Рабочая площадка производственного здания

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ЗАПОРОЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ

АКАДЕМИЯ 
 

Кафедра городского строительства и хозяйства 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 
 

на тему:

 

"Рабочая  площадка производственного  здания"

по курсу: "Металлические конструкции" 
 
 

Группа         ГСХ-08 очная 
 

Выполнил:        Репетун П.И. 

Проверил:        к.т.н., доцент

     Шкода В.В. 
 

Запорожье,

2010г.

 

ЗАПОРІЗЬКА  ДЕРЖАВНА ІНЖЕНЕРНА АКАДЕМІЯ

ФАКУЛЬТЕТ ПІСЛЯДИПЛОМНОЇ ОСВІТИ

КАФЕДРА МІСЬКОГО БУДІВНИЦТВА І ГОСПОДАРСТВА 
 
 
 

ЗАВДАННЯ    №  15 

НА  РОЗРАХУНКОВУ РОБОТУ ПО ДИСЦИПЛІНІ:

«МЕТАЛЕВІ КОНСТРУКЦІЇ» 

ЗАПРОЕКТУВАТИ СТАЛЕВІ КОНСТРУКЦІЇ БАЛОЧНОЇ КЛПТКИ ТА КОЛОНИ РОБОЧОГО МАЙДАНЧИКА ВИРОБНИЧОЇ БУДІВЛІ ПРИ НАСТУПНИХ ДАНИХ:

1. РОЗМІРИ  МАЙДАНЧИКА  ЗА  ПЛАНОМ – 13,0 х 12,8 м;
2. КРОК  КОЛОН  В  ПОВЗДОЖНЬОМУ  НАПРЯМКУ – 6,5 м;
3. КРОК  КОЛОН  В  ПОПЕРЕЧНОМУ  НАПРЯМКУ – 6,4 м;
4. ВІДМІТКА  ВЕРХА  МАЙДАНЧИКА – 5,9 м;
5. КОНСТРУКТИВНА  ВИСОТА  ПЕРЕКРИТТЯ – 0,8 м;
6. КОРИСНЕ  НАВАНТАЖЕННЯ  НА  МАЙДАНЧИК – 12 кН/м²;
7. МАТЕРІАЛ  КОНСТРУКЦІЙ – СТАЛЬ МАРКИ     Вст3сп5-2;
8. КОЛОНИ – НАСКРІЗНОГО  ПЕРЕРІЗУ  ІЗ  ДВУТАВРІВ;

9. МОНТАЖНІ  ЗЄДНАННЯ – НА  ВИСОКОМІЦНИХ  БОЛТАХ;

10. УМОВИ  ВИГОТОВЛЕННЯ  КОНСТРУКЦІЙ – ЗАВОДСЬКІ;
11. ДОСТАВКА  КОНСТРУКЦІЙ – АВТОТРАНСПОРТОМ;
12. МАТЕРІАЛ  ФУНДАМЕНТІВ – БЕТОН  КЛАСУ  В 20

 

 

Выбор рациональной схемы балочной клетки.

 

При выборе оптимального варианта рассматриваем  одну ячейку рабочей площадки. Рассматриваем  одно конструктивное решение по нормальной схеме балочной клетки и одно конструктивное решение по усложненной схеме  балочной клетки:

 

1. Выбираем схему балочной  клетки нормального типа 

 

L = 6,5 м

В = 6,4 м

L₁ = 1,3 м

    l₁=1,30 м ;  = = 5 шт.

Для измерения  необходимой  толщины настила  воспользуемся уравнением:

           kH/м²

;

где, n₀ = 150

    q₀ⁿ – 12 кН/м² – 12 х 10^-4 кН/см² (нормативная нагрузка)

    Е – 2,06 х10⁴ кН/см² – модуль деформации стали

    γ– коэффициент Пуассона для стали – 0,3

Принимаем t = 9 мм

Находим горизонтальную опорную реакцию Н

Где, [f/l] = 1/150 – относительный прогиб настила

g_f= 1,2 коэффициент надежности по нагрузке

Определяем требуемые  катеты швов.

Принимаем тип  электрода Э-42,  из таблицы 6 находим, что R_wf = 1,80 кН/см²

Кроме этого по таблице 7 находим значение коэффициентов В_f = 0,7 и B_z=1,0, а также по таблице 1 находим γ_n = 0,95

 = 1,1 – коэффициент работы конструкции

R_wz = 0,45 x R_un = 0,45 x 36 = 16,2

- минимальный катет углового шва – 0,6 см

Расчетное сопротивление  проката для стали Вст3сп5-2 = 270 Мпа = 27 кН/см²

Определяем нормативную и расчетную нагрузки на балку:

где, q_n – нормативная нагрузка от массы настила

- коэф. надежности по нагрузкам  равные 1,2 и 1,05

Определяем M_max и Q_max

Вычисляем момент сопротивления сечения

Ближайший двутавр по сортаменту, момент сопротивления которого не меньше расчетного, № 24 с W_х=289 см³

Проверяем прочность  по нормальным напряжениям

С_x – уточненный коэф. учитывающий пластическую работу материала в зависимости от отношения площади полочки А_f к площади стенки A_w

 

32,6 > 31,2 – неравенство не соблюдается поэтому увеличиваем номер профиля, принимая профиль № 27 с W_х = 371 см³ и выполняем повторный расчет при котором неравенство соблюдается т.е.

Проверка прочности  по касательным напряжениям:

,

где S_x – 210 см³  - статический момент полусечения;

J_x – 5010 см⁴ – момент инерции;

t_w – 6 мм – толщина стенки профиля;

R_s = 0,58 R_y  - расчетное сопротивление стали срезу;

5,03 < 18,13 – неравенство соблюдается.

Проверка на жесткость балки:

- неравенство не соблюдается

Принимаем следующее сечение двутавра следующего по сортаменту – № 30 с J_x =7080 см⁴

- неравенство не соблюдается

Принимаем следующее сечение двутавра следующего по сортаменту – № 33 с J_x =9840 см⁴

- неравенство соблюдается

Расход  стали на одну ячейку при нормальном типе балочной клетки находим по формуле

, где

m – вес 1 м² настила при толщине t = 9 мм равен 70,65 кг;

L = 6,5 м;

B = 6,4 м;

m₁ – вес 1 м балки настила при принятом двутавре № 33 равный 42,2 кг.;

n₁ – количество балок настила 5 шт.

Подставляя значения в формулу получим

Вес 1 м² ячейки:  

 

2. Выбираем схему балочной  клетки усложненного  типа.

 

  t=9мм

 

Расчет  балок  настила 

 

Рассчитываем  нормативную и расчетную равномерно распределенную нагрузку

где,

Находим M_max и Q_max

Вычисляем требуемый  момент сопротивления сечения

Принимаем двутавр №14: W_x=81,7 см³; J_x=572 см⁴; S_x=46,8 см³; h=1,6 см; b=7,3 см; m=13,7кг/м.

Выполняем проверки:

 см²

5,341 см²

 находим С_х=1,07

Проверка прочности  по нормальным напряжениям:

          =23,427 kH/см²<27*1,1=29.7 kH/см²

Проверка прочности  по касательным напряжениям:

  =5,25<0,58 0,58x27x1,1=17,226 kH/см²

Проверка жесткости:

= =0,0038

Предельный прогиб установленный СНиП

< Условие выполняется 

Расчет  вспомогательных  балок

q_бн – нормативная нагрузка от собственного веса балки

Определяем M_max и Q_max

Вычисляем момент сопротивления сечения

Ближайший номер  профиля  по сортаменту двутавр №50 с W_х=1598 см³  

Проверяем прочность  и жесткость принятого сечения

- неравенство  соблюдается

Проверка прочности  по касательным напряжениям:

где S_x – 919 см³  - статический момент полусечения

       J_x – 39727 см⁴ – момент инерции

       t_w – 10 мм – толщина стенки профиля

       R_s  = 0,58 R_y  - расчетное сопротивление стали срезу

 – неравенство соблюдается

Проверка на жесткость балки:

 – неравенство соблюдается

Расход  стали на одну ячейку при усложненном  типе балочной клетки находим по формуле:

Вес 1 м² ячейки:  

Сравнение вариантов

 

 

Часть 2.  Расчет главной  балки

α– коэффициент влияния собственного веса главной балки, принимается равным 1,02 ÷ 1,04

Принимаем двутавр - № 55 h=55см; b=18,0 см; d=1,1 см; t=1,65 см; R=1,8 см; А=118 см² ; W_x=2035см³; S_x=1181см³; I_x=55962 см⁴;

Выполняем проверки:

 см²

  52,91см²

 находим С_х=1,12

Проверка прочности  по нормальным напряжениям:

          = 23,64kH/см²<27*1,1=29,7 kH/см²

Проверка прочности  по касательным напряжениям:

  =6,36<0,58 0,58x27x1,1=17,226 kH/см²

Проверка жесткости:

= =0,00036

Предельный прогиб установленный СНиП

< Условие выполняется

H_б+h_бн+h_н<h_стр  55+33+0,9=88,9см>80 см условие не выполняется

Следовательно, сопряжение балок будет в одном уровне

Определяем толщину  стенки из условия среза:

R_s=0,58R_y=0,58x27=15,66 kH/cм²-расчетное сопротивление среза.

t_ω=

Для обеспечения местной устойчивости стенки без укрепления ее продольным ребром жесткости должно соблюдаться соотношение:

0,32cм

соблюдается

 

Расчет опорного ребра балки 

Размеры опорных  ребер определяем из условия их прочности  при работе на смятие:

Требуемая площадь  ребра:

, где 

 см²

36 kH/см² 
Ширину ребра назначаем в пределах ширины поясов балки в измененном сечении:

18 см

Определяем толщину  ребра

= см

Принимаем толщину  ребра  =16 мм

Проверяем местную устойчивость ребра:

  13,9 Условие выполняется

Местная устойчивость ребра обеспечена.

Проверяем устойчивость опорного участка балки:

 где 

см⁴

= 78,15см²

см

=

Определяем коэффициент  продольного изгиба по прил.5: 0,987

4,3 kH/см²<27x1,1=29,7 kH/см²

Устойчивость  опорного участка балки обеспечена.

Расчет сварных  швов, прикрепляющих опорное ребро к стенке балки:

Катет сварных  угловых швов назначаем из условия  прочности:

1. по металлу  шва.

, где  =18 kH/см² по таблице 3.3

=0,9 по таблице 3.4

Длина одного шва- =550-2x60-10=420

Количество швов 2

0,02см

2. по металлу  зоны сплавления:

 где =0,45х36=16,2 kH/см² по таблице 3.3

=1,05 по таблице 3.4

0,02см

По таблице 3.5 определяем минимальный катет шва:k=6мм.

Принимаем катет  поясных швов: k=6мм.

 

Расчет  сопряжения балок  настила с главной  балкой

 

Задаемся количеством  болтов-2 шт

Находим диаметр болтов из условий работы на срез и на смятие:

1. Из условия работы на срез:

 

n-количество болтов

n_s-количество срезов болтов

R_bs=19 kH/см²-расчетное сопротивление срезу по табл. 3.10

см

2. Из условия работы на смятие:

                

R_bp=37kH/см²-расчетное сопротивление смятию, табл. 3.10

1,43см

Принимаем: 2 болта  диаметром 16 мм.

Проверяем ребра  на срез с учетом ослабления сечения  отверстиями:

, где А_n=0,6см (16,5см -1,9смх2)=7,62см²-площадь сечения нетто.

8,26kH/см2<0,58х27х1,1=17,226 kH/см2

Прочность на срез обеспечена.

 

Расчет  монтажного стыка  балки

 

   Q=0

Находим момент инерции стенки балки:

м

Усилие в болтах возникающее от действия момента

/cм²

при Q=0 - N_ef=N_bmax =539,01 кН/cм²

Находим площадь  сечения болта

R_bun - наименьшее временное сопротивление болта разрыву = 1100 мПа

- коэф. условий работы в зависимости  от кол-ва болтов(8)

- 0,25 - коэф. трения

= 1,50 - коэф. надежности

Принимаем болт d=20 мм с A_bn = 2,45 см²

Выполняем расчет стыка полочек

  n=14шт 

Необходимая площадь  и толщина накладок

 

 

Расчет  колонны: 

2х331,7=663,4 кНм

590-(55+0.9)=534.1 см

25,87 см² - Площадь сечения,

 -радиусы инерции сечения,

  <120 , =+0,820

4,37 27х1,1=29,7 kH/см²

Условие выполняется

Принимаем колонный двутавр (К) №40К1

Рассмотрим расчет стержня сквозной колонны

 из двух  колонных двутавров (К) №23К1 А=133,02 см²  i_x=9,95

Действительная  гибкость колонны λ_x=

по прил. 5 [1] определяем: φ=0,825

5,74 27х1,1=29,7 kH/см²

Условие равноустойчивости  колонны: λ_ef= λ_x=53,67

Для стержня  с планками в двух плоскостях: λ_ef=

Принимаем λ_в=30

= =44,5

Полученной гибкости относительно оси у-у соответствует радиус инерции:

i_y= cм

С другой стороны: i_y=0,44b=> b= , отсюда:

B_тр=12/0,44=27,2~28 см

B_тр>=240+100=340 не соблюдается таким образом принимаем ширину 340 мм для дальнейшего расчета

Из сортамента имеем: J₁=513 см⁴, i₁=3,1cм z_o=2,68 см 

Расчетная длина  ветви (расстояние  между планками в свету ):

Lв=λ_вi₁=30x3,1=93 см

Принимаем ширину планок:

a_s=(0,5…0,75)b=> a_s=0,6x34=20,4~22cм

Толщина планки принимаем t_s=10мм

Во избежание  выпучивания планок должны выдерживаться отношения:

<30

<50

Отношения жесткостей планки и ветви должно иметь вид:

, где

см⁴

=7,1>5

Расчет планок на действие условной поперечной силы, которая может возникнуть от искривления стержня при продольном изгибе:

= =8,92

Под действием  Q_fic в планках возникают F_s и M_s:

kH

kH/см²

Прочность угловых швов:

=4,56<18x1,1=19,8 kH/см²

=3,94<16,65x1,1=18,315 kH/см²

Расчет  базы колонны:

Определяем необходимую  площадь опорной плиты:

В20; где kH/см²-расчетное сопротивление бетона осевому сжатию

  390,78 см²

663,4+175,8х10^-4х5,341х78,5х1,05=671,13 кН

-коэффициент надежности по нагрузке

Задаемся -1,03

-1,02…1,05

Определяем ширину плиты:

 где

-толщина траверсы, принимается  в границах 10…16 мм;

-величина консольного свеса  50…100 мм.

24х2+10 +2х5=68 см

Требуемая длина  плиты:

= 5,47cм  24+2х6=36см

= = 0,27 kH/см²

Вычисляем изгибающие момента на разных участках для определения толщины плиты:

-участок 1

= 3,125 kH

-участок 2

0,060х0,27х40²=24 kH, где - коэффициент который зависит от отношения 50/400=0,125 по табл. =0,06

-участок 3

0,094х0,27х36,7²=34,18  где =0,094 и зависит от отношения =175/96=1,8 ;

По наибольшему  из найденных моментов M₁ определяем толщину плиты:

0,02см  применяем толщину плиты-20 см

Определяем высоту траверсы:

23/3+1=8,6 принимаем 15см