Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Рабочая площадка промышленного здания. 3

Ростовский Государственный Строительный Университет

Кафедра МД и ПК

Пояснительная записка к курсовому проекту

на тему: «Рабочая площадка промышленного здания»

Выполнила:

Студент гр.П-463

Бондарь Ю.Ю.

Проверил:

Куликов Я.С.

Ростов-на-Дону

2011 г.

Содержание:

Задание на проектирование

Расчет настила

Подбор сечения балки настила

1.4. Подбор сечения вспомогательной балки

1.5. Подбор сечения главной балки

1.6. Расчет колонны

1.7. Расчет опирания главной балки на колонну

1.8. Расчет базы колонны

1.9. Мероприятия по защите стальных конструкций от коррозии

1.10. Список литературы

1.2. Расчет стального настила

Расчетная схема настила. Материал настила- сталь С245.

Для выполнения расчета необходимо задаться толщиной настила, которая зависит от величины нормативной полезной нагрузки на площадке: Рⁿ=28кПа – назначаем толщину настила t₀=10 мм.

Собственный вес1м² настила толщиной t₀

Pⁿ_d1=ρ· t₀=78,5·0,010=0,785(кН/м²);

Где ρ=78,5кг/ м² - плотность прокатной стали.

Нормативная нагрузка, действующая на настил

qⁿ=Pⁿ₁+ Pⁿ_{d1 =} 28+0,785=28,78(кН/м²),

Толщину настила определяем по следующей формуле:

где: = 200 см пролет настила (шаг балок настила):

ν=0.3 коэффициент Пуассона.

Принимаем толщину настила t_наст=18мм.

Определяем собственный вес настила

Распор Н₀, возникающий в настиле при приварке, равен

Н₀=(π²/4)(1/n₀)²Е₁t_наст=1,0*1,2*(3,14*3,14/4)(1/120)²*22637,36*1,8=8,37кН/см

Определим катет углового шва, прикрепляющего настил к балкам.

-по металлу шва

-по металлу границы сплавления

Принимаем .

1.3Подбор сечения балки настила.

Расчетная схема балки. Материал балки настила –сталь С245.

Нормативная нагрузка на балку

- расчетная нагрузка на балку ,

Где: =1.2 по СП 20.13330.2011

=1.05- коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса металлоконструкции (СП 20.13330.2011 );

=1.

Определяем усилия в балке:

Требуемый момент сопротивления сечения балки вычисляем с учетом развития пластических деформаций .

где: с₁=с=1.1- коэффициент для расчета на прочность с учетом развития пластических деформаций при изгибе;

γ_с=1.0 -коэффициент условий работы;

R_у=24 кН/см²- расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести.

Из сортамента подбираем двутавр №35Б1; W_Х=581,7 см³; Pⁿ_d2=38,9 кг; I_Х=10060 см²; h=346 мм; b_f=155 мм; t_w=6,2 мм; t_f =8,5 мм; R=18 мм.

Нагрузка действующая на балку настила с учетом ее собственного веса:

- нормативная

- расчетная

Уточняем коэффициент с₁:

;

с₁=1,097 - оставляем без изменения.

Выполняем проверку прочности:

-Условие прочности выполняется.

Выполняем проверку жесткости балки:

где-предельно допустимый относительный прогиб балки настила

по СП 20.13330.2011

-условие жесткости выполняется.

1.4. Подбор сечения вспомогательной балки.

Материал балки настила –сталь С245.

Эквивалентная погонная нагрузка на вспомогательную балку:

- нормативная нагрузка на балку

- расчетная нагрузка на балку

где =1.2 по СП 20.13330.2011 ;

=1.05- коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса металлоконструкции (СП 20.13330.2011);

=1.

Определяем усилия в балке:

Требуемый момент сопротивления сечения балки вычисляем с учетом развития пластических деформаций .

где: с₁=с=1.1- коэффициент для расчета на прочность с учетом развития пластических деформаций при изгибе;

γ_с=1.0 -коэффициент условия работ;

R_у=24 кН/см²- расчетное сопротивление стали.

Из сортамента подбираем двутавр №80Б2; W_Х=5044 см³, =159,5 кг; I_Х=199500 см⁴; h=791 мм; b_f=280 мм; t_w=13,5 мм; t_f =17 мм; R=26м.

Нагрузка, действующая на балку настила с четом ее собственного веса:

- нормативная

- расчетная

Уточняем коэффициент с_x:

;

Проверки подобранного сечения

Выполняем проверку прочности:

- нормальные напряжения в сечении балки вычисляем по формуле:

- условие выполняется

-касательные напряжения в сечении балки вычисляем по формуле:

- условие выполняется

Выполняем проверку жесткости балки:

где-предельно допустимый относительный прогиб балки настила.

-Условие жесткости выполняется.

Т.к на верхний пояс вспомогательных балок опираются балки настила, то, согласно п. 8.2.2[1], необходимо выполнить проверку прочности стенки балки, для чего сначала определяем местное напряжение по формуле:

, где

F = 242,32 кН – расчётное значение нагрузки;

= 1,35 см – толщина стенки вспомогательной балки;

- условная длинна распределения нагрузки;

b = 15,5 cм – ширина полки балки настила;

h = 1,7+2,6 = 4,3.

Прочность стенки вспомогательной балки проверяем по формуле:

- условие выполняется.

Выполняем проверку в опорном сечении вспомогательной балки:

- условие выполняется.

Расчётную длину балки определяем по п.8.4.2 [1], как расстояние между точками раскрепления сжатого пояса из плоскости изгиба балки настила:

Предварительно проверяем применимость формулы табл. 11 [1], по которой мы определяли условную гибкость сжатого пояса балки, в данном случае она не превышает предельных зачений.

<6 и ; 1< и .

по формуле (73) табл. 11 имеем:

Находим коэф. по формулам:

Поправочный коэф. :

Предельная гибкость пояса балки:

Фактическая условная гибкость сжатого пояса второстепенной балки:

<0,186 ,

поэтому общую устойчивость балки проверять не требуется.

1.5. Подбор сечения главной балки.

Материал балки настила –сталь С245.

Эквивалентная погонная нагрузка на главную балку:

Нормативная нагрузка на балку

Расчетная нагрузка на балку

Определяем усилия в балке:

Требуемый момент сопротивления:

;

Где γ_с=1.0 -коэффициент условия работ;

R_у=24 кН/см²- при толщине проката от 4 до 20мм.

R_у=23 кН/см²- при толщине проката св. 20мм.

Проектируем главную балку сварной составной. Компоновку составного сечения начинаем с установления высоты.

Высота балки из условия жесткости

Высота балки из условия минимального расхода стали:

Где : -толщина стенки(принимаем t=12мм).

Проверяем принятую толщину стенки из условия работы её на срез:

Где Rs=0.58Ry=0.58·24=13.92кН/см²

γ_с=1.0.

Условие коррозийной стойкости см выполняется.

Поскольку размеры полок пока неизвестны, полученные выше высоты используем для назначения высоты стенки балки из условий:

и см и принимаем равной 185см

Для определения ширины полки вычисляем

-момент инерции сечения относительно оси X;

-момент инерции стенки;

-момент инерции полок;

-площадь сечения полки;

толщина полки;

Ширина полки

Принимаем

, принимаем t_f=3, h=h_w+2t_f = 185+2*3=191см,

b_f=60< == 63,67cм – условие выполняется.

Проверки подобранного сечения

Вычисляем фактические геометрические характеристики сечения балки:

-момент инерции сечения;

-статический момент половины сечения;

-момент сопротивления сечения.

-условие выполняется

- свес полки

- условие выполняется

Условная гибкость стенки главной балки:

стенку балки укрепляем поперечными ребрами

Расстояния между ребрами .

Принимаем шаг равный а=200см.

Ширину ребра принимаем т.к согласно требованиям п.8.5.9 [1]

Толщину ребра т.к.

Площадь сечения условной стойки.

- момент

инерции условной стойки относительно центральной оси

- радиус инерции условной стойки

- условная гибкость условной стойки при ее высоте

равной h_w

Расчёт условной стойкости на устойчивость выполняем по формуле:

- условие выполняется

Для стенок балок должны выполняться условия:

Где: -нормальное напряжение в срединной плоскости стенки, параллельное оси балки;

-нормальное напряжение в срединной плоскости стенки, перпендикулярное оси балки, в том числе ;

-касательное напряжение в стенки балки.

Прочность стенки должна быть обеспечена по всей длине балки, однако в учебных целях проверим только одно сечение главной балки в четверти пролета х=1600/4=400см от опоры.

Поперечные силы на расчетном участке отсека:

- статический момент пояса балки относительно нейтральной оси.

Выполняем проверки прочности стенки балки:

- условие выполняется

В связи с тем, что длинна отсека а=200см больше высоты , то при вычислении средних напряжений в отсеке принимаем расчётный участок длинной, равной высоте отсека

Изгибающие моменты и поперечные силы на расчетном участке отсека:

Где: =415см-расстояние от опоры до начала расчетного участка;

=600см-расстояние от опоры до конца расчетного участка.

Среднее значение момента на расчетном участке отсека:

Нормальное напряжение в стенке посередине расчетного участка:

Условная гибкость стенки:

, следовательно, устойчивость стенки проверять можно.

Проверяем устойчивость стенки балки:

Где: ;

;

=33,520; по табл.12

;

d=185 см - меньшая из сторон пластинки;

-отношение большей стороны пластины к меньшей.

; - условие выполняется.

При равномерно распределенной нагрузке сечение разрезной составной балки можно уменьшить в местах снижения изгибающих моментов( на расстоянии 1/6 пролета балки от опоры). Изменяем ширину пояса главной балки, назначив стык на расстоянии x´=270см от опоры. Уменьшенная ширина поясов должна составлять: ; и см.

Изгибающий момент и поперечная сила в месте изменения сечения:

;

Требуемый момент сопротивления сечения:

Где: - расчетное сопротивление стыковых сварных соединений сжатию и растяжению по пределу текучести.

Требуемый момент инерции балки в измененном сечении:

Момент инерции стенок:

Момент инерции, приходящийся на поясные листы:

Требуемая площадь поясных листов:

Ширина пояса см. Из всех значений принимаем см.

Проверяем прочность по приведенным напряжениям в месте соединения полки и стенки балки по формуле:

где:

4,608 кН/см²<13,92кН/см² – условие выполняется

Проверка балки на общую устойчивость проводим по формуле:

, где:

l_ef – расчетная длинна балки (шаг вспомогательных балок)

t_f =3 см – толщина пояса балки

h=h₀=188 см – расстояние между осями поясов

b_f=30 см – ширина пояса балки

a=0,5*h=0,5*188=94 см

t=t_w =1,6 cм – толщина стенки балки

, где:

, т.к. φ₁>0,85 ,то:

Устойчивость главной балки в измененном сечении выполняется.

Прогиб балки в измененном сечении вычисляем по формуле:

- условие выполняется

Сварные швы, соединяющие стенку и пояса составной двутавровой балки рассчитываются в соответствии со СП 16.13330.2011. Сдвигающее усилие Т, приходящееся на 1 см длины балки:

кН/см.

Сварные швы выполняем автоматической сваркой в лодочку сварной проволокой
Св-08Г2С диаметром . Катет шва, прикрепляющего пояса главной балки со стенкой, определяем согласно со СП 16.13330.2011:

- по металлу шва:

см

-по металлу границы сплавления:

см

Принимаем : по таблице 38.

1.6. Расчет колонны

Материал колонны-

сталь С245.Расчетная схема:

Расчетная нагрузка на колонну:

кН;

Где: кН- опорная реакция главной балки.

В соответствии с условиями закрепления концов колонны находим расчетную длину стержня:

;

Где: ==1.0- коэффициент расчетной длины колонны постоянного сечения.

Задаемся условной гибкостью колонны и по СП 16.13330.2011 табл. И.1 определяем коэффициент продольного изгиба .

Находим требуемую площадь сечения колонны:

Где: =24кН/см²;

=1.0

По сортаменту принимаем два двутавра №55Б2, имеющих следующие характеристики:

А=124,75 см²; h=54,7 см; b_f=22 см; t_f=15,5см; S=1см; I_y0=2760см⁴; ; Z₀=0см.

Определим гибкость:

;

Где: - предельная гибкость для сжатого стержня;

;

; (табл.Д1 [1])

Проверки подобранного сечения

Проверяем устойчивость колонны относительно оси Х-Х:

- условие выполняется

, тогда

, откуда

l₀ i_y0=41*4,7=192,7 (см).

Задаемся расстоянием между планками l₀= 80 см. Тогда

Толщина планки определяется из условия местной устойчивости .

Принимаем =20мм

-момент сечения планки;

- расстояние между осями планок.

;

Выражение для приведенной гибкости стержня с учетом условия равноустойчивости:

Решая кубическое уравнение, получаем b₀=47,069 см

По технологическим условиям

Принимаем величину раздвижки ветвей b₀=48 см и вычисляем фактическое значение приведенной гибкости стержня:

a= b₀/2-z₀=48/2-0=24см;

i_y =,

;

Проверяем устойчивость колонны относительно свободной оси У-У:

Принимаем сечение колонны bxh=700х600мм.

Так как колонна центрально сжата, то вычисляем условную поперечную силу Q_s, приходящуюся на планку одной грани:

;

Где:-условная поперечная сила по всей длине стержня.

Планки рассчитываются на перерезывающую силу и момент , возникающие в плоскости планки от действия силы Q_s:

Крепление планок выполняется полуавтоматической сваркой в среде СО₂ сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром d=2мм.

Принимаем k_f=10мм, так как k_{f min}=5мм, а k_{f
max}=1,2*15,5=18,6мм

Расчет сварных швов на совместное действие поперечной силы и момент:

;

Где: - напряжение в сварном шве(по металлу шва) от действия момента;

-напряжение в сварном шве(по металлу границы сплавления) от действия момента М₁;

-момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;

-момент сопротивления расчетного сечения по металлу границы сплавления;

-напряжение в сварном шве(по метал шва) от действия поперечной силы F;

- напряжение в сварном шве(по металлу границы сплавления) от действия поперечной силы F;

-площадь расчетного сечения по металлу шва;

-площадь расчетного сечения по металлу границы сплавления;

кН/см²

Проверки прочности сварного соединения

-условие выполняется.

1.7. Расчет опирания главной балки на колонну

Главная балка опирается на колонну сверху.

Требуемая площадь опорного ребра главной балки из условия смятия торцевой поверхности:

Где: Q=2399,481кН – опорная реакция главной балки;

==36 кН/см²- расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности;

=36кН/см²- расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению;=1.

Назначаем опорные ребра шириной . Толщина ребра ( с учетом среза угла на 1.5см):

Принимаем толщину ребра =4,5cм, что больше, чем

Крепление опорных ребер к поясам и стенки балки выполняем полуавтоматической сваркой в среде СО₂ сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром d=2мм. Принимаем .

Проверяем прочность сварных швов, прикрепляющих опорные ребра к стенке балки:

- по металлу шва:

;

- по металлу границы сплавления:

;

Где: n=4- количество сварных швов;

-условие выполняется.

Проверяем опорный участок балки на устойчивость из плоскости балки как стойку, нагруженную опорной реакцией по формуле:

, где

A_s=;

;

Коэффициенты и по табл. 7 [1] для типа сечения «b»: ;

;

<1 – условие выполняется.

1.8. Расчет базы колонны

Размеры опорной плиты определяем из условия смятия бетона под плитой:

,принимаем

Где: -нагрузка от колонны, включая ее собственный вес;

-при равномерно распределенной местной нагрузке по площади смятия;

;

-расчетное сопротивление бетона класса В 15 сжатию для предельного состояния первой группы.

Минимальная ширина плиты из условия размещения фундаментных болтов:

, принимаем

Где: ;

-диаметр отверстия для фундаментного болта;

- диаметр фундаментного болта.

Принимаем , тогда размер с = 12см.

Длина плиты:

Принимаем .

Размеры фундамента в плане принимаем на 20см больше в каждую сторону от опорной плиты В_f x L_f=120x120см.

Перерасчет плиты не требуется.

Определяем толщину плиты. Плита работает на изгиб от равномерно распределенной нагрузки:

Рассмотрим отдельные участки плиты:

участок I

Где: α₁=0,052 коэффициент зависящий от отношения размеров участка;

q- интенсивность реактивного давления.

участок II

-ширина II участка;

участок III

Материал плиты сталь С255.толщина плиты:

Принимаем

Расчет траверсы.

Крепление траверсы к ветвям колонны и опорной плите выполняем полуавтоматической сваркой в среде СО₂ сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром d=4мм.

Принимаем .

Высоту траверсы h_t определяем из условия передачи усилия от ветвей колонны на опорную плиту через сварные швы. Длина сварных швов:

- по металлу шва:

;

- по металлу границы сплавления:

Где: n=4- количество сварных швов;

Принимаем =75см.

Проверяем прочность траверсы на изгиб и на срез как балку с двумя консолями. Материал траверсы- сталь С245.

Погонная расчетная нагрузка на один лист траверсы:

-в середине пролета

-на консоли

Максимальный изгибающий момент в траверсе:

Максимальная поперечная сила в траверсе:

Нормальное напряжение в траверсе:

- условие выполняется

Где: ;

-момент сопротивления сечения траверсы

Касательные напряжения вычисляем по формуле:

- условие выполняется

Где:-статический момент половины сечения траверсы;

-момент инерции сечения траверсы;

;

Прочность траверсы:

-условие выполняется.

1.9. Мероприятия по защите стальных конструкций от коррозии

1.1. Защиту строительных конструкций следует осуществлять применением коррозионно-стойких для данной среды материалов и выполнением конструктивных требований (первичная защита), нанесением на поверхности конструкций металлических, оксидных, лакокрасочных, металлизационно-лакокрасочных и мастичных покрытий, смазок, пленочных, облицовочных и других материалов (вторичная защита), а также применением электрохимических способов.

1.2. По степени воздействия на строительные конструкции среды разделяются на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные.

По физическому состоянию среды разделяются на газообразные, твердые и жидкие.

По характеру действия среды разделяются на химически и биологически активные.

1.3. Защиту поверхности строительных конструкций, изготавливаемых на заводе, следует осуществлять в заводских условиях.

1.4. С целью снижения степени агрессивного воздействия среды на строительные конструкции при проектировании необходимо предусматривать:

разработку генеральных планов предприятий, объемно-планировочных и конструктивных решений с учетом розы ветров и направленности потока грунтовых вод;

технологическое оборудование с максимально возможной герметизацией, приточно-вытяжную вентиляцию, отсосы в местах наибольшего выделения паров, газов и пыли.

1.5. При проектировании строительных конструкций должны быть предусмотрены такие формы сечения элементов конструкций, при которых исключается или уменьшается возможность застоя агрессивных газов, а также скопление жидкостей и пыли на их поверхности.

1.6. При проектировании защиты строительных конструкций от коррозии производств, связанных с изготовлением и применением пищевых продуктов, кормов для животных, а также помещений для пребывания людей и животных, следует учитывать санитарно-гигиенические требования к защитным материалам и возможное агрессивное действие дезинфицирующих средств.

1.10. Список используемой литературы.

1. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991. - 431 с.

2. Кудишин Ю.И.,. Беленя В.И, Игнатъева В.С. и др. металлические конструкции: Учебник для студ. выст. учеб. заведений/ Под общ. ред. Ю.И. Кудишина. - 8-е ИЗД., перераб. и доп. - М: Издательский центр «Академия», 2006. - 688 с.

3. Горев В.В., Уваров Б.Ю., Филиппов В.В. и др. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы стальных конструкций: Учебное пособие для строит. вузов/.; Под ред. В.В. Горева. - М.: Выст. шк., 1997. - 527 с.

4. CП 16.13330.2011. «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*». /Минрегион России.-М.:ОАО «ЦПП», 2010.-172с.

5. CП 20.13330.2011. «Нагрузки и воздейчтвия. Актуализированная редакция СНиП II-23-85*». /Минрегион России.-М.:ОАО «ЦПП», 2010.-80с.

6. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-1012003). ЦНИИПромзданий, НИИЖБ.-М.: ОАО «ЦНИИПромзданий» 2005.-214 с.

7. Демченко Д.Б. Сокращенный сортамент металлопроката для применения в строительных стальных конструкциях: Методические указания. Ростов- н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 20

Рабочая площадка промышленного здания. 3