. hMIN=(5/24)Ln0(qn/q)(RY/E). (7)

Рис. 8. К определению строительной высоты балки

Оптимальная высота hOPT определяется из условия минимума массы. Приближенно эту высоту можно определить по формуле:




hOPT=1,15 ?WWТР (8)



Здесь W=h/tW=W- гибкость стенки, W-относительная гибкость, для заданных пролетов (14…18м) принимается 4,5…6.

Высоту сечения h назначают в зависимости от соотношений между полученными значениями hC, hMIN и hOPT:

а) если hChOPT>hMIN, принимаем h=hOPT;

б) если hC>hMIN>hOPT, принимаем h=hMIN;

в) если hMIN<hC<hOPT, принимаем h=hC;

г) если hChMIN, принимаем h=hC.

Сечение балки в последнем случае будет работать с пониженными напряжениями, то есть с перерасходом стали; такие случаи часто встречаются при ограниченной строительной высоте.

При выборе высоты надо решить вопрос о способе сопряжения балок настила с главными балками (рис.9).

Если hC>h+hБН+tН+, то можно принять этажное сопряжение как наиболее простое. В ином случае балки необходимо сопрягать в одном уровне.

Высота стенки hW принимается ориентировочно на 40…60мм меньше h, то есть учитывается предполагаемая толщина полок. Окончательно высоту стенки назначают кратной 50мм с тем, чтобы для ее изготовления можно было использовать стандартные листы по ГОСТ 19903-90.

Толщина стенки tW определяется из условия оптимальности, прочности и устойчивости. Из условия оптимальности сечения первоначально определяется величина tW=hW/W.Из условия прочности стенки на срез в опорном сечении tW,MIN=1,2QMAX/(hRS). Во избежание постановки продольных ребер жесткости для обеспечения устойчивости стенки tW,MIN=(hW/5,5). Окончательно толщина стенки назначается равной минимально возможной стандартной величине.


  1   2   3   4


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации