Кафедра «Конструкции зданий и сооружений»

Кафедра «Конструкции зданий и сооружений»

 

 

Шубин А.Л., СоколовМ.С., Довженко И.Г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения расчетно-графической работы по дисциплине "Основы металлических конструкций"

 

для студентов

направления подготовки: 070301, Архитектура бакалавриат

 

 

М О С К В А 2017

 

УДК _______ (выдается библиотекой МАРХИ)

ББК _______

_______

 

 

Шубин А.Л., Соколов М.С., Довженко И.Г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения расчетно-графической работы по дисциплине "Основы металлических конструкций»/ Шубин А.Л., М.С. Соколов, Довженко И.Г. – М.: МАРХИ, 2017. – 36 с.

 

 

Рецензент –д.т.н. Ярин Л.И., доцент Кривицкий В.Г.

 

Методические указания раскрывают цели, задачи, содержание и состав расчетно-графической работы по дисциплине "Основы металлических конструкций", содержат алгоритмысбора нагрузок на перекрытия и отдельные конструкции, конструирования узлов и расчета отдельных конструкций, раскрывают последовательность решения проектной задачи. Методические указания предназначены для организации работы по выполнению РГР по дисциплине "Основы металлических конструкций" для студентов IIIкурса в 5 семестре.

 

Методические указания утверждены заседанием кафедры «Конструкции зданий и сооружений», протокол № _____, от «_____»______________201__ г.

 

Методические указания рекомендованы решением Научно-методического совета МАРХИ, протокол № ______, от «______» ___________201__.

 

© Шубин А.Л., М.С. Соколов, Довженко И.Г., 2017

© МАРХИ, 2017

 

 

Содержание

1. Цели и задачи................................................................................... 4

1.1. Цель работы:.......................................................................................... 4

1.2. Задачи работы:....................................................................................... 4

2. Нагрузки и воздействия............................................................ 5

2.1. Нагрузки и воздействия. Классификация нагрузок......................... 5

2.2. Сочетания нагрузок............................................................................... 6

2.3. Постоянные нагрузки............................................................................ 6

2.4. Временные нагрузки.............................................................................. 6

3. Класс сооружений....................................................................... 7

4. Основные требования к компоновке каркаса здания. 7

5. Сбор нагрузок на перекрытия и покрытия. Общие положения 9

5.1. Основные правила сбора нагрузок..................................................... 9

5.2. Эквивалентные равномерно распределенные нагрузки................ 10

6. Пример 1. Сбор нагрузок на перекрытие здания гаража. 10

7. Пример 2. Сбор и расчет нагрузок на отдельные конструктивные элементы (колонны, балки, плиты перекрытий и покрытий).............................................................. 13

8. Расчёты конструктивных элементов........................... 16

8.1. Расчёт второстепенной балки. Вариант 1 – простая однопролетная балка. 16

8.2. Вариант 2. Неразрезная двухпролётная второстепенная балка.... 19

8.3. Расчет главной балки.......................................................................... 21

8.4. Расчет колонн....................................................................................... 25

9. Расчет экономических показателей............................ 32

10. Заключение................................................................................... 32

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................... 33

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................... 34

 

Цели и задачи

1.1. Цель работы:

- дать указания о классификации и сочетаниях нагрузок;

- дать основные понятия о классе зданий и сооружений, компоновке стального каркаса здания;

- показать алгоритм сбора нагрузок на перекрытие (покрытие);

- показать алгоритм определения и назначения нагрузок на отдельные конструкции;

- представить примеры расчета главной балки, второстепенной балки, колонны по первому и второму предельным состояниям;

- представить примеры расчёта и конструированияузла сопряжения балки и колонны, опорного узла колонны;

- представить примеры определения технико-экономических показателей стальных конструкций;

1.2. Задачи работы:

- дать студентам практические навыки сбора нагрузок на перекрытия и отдельные конструкции (балки, плиты, колонны);

- дать студентам практические навыки расчетов стальных балок, колонн и узлов для целей предварительного назначения сечений и проверки сечений;

- дать студентам навыки оформления текстовой и графическойпроектной документации в соответствии с требованиями действующих норм.

 

 

Нагрузки и воздействия.

Сочетания нагрузок.

Расчет конструкций и оснований по предельным состояниям первой и второй групп следует выполнять с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий. Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок.

В зависимости от учитываемого состава нагрузок различаются:

а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;

б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

Основные и особые сочетания нагрузок вводятся в расчет с коэффициентами сочетаний, определяемым по нормам— ψ( пси ) ≤1…0,7(п.6 [7]).

Постоянные нагрузки.

Нормативное значение веса:

- конструкций заводского изготовления следует определять на основании стандартов, рабочих чертежей или паспортных данных заводов-изготовителей;

- других строительных конструкций и грунтов - по проектным размерам и удельному весу материалов и грунтов с учетом их влажности в условиях возведения и эксплуатации сооружений.

Расчетные значения нагрузок получают умножением нормативных значений на коэффициент надежности по нагрузке γ_f ≥1,05…1,3 (табл. 7.1 [7]).

Временные нагрузки.

Нормативные значения временных длительных и кратковременных нагрузок определятся по нормам и технологическим заданиям. Расчетные значения временных нагрузок получают умножением нормативных значений на коэффициент надежности по нагрузке γ_f ≥1,05…1,3 (п. 8.2; табл. 8.2 [7]).

Климатические нагрузки и воздействия: снеговые, ветровые, температурные, гололёдные, определяются по указаниям норм [7] с соответствующими коэффициентами надежности по нагрузке.

Класс сооружений.

В соответствии с требованиями Федерального закона от 30.12.2009 ФЗ-384ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" здание или сооружение должно быть отнесено к одному из следующих уровней ответственности:

1) повышенный — здания и сооружения, отнесённые в соответствии с Градостроительным кодексом Российской Федерации к особо опасным, технически сложным или уникальным объектам, в том числе, строительные объекты: высотой более 100 м, с консольными вылетами более 20 м, с заглублением подземной части более чем на 15 м, покрытия строительных объектов пролётом более 100 м;

2) нормальный —все здания и сооружения, за исключением зданий и сооружений повышенного и пониженного уровней ответственности;

3) пониженный —здания и сооружения временного (сезонного) назначения, а также здания и сооружения вспомогательного использования, связанные с осуществлением строительства или реконструкции здания или сооружения либо расположенные на земельных участках, предоставленных для индивидуального жилищного строительства.

Перечень особо опасных и технически сложных объектов устанавливается федеральным законодательством.

В зависимости от уровня ответственности строительного объекта, при их проектировании необходимо использовать коэффициенты надежности по ответственности, значения которых должны быть не менее:

для пониженного - γ_n =0,8;

для нормальногоне менее - γ_n =1,0;

для повышенногоне менее - γ_n =1,1.

Класс строительного объекта и величину коэффициента надежности по ответственности устанавливает генеральный проектировщик по согласованию с заказчиком в задании на проектирование.

4. Основные требования к компоновке каркаса здания.

Конструктивные схемы каркасов здания весьма разнообразны. Они должны отвечать множеству требований, основными из которых являются: технологические, эксплуатационные, требования надежности и долговечности, экономические. Часто эти требования противоречат друг другу. Поэтому, при проектировании важно найти оптимальный компромисс между ними. Наиболее эффективно эта задача решается методами типизации, унификации, технико-экономическим сравнением вариантов. Сравнение вариантов наиболее удобно использовать при проектировании с использованием современных программных комплексов для расчета конструктивных схем (например:ЛИРА, ЛИРА-САПР, SCAD и др.).

В промышленных зданиях наибольшее влияние на конструктивную схему оказывают технологические и эксплуатационные требования.

До начала проектирования нужно получить необходимую и достаточную информацию о технологических режимах работы производственного и транспортного оборудования, категории пожарной и взрывной опасности помещений, степени огнестойкости здания, уровне ответственности здания и т.д.

