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

КОМПОНОВКА И ВЫБОР СХЕМЫ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ

 

1.1.  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:

q_n =1,05 pa и q =1,05 p g _fp a,

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

  g _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/f n_0.                                                                      (2)

Здесь M = ql ² /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. g _c - коэффициент условий работы [1, табл.6]; в данном расчете g _с =1; f - максимальный прогиб балки от нормативной нагрузки q_n; n ₀ - нормируемое минимальное отношение пролета балки к ее прогибу (табл.П.10).

Из условия прочности (1) определяют требуемый момент сопротивления:

W _тр =M/(c₁R_y g _c).

Имея в виду, что для данной расчетной схемы f =(5/384) q_nl ⁴ /(EI), и приняв по табл.П.10 n ₀, из условия жесткости (2) определяют требуемый момент инерции:

I _тр =(5/384)q_nl³n₀/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 W_x W _тр и I_x I _тр.

 

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 t _н производится из расчета его жесткости, поэтому в качестве материала настила следует принимать наиболее дешевую сталь С235.

По заданной нагрузке p и значению n ₀ для настила (табл.П.10) определяют предельное отношение пролета настила к его толщине:

l _н /t _н =(4n₀/15)(1+72E₁/(n₀⁴p).                         (3)

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

По найденному отношению вычисляют минимально возможную толщину настила t _н.  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 ар а/ 2, определяют требуемую толщину настила из условия жесткости по формуле

t н =a р /(0.27n 0 (1+72E 1 /(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 t н 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 t н*1.05 +1,2 Р) a р    (tн в мм)

Высотой ребра из условия прочности можно задаться по приближенной формуле:

hр = 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 30 t н (рис.5).

Положение главной центральной оси таврового сечения: Z =(30 t н (t н /2)+ h р (h р /2+ t н))/(30 t н + h р).

Момент инерции относительно оси X-X:                                                              Ix =30 t н ^2х(Z - t н /2)^2+ t н h р ^3/12+ t н h р (h р /2+ t н - Z)^2.

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

g н =(а р + h р) t н 7850/а р  (размеры в м).

Нормативное и расчетное значения погонной нагрузки на ребро:

q n =(0.01 g н +Р) a p; q =(0.01 g н 1.05+Р 1.2) a p.

Проверку прочности расчетного сечения ребра производят по формуле σ= M х (h р + t н - Z)/ I x =(q l p ^2/8) (h р + t н - Z)/ I x R y g _c, а проверку жесткости – по формуле a / f =384 E I x /(5 q n a ^3) n о

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 q n=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 сопротивления W тр =М/(c1*Ry*gc)=154,8*100/(1,12*25*1)= 553 см³;

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

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

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<Ry*gc. Двутавр отвечает условиям прочности и жесткости.

Расчетный пролет настила lн=а-bf=752-140=612мм. Требуемая толщина настила

t н = l н /(0.27 n 0 (1+72 E1/(n 0 ^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 =7850 t н + g БН / 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:

q n=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; W тр=387*100/(1,12*24)=1440см³;

I тр=(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 а р=660мм. Тогда требуемая толщина настила будет t н=660/ 0,27*120*(1+72*226*10^8/(120^4*30)))=5,63мм.

Принимаем tн=6мм.

Расчетная нагрузка на ребро q =(0,0785 t н*1.05+Р 1,2) a р 1,01=

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

Высота ребра h р=0,6 =

0,6х =13,3см.

Принимаем h р =140мм.

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

Суммарная нагрузка на погонный метр ребра:

q n =(0.01 g н +Р) a p + 0,01 g р;

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

q =(0.01 g н 1.05+Р 1.2) a p +0,01 g р1,05;

q=(0,01х7850х0,006х1,05+30х1,2)х0,66+0,01х5,65х1,05 = 24,2 кН/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     σ =(0,242(188-20)^2/8))х(14-3,5)/389 =23 кН/кв.см Ry g c;  Проверка жесткости: a / f = 384х 20600х389/(5х0,202х168^3) = 643 n о

Масса щитового настила и балок настила, приходящаяся на 1 кв.м площадки: g =7850 t н+ g р/ а р+ g БН / а =7850х0,006+6,59/0,66+73/1,88=95,91кг/кв.м