Методичка по МК_2011

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металлических конструкций и испытания сооружений

РАБОЧАЯ ПЛОЩАДКА ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

Методические указания к выполнению курсового проекта №1 для студентов специальностей

270102 – промышленное и гражданское строительство,

270114 – проектирование зданий

Санкт-Петербург

-2011-

Составили:

к.т.н., доц. И. А. Мизюмский, старший преподаватель Л. И. Горданов, старший преподаватель Б. С. Лапшин к.т.н. Пяткин П.А.

к.т.н. Астахов И.В.

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры металлических конструкций и испытаний сооружений, протокол №6 от 07

февраля 2011 г.

2

СОДЕРЖАНИЕ
ВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................................		4
1.	Исходные данные. .................................................................................................................	4
2.	Разработка схемы балочной клетки.....................................................................................	5
3.	Сбор нагрузок на 1м2 настила. .............................................................................................	6
4.	Расчет балки настила Б1. ......................................................................................................	7

4.1.Расчетная схема………………………………………………………………….....7

4.2.	Сбор нагрузок. ...........................................................................................................	7
4.3.	Статический расчет. ..................................................................................................	7
4.4.	Выбор материала. ......................................................................................................	8
4.5.	Подбор сечения..........................................................................................................	8
4.6.	Геометрические характеристики сечения. ..............................................................	9
4.7.	Проверка принятого сечения....................................................................................	9
5. Расчет главной балки Б2.....................................................................................................		11
5.1.	Расчетная схема. ......................................................................................................	11
5.2.	Сбор нагрузок. .........................................................................................................	11
5.3.	Статический расчет. ................................................................................................	12
5.4.	Выбор материала. ....................................................................................................	12
5.5.	Подбор основного сечения. ....................................................................................	12

5.6.Назначение размеров измененного сечения. Таблица геометрических

характеристик. .....................................................................................................................		16
5.7. Определение места изменения сечения.................................................................		17
5.8.	Проверки принятых сечений. .................................................................................	18
5.9.	Проверки местной устойчивости. ..........................................................................	19
5.10.	Расчет поясных швов. .........................................................................................	22
5.11.	Расчет опорных ребер. ........................................................................................	23
5.12.	Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах. ....................................	25
5.13.	Подбор сечения с учетом развития пластических деформаций (УИРС). ......	29
6. Конструкция и расчет прикрепления балки настила к главной балке. ..........................		31
7. Расчет колонны К1. .............................................................................................................		32
7.1. Расчетная схема, определение нагрузки, статический расчет. ...........................		32

7.2.Подбор сечения и проверка устойчивости колонны…………………………....34

7.3.	Расчет соединительных планок..............................................................................	35
7.4.	Расчет базы...............................................................................................................	37
7.5.	Расчет оголовка........................................................................................................	40
Список литературы..................................................................................................................		40

3

ВЕДЕНИЕ

Как показывает опыт, студент, впервые приступающий к выполнению проекта по инженерным конструкциям, обладая достаточными знаниями для выполнения работы, не может выполнить /особенно расчетно-пояснительную записку/ так, чтобы работа представляла единую последовательность расчета конструктивных элементов. С этой точки зрения целесообразно для первой расчетно-графической работы по курсу металлических конструкций дать учебное пособие в виде сквозного числового примера, показывающего студенту последовательность расчета отдельных конструктивных элементов. Параллельно с расчетами следует выполнять разработку конструкций отдельных узлов, результаты которой необходимо приводить в пояснительной записке в виде масштабных рисунков с размерами.

После окончания расчетно-пояснительной записки необходимо выполнить чертеж на листе стандартного формата A1. Следует периодически показывать преподавателю результаты работы, особенно по окончании выполнения узловых пунктов:

1. Исходные данные

Для примера примем следующие исходные данные:

шаг колонн в продольном направлении (см. Рис.1)

шаг колонн в продольном направлении (см.Рис.1.)

отметка настила (пола) площадки

минимальная отметка низа балок, допустимая по условиям размещения оборудования под площадкой

нагрузка статическая полезная нормативная

тип балочной клетки

материал несущих металлических конструкций

L1

12,0м , L2

12,0м ;

l1	7,5м , l2		7,5м ;
		dн	7,6м ;
		dб,min	6,0м ;
	g	н		2	;
		пол 1,70 т м

нормальная;

сталь малоуглеродистая

материал настила:

монолитный железобетон

стяжка (пол)

материал фундаментов климатический район

атмосферные и особые нагрузки по п.1.9 [2] коэффициент надежности по назначению

Требуется:

1.Разработать конструктивную схему рабочей площадки;

2.Рассчитать и законструировать следующие наиболее нагруженные элементы:

а) балки настила из прокатных профилей; б) главные балки сварные составные с монтаж-

ным стыком и поясами переменного сечения; в) колонну сквозную из прокатных профилей.

t 10,0см

t 2,5см

Бетон класса В12,5

П5 t расч 30

отсутствуют

n

1,00

Рис.1. Схема осей балочной клетки

4

должна содержать целое число равных

2. Разработка схемы балочной клетки

Исходя из принципа концентрации материала располагаем главные балки (балки, опирающиеся на колонны) в направлении большего пролета.

В реальном проектировании шаг балок настила определяется экономическим расчетом (с учетом стоимости железобетонного настила). В данной работе для сокращения объема, будем принимать волевым порядком шаг балок настила равным 1,5÷2,5м и кратным 0,1 или 0,25м. При этом длина площадки L1 L2

шагов. Для нашего примера принимаем этот шаг "а" равным 2,0м.

На рис.1. показан вариант с опиранием балок настила на главную сверху (этажное сопряжение).

Рис. 1. Схема балочной клетки

5

3. Сбор нагрузок на 1м2 настила

Сбор нагрузок выполнен в таблице 1.

Нагрузка на 1м2 настила

	Нормативная
Нагрузка	нагрузка
	g	н	, т м	2

I. Постоянная

Собственный вес цементной стяжки: толщина - t = 0,025 м; плотность – = 2,2 т/м3

Собственный вес железобетонной плиты: толщина - t = 0,1 м; плотность – = 2,4 т/м3

t	n
0,025 2,20 1,00
0,055
t		n
0,10 2,40 1,00
0,240

Коэффициент

надежности по нагрузке,

f

1,3

1,1

Таблица 1

Расчетная

нагрузка

g g	н			, т м	2
			f

0,071

0,264

Полезная

II. Временная

	g	н
		пол			n
	1,7 1,00 1,70
Итого:		g н		2,00

1,2

2,04

g 2,37

Примечания:

I. Коэффициенты надежности по нагрузке

маются по табл. 1 [2]

II. Коэффициент надежности по назначению исходными данными).

f

(коэффициенты перегрузки) прини-

n	принят равным 1 (в соответствии с

6

4.Расчет балки настила Б1

4.1.Расчетная схема

Расчетная схема балки Б1 с эпюрами внутренних усилий представлена (на Рис. 2).

Рис. 2. Расчетная схема балки Б1 с эпюрами внутренних усилий

					4.2. Сбор нагрузок
Грузовая площадь балки настила Б1 показана на рис. 2. Нагрузка на 1 погонный метр
балки:
а)	нормативная q	н	g	н	a qс.в 2,0 2,0 0,10 4,1т м ,
	где нагрузка от собственного веса 1 погонного метра балки принята ориенти-
	ровочно - qс.в 0,1т/м.п.;
б)	расчетная q g a qс.в f 2,37 2,0 0,10 1,05 4,85т м ,
	где f - коэффициент надежности по нагрузке [2,4]

4.3. Статический расчет

Максимальный расчетный изгибающий момент (в середине пролета)

			q l	2	4,85	7,5	2
M							34,1т м
	max		8		8

Максимальный нормативный изгибающий момент

M н	M			qн	34,1	4,1	34,1 0,845 28,8т м
		max
max				q		4,85

Максимальная расчетная поперечная сила (на опоре)

Q R	q l		4,85 7,5	18,2т
max	2	2

7

4.4.Выбор материала

По таблице 50 [1] для балок перекрытий, работающих при статических нагрузках при отсутствии сварных соединений (группа 3) в условиях климатического района II5 выбираем сталь С245 (ГОСТ 2777288). Ориентировочно принимаем, что толщина полки прокатной балки (двутавра)

t f	11 20мм (см. Рис. 3)
	По таблице 51 [1] для стали С245 при

t	f

Рис. 3.Фрагмент сечения балки

2 30мм расчетное сопротивление по

пределу текучести

R		2450 кг см	2
	y

(стр. 60).

где,

4.5.Подбор сечения

Всоответствии с формулой 39 [1] требуемый момент сопротивления

M

34,1 10

5

тр

max

1270см

3

,

Wx

R

c

2450 1,0 1,095

y

c

1

с

- коэффициент условий работы по таблице 6 [1];

с1 - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций и определяе-
мый по пункту 5.18 [1].
В данном случае в месте действия M max и в непосредственной близости от него
0,5Rs , тогда в соответствии с формулой 42 [1] c1 c , где с определяется по таблице
66 [1] в зависимости от отношения площадей сечений полки (пояса) и стенки		A	f	.
		A
		w
Принимаем ориентировочно Af	Aw 0,75 , тогда с использованием линейной интер-

поляции c1 c 1,095 . Наиболее рационально применять тонкостенные высокие "нор-

мальные" двутавры с параллельными гранями полок по ТУ-14-2-24-72 с буквой "Б" в обозначении (балочные). Во всех случаях критерием для выбора служит минимальная пло-

щадь поперечного сечения при выполнении условия W	x	W тр .
				x
Принимаем I 45Б2 (нормальный) с параллельными гранями полок по ТУ-14-2-24-72
(см. приложение) с моментом сопротивления Wx 1280см			3	тр	1270см	3	.
				Wx

8

4.6. Геометрические характеристики сечения

h

450мм

;

b

180мм

;

t	w

7,6мм

;

t	f

13,3мм

,

A

82,2см	2

,

I	x

28840см	4

,

W		1280см	3	W	тр
	x				x

1270см	3

,

Линейный вес: высота стенки:

65 hw

кгмh

,
2t	f	450 2 13,3 423,4мм

расчетная высота стенки:

h	h	2r 423,4 2 18 387,4мм 38,74мм
ef	w

условная гибкость стенки:

						Ry	51,0	2450		1,74	2,2
		w		w		E		2,1 10	6
	где, w				hef		tw 387,4	0,76 51,0 ,

A	f	t	f

b

1,3318

23,94см	2

,

A		t		t		42,34 0,76 32,18см2	Рис. 4.Сечение балки Б1
w			w		w
A	f	A		23,94 32,18 0,744
		w

4.7. Проверка принятого сечения

а) По прочности (I группа предельных состояний) - по пункту 5.18 [1].

В пролете: условное нормальное напряжение при упругой работе балки с (см. рис. 6а)

W	c W	x
ey	1

			M				34,110		5
				max						2440 кг см	2	R				2450 кг см	2
													y		c
			c W				1,0915 1280
					x
			1
Недонапряжение:		2450 2440						100%		0,4% .
				2450
Здесь c1	c можно определять с помощью линейной интерполяции по табл. 66
более точно по формуле 6 [5].

[1] или

c1	c 1	1 2			1		0,96	1,095	,
			Af				12 0,744
		2 12		2
				Aw

где 2 d h 0,2 - минимальная относительная высота упругой зоны (рис. 6б), соот-

ветствующая максимальной остаточной деформации r		3 R	y		, допускаемой [1].
				E

Рис. 5. Эпюры напряжений в сечении балки Б1

9

Примечания:

1.Разница между фактическим весом 1м балки (75 кг) и его значением, принятым предварительно (100 кг) составляет всего 0,5% от полной нагрузки q на

балку

	100 75	100%
	4850

0,5%

, поэтому уточнения величины q не производим.

2.

3.

Если недонапряжение составляет более 5% с меньшей площадью сечения.

Если недонапряжение больше величины c1

следует проверить номер двутавра

1 100%

, балка работает в упру-

4.

гой стадии ф 1, и	M	W	.
			x
В нашем случае недонапряжение меньше величины c1 1

следовательно, балка будет работать в упругопластической ческая величина относительной высоты упругого ядра ф

100% 9,15% ,

стадии, и факти- 1 (рис. 6в). Значе-

ние

	ф

можно найти по формуле 6[5]:

A

f

1 с

1 2 12

1 1,0870 1 2 12 0,744

0,0491 0,222

ф

A

1,ф

w

, где фактический коэффициент учета упругопластических деформаций

с

с

1,0915

2440

1,087

1,ф

1

R

2450

y

c

На опоре при этажном сопряжении:

Q

18,2 10

3

max

556 кг см

2

R

1420 кг см

2

A

32,18

y

c

w

при сопряжении в одном уровне:

Здесь:

	с	1

Q

18,2 10

3

max

707 кг см

2

R

1420 кг см

2

0,8 A

0,8 32,18

y

c

w

(табл. 6 [1]),

R	0,58 R	y
s

0,58 2450 1420 кг см	2

,

0,8 – коэффициент, учитывающий ослабление болтами при сопряжении балок настила и главной балки в одном уровне.

б)

Так как

	w

1,74

2,2

, местную устойчивость стенки можно не проверять.

в) Общая устойчивость (I группа предельных состояний) обеспечена настилом (при наличии соответствующих конструктивных элементов, связывающих настил с балкой). г) По деформативности при нормальных условиях эксплуатации (II группа предельных состояний):

					f			M maxн	l			28,8 105		750		1		f				1	,
					l		10 E I x				10 2,1 10		6	28840		280						250
																		l
где		f		определяется по таблице 40[1].
	l

10