Проектирование технологической площадкип промышленного здания

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И МАТЕРИАЛОВ

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Дисциплина: «Металлические конструкции»

ТЕМА: «ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДКИ

ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург 

2011

Содержание

Задание

1. Компоновка балочной клетки…………………………………………………………………………………………………………………3
2. Расчет стального листового настила……………………………………………………………………………………………..4
3. Подбор сечения балки настила…………………………………………………………………………………………………….……….5
4. Расчет главной балки…………………………………………………………………………………………….……………………………..…7
1. Определение нормативной и расчетной линейных нагрузок на главную балку…………………………………………………………………………………………………………….……………..….………………….8
2. Определение требуемого момента сопротивления главной балки W_треб….……….9
3. Подбор сечения главной балки. ………………………………………………………………………………………..…9
1. Определение наименьшей высоты сечения h_min……………………………………………….… …..9
2. Определение оптимальной и рекомендованной высоты главной балки

h_опт, h_рек ………………………………………………………………………………………….………………………………… ………10

3. Определение толщины стенки главной балки δ_ст…………………………….…………..……..10
4. Определение ширины b_n и толщины пояса δ_n ……………………………………….…………..…..11
4. Определение статических характеристик сечения главной балки…….…………….12
5. Проверка выбранного сечения по первой и второй группам предельных состояний………………………………………………………………………………………………………………………………..…...….13
6. Изменение сечения главной балки по длине……………………………………………………….………..14
7. Проверка по четвертой теории прочности измененного сечения главной балки………………………………………………………………………………………………………………….……………………….………16
8. Проверка общей устойчивости главной балки………………………………………………..……….….17
9. Размещение ребер жесткости для обеспечения местной устойчивости стенки главной балки……………………………………………………………………………………………………………….17
10. Расчет сварного шва, крепящего полку главной балки к стене………………………18
11. Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах……………………………………………18
12. Расчет и конструирование опирания балки настила на главную балку…..…25
13. Конструирование и расчет опорного узла главной балки…………………………………..26
5. Конструирование и расчет центрально сжатой колонны…………………………………..……………….28
1. Определение геометрической длинны колонны… ………………………………………………..……..28
2. Подбор сечения колонны …………………………………………………………………………………………..……..……28
3. Расчет оголовка колонны …………………………………………………………………………………………..….……34
4. Конструирование и расчет базы колонны …………………………………………………………………..36
1. Определение плановых размеров опорной плиты ……………………………………………..36
2. Определение толщины фундаментной плиты из условия прочности при изгибе в каждом отсеке. ………………………………………………………………………………………….….37
3. Расчет сварных швов………………………………………………………………………………………………...……38
4. Проверка прочности траверсы……………………………………………………………………………………38

Список литературы………………………………………………………………………………………………………………………………………………..40

 

 

 

 

Задание

Настоящий проект рабочей  площадки разