Рекомендовано к опубликованию

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Методические указания

к курсовой работе: «РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДКИ»

для студентов специальности 1-70 02 01

"Промышленное и гражданское строительство"

Могилев 2008

УДК 629.059

ББК 38.7

Ж51

Рекомендовано к опубликованию

учебно-методическим управлением

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

Одобрено кафедрой «Строительные конструкции, здания и сооружения» «8» марта 2008 г., протокол № 6

Составители: доц. канд. техн. наук Михальков В.С., ст. преподаватель Опанасюк Л.Г..

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Е.Е. Корбут

Методические указания к курсовой работе: «РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДКИ» по дисциплине "Металлические конструкции" В методических указаниях приведен порядок расчета конструкций, входящих в состав балочного перекрытия технологической площадки: прокатных и составных сварных балок, сквозных колонн для студентов специальности 1-70 02 01 "Промышленное и гражданское строительство".

Учебное издание

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Ответственный за выпуск С.Д.Семенюк

Технический редактор А.А.Подошевко

Компьютерная верстка В.Э.Ковалевский

Подписано в печать. Формат 60×84/16 Бумага офсетная. Гарнитура Таймс

Печать трафаретная. Усл. печ. л.. Уч.-изд. л. Тираж. Заказ №

Издатель и полиграфическое исполнение

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

ЛИ № 02330/375 от 29.06., 2004 г.

212005, г. Могилев, пр. Мира, 43.

ã ГУ ВПО «Белорусско- Российский

университет», 2008

Конструкция рабочей площадки

При проектировании конструкции рабочей площадки необходимо выбрать систему несущих балок, называемую балочной клеткой. Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный, нормальный и усложненный (рисунок 1.1). При выполнении данной курсовой работы рассматривается проектирование балочной клетки нормального типа.

а) б) в)

а) б) в)

а - упрощенный; б - нормальный; в – усложненный

Рисунок 1.1 - Типы балочных клеток

В балочной клетке нормального типа (рисунок 1.1, б) нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны. Балки настила обычно проектируют прокатными, а главные балки могут быть как прокатными (больших профилей), так и составными.

Взаимное расположение балок в балочной клетке может быть различным: этажное (рисунок 1.2, а), в одном уровне (рисунок 1.2, б) и пониженное. Выбор типа балочной клетки определяется экономическими соображениями, заданными габаритами, соответствием конструкции технологическим требованиям и условиям эксплуатации. В задании на курсовую работу взаимное расположение балок задается.

Колонны в рабочих площадках проектируют, как правило, центрально-сжатыми, состоящими из оголовка, стержня и базы. Тип стержня колонны зависит от ее высоты и нагрузки. При незначительных усилиях и высоте колонны до 5 м стержень выполняют из широкополочного прокатного двутавра. При больших высотах и нагрузках переходят на сквозные или сплошные сварные стержни. Соединение балок между собой и с колонной осуществляется при помощи болтов. Передача давления от стержня колонны на фундамент осуществляется через базу. Для соединения базы с фундаментом используются анкерные болты, диаметр которых из условий коррозии принимают не менее 20 мм. Для обеспечения геометрической неизменяемости рабочей площадки между колоннами устраивают связи.

а) б) в)

а - поэтажное; б - в одном уровне; в- пониженное; h_стр - высота перекрытия; h_б – высота балки; ∆- прогиб балки; 1-балка настила; 2 – вспомогательные балки; 3 – главные балки; 4 – настил; 5 – железобетонные плиты.

Рисунок 1.2 - Взаимное расположение балок

Расчет настила

В качестве настила балочной клетки чаще всего применяют плоские стальные листы или железобетонные плиты. Иногда применяется щитовой настил, состоящий из несущего стального листа, имеющего сверху защитный слой и подкрепленного снизу продольными и поперечными ребрами. Полезная нагрузка настила перекрытий задается равномерно распределенной, а предельный относительный прогиб принимают не более [6].

Стальной настил

Для стального настила применяют плоские стальные листы, привариваемые к балкам. Приварка настила к балкам делает невозможным сближение опор настила при его прогибе под нагрузкой и вызывает в нем растягивающие усилия, улучшающие работу настила. Путем приварки настила к поясам балки создается частичное защемление настила, появляются опорные моменты, снижающие моменты и прогиб в пролете. В практических расчетах этим защемлением пренебрегают в запас жесткости. Расстояние между балками определяется несущей способностью настила или его жесткостью.

В зависимости от интенсивности нагрузки толщину стального настила можно принимать по [1]; значения представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Рекомендуемые толщины стального настила

В зависимости от отношения пролета настила к его толщине рассматривают две расчетные схемы (рисунок 2.1): при отношении ( < 40) влиянием продольной силы можно пренебречь и рассчитывать настил только на поперечный изгиб (рисунок 2.1, а); при жестком закреплении тонкого настила (40 < < 300),его рассчитывают на изгиб с распором (рисунок 2.1, б).