К экономическим факторам относятся прежде всего затраты, связанные с изготовлением, транспортировкой и монтажом конструкций. Большую роль играет сокращение сроков строительства и скорейший ввод здания в эксплуатацию.

Наибольшую часть стоимости конструкций составляет стоимость материалов для конструкций, поэтому надо искать такие конструктивные решения, которые обеспечивают наименьшую массу каркаса. Эти задачи решаются при компоновке каркаса, конструировании отдельных элементов и узлов их сопряжения.

Задача снижения трудоемкости и стоимости конструкций требует сокращения количества их типоразмеров, то есть унификации. Уменьшение количества типоразмеров конструкций ускоряет монтажные работы и снижает их стоимость.

Типизация относится и к конструктивной схеме здания в целом, и к отдельным конструкциям. Процесс типизации конструктивных элементов определяется сведением к обоснованному минимуму размеров основных параметров здания (пролеты, шаг колонн, высота).

Типизация конструкций обеспечивает:

- уменьшение количества монтажных элементов;

- укрупнение монтажных элементов;

- транспортабельность элементов конструкций;

- сокращение сроков проектирования.

Унификация объемно-планировочных и конструктивных решений дает возможность для разработки типовых конструкций для многократного применения.

 

Сбор нагрузок на перекрытия и покрытия. Общие положения

На здания и сооружения действуют разнообразные нагрузки и воздействия. Для проверки несущей способности существующих конструкций, выполняется сбор нагрузок от собственного веса существующих конструкций и проектируемых временных нагрузок. При проектировании нового здания первоначальные сечения элементов и нагрузки от их собственного веса назначаются предварительно и уточняются при окончательном назначении сечений по расчету.

На здание действуют нагрузки, направленные в различных направлениях. В основном это вертикальные и горизонтальные нагрузки. Вертикальные (или гравитационные) нагрузки - это собственный вес конструктивных элементов и временные нагрузки на перекрытия и покрытие здания. Горизонтальные –крановые, ветровые и горизонтальная составляющая гравитационных нагрузок на скатные кровли или наклонные элементы конструкций.

Пример 1. Сбор нагрузок на перекрытие здания гаража.

Рассмотрим сбор нагрузок на перекрытие здания гаража. Шаг колонн принят на основании рекомендаций учебного пособия «Многоэтажный гараж-стоянка для легковых автомобилей» (М., МАРХИ, 2016).

Исходные данные.

Для примера принят фрагмент здания, представленный на схеме (рис.1).

 

Рис.1. Фрагмент схемы перекрытия здания гаража

 

Климатические условия – Москва.

Уровень ответственности здания – нормальный, коэффициент надежности по ответственности γ_n =1,0.

Временные нагрузки принимаем по указаниям СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.

Нормативную эквивалентную равномерно распределенную нагрузку от инженерных коммуникаций принимаем из опыта проектирования50,0кг/м².

Для того чтобы правильно учесть все нагрузки на перекрытие (покрытие), необходимо разработать состав кровли и перекрытия (на разрезах предусмотреть "флажок" по примеру в приложении №1) и иметь технологическое задание для учета временных нагрузок. Если технологическое задание на момент выполнения сбора нагрузок отсутствует, нагрузки принимаются по нормамСП 20.13330.2011.

Постоянные нагрузки.

Сбор нагрузок выполняем в табличной форме.

Таблица 1. Постоянные нагрузки для перекрытия.

№ п/п	Наименование	Нормативная кг/м2	Коэфф. перегрузки	Расчетная кг/м2	Примечание
	полимерное покрытие пола	10,2	1,3	12,2	Данные производителя
	собственный вес бетона	200,0	1,1	220,0	По расчету *
	стальной профилированный настил Н75-750-0,8	11,2	1,05	11,8	ГОСТ 24045-94.
	собственный вес несущих стальных конструкций	4,4	1,1	4,8	По расчету *
	ИТОГО:	225,8		248,8

 

*)Пояснения к таблице.

Строки 1,3. Вес материалов заводского производства принимаем по данным производителей (берем из справочников, ГОСТ, интернета).

Строка 2. Собственный вес бетона принимаем по приведённой толщине бетона в профилированном настиле. При этом считаем, что настил уложен широкими гофрами вверх, толщина плиты 50 мм(см. рис. 2).

 

Рис. 2. К определению приведённой толщины бетона

 

Приведённая толщина бетона

h = h_f+ h_b, (см. рис.2)

где h_f - толщина плитной части, h_b - приведенная толщина бетона в ребрах:

= 29,1 мм

Геометрические размеры для настила Н75-750-0,8 определяются по ГОСТ 24045: b=50 мм, b`=95,5 мм, h_n=75 мм, S_n=187,5 мм

Приведенная толщина бетона:

h = 50+ 29,1 = 79,1 мм.

Для упрощения принимаем h = 80мм =0,08 м.

Тогда вес бетона: 0,08мх1мх1мх2500 кг/м³ = 200 кг/м².

Если в проекте принята конструкция из сборных железобетонных пустотных плит, то нормативный собственный вес плит принимается по каталогу завода-производителя. Можно принять средний вес многопустотных плит 350 кг/м² или ребристых плит 250 кг/м².

Если в проекте принята конструкция из сплошной монолитной железобетонной плиты, то нормативная равномерно распределенная нагрузка отсобственного веса плитыопределяется в зависимости от ее толщиныh_п:

вес плиты = 2500кг/м³х толщина плиты, где 2500 кг/м³ – объемный вес железобетона. Например для плиты толщиной 200 мм (0,2 м) вес плиты будет равен:G = 2500 х 0,2 = 500 кг/м².

Строка 4. В первом приближениисобственный вес стальных конструкций принимается 2% от суммарной нормативной постоянной нагрузки.В нашем примересумма строк 1, 2, 3:

строка 5 = 0,02х(10,2+200,0+11,2)= 4,43 кг/м²

Коэффициенты перегрузки принимаются согласно нормам (СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия.Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*)пункты 7.2 и 8.2.2.

Строка 5. Для упрощения дальнейших расчётов полученные значения нормативной и расчётной нагрузок округляем в большую сторону до целых значений: 225,8 è226,0; 248,8 è 250,0.

Временные нагрузки.

Сбор нагрузок выполняем в табличной форме.Значения нормативных равномерно распределенных нагрузок и коэффициентов надежности по нагрузке принимаем по требованиям СП 20.13330.2011 "Нагрузки и воздействия".

Таблица 2. Временные нагрузки на перекрытиев зонах стоянок.

№ п/п	Наименование	Нормативная кг/м2	Коэфф. перегрузки	Расчетная кг/м2	Примечание
	инженерные коммуникации	50,0	1,3	65,0	Исх. данные п.5.3.1
	автомобили в зоне стоянок	350,0	1,2	420,0	СП 20.13330.2011, табл.8.4, п.1
	Итого в зоне стоянок:	400,0		485,0

Основные сочетания нагрузок

Расчет конструкций по предельным состояниям первой и второй групп следует выполнять с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий. Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок для рассматриваемой стадии работы конструкции.

Основные сочетания состоят из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок.

где С_m – нагрузка для основного сочетания; Р_d – постоянная нагрузка; Р _l – длительная нагрузка; Р _t – кратковременная нагрузка; ψ _li и ψ _ti –коэффициенты сочетаний для длительных и кратковременных нагрузок соответственно.

Для равномерно распределенных длительных нагрузок:

ψ _{l 1} = 1,0; ψ _{l 2} = ψ _{l 3} = … = 0,95.

Для кратковременных нагрузок:

ψ _{t 1} = 1,0; ψ _{t 2} = 0,9; ψ _{l 3} = ψ _{l 4} = … = 0,7

В нашем примере коэффициент сочетаний для временных нагрузок (инженерные коммуникации) ψ _{l 2} = 0,95 учтён при назначении величины нагрузки.

Определим нагрузки основных сочетаний для перекрытия в зоне парковки:

нормативная С_m1 = 226,0 + 400,0 = 626,0округляем до 630,0 кг/м²;

расчетная С_m1 = 250,0 + 485,0 = 735,0 кг/м².

После составления таблиц сбора нагрузок и расчета основных сочетаний рекомендуется выполнить их проверку на предмет выявления возможных ошибок. Проверку следует делать обязательно, так как срок жизни таблиц сбора нагрузок соизмерим со сроком выполнения проекта и ошибки, если они есть, могут привести к неправильным решениям.

Пример 2. Сбор и расчет нагрузок на отдельные конструктивные элементы (колонны, балки, плиты перекрытий и покрытий).

После того, как был выполнен общий сбор нагрузок, переходим к сбору нагрузок на отдельные конструктивные элементы.

Для дальнейших расчетов в качестве примера примем участок перекрытия в зоне парковки (п. 6.1.4):

нормативная С_m1 = 226,8 + 400,0 = 626,8(630,0) кг/м²;

расчетная С_m1 = 250,0 + 485,0 = 735,0 кг/м².

Балки.

Нагрузки на балки представляются сосредоточенными силами, моментами, погонными равномерными или неравномерными силами и моментами, различными сочетаниями этих нагрузок.

Как правило, для подбора и проверки балок принимается нагрузка с грузовой площади, приходящейся на балку (рис. 3).

Определим полную расчетнуюи нормативную равномерно распределенную погонную нагрузку на второстепенную балку по оси Б в осях 2-3 (считаем, что это зона стоянки автомобилей):

нормативная q_n = 630,0 х 3,0 = 1890~1900 кг/м;

расчётная q = Р х а = 735,0 х 3,0 = 2200кг/м.

где а = 3 м -шаг второстепенных балок;

Р - полная равномерно распределенная нагрузка на 1 м² плиты перекрытия:расчетная Р = 735,0 кг/м², нормативная Р_n = 630 кг/м².

Колонны.

Нагрузки на колонны представляются сосредоточенными силами, моментами, горизонтальными равномерно распределенными и сосредоточенными силами, различными сочетаниями этих нагрузок. Как правило, для подбора и проверки колонн принимается нагрузка с грузовой площади, приходящейся на колонну (рис. 3) или нагрузка, полученная из расчета балок (рис. 4).

Определим расчетную вертикальную нагрузку на центральную колонну из грузовой площади.Для многоэтажных зданий нагрузка определяется как сумма нагрузок от перекрытий и покрытиядля сечения колонны у обреза фундамента.

N = А_гр х Р_пер+А_гр х Р_покр = 36 м²х735,0 кг/м²+36х875,0= 57960,0 кг.

где А_гр– грузовая площадь, которая определяется как произведение шага колонн по цифровым осям b =6 м на шаг колонн по буквенным осям L = 6 м, А_гр =6х6=36 м²;нагрузка от перекрытия Р_пер = 735,0 кг/м²; нагрузка от покрытия Р_покр =875,0 кг/м² (принята условно для примера).

 

 

Рис. 3. Грузовые площади балок и колонн

 

Рис.4. Нагрузки на центральную колонну

Расчёт второстепенной балки. Вариант 1 – простая однопролетная балка.

После составления и проверки таблиц сбора нагрузок можно приступать к расчетам отдельных элементов конструкции здания.Для примера выполним расчет второстепенной балки по оси Б между осями 2-3 (рис. 5).

Исходные данные.

Для расчетов принимаем, что стальные конструкции выполняются из стали С255 по ГОСТ 27772.

Прочностные характеристики стали С255:

- расчетное сопротивление по пределу текучести R_y = 2395 кг/см² (СП 16.13330.2011, табл. В.5);

- модуль упругости Е = 2,1 х 10⁶ кг/см² (СП 16.13330.2011, табл. Г.10).

Коэффициент условий работы γ _с=0,9.

Нагрузки на балку.

Расчетную и нормативную погонную нагрузку на второстепенную балку мы определили ранее см. пункт 7.1.2.

Расчетная q = 2200кг/м.

Нормативная q_n = 1900кг/м

Вариант 2. Неразрезная двухпролётная второстепенная балка.

Усилия в балке могут быть определены любым известным способом. Для примера, разберем определение усилий в балке с использованием таблиц из справочника проектировщика под редакцией А.А. Уманского (Справочник проектировщика промышленных и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. В 2-х кн. Кн. 1. Под ред. А.А. Уманского. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1972, 600с.).Справочник можно найти в библиотеке или интернете.

8.2.1 Нагрузки на балку принимаем по варианту 1:

Расчетная q = 2200кг/м

Нормативная q_n = 1900кг/м.

8.2.2 Расчетная схема балки – неразрезная двухпролетная на шарнирных опорах.

 

 

Рис. 7. Расчетная схема балки

 

8.2.3 Расчетные и нормативные усилия в балке определяем по указаниям справочника (см.приложение 3пункт 8.1.7).

Максимальный расчетный момент в пролете

М=0,07 ql² = 0,07 х 2200 х 36 =5544кгм=554400 кгсм

Максимальный расчетный момент на центральной опоре

М=-0,125 ql² =-0,125 х 2200 х 36 =-9900кгм= - 990000 кгсм

Расчетная поперечная сила и опорная реакция у крайних опор

Q_А = Q_С = 0,375ql = 0,375 х 2200 х 6 = 4950кг

Расчетная поперечная сила у центральной опоры

Q_в = 0,625ql = 0,625 х 2200 х 6 = 8250кг

Опорная реакция на центральной опоре (нагрузка на главную балку)

R_B = 1,25ql = 1,25 х 2200 х 6 = 16500кг

 

Рис. 7 Эпюры моментов и поперечных сил в балке

 

Аналогично определяем нормативные значения усилий, подставляя в формулы нормативное значение нагрузки.

8.2.4 Далее выполняем расчет аналогично варианту 1 по пунктам 8.1.5 - 8.1.8. В нашем случае максимальное значение момента не отличается от момента, найденного для варианта 1, поэтому принимаем сечение балки 30Б2.

8.2.5 Для сравнения с вариантом 1, определим максимальный прогиб балки в пролете 1 по рекомендациям справочника[8]:

Из расчета видно, что при одинаковом сечении балок для вариантов 1 и 2, прогиб балки при многопролетной схеме существенно меньше. При этом, надо учитывать, что высота перекрытия будет больше на высоту балки (300 мм), так как многопролетная второстепенная балка опирается на главные сверху (поэтажная схема опирания).

Расчет главной балки.

8.3.1 Нагрузки. В расчетную схему (рис. 8) подставляем опорные реакции второстепенных балок:

- вариант 1 - для средней балки прикладываются опорные реакции от разрезных второстепенных балок с двух сторон (см. рис.3):

Q=6600 х 2=13200кг;

Q_n = 5700 х 2= 11400кг.

- вариант 2 - для средней балки прикладывается максимальная опорная реакция R_B от неразрезной второстепенной балки: R_B = 16500 кг.

Нормативный собственный вес главной балки принимаем на 50% больше собственного веса второстепенной балки: 36,7 кг/м +0,5х36,7 = 55,1 кг, тогда расчетная

Расчетная схема балки

 

Рис. 8. Расчетная схема главной балки

 

8.3.3 Определяем усилия в балке от расчетных и нормативных нагрузок для варианта 1.

Расчетные:

Нормативные:

 

Рис. 9 Эпюры моментов и поперечных сил в балке

 

Условие соблюдается.

Расчет колонн.

Рассмотрим расчет сплошной колонны постоянного сечения. Тип и размер сплошных колонн постоянного сечения назначают предварительно.

При высоте колонн L=10-12 м, высоту сечения колонны h принимают 1/15 L.

При высоте колонн L=14-16 м, высоту сечения колонны h принимают 1/18 L.

При высоте колонн L>20 м, высоту сечения колонны h принимают 1/20 L.

В данном случае за высоту колонны принимают расстояние от обреза фундамента до опорного узла балки или фермы.Рекомендации по предварительному назначению типа и размера сечения колонн можно найти в справочниках и учебниках.

Расчет выполняем по указаниям СП 16.13330.2011 "Стальные конструкции".

Подбор сечения колонны.

Рис. 12. Расчетная схема колонны

 

Определяем требуемую площадь сечения, приняв предварительно коэффициент продольного изгиба φ=0,8:

A = N / (φR_yγ_c) = 58000/0,8 х 2395 х 0,95 = 31,86см²

По сортаменту СТО АСЧМ 20-93 "Двутавры горячекатаные с параллельными гранями полок", таблица 1 (см. приложение 2) подбираем двутавр20Ш1. Характеристики двутавра 20Ш1:

Площадь сечения А = 39,01 см².

Радиус инерции i_х = 8,3 см;

Собственный вес (масса 1 м длины) 30,6 кг/м.

При подборе сечения колонн следует учитывать задачи унификации узлов сопряжения колонн и балок, а также удобства монтажа

Расчет.

Задаемся катетом шва k_f = 6 мм.

Определяем расчётное сечение шва:

β_f R_wf = 0,7х2040 = 1428 кг/см²

β_z R_wz = 1,0х1697 = 1697 кг/см²

Поскольку 1428/1697 = 0,84 < 1 (см. п. 14.1.16) расчёт выполняем по металлу шва по формуле:

откуда длина шва l_w равна:

Поскольку нагрузка передается на колонну через 2 шва, требуемая длина одного шва с учетом 1 см на непровар и кратер шва по концам шва:

По конструктивным соображениям, для удобства монтажа и равномерной передачи нагрузки от ребра балки на колонну принимаем опорный столик из стального листа толщиной 20 мм, шириной 90 мм, высотой 60 мм.

 

Расчёт.

При фрезерованном торце колонны плиту обычно принимают квадратной со стороной

То есть минимальная площадь опорной плиты из условия прочности бетона основания А_b,loc= 22,26х22,26 = 495,7 ≈ 500 см².

Из условия расположения сварных швов и фундаментных болтов принимаем размер фундаментной плиты по конструктивным соображениям 40х35 см, площадь плиты А_пл = 40х35 = 1400см².

В нашем случае плита работает как пластина на упругом основании, воспринимающая давление, сконцентрированное на участке, ограниченном контуром стержня (рис. 15).

Рис. 15. К расчёту базы колонны

 

В запас прочности, изгибающий момент в плите по кромке колонны определяется как для консоли по формуле

где σ_ф – напряжение в фундаменте под плитой базы,

А – площадь трапеции (заштрихованная на рис.15);

с =6,7 см – расстояние от центра тяжести трапеции до кромки колонны.

Определяем напряжение в фундаменте:

σ_ф= N/А_пл = 58000/1400 =41,43 кг/см².

Определяем площадь трапеции:

Изгибающий момент в плите по кромке колонны

кгсм

Минимально требуемая толщина опорной плиты

где b­– основание трапеции, примыкающее к колонне (высота сечения колонны).

Принимаем опорную плиту толщиной 3,0 см.

 

 

 

Заключение.

В методических указаниях даны основные теоретические и практические материалы для выполнения расчетно-графической работы по дисциплине "Основы металлических конструкций". Даны примеры расчетов наиболее часто встречающихся отдельных элементов конструкций – балок и колонн.В приложениях к методическим указаниям даны необходимые справочные материалы и пример оформления графической части работы.

В графической части работы следует выполнять узлы конструкций в соответствии с заданием и подобранными в расчетах сечениями балок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Инженерные конструкции. Учебник под редакцией В.В. Ермолова. – М.:"Архитектура-С",2007.

2 Металлические конструкции. Учебник под редакцией Е.И. Беленя,6-е издание.- М.: "Стройиздат", 1986.

3 Металлические конструкции. Учебник под редакцией Ю.И. Кудишина, 11-е издание.- М.: Издательский центр "Академия", 2008.

4 Металлические конструкции. Файбишенко В.К. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: "Стройиздат", 1984.

5 СП 16.13330.2011 Актуализированная редакция "СНиП II-23-81* "Стальные конструкции".

6 СП 53-102-2004 "Общие правила проектирования стальных конструкций".

7 СП 20.13330.2011 Актуализированная редакция "СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия"

8 Справочник проектировщика промышленных и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. В 2-х кн. Кн. 1. Под ред. А.А. Уманского. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1972,

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

к методическим указаниям для выполнения расчётно-графической работы по дисциплине "Основы металлических конструкций"

 

 

Приложение 1.

Схемы состава перекрытий

 

 

Приложение 2.

 

Сортамент СТО АСЧМ 20-93.

Двутаврыгорячекатаные с параллельными гранями полок

Таблица 1.

Нормальные двутавры

Про-филь	Размеры профиля, мм	Площадь сечения, см2	Масса 1 м длины, кг	Справочные величины для осей
h	b	S	t	R	Ix, см4	Wx, см3	Sx, см3	ix, см	Iy, см4	Wy, см3	iy, см
10 Б1			4,1	5,7		10,32	8,1		34,2	19,7	4,07	15,9	5,8	1,24
12 Б1	117,6		3,8	5,1		11,03	8,7		43,8	24,9	4,83	22,4		1,43
12 Б2			4,4	6,3		13,21	10,4			30,4	4,9	27,7	8,7	1,45
14 Б1	137,4		3,8	5,6		13,39	10,5		63,3	35,8	5,7	36,4		1,65
14 Б2			4,7	6,9		16,43	12,9		77,3	44,2	5,74	44,9	12,3	1,65
16 Б1				5,9		16,18	12,7		87,8	49,6	6,53	54,4	13,3	1,83
16 Б2				7,4		20,09	15,8		108,7	61,9	6,58	68,3	16,7	1,84
18 Б1			4,3	6,5		19,58	15,4		120,1	67,7	7,37	81,9		2,05
18 Б2			5,3			223,95	18,8		146,3	83,2	7,42	100,8	22,2	2,05
20 Б1			5,5			27,16	21,3		184,4	104,7	8,24	133,9	26,8	2,22
25 Б1						32,68	25,7		285,3	159,7	10,4	254,8	41,1	2,79
25 Б2						37,66	29,6		324,2	182,9	10,37	293,8		2,79
30 Б1			5,5			40,80			424,1	237,5	12,44	441,9	59,3	3,29
30 Б2			6,5			46,78	36,7		480,6	271,1	12,41	507,4	67,7	3,29
35 Б1						52,68	41,4		641,3	358,1	14,51	791,4		3,88
35 Б2						63,14	49,6		774,8		14,65	984,2	112,5	3,95
40 Б1						72,16	56,6		1011,1		16,66	1446,9	145,4	4,48
40 Б2						84,12			1185,3	663,2	16,79	1736,2	173,6	4,54
45 Б1						84,30	66,2			725,1	18,45	1579,7	158,8	4,33
45 Б2						96,76			1486,8	839,6		1871,3	187,1	4,4
50 Б1			8,8			92,38	72,5		1497,8	853,5	19,97	1581,5	158,9	4,14
50 Б2						1011,27	79,5		1688,4	957,3	20,33	1844,4	185,4	4,27
50 Б3						114,23	89,7			1087,7	20,47	2140,3		4,33
55 Б1			9,5	13,5		113,36			2050,9	1165,1	22,16	2404,5	218,6	4,61
55 Б2				15,5		124,75	97,9		2295,8	1301,6	22,44	2760,3	250,9	4,7