По выполнению домашней контрольной работы

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «Бобруйский государственный аграрно-экономический колледж»

 

 

Методические указания

 

По выполнению домашней контрольной работы

Для учащихся заочного отделения по специальности «Промышленное и гражданское строительство»

по дисциплине: «Строительные конструкции»

 

Бобруйск

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

 

Учебной программой предусмотрено выполнение двух контрольных работ. Работы следует выполнять только после изучения соответст­вующих тем в учебной литературе. Вариант контрольной работы ука­зывает преподаватель.

Первая контрольная работа выполняется по разделам:

- металлические конструкции;

- деревянные конструкции.

Вторая контрольная работа выполняется по разделам:

- каменные и армокаменные конструкции;

- основания и фундаменты.

Контрольная работа состоит из двух заданий.

1. Ответы на теоретические вопросы разделов дисциплины.

Для этого учащийся отвечает письменно на один вопрос в разделе (по варианту списка) в части 1, кроме раздела 1. Введение.

2. Решение задач по вариантам, данным после соответствующего примера в части 2.

Часть 1. Методические рекомендации по изучению разделов и тем учебной дисциплины

Раздел 1. Введение

Содержание дисциплины «Строительные конструкции».Строительные конструкции и требования, предъявляемые к ним.Унификация и стандартизация. Основные принципы конструирования конструкций различных материалов. Задачи расчета СК. Предельные состояния строительных конструкций и оснований. Классификация, характеристика нагрузок и их сочетания. Коэффициенты, учитываемые при расчетах СК. Нормативные и расчетные сопротивления материалов. Структура расчетных формул.

 

Вопросы для самоконтроля:

1.Что изучает дисциплина «Строительные конструкции».

2.Что такое предельное состояние.

3.Что относится к первой группе предельных состояний?

4.Что относится ко второй группе предельных состояний?

5. Виды нагрузок. Что относится к постоянной, временной нагрузкам.

6. Коэффициенты.

7.Сочетания нагрузок.

Раздел 2. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Тема 2.1. Общие сведения о металлических конструкциях. Материалы для МК

Преимущества и недостатки металлических конструкций. Строительные стали, их состав и классификация. Спокойные, полуспокойные, кипящие стали. Стали повышенной и высокой прочности. Группы прочности. Понятие о маркировке сталей. Механические и физические свойства металлов. Сортамент листовой и профильной стали.

Тема 2.2. Расчет элементов металлических конструкций

Нормативные и расчетные сопротивления прокатной стали. Условия расчета МК по первой и второй группе предельных состояний. Расчет растянутых элементов МК. Расчет сжатых элементов МК. Четыре вида напряжений, возникающих при изгибе. Расчет изгибаемых элементов. Общая и местная устойчивость.

 

Тема 2.3. Расчет и конструирование соединений элементов металлических конструкций

Виды соединений, достоинства и недостатки.Типы сварных швов. Расчетные сопротивления сварных швов. Расчет стыковых прямых швов. Расчет стыковых косых швов. Виды болтов и заклепок. Расчет болтов и заклепок. Конструирование болтовых и заклепочных соединений.

 

Тема 2.4. Балки и балочные площадки

Виды, классификация балок. Что входит в балочную клетку. Виды сопряжения балок по высоте, стыки балок. Расчет прокатной балки. Расчет составных балок. Виды ребер жесткости.

 

Тема 2.5. Фермы

Классификация ферм. Основные элементы ферм. Расчетные нагрузки и расчетные характеристики узла фермы. Распределение усилий в элементах балочных разрезных ферм. Расчет ферм. Расчет и конструирование узла фермы.

 

Тема 2.6. Колонны

Классификация колонн. Элементы колонны. Особенности расчета центрально-сжатых колонн сплошного сечения. Особенности расчета центрально-сжатых колонн сквозного сечения. Расчет и конструирование стержня колонны. Расчет и конструирование базы колонны. Конструирование оголовков колонны и сопряжения балок с оголовком.

 

Вопросы для контрольной работы:

1. Преимущества и недостатки металлических конструкций. Коррозия металлических конструкций, защитные мероприятия.

2. Состав и классификация металлов и конструкций из них.

3. Механические свойства металлов, сортамент.

4. Общие положения расчета элементов и соединений металлических конструкций.

5. Расчет центрально растянутых элементов.

6. Расчет центрально сжатых элементов. Элементы, подверженные действию осевой силы с изгибом.

7. Расчет изгибаемых элементов.

8. Виды соединений элементов металлических конструкций.

9. Сварные соединения. Общие сведения, преимущества и недостатки, виды сварных швов.

10. Расчетные сопротивления сварных швов. Расчет стыковых и угловых швов.

11. Болтовые и заклепочные соединения.

12. Общие сведения о балках и балочных клетках. Генеральные размеры балок.

13. Расчет прокатных балок.

14. Расчет составных сварных балок.

15. Стыки и сопряжения балок.

16. Новые типы балок.

17. Типы колонн и их классификация.

18. Расчет центрально сжатых сплошных колонн.

19. Базы и сопряжения колонн с балками.

20. Общие сведения о фермах.

21. Устойчивость ферм, связи.

22. Расчет фермы. Расчетная схема и нагрузки.

23. Расчетная длина стержней фермы, сечения элементов фермы.

24. Подбор сечений элементов фермы.

25. Типовые фермы сельскохозяйственных зданий.

Часть 2.

Методические рекомендации по решению практических задач разделов и тем учебной дисциплины

Задача 1.

Решение

Расчет стержня колонны.

1.1. Из сортамента выписываем размеры двутавра 40К5:

h=410,5 мм; b=407,7 мм; А=262 см²

i_min=10,3 cм; i_f=25мм; t_w=15,5 мм.

1.2. Расчетные сопротивления:

Для стали ВСТ3пс6 R_y = 225МПа=22,5 кН/см²

Для бетона С16/20 fcd=16/ j_c =16/1,5=10,667 МПа=1,07 кН/см²

1.3. Определяем фактическую гибкость:

λ = = = 67,96 ≤ λ_сч = 120

1.4. Определяем коэффициент продольного изгиба φ методом интерполяции:

φ = 0,805 – * 7,96 = 0,765

1.5. Находим максимальную нагрузку (из формулы 2.1. для расчета сжатых элементов на прочность):

N = (R_y * j_c/ j_n)* φ *A = * 0,764 * 262 = 4740 кН

 

2. Расчет базы колонны.

2.1. Определяем площадь опорной плиты:

= = = 4442,4 см²

2.2. Предварительно назначаем размеры базы, исходя из размеров сечения колонны:

 

h=410,5 мм; b=407,7 мм.

Принимаем h_op≈b_op= = 66,6 см ≈ 67 см, находим коэффициент соотношений сторон двутавра k = = =1,01; Аор=4442,4см².

2.3. Определяем окончательные размеры опорной плиты:

b_op= = = 66 см

2.4. Определяем реактивный отпор фундамента:

q = = =1,07 ≤ fcd=1,07 кН/см²

Принимаем базу из толстой стальной плиты с передачей всех усилий через сварные швы. Плиту рассчитываем по максимальному моменту на консольном участке и участке, опертом на 3 стороны (см. рис. 1.1.) расчет производим для ширины 1 см.

2.4.1. Момент в консоли:

M₁ = = = 90,07 кН*см,

Где а₁ =(670-410,5)/2=129,7 мм–консольный участок.

2.4.2. Моменты на участке, опертом на 3 стороны при соотношении

= =0,9; β= 0,107<0,5; находится по формуле:

M₂ = = = 555,6 кН*см.

5. Требуемую толщину плиты определяем по максимальному изгибающему моменту:

t = = = 11,1 см ≈ 12 см, где j_c=1,2 для фундаментных плит.

 

Принимаем плиту толщиной 120 мм.

 

1. Расчет сварных швов.

Определяем необходимую толщину сварного углового шва (β_f=0,7; j_wf=l для сварки вручную), для приварки стержня колонны по периметру к плите базы. Принимаем, что вся продольная сила N передастся через сварные швы.

1. Длина сварных швов:

l = 2*40,47+2*36,05+2*(40,47– 1,55) = 230,88 см.

2. Расчетная длина сварных швов с учетом непровара

l_w = l – 1см = 230,88 – 1 = 229,88 см.

3. Для электродов марки Э42 R_wt =180 МПа необходимая высота шва:

k_f = N/(β_f*R_wf*l_w*j_wf*j_c) = 4740/(0,7*18*229,88*1*1)=1,64 см = 16,4 мм,

По конструктивным требованиям принимаем k_f=17 мм, т.к. при наименьшей толщине соединяемых элементов t_w=15,5 мм, она должка быть не более 1,2t=1,2*15,5=18,6 мм.

 

Таблица 1.

Номер варианта	Н, м	Номер профиля	Марка стали	Марка бетона		Номер варианта	Н,м	Номер профиля	Марка стали	Марка бетона
	3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 7,6	20Ш1 23Ш1 26Ш1 30Ш1 35Ш1 40Ш1 50Ш1 60Ш1 70Ш1 70Ш1 40к1 40к3	ВСТ3пс2     ВСТ3кп2     ВСТ3сп5     09Г2с	С20/25     С16/20     С12/15     С25/30			6,6 6,4 6,2 5,8 5,6 5,4 5,2 4,8 4,6	40к5 40к6 40к8 35к2 30к2 30к1 26к2 26к1 23к2 23к1 20к2 20к1	ВСТ3сп5     ВСТ3кп2     09Т2с     ВСТ3пс6	С30/37     С12/15     С16/20     С20/25

Задача 2.

 

Пример решения

Определить несущую способность и подобрать необходимое армирование центрально загруженного кирпичного столба сечением 51x51 см, кирпич керамический пластического прессования марки M150, раствор цементный марки М75. Расчетная высота столба = Н = 5,4 м.Расчетная продольная сила N = 500 кН.

Решение:

1. Определение расчетных характеристик. Площадь сечения столба

А = 0,51*0,51 = 0,26 м² < 0,3 м² γ_с = 0,8;

2.По условиям твердения раствора γ_с = 0,85 (раствор жесткий)

3. Расчетное сопротивление каменной кладки R = R* γ_с * γ_с =2,0*0,8*0,85 = 1,36 МПа= 1360 кН/м² (по СНиП или таблице 4.1);

4. Так как меньший размер сечения = 51 см > 30 см mg = 1,0;

5.По СНиП или таблице 4.2.находим упругую характеристику кладки α = 1000;

Гибкость столба λ_h^пр= l_o/h = 540/51 = 10,6; где l_о =Н

По СНиП или таблице 4.3. коэффициент продольного изгиба φ = 0,868.

6. Определение несущей способности неармированного столба

N_сеч = mg φ R А = 1,0*0,868*1360*0,26 = 307 кН.

N = 500 кН > N_сеч с = 307 кН требуется усиление армированием.

7. Определяем недостаток несущей способности.

z = N / N_сеч = 500/307 = 1,63.

8. Требуемое расчетное сопротивление армированной кладки

R_sk = R*z =1,36*1,63 = 2,2 мПа.

9. Определяем необходимый процент армирования.

Для армирования принимаем прямоугольные сетки из проволоки класса S-500 диаметром 4 мм Из СНиП выписываем fyd=210 МПа; fyк =330 МПа. Площадь сечения A_s = 0,126 см².

10.μ^тр = 100% = 100 = 0,20%>0,1%.

11. Определение шага сеток и размера ячейки.

Предварительно принимаем шаг сеток s =15 см (через 2 ряда кладки), тогда требуемый размер ячейки составит

С^тр = 100 = 100 = 8,4 см.

Принимаем ячейку сетки размером с = 6 см (на 2-3 см меньше)

12. Уточняем процент армирования при принятых параметрах

μ = 100 = 100 = 0,28% > μ^тр = 0,25%

13. Проверка несущей способности армированного столба.

R_sk = = = 2,51 мПа < 2R = 2*1,36 = 2,72 мПа

Для расчета принимаем R_sku = 2R + = 2*1,36 + = 4,57 мПа

R_u = kR =2*1,36 = 2,72;

14. Упругая характеристика армированной кладки αsk = α =1000 =595

λ_h^пр= √ = √ = 13,7;

 

15. Коэффициент продольного изгиба для армированной кладки φ = 0,796 (СНиП или таблица 4.3)

N_сеч = mg φ R_sk А = 1*0,796*2720*0,26 = 519 кН

N_сеч = 519 кН>N = 500 кН, при принятом армировании прочность столба обеспечена.

Ответ: Принято армирование сетками из диам. 4 мм класс S-500, размер ячейки 6 см, шаг сеток 15 см (через два ряда кладки). Несущая способность сечения N_сеч = 519 кН

Таблица 4.1. Расчетное сопротивление R сжатию кладки из кирпича всех видов и керамических, и силикатных камней с вертикальными пустотами шириной до 12 мм при высоте ряда кладки 50-150 мм на тяжелых растворах.

Марка кирпича или камня	Расчетные сопротивления R, МПа
при марке раствора
	3,9 3,6 3,2 2,6 – – – –	3,6 3,3 3,0 2,4 2,2 2,0 – –	3,3 3,0 2,7 2,2 2,0 1,8 1,5 –	3,0 2,8 2,5 2,0 1,9 1,7 1,4 1,1	2,8 2,5 2,2 1,8 1,7 1,5 1,3 1,0	2,5 2,2 1,8 1,5 1,4 1,3 1,1 0,9	2,2 1,9 1,6 1,3 1,2 1,1 0,9 0,7

 

Таблица 4.2. Упругая характеристика кладки α.

Вид кладки	Упругая характеристика кладки при марках раствора
25–200
Из керамических камней   Из керамического кирпича пластического прессования полнотелого, из пустотелых силикатных камней   Из кирпича силикатного полнотелого и пустотелого   Из керамического кирпича полусухого прессования полнотелого и пустотелого

 

 

Таблица 4.3. Коэффициент продольного изгиба φ при α = 1000.

λhпр	Коэффициент продольного изгиба		λhпр	Коэффициент продольного изгиба
	1,000 0,980 0,960 0,940 0,920 0,900 0,880 0,860 0,840 0,810 0,790 0,770 0,740 0,720 0,700 0,675 0,650			0,630 0,610 0,585 0,560 0,540 0,520 0,505 0,490 0,470 0,450 0,435 0,420 0,400 0,380 0,365 0,350 0,330

 

Задача 4.

Методические указания.

Осадка фундамента определяется по формуле:

S = β (7.5);

где β – безразмерный коэффициент, равный 0,8; σ_zpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i – том слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; hi и Е – соответственно толщина и модуль деформации 1-го слоя грунта; n – число слоев (участков), на которое разбита сжимаемая толща основания. Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине z=H_с, где выполняется условие: σ_zp = 0,2σ_zg, где σ_zg – вертикальное напряжение от собственного веса грунта.

Пример решения:

Данные:

Заданная нагрузка N=2000 кН; глубина заложения фундаментаd_f = 1,8 м; размеры подошвы l хв = 2,2х2,2 м.

Грунты основания имеют следующие данные: осредненный удельный вес грунта γ_II = 20 кН/м³; модуль деформации Е = 28 МПа = 28000 кН/м².

Решение:

1. Площадь подошвы фундамента: А = 2,2*2,2 = 4,84 м².

2. Среднее давление под подошвой: p =

3. Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы:

σ_zog = γ_II*d_f = 20*1,8 = 36 кН/м³, где γ_II = γ_II = 20 кН/м³

4. Дополнительное вертикальное давление на основание:

p₀ = p – σ_zog = 413 – 36 = 377 кН/м²

5. Принимаем толщину грунта равной:

h_i = 0,2*в = 0,2*2,2 = 0,44 м. Значит z_i будут равны:

0,44; 0,88 и т.д., а g = 27/в →0,4; 0,8; 1,2 и т.д.

Вычисляем осадки слоев, вычисления приведены в табл. 5.3.

На глубине z = 5,28 м ниже подошвы фундамента соблюдается условие:

σ_zp = 29 = 0,2 σ_zg = 29 кН/м²

Суммируя осадки слоев до глубины z = 5,28 м, получим полную осадку фундамента:

S = β

Полученное значение осадки меньше S₄ = 8 см, следовательно, принятые размеры фундамента и глубина его заложения отвечают требованиям расчета основания по деформациям.

 

Таблица 5.1. Исходные данные к задаче

Номер варианта	N, кН	l*b, м	df, м	vII, кН/м3	Е, МПа
		2*2	1,8
		2,2*2	1,8
		2,4*2	1,8
		2,6*2	1,8
		2,8*2	1,8
		3,0*2	1,9
		2,2*2,2	1,9
		2,4*2,2	1,9
		2,6*2,2	1,9
		2,8*2,2	1,9
		3*2,2
		3,2*2,2
		2,4*2,4
		2,6*2,4
		2,8*2,4
		3*2,4	2,1
		3,2*2,4	2,1
		3,4*2,4	2,1
		2,6*2,6	2,1
		2,8*2,6	2,1
		3*2,6	2,2
		3,2*2,6	2,2
		3,4*2,6	2,2
		2,8*2,8	2,2
		3*2,8	2,3
		3,2*2,8	2,8
		3,4*2,8	2,3
		3*3	2,3
		3,4*3	2,3

 

 

Таблица 5.2. Коэффициент α

	Коэффициент α для фундаментов
круглых	прямоугольных с соотношением сторон η=l/b равным	ленточных при η≥10
	1,4	1,8	2,4	3,2
0,0	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
0,4	0,949	0,960	0,972	0,975	0,976	0,977	0,977	0,977
0,8	0,756	0,800	0,848	0,866	0,875	0,879	0,881	0,881
1,2	0,547	0,606	0,682	0,717	0,740	0,749	0,754	0,755
1,6	0,390	0,449	0,532	0,578	0,612	0,630	0,639	0,642
2,0	0,285	0,336	0,414	0,463	0,505	0,529	0,545	0,550
2,4	0,214	0,257	0,325	0,374	0,419	0,449	0,470	0,477
2,8	0,165	0,201	0,260	0,304	0,350	0,383	0,410	0,420
3,2	0,130	0,160	0,210	0,251	0,294	0,329	0,360	0,374
3,6	0,106	0,130	0,173	0,209	0,250	0,285	0,320	0,337
4,0	0,087	0,108	0,145	0,176	0,214	0,248	0,285	0,306
4,4	0,073	0,091	0,122	0,150	0,185	0,218	0,256	0,280
4,8	0,067	0,077	0,105	0,130	0,161	0,192	0,230	0,258
5,2	0,053	0,066	0,091	0,112	0,141	0,170	0,208	0,239
5,6	0,046	0,058	0,079	0,099	0,124	0,152	0,189	0,223
6,0	0,040	0,051	0,070	0,087	0,110	0,136	0,172	0,208
6,4	0,036	0,045	0,062	0,077	0,098	0,122	0,158	0,196
6,8	0,032	0,040	0,055	0,069	0,088	0,110	0,144	0,184
7,2	0,028	0,036	0,049	0,062	0,080	0,100	0,133	0,175
8,6	0,024	0,032	0,044	0,056	0,072	0,091	0,123	0,166
8,0	0,022	0,029	0,040	0,051	0,066	0,084	0,113	0,158
8,4	0,021	0,026	0,037	0,046	0,060	0,077	0,105	0,150
8,8	0,019	0,024	0,036	0,042	0,055	0,070	0,098	0,144
9,2	0,018	0,022	0,031	0,039	0,051	0,065	0,091	0,137
9,6	0,016	0,020	0,028	0,036	0,047	0,060	0,085	0,132
	0,015	0,019	0,026	0,033	0,044	0,056	0,079	0,126
	0,011	0,017	0,023	0,029	0,040	0,050	0,071	0,114
	0,009	0,015	0,020	0,026	0,034	0,044	0,060	0,104
Примечания: 1. Буквой b обозначается ширина или диаметр фундамента, l – длина фундамента. 2. Для фундаментов, имеющих подошву в форме правильного многоугольника с площадью А значения α принимается как для круглых фундаментов радиусом 3. Для промежуточных значений L и η коэффициент α определяется интерполяцией.

 

 

Таблица 5.3. Расчет осадки фундамента к задаче 4.

z, м		α	σzp=αp0, кН/м2		hi, м	Еi, кН/м2			0,2σzg, кН/м2
					0,44		0,0058
0,44	0,4	0,96			0,44		0,0052
0,88	0,8	0,8			0,44		0,0042
1,32	1,2	0,606			0,44		0,0031
1,70	1,6	0,419			0,44		0,0023
2,29		0,336			0,44		0,0018
2,64	2,4	0,257			0,44		0,0013
3,08	2,8	0,201			0,44		0,0011
3,52	3,2	0,16			0,44		0,0008
3,96	3,6	0,13			0,44		0,0007
4,4		0,108			0,44		0,0006
5,28	4,8	0,077			0,44		0,0005
5,72	5,2	0,066			0,44		0,0004

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «Бобруйский государственный аграрно-экономический колледж»

 

 

Методические указания

 

по выполнению домашней контрольной работы