а - работа настила на изгиб; б - работа настила на изгиб с распором

Рисунок 2.1 - К расчету плоского стального настила

Расчет настила на изгиб

Настил при работе его только на изгиб при прогибе не более 1/150 рассчитывают из условий прогиба простой балки по предельному состоянию второй группы [6]:

, (2.1)

где - предельный прогиб настила.

Прогиб настила при равномерно распределенной нагрузке [1]

(2.2)

где - цилиндрическая жесткость пластинки;

; (2.3)

- коэффициент Пуассона; для стали принимается равным 0,3 [ 4];

- поправка, учитывающая отсутствие в длинной пластинке (настиле) поперечной линейной деформации;

МПа - модуль упругости прокатной стали [4];

- расчетная ширина полосы настила; принимается равной 100 см;

- нормативная нагрузка на 1 см полосы настила;

где - временная нормативная равномерно распределенная нагрузка на настил;

- собственный вес настила (значения см. в таблице 2.2);

10000 - число пересчета нагрузки из Н/м² в Н/см².

Сплошной настил изготавливается из листов рифленой стали, а при значительных нагрузках - из листовой стали (см. таблицу 2.2).

Толщина листа при работе настила на изгиб [2]

, (2.4)

где - заданное отношение пролета настила к его предельному прогибу; принимается равным 150.

Железобетонный настил

Применяют железобетонные настилы из сборных крупноразмерных плит, а также в виде монолитной железобетонной плиты. Сборные железобетонные плиты крепятся к балкам путем сварки закладных деталей плиты с поясом балки. Монолитные железобетонные плиты опираются на верхние пояса балок аналогично стальному настилу и могут работать как самостоятельные плиты или включаться в работу со стальной поддерживающей балкой.

Таблица 2.4 - Расчетные сопротивления сварных соединений

Сварные соединения	Напряженное состояние	Условное обозначение	Расчетные сопротивления сварных соединений
Стыковые	Сжатие. Растяжение и изгиб при автоматической, полуавтоматич. сварке с физическим	По пределу текучести
	контролем качества швов	По временному сопротивлению
	Растяжение и изгиб при автоматич., полуавтоматической	По пределу текучести
	Сдвиг
С угловыми швами	Срез (условный)	По металлу шва
		По металлу границы сплавления
Примечания 1 Для швов, выполняемых ручной сваркой, значения следует принимать равными значениям временного сопротивления разрыву металла шва по ГОСТ 9467-75*. 2 Для швов, выполняемых автоматической или полуавтоматической сваркой, значения следует принимать по таблице 4 [4]. 3 Значения коэффициента надежности по материалу шва следует принимать равными: 1,25 - при значениях не более 490 МПа; 1,35 - при значениях 590 МПа и более.

Таблица 2.5 - Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ27772-88

Таблица 2.6 - Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений

3 Расчет балки настила

А. Проверка прочности балки

Проверку на прочность выполняют по следующим формулам /1/:

в сечениях с

; (3.6)

в сечениях с

. (3.7)

где - наибольшая поперечная сила на опоре;

и - статический момент и момент инерции сечения;

- толщина стенки балки;

- расчетное сопротивление стали сдвигу; определяется по формуле [4]

, (3.8)

где - предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести по государственным стандартам и техническим условиям на сталь; принимается по таблице 2.6;

- коэффициент надежности по материалу проката [4].

При сопряжении балок в одном уровне балки настила прикрепляются к поперечным ребрам жесткости главных балок болтами, что несколько ослабляет сечение стенки. В этом случае значение касательного напряжения, определенное по формуле (3.9), следует умножать на коэффициент , вычисляемый по формуле [1]

, (3.9)

где - шаг отверстий;

- диаметр отверстия.

Таблица 3.4 - Значения коэффициента надежности по материалу

Государственный стандарт или технические условия на прокат
ГОСТ27772-88, ТУ 14-1-3023-80	1,025
ГОСТ27772-88 (стали С590, С590К), ГОСТ380-88** (для круга и квадрата размерами, отсутствующими в ТУ 14-1-3023-80), ГОСТ19281-89, ГОСТ10705-80*, ГОСТ10706-76*, ГОСТ19281-89 [для круга и квадрата с пределом текучести до 380 МПа], ТУ14-1-1308-75 (сталь 14Г2АФ)	1,05
ГОСТ19281-89 [для круга и квадрата с пределом текучести свыше 380 МПа и размерами, отсутствующими в ТУ 14-1-3023-80], ГОСТ8731-87, ТУ 14-3-567-76	1,1
ГОСТ8731-87, ТУ 14-3-829-79, ТУ 14-3-567-76, ТУ 14-1-1308-75, ТУ 14-1-1772-76	1,15

Проверка жесткости балки

Проверка второго предельного состояния ведется путем определения прогиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле [2]

, (3.10)

где - действительное значение расчетной погонной нагрузки на балку; определяется по формуле (3.4) с учетом значений, соответствующих выбранной балке настила;

- длина балки настила;

- табличное значение момента инерции выбранной балки настила относительно оси х - х.

Полученный относительный прогиб является мерой жесткости балки и не должен превышать нормативного, зависящего от назначения балки [4], т.е.

, (3.11)

где - предельный прогиб, устанавливаемый нормами; для балок настила [4], .

Если проверка по формуле (3.11) не удовлетворяется, то следует увеличить сечение балки, взяв менее прочный материал, или допустить недоиспользование прочности балки, что менее выгодно.

Расчет главной балки

Проектирование балок составного сечения выполняют в два этапа: на первом этапе компонуют и подбирают сечения, а на втором – проверяют балку на прочность, устойчивость и жесткость.

Сбор нагрузок

Подбор сечения главной балки состоит в определении размеров поясов стенки составной сварной балки, с учетом заданных технологическим заданием условий, экономичности, прочности, устойчивости и технологичности изготовления. Расчетная схема представлена на рисунке 4.1.

а - расчетная схема; б - сечение балки

Рисунок 4.1 - К подбору сечения главной балки

Определение усилий

Расчетный изгибающий момент в середине пролета

. (4.2)

Поперечная сила на опоре

(4.3)

Определим также нормативный изгибающий момент

. (4.4)

Подбор сечения балки

Главную балку рассчитываем с учетом развития пластических деформаций. Требуемый момент сопротивления балки по формуле [1]:

, (4.5)

где - расчетное сопротивление материала главной балки; принимается по таблицам 2.5, 2.6 в зависимости от марки стали (марка стали указывается в задании);

с ₁ - коэффициент, учитывающий упругопластическую работу материала балки; в курсовой работе для балок двутаврового сечения по ГОСТ8239-72 можно принимать с ₁ = 1,1 и в дальнейшем не уточнять [2].

Таблица 4.1 - Коэффициент надежности по нагрузке для веса оборудования

Вес
Стационарного оборудования	1,05
Изоляция стационарного оборудования	1,2
Заполнителей оборудования (в том числе резервуаров и трубопроводов): жидкостей	1,0
суспензий, шламов, сыпучих тел	1,1
Погрузчиков и электрокаров (с грузом)	1,2

где f_u - предельный относительный прогиб; для главных балок f_u = 400 [6].

Назначаемая окончательно высота балки h_b должна быть близкой к (обычно на 5 - 10 % меньше полученного по формуле ) и не меньше .

После установления высоты балки определяют минимальную толщину стенки из условия работы ее на срез и сравнивают с ранее назначенной

, (4.9)

где - при работе на срез без учета поясов и - с учетом работы поясов /4/.

Если будет отличаться более чем на 2 мм от ранее принятой в формуле (4.9), то следует назначить с учетом дальнейшей корректировки значения . Окончательно принимая толщину стенки, необходимо учитывать, что местная устойчивость стенки без дополнительного укрепления ее продольным ребром обеспечивается, если выполняется условие:

, (4.10)

где - напряжение в сжатом поясе балки;

высота стенки балки.

Размеры горизонтальных поясных листов балки находим исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычисляем требуемый момент инерции сечения балки по формуле [2]:

, (4.11)

где h_b - принятая высота главной балки.

Предварительно принимают толщину поясных листов (16 – 40 мм); определяют высоту стенки балки , а затем находят момент инерции стенки

. (4.12)

Момент инерции поясных листов балки относительно ее нейтральной оси: .

Требуемая площадь сечения поясов балки [2]

, (4.13)

где - расстояние между центрами полок.

Ширина полки балки

. (4.14)

Из условия обеспечения местной устойчивости (при работе балки в пределах упругих деформаций) отношение свободного свеса полки к ее толщине не должно превышать значений, вычисляемых по формулам [4]:

; (4.15)

с учетом развития пластических деформаций

, (4.16)

где

Можно также выдерживать в пределах 1/3 - 1/5 высоты балки h_b

Проверочные расчеты

Напряжениям

Фактический момент инерции и момент сопротивления балки

(4.17)

(4.18)

Нормальные напряжения

. (4.19)

Перенапряжение, как правило, не допускается, а недонапряжение для правильно подобранного сечения балки должно составлять не более 5 % [2]. Применяемые размеры стенки и полок балки необходимо согласовывать с сортаментом на листовую и полосовую сталь (см. таблицу 2.2).

Касательные напряжения по нейтральной оси сечения у опоры балки

, (4.20)

где - статический момент полусечения.

Расчет опорного ребра

Конец балки в месте опирания ее на опору (колонну) укрепляют опорными ребрами; при этом считается, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости. Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке балки сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки, либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну. Для правильной передачи давления на колонну центр опорной поверхности ребра необходимо совмещать с осью полки колонны (рисунок 4.2). Торцевые сечения опорных ребер должны проверяться на смятие при и сжатие при .

Из условия смятия торцевой поверхности ребра при , площадь смятия опорного ребра

Рисунок 4.2 - К расчету опорной части балки

, (4.28)

где - расчетное сопротивление стали смятию [1];

(4.29)

Из условия сжатия при . По конструктивным соображениям t_h выступающая вниз часть опорного ребра (рисунок 4.2) обычно принимается равной 16 - 20 мм.

Проверка опорной части балки как условной центрально сжатой стойки на устойчивость ,

где .

Значение определяют по [4], ( - коэффициент продольного изгиба ребра).

Проверка на срез сварных швов прикрепления опорного ребра к стенке:

при срезе по металлу шва

; (4.30)

при срезе по металлу границы сплавления

. (4.31)

Здесь предполагается, что длина шва , иначе в формулы следует подставить длину шва.

Проверка выполнения конструктивных ограничений:

; . (4.32)

Опирания и сопряжения балок

Рисунок 4.3 – Этажное сопряжение балок

определяют по усилию на 20...25 % выше опорной реакции балки.

1 – настил; 2 – балка настила; 3 – ребро жесткости; 4 – главная балка

Рисунок 4.4 – Сопряжение балок в одном уровне

При болтах нормальной и повышенной точности требуемое количество болтов

; (4.34)

где - меньшее из значений расчетного усилия для одного болта на срез или смятие.

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом на срез определяем по формуле [4]

; (4.35)

на смятие

, (4.36)

где - коэффициент условия работы соединения [4]; принимается по таблице 4.4;

Таблица 4.4 – Коэффициенты условий работы болтовых соединений

Характеристика соединения	Коэффициент условий работы соединения
1 Многоболтовое в расчетах на срез и смятие при болтах: класса точности А	1,0
классов точности В и С, высокопрочных с нерегулируемым натяжением	0,9
2 Одноболтовое и многоболтовое в расчете на смятие при a= 1,5 d и b= 2 d в элементах конструкций из стали с пределом текучести, МПа (кг/см2): до 285 (2900)	0,8
св. 285 (2900) до 380 (3900)	0,75
Обозначения, принятые в таблице: а - расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия; b - между центрами отверстий; d - диаметр отверстия для болта. Примечание - Коэффициенты, установленные в поз.1 и 2, следует учитывать одновременно.

и - расчетные сопротивления болтовых соединений на срез и смятие [4];

А - расчетная площадь сечения стержня болта; можно принимать по таблице 4.12;

S t - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении; при данной схеме сопряжения - это толщина ребра жесткости;

n_s - число расчетных срезов одного болта; в данном случае n_s = 1;

d - наружный диаметр стержня болта; рекомендуется применять болты диаметром 20; 24 мм.

Сечения соединяемых элементов следует проверить на срез с учетом ослабления отверстиями под болты, т.е. по площади нетто [4]:

, (4.37)

где h и t - высота и толщина сечения соединительного элемента;

d - диаметр болтов.

Список литературы

1. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для студ. высш.учеб. заведений / Ю.И.Кудишина, Е.И.Беленя, В.С.Игнатьевна, А.Б.Пуховский Г.С.Ведеников, Ю.Б. Уваров и др.; Под общ. ред. Ю.И.Кудишина.-9-е изд., перераб. и доп.-М.: Издательский центр «Академия», 2007.-688 с.: ил.

2. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов/Е.И.Беленя, В.А.Балдин, Г.С.Ведеников и др.; Под общ. ред. Е.И.Беленя.-6-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1985.-560 с.: ил.

3. Металлические конструкции. В 3-х т. Т.1. Элементы стальных конструкций: Учеб. пособие для строит. вузов/В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В.Филиппов и др.; Под ред. В.В.Горева.-М: Высш. шк., 2000.-527 с.: ил.

4. СНиП II-23-81. Стальные конструкции. Нормы проектирования.-М.: Стройиздат, 1991.-96 с.

5. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.-36 с.

6. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. (Дополнения. Разд. 10. Прогибы и перемещения)/Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.

7.СНБ5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции. -Минск: Минстройархитектура РБ, 2003.-139с

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Методические указания

к курсовой работе: «РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДКИ»

для студентов специальности 1-70 02 01

"Промышленное и гражданское строительство"

Могилев 2008

УДК 629.059

ББК 38.7

Ж51

Рекомендовано к опубликованию

учебно-методическим управлением

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: