Рабочая площадка промышленного здания

Компановка ячеек.dwg

Спецификация2.dwg

1-1.dwg

Спецификация1.dwg

Спецификация металла стали
Масса наплавленного металла

ребра жесткости.dwg

Готовый лист_.dwg

Литстовая прокладка t=20мм
КП1 МК ПГС 270102 ПГС-401
Монтажные схемы рабочей площадки М 1:200
Монтажный стык ГБ М 1:20
Заводские швы выполняются электродуговой автоматической
сваркой проволокой СВ-08А под флюсом АН-348-А
швы и полуавтоматической
Монтажные швы выполняют штучные электроды типа Э42.
На чертеже монтажного стыка ГБ указан порядок наплавки сварных
Контроль качества стыкового шва нижней полки ГБ - визуальный.
Все отверстия d=20 под болты нормальной точности М18

Монтажные схемы рабочей площадки.dwg

Узел Г.dwg

1.docx

Конструирование и расчет элементов и узлов балочной клетки3
1. Выбор оптимального варианта ячейки балочной клетки3
11. Балочная клетка нормального типа (I Вариант)3
1.1.1. Компоновка ячейки3
1.1.2. Расчет настила4
1.1.3. Расчет балок настила5
1.1.4. Технико-экономические показатели ..5
1.2. Балочная клетка усложненного типа (II Вариант)6
1.2.1. Компоновка ячейки6
1.2.2. Расчет настила6
1.2.3. Расчет балок настила7
1.2.4. Расчет вспомогательных балок8
1.2.5. Технико-экономические показатели .. 9
1.3. Технико-экономическое сравнение вариантов ячеек балочной клетки9
2. Конструирование и расчет главной балки10
2.1. Подбор основного сечения 10
2.2. Проверка стенки на местное давление 14
2.3. Конструирование и расчет опорной части главной балки15
2.4. Конструирование и расчет узла изменения сечения 16
2.5.Обеспечение местной устойчивости 18
2.6.1.Местная устойчивость стенки от действия нормальных напряжений . 18
2.6.2.Местная устойчивость полки от действия нормальных напряжений 18
2.6.3.Местная устойчивость стенки от действия касательных напряжений . ..18
2.7.Рсчет поясных швов . 23
2.8.Конструирование монтажного стыка . 24
Конструирование и расчет колонны25
1. Конструирование и расчет стержня колонны25
2. Конструирование и расчет оголовка колонны28
3. Конструирование и расчет базы колонны29
3.1. Конструирование и расчет плиты29
3.2. Конструирование и расчет траверс31
Список использованной литературы33
Проектирование площадки производится на основании выданного задания к выполнению курсовой работы по дисциплине “Металлические конструкции” на тему “Рабочая площадка промышленного здания”.
Задание на курсовое проектирование (см. приложение) содержит необходимые для расчета исходные данные: размеры площадки в плане (в осях) шаг колонн в продольном и поперечном направлениях отметки верха габарита площадки и оборудования под перекрытием класс стали для основных несущих конструкций тип монтажного стыка главной балки и т.д.
В расчетно-пояснительной записке дается краткое описание и обоснование основных архитектурно-строительных решений целесообразности применения металлических конструкций определена основная конструктивная схема здания и подобраны типовые конструкции элементов конструктивной схемы. В соответствии с расчетами разработаны основные чертежи: планы и разрезы со схематическим изображением основных конструкций приведенные в графической части курсовой работы.
Проектирование ведется с учетом по возможности следующих требований: выбор наиболее рациональных конструктивных решений обеспечивающих экономию металла минимум трудоемкости изготовления унификация и типизация типов конструкций и скоростной монтаж.
1.Выбор рационального варианта компоновки ячейки балочной клетки.
1.1. Балочная клетка нормального типа.
1.1.1.Компоновка ячейки.
БН: а=06-16 м при стальном настиле.
Принимаем шаг балок настила а=1.0м. Так как количество балок настила получилось нечетным то ни одна из балок не попадает на монтажный стык главных балок принимаем вариант компоновки без смещения крайних балок настила в ячейке с поперечных разбивочных осей на полшага (рис.1).
1.1.2.Расчет настила.
Рис 2 - Плоский стальной настил:
а) конструктивная схема;
Расчет заключается в определении минимальной толщины настила при заданных величинах нормативной нагрузки qvn и пролета а.
для настила [fa]=1150 тогда:
Определение нагрузки от листа.:
qнn = 785кНм3*0.01м=0.785кНм2
1.1.3.Расчет балки настила.
Рис 3 - К расчету балки настила:
а) конструктивная схема; б) расчетная схема; в) эпюра изгибающих моментов.
Нормативная нагрузка: qnбн = (qvn+ qнn)a=(22.1+0.785)*1=22.885кНм~0.23кНсм
Расчетная величина погонной нагрузки: qбн = (qvnγv+ qнnγq)a=(22.1*1.2+0.785*1.1)*1=27.38кНм
Величина максимального изгибающего момента: Мтах = qбн*l128= 27.38*828=219.04кНм
Подбор сечения балки: Wxтр = Мтах(с1Ryγc)=219.04*100(1.1*24*1)=829.7см3
По ГОСТ 8239-89 принимаем двутавр I40 имеющий Wxф =953см3 Jхф =19062см4 и линейную плотность qnбн =57.0 кгм.
Wxф > Wxтр прочность принятой балки обеспечена.
fl1 = 5* qnбн* l13(384*E* Jхф)= 5*8003*0.23(384*2.1*104*19062)=12611250
жесткость балки обеспечена.
1.1.4.Технико – экономические показатели.
Расход стали: 7850кгм3*0.01м=78.5кгм2
Расход стали на балки настила: qnбна = 57.01.0=57.0кгм2
Расход стали на 1м2 балочной ячейки нормального типа: q1п = 78.5+57.0=135.5кгм2
Количество отправочных марок балок в ячейке составляет 16 штук (16БН).
Количество типоразмеров балок в ячейке – 1т.е. балка I40 конструктивной длинной 7980мм (пролет в осях 8000мм по 10мм привязка с двух сторон).
1.2.Балочная клетка усложненного типа.
1.2.1.Компоновка ячеек.
Вспомогательные балки размещаем с шагом l2=3.0м кратным пролету главных.
Балки настила располагаем вдоль главных балок с шагом а=1.0м кратным пролету вспомогательных балок (Рис. 4).
1.2.2.Расчет настила.
Определение нагрузки от листа:
1.2.3.Расчет балок настила.
Рис 5- К расчету балки настила:
qбн = (qvnγv+ qнnγq)a=(22.1*1.2+0.785*1.1)*1=27.38кНм
Величина максимального изгибающего момента: Мтах=qбн*l228=27.38*328=30.8кНм=3080кНсм
Подбор сечения балки: Wxтр = Мтах(с1Ryγc)=3080(1.1*24*1)=116.67см3
По ГОСТ 8239-89 принимаем двутавр I18 имеющий Wxф =143см3 Jхф =1290см4 и линейную плотность qnбн =18.4 кгм=0.184кНм
Wxа > Wxтр прочность принятой балки обеспечена.
fl1 = 5* qnбн* l13(384*E* Jхф)= 5*3003*0.23(384*2.1*104*1290)=13351250
т.е. жесткость балки обеспечена.
Таким образом окончательно принимаем в качестве балки настила I18 по ГОСТ 8239-89 как удовлетворяющий предъявляемым к нему эксплуатационным требованиям.
1.2.4.Расчет вспомогательных балок.
Рис 6- К расчету вспомогательной балки:
а) конструктивная схема; б) схема передачи нагрузки;
в) расчетная схема (точечная); г) эпюра изгибающих моментов.
Нормативная нагрузка: qnвб = (qvn+ (qнn+ qnбна)l2=(22.1+(0.785+0.1841))*3=69.2кНм
Расчетная нагрузка: qвб = (qvnγv+ (qнn + qnбна)γq)l2=(22.1*1.2+(0.785+0.1841)*1.1)*3=82.76кНм
Величина максимального изгибающего момента: Мтах=qвб*l128=82.76*828=662.08кНм=66208кНсм
Требуемое значение момента сопротивления сечения вспомогательной балки с учетом ее работы в упругопластической стадии: Wxтр = Мтах(с1Ryγc)=66208(1.1*24*1)=2507.9см3
По ГОСТ 8239-89 принимаем двутавр I60 имеющий Wкф =2560см3 Jкф =76806см4 и линейную плотность qnвв =108 кгм=0.108кНм
Прочность двутавра не проверяем: она обеспечена вследствие Wкф > Wктр.
Проверка устойчивости балки:
В соответствии с ГОСТ 8239-89 I60 имеет b=19см t=1.78см h=60-1.78=58.22см.
Действительное значение длины балки к ширине сжатого пояса:
Предельно допустимое значение отношения:
т.е. общая устойчивость балки обеспечена.
Проверка вспомогательной балки на жесткость:
fl1 = 5* qnвб* l13(384*E* Jхф)= 5*8003*0.692(384*2.1*104*76806)=13501250
1.2.5.Технико – экономические показатели.
Расход стали на 1м2 настила: 78.5кгм2
Расход стали на балки настила: qnбна=18.41.0=18.4кгм2
Расход стали на вспомогательные балки отнесенный к 1 м2 ячейки:
Расход стали на 1 м2 балочной ячейки усложненного типа:
1.3.Технико – экономическое сравнение вариантов ячеек балочной клетки.
Таблица сравнения вариантов
Расход стали на 1м2 ячейки
Количество отправочных марок балок в ячейке
Количество типоразмеров балок в ячейке
2. Конструирование и расчет балки.
2.1.Подбор основного сечения.
Рис 7- Расчетная схема главной балки.
Главную балку будем проектировать для работы в упругой стадии:
Рис 8- Сечение балки и его характеристики.
hстр=H1-H2-tн-hБН=9300-6600-10-400=2290мм=229см
Сравнивая полученные высоты принимаем высоту главной балки hГБ = h = 160см.
Проверка принятой толщины стенки:
из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре
где Rs = 058·Ry = 058·24 кНсм2 = 1392 кНсм2;
из условия обеспечения местной устойчивости в середине пролёта
Сравнивая полученные значения с принятой ранее толщиной стенки (12 мм) приходим к выводу что она удовлетворяет условию прочности и условию обеспечения местной устойчивости. Размеры горизонтальных поясных листов находим исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычисляем требуемый момент инерции сечения балки:
Момент инерции стенки балки принимая толщину поясов 30 см:
Момент инерции приходящийся на поясные листы:
Требуемая площадь сечения поясов балки:
где hf = hГБ – tf = 160 см – 30 см = 1570 см.
Принимаем пояса из универсальной стали - 450х30 мм ( Afф=135 см2).
Проверка принятого сечения на прочность. Для этого предварительно вычисляем фактический момент инерции и момент сопротивления балки:
Максимальные нормальные напряжения в поясах балки составляют:
Проверкамаксимального касательного напряжения в стенке у опоры не требуется т.к. принятая толщина стенки больше требуемой по условиям работы на касательное напряжение.
Т.о. подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности и не имеет недонапряжениябольше 5 % (недонапряжение составляет 198%).
Проверку прогиба балки т.е. пригодности к нормальной эксплуатации делать не нужно т.к. принятая высота сечения балки больше минимальной и регламентируемый прогиб будет обеспечен.
2.2. Проверка стенки на местное давление.
Т.к. на верхний пояс главной балки опираются балки настила передающие неподвижную сосредоточенную нагрузку (рис.10) то необходима дополнительная проверка стенки на местные сжимающие стенку напряжения:
Где QmaxБН=(qБН*l1)2=(27.38*8)2=109.62 кН
(опорные реакции балок настила); (длина передачи нагрузки на стенку балки). Проверка показала что прочность стенки балки обеспечена.
2.3. Конструирование и расчет опорной части.
Конструкцию опорной части главной балки принимаем по рис.11 т.е. с опорным ребром в торце балки. Нижние концы опорных ребер должны быть остроганы.
Определяем требуемую ширину торца ребра из условия предотвращения смятия первоначально приняв tо.р. = 20 см.
Принимаем ребро 240x20 мм. Выступающая вниз часть опорного ребра
а2=20мм15 tо.р. = 30 мм.
2.4. Конструирование и расчет узла изменения сечения главной балки по длине.
Сечение разрезной составной балки подобранное по максимальному моменту можно уменьшить в соответствии с эпюрой в местах снижения моментов на некотором расстоянии от опор. Наиболее простым способом изменения сечения является уменьшение ширины пояса (рис.12).
Стык назначаем на расстоянии 16 пролета от опоры. Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении:
Подбор изменяемого сечения ведем по упругой стадии работы материала: Требуемый момент сопротивления:
Требуемая площадь поясных листов:
Требуемая ширина пояса:
Принимаем пояса из универсальной стали 250x30 мм (Afф=750 см2). Принятый пояс удовлетворяет условиям: (bf)'> 18 см и (bf)'= 12bf =250см.
Находим момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения:
Проверяем нормальное напряжение в уменьшенном сечении балки:
Проверяем приведенные напряжения по формуле:
Проверки показали что прочность балки в месте изменения сечения обеспечена.
2.5. Обеспечение местной устойчивости.
Потеря местной устойчивости (местное выпучивание) может произойти в сжатом поясе от действия нормальных напряжений или в стенке от действия касательных или нормальных напряжений а также и от их совместного действия.
2.6.1. Местная устойчивость стенки от действия нормальных напряжений.
Проверка устойчивости стенки. Потеря устойчивости стенки от действия только нормальных напряжений невозможна т.к. принятая толщина стенки
Продольные ребра жесткости не требуются.
2.6.2. Местная устойчивость полки от действия нормальных напряжений.
Условие обеспечения устойчивости:
Устойчивость обеспечена.
2.6.3. Местная устойчивость стенки от действия касательных напряжений.
Выясним необходимость постановки поперечных ребер жесткости предварительно вычислив условную гибкость стенки балки(п.7.10[5]): ;
Таким образом ребра жесткости необходимы.
Проведем расстановку РЖ. Предварительно вычислим максимальное расстояние между ними:
Согласно т.85 значения lefbf для нагрузки приложенной к верхнему поясу балки не должны превышать следующих значений:
Теперь определяем действительное значение отношения расчетной длины балки к ширине сжатого пояса:
Рис. 13. Расстановка ребер жесткости.
Конструктивно увязываем положения ребер жесткости с шагом балок настила. Затем определяем размеры ребер жесткости. Ширина ребра:
Согласно п.7.3. [5]:
следовательно необходимо провести проверку устойчивости стенки. Самым напряженным считается второй отсек от опоры (длина отсека a=30 м) следовательно будем рассчитывать его. Так как балка симметричного сечения и укреплена только поперечными основными ребрами жесткости и имеется loc то расчет будем вести по п.7.6.[5]:
- – определяем по п.7.2. [5]:
Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении:
- cr определяем по формуле (76) [5]:
где Rs = 058·Ry = 058· 24 = 1392 кHсм2;
- определяем cr и loccr:
при этом loc = 008 что меньше предельных значений (табл.24 [5]) следовательно расчет будем вести согласно п.7.6.б [5]:
По формуле (80) [5] подставляя a2 вместо a при нахождении и определяем:
где – по табл. 23[5]
Подставляем вычисленные значения в формулу (79) [5]:
Проверка показала что устойчивость стенки обеспечена и принятая расстановка ребер жесткости удовлетворяет условиям обеспечения устойчивости.
2.7. Расчет поясных швов
Швы выполняем двусторонние автоматической сваркой в лодочку электродами Э42. По табл. 34 [5] определяем f = 11 z = 115; согласно табл. 56 [5] находим Rwf=18кНсм2; по табл. 3 [5] Rwz=045·Run=045·38кНсм2=171 кНсм2.
Далее определяем более опасное сечение шва:
Тогда минимальная толщина поясных швов будет определяться по формуле:
где значения входящих в формулу величин получены ранее. Конструктивно принимаем по табл.38[5] минимально допустимую толщину шва kf =8 мм при толщине пояса 33мм что больше получившегося по расчету kf =12 мм.
2.8. Расчет швов прикрепления опорных ребер к торцам балки.
Прикрепление опорного ребра к стенке проектируем двусторонними швами полуавтоматической сваркой электродами Э42. Предварительно находим параметры сварных швов и определяем минимальное значение Rw. По табл. 34 [5] определяем f = 07 z = 10; согласно табл. 56 [5] находим Rwf=18кНсм2;
По табл. 3 [5] Rwz=045·Run=045·38кНсм2=171 кНсм2.
Принимаем шов kf =12мм что соответствует требованиям табл. 38 [5]. Проверяем длину рабочей части шва:
Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.
2.8. Конструирование и расчет монтажного стыка.
Стык находится в середине пролета главной балки где Мmax = 5967 кНм и Q = 0 кН. Конструкция стыка изображена на рис. 14 (масштаб условный). Сжатый (верхний) пояс и стенку соединяем прямым швом встык а растянутый (нижний) пояс – косым швом под углом 60° с визуальным контролем качества. Такой стык будет равнопрочен основному сечению балки и может не рассчитываться.
Чтобы уменьшить сварочные напряжения сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки 1 (см. рис.14) и поясов 2 имеющие наибольшую поперечную усадку. Оставленные не заваренными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов 2. Последними заваривают угловые швы 3 имеющие небольшую продольную усадку.
Конструирование и расчет колонны.
1. Конструирование и расчет стержня колонны.
Конструктивная и расчетная схемы колонны изображены на рис. 15.
Колонну проектируем сплошного сечения в виде сварного двутавра из трех листов (рис. 16).
Расчетная длина колонны:
Расчетная осевая нагрузка на колонну:
В соответствии с нагрузкой задаемся гибкостью согласно табл.72[5] .
Находим требуемый радиус инерции: ;
Требуемая высота сечения колонны: ;
Требуемая ширина колонны: ;
Для обеспечения работы сварочных головок требуется чтобы hk ≥ bf. Принимаем сечение колонны 450х420 мм.
Требуемая площадь поперечного сечения:
Принимаем толщину стенки tw = 8 мм.
Тогда Aw twhk 0845 = 36 см2;
Принимаем tf = 20мм.
Проверяем общую устойчивость колонны:
т.о. подобранное сечение удовлетворяет требованиям общей устойчивости.
Проверяем местную устойчивость стенки (п.7.14 [5]):
Стенка устойчива и не требует укрепления поперечными ребрами жесткости. Ставим их по конструктивным соображениям через 787м3=26 м принимаем 26 м.
Определяем размеры ребер жесткости:
Ширина: конструктивно принимаем 90мм.
Толщина: принимаем 7мм.
Проверяем местную устойчивость полки (п.7.24 [5]):
т.е. полка устойчива.
Т.о. стенка и полка принятого составного двутавра удовлетворяют требованиям общей и местной устойчивости.
2. Конструирование и расчет оголовка колонны.
В данном случае оголовок колонны состоит из плиты и рёбер поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны (Рис. 17.)
Плита в свою очередь поддерживается снизу рёбрами идущими под опорными рёбрами балок.
Рассчитываем требуемую толщину опорного ребра полки:
принимаем катет шва равным 15мм;
Для полуавтоматической сварки f = 07; z = 10.
Принимаем hог > lw’ 56 см что удовлетворяет требованиям.
3. Конструирование и расчет базы колонны.
3.1. Конструирование и расчет плиты.
Принимаем бетон марки 150:
Расчетная нагрузка на базу:
Размеры опорной плиты базы определяем исходя из условий сжатия бетона под плитой:
принимая траверсу tтр = 10 мм с = 120 мм.
Принимаем Bплф = 680 мм (сф = 125мм);
Принимаем размер Lплф = 700 мм;
Aпл = BплLпл = 68см70см = 4760 см2;
Затем рассчитываем напряжение под плитой базы:
Рассматривая участки плиты видим что в невыгодных условиях изгиба
находятся участки опертые на четыре канта (1) на три канта (2) и консольные участки (3).
Участок 1. Оперт на четыре канта:
Участок 2. Оперт на три канта:
Соотношениесторон по табл.VIII.8.[3] ):
Участок 3. Консольный:
Определяем толщину плиты по максимальному моменту:
. Принимаем плиту толщиной 38 мм.
3.2 Конструирование и расчет траверс.
Высота траверсы определяется из условия работы на срез двух швов прикрепляющих траверсу к полкам колонны:
принимаем катет шва равным 12мм;
Принимаем hтр > lw’ 60 см что удовлетворяет требованиям.
Выполняем проверку из условия среза и изгиба металла траверсы на опорах:
Проверка показала что условие прочности выполняется.
Список использованной литературы.
Конструктивные решения элементов и узлов рабочих площадок промышленных зданий: Методические указания. Родионов И.К. - Тольятти: ТолПИ 1986.
Конструктивные решения элементов и узлов рабочих площадок промышленных зданий: Приложение к методическим указаниям (графическая часть). Родионов И.К. - Тольятти: ТГУ 2005.
Металлические конструкции Под общ. ред. Е.И. Беленя.-М.:Стройиздат 1986.
Металлические конструкции В 3т. т1. Общая часть (Справочник проектировщика)Под общ. ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИ Проектстальконструкция им. Н.П. Мельникова)-М.: изд-во АСВ 1998.
СНиП II-23-81. Нормы проектирования. Стальные конструкции. –М.: Стройиздат 2001.
СНиП II-6-74. Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия. – М.: Стройиздат 1967.