Проектирование рабочей площадки производственного здания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

«Проектирование рабочей  площадки производственного здания»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Компоновка балочной клетки и выбор стали

Исходные данные приняты по заданию.

В рабочих площадках применяют  нормальный и усложненный тип  балочных клеток. Нормальный тип включает главные балки и опирающиеся на них балки настила, непосредственно поддерживающие настил. В усложненном типе добавляются вспомогательные балки, укладываемые на главные, на них опираются балки настила и настил. В качестве настила используются железобетонные плиты.

Выбор класса стали производится по СНиП [1, табл. 50*], Ry выбирается по [1, табл. 51*]. Выбираю сталь С 255, с расчетным сопротивлением R_y = 240 МПа.

 

2. Нормальный тип балочной клетки.

Настил – железобетонный.

Балки настила с шагом а₁ = 1,5 м.

 

Рис. 1. Нормальный тип балочной клетки

2.1. Расчет железобетонного настила

 

При использовании в качестве несущего настила железобетонных плит их толщину  принимаем расчетного пролета плиты l_н и полезной нормативной нагрузки p_n

Расчетный пролет настила, равный шагу балок настила l_н = а₁ = 1,5 м.

При нормативной полезной нагрузке p_n = 20 кН/м², принимаем толщину плиты t_пл = 10 см. Нормативная нагрузка от веса железобетонной плиты (при плотности железобетона )

.

2.2.Расчет балки настила

 

Определяем нормативные и расчетные нагрузки.

Нормативная нагрузка на балку принимается  равномерно распределенной

.

 Расчетная нагрузка

где g_¦g = 1,1 – коэффициент надежности  по нагрузке  для постоянной нагрузки от железобетонных плит.

 

Рис. 2. Расчетная схема балки настила

 

Нормативный изгибающий момент

.

 

Расчетный изгибающий момент

.

Максимальная поперечная сила

.

Требуемый момент сопротивления поперечного  сечения балки при работе с учетом упругопластических деформаций

.

По сортаменту принимаем I 50Б2, имеющий ближайший больший момент сопротивления статический момент полусечения S_x = 970,2 см³; момент инерции сечения I_x = 42390 см⁴; площадь сечения А = 102,8 см²; ширина пояса       b_f = 200 мм; толщина пояса t_f = 14 мм;

Уточняем коэффициент с₁, M и Q c учетом собственного веса балки настила

Площадь пояса

Площадь стенки

Отношение

По табл. определяем коэффициент с₁ = 1,11.

 

Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки настила  длиной 1 м 

.

Нормативная нагрузка на балку настила  с учетом собственного веса

.

Расчетная нагрузка с учетом собственного веса

.

Нормативный изгибающий момент с учетом собственного веса

.

Расчетный изгибающий момент с учетом собственного веса

.

Проверяем принятое сечение.

Проверка прочности

Проверка жесткости

где f_u = l/208 = 4,33 см  при пролете l = 9 м.

Принятое сечение удовлетворяет  условиям прочности и жесткости.

Определяем вес балки настила  на 1м² рабочей площадки

 

3. Усложненный тип балочной клетки.

Настил – железобетонный.

Балки настила с шагом а₁ = 1,5 м.

Вспомогательные балки  с шагом а₂ = 5 м.

Рис. 3. Усложненный тип балочной клетки

3.1.Расчет балки настила

 

Толщина  настила  при  шаге  а₁=1,5 м   принимается   как в нормальном типе балочной клетки (t_н = 10 мм).

Пролет балки настила  .

Нормативная и расчетная  нагрузки на балку настила принимаются  как в нормальном типе балочной клетки:  q_n = 33,75 кН/м;   q = 40,125 кН/м.

 

Рис. 4. Расчетная схема балки настила 

Нормативный изгибающий момент

.

 

Расчетный изгибающий момент

.

Максимальная поперечная сила

.

Требуемый момент сопротивления поперечного  сечения балки при работе с  учетом упругопластических деформаций

.

По сортаменту принимаем I 35Б1, имеющий ближайший больший момент сопротивления статический момент полусечения S_x = 328,6 см³; момент инерции сечения I_x = 10060 см⁴; площадь сечения А = 49,53 см²; ширина пояса       b_f = 155 мм; толщина пояса t_f = 8,5 мм;

Уточняем коэффициент с₁, M и Q c учетом собственного веса балки настила

Площадь пояса

Площадь стенки

Отношение

По табл. определяем коэффициент с₁ = 1,1132.

 

Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки настила  длиной 1 м 

.

Нормативная нагрузка на балку настила  с учетом собственного веса

.

Расчетная нагрузка с учетом собственного веса

.

Нормативный изгибающий момент с учетом собственного веса

.

Расчетный изгибающий момент с учетом собственного веса

.

Проверяем принятое сечение.

Проверка прочности

Проверка жесткости

где f_u = l/183 = 2,73 см  при пролете l = 5 м.

Принятое сечение удовлетворяет  условиям прочности и жесткости.

Определяем вес балки настила  на 1м² рабочей площадки

3.2. Расчет вспомогательной балки

 

Пролет вспомогательной балки l = 9 м.

Нагрузка на вспомогательную  балку передается от балок настила  в виде равномерно распределенной.

Рис. 5. Расчетная схема вспомогательной балки 

Нормативная нагрузка на вспомогательную  балку

.

Расчетная нагрузка

.

Нормативный изгибающий момент

.

Расчетный изгибающий момент

Требуемый момент сопротивления

.

По сортаменту принимаем I 90Б1, имеющий ближайший больший момент сопротивления статический момент полусечения S_x = 3964 см³; момент инерции сечения I_x = 304400 см⁴; площадь сечения А = 247,1 см²; ширина пояса       b_f = 300 мм; толщина пояса t_f = 18,5 мм;

 

Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса вспомогательной балки длиной 1 м

.

Нормативная нагрузка на балку настила  с учетом собственного веса

.

Расчетная нагрузка с учетом собственного веса

.

Нормативный изгибающий момент с учетом собственного веса

.

Расчетный изгибающий момент с учетом собственного веса

.

Проверяем принятое сечение.

Проверка прочности

Проверка жесткости

где f_u = l/208 = 4,33 см  при пролете l =9 м.

Принятое сечение удовлетворяет  условиям прочности и жесткости.

Определяем вес вспомогательной  балки на 1м² рабочей площадки

 

4. Выбор  оптимального варианта балочной  клетки

Необходимо сравнить два варианта балочных клеток. Сравнение производится по расходу материала, а также по количеству балок, определяющему трудоемкость монтажа и стоимость перевозки. К дальнейшей разработке принимается наиболее рациональный вариант.

Анализ вариантов по показателям, представленных в табл. 1.

 

Таблица 1. Сравнение вариантов балочной клетки (расход на 1 м² рабочей площадки)

Наименование элемента	Нормальный тип				Усложненный тип
	Расход железобетона, м3/м2	Расход стали, кг/м2	Стоимость, руб./м2	Коли-чество балок	Расход железобетона, м3/м2	Расход стали, кг/м2	Стои- мость руб./м2	Ко- ли- чест- во ба- лок
Настил	0,1				0,1
Балки настила		53,8		63		25,9		126
Вспомогательные балки		–
Суммарный расход стали		53,8				38,8		21
Суммарный расход железобетона	0,1				0,1

 

Принимаем к дальнейшей разработке нормальный тип балочной клетки:

– настил железобетонный, толщиной t_н = 10 см;

– балки настила стальные с шагом а₁ = 1,5 м.

 

5. Расчет главной балки

Сечение сварной балки двутавровое  симметричное, составленное из трех металлопрокатных листов. Выбираю сталь С 345, с расчетным сопротивлением R_y = 300 МПа (толщина проката 20÷40 мм).

5.1. Определение усилий

При частом расположении балок настила (шаг а₁ = 1,5 м < l/5 = 15/5 = 3 м) сосредоточенную нагрузку, передаваемую на главную балку от балок настила, заменяем равномерно распределенной нагрузкой.

Расчетная схема главной балки  представлена на рис.5.

 

Рис. 6. Расчетная схема главной балки

 

Нормативная нагрузка

.

Расчетная нагрузка

где b = 9 м – шаг главных балок.

Расчетный изгибающий момент в середине пролета

Нормативный изгибающий момент

Расчетная поперечная сила в опорном  сечении

 

5.2.Компоновка сечения

 

Рис. 7. Сечение главной балки

 

Балку рассчитываем в упругой стадии работы. Из условия прочности требуемый момент сопротивления балки

,

где    R_y = 300 МПа при толщине проката более 20 мм;

Назначаем высоту сечения балки h, которая определяется максимально допустимым прогибом балки, связанным с жесткостью балки, экономическими соображениями и строительной высотой перекрытия Н, т.е. разностью отметок верха настила и верха габарита помещения под рабочей площадкой. Минимальная высота из условия жесткости

где f_u = l/225 = 0,0044 при пролете l = 15 м – предельный прогиб главной балки.

Высота разрезной главной балки  принимается в пределах (1/10…1/13)l =  =(1,5…1,15 м).  Предварительно принимаем высоту балки h = 1,5 м.

Оптимальная высота балки из условия  наименьшего расхода стали

 
здесь t_w – толщина стенки балки, предварительно определяемая по эмпирической зависимости      t_w = 7 + 3h/1000 = 7 + 3·1500/1000 = 11,5 мм.

Принимаем t_w = 12 мм.

Максимально возможная  высота балки

h_стр = H – (t_н + h_бн + Δ) = (1080 –800) – (10 + 49,6 + 14) = 206,4 см, 
где  Δ= f_u + (30 …100 мм) = 6,67 + 7,33 = 14 см – размер, учитывающий  предельный прогиб балки  f_u = 6,67 см и выступающие части, расположенные ниже нижнего пояса балки (толщина стыковых  накладок, болты, элементы связей т.п.).

Требуемая площадь пояса 

Ширина пояса b_f = h/3 = 150/3 = 50 см.

Толщина пояса t_f = / b_f = 115,23/50 = 2,3 см.

 

Сравнивая  полученные   данные,  окончательно   назначаем  высоту  балки   h = 1550 мм. Приняв толщину поясов t_f = 25 мм, ширину поясов b_f = 530 мм, стенку выполняем из листовой горячекатаной   стали   по  ГОСТ 19903–74   высотой    h_w = 1500 мм   и   толщиной  t_w = 12 мм.

Проверяем необходимость постановки продольных ребер жесткости. Условная гибкость стенки

следовательно, продольные ребра жесткости не требуются.

Проверяем местную устойчивость сжатого  пояса, для чего отношение свеса  пояса  = (530–12)/2 = 259 мм к его толщине t_f  должно быть не более предельного, определяемого по СНиП [1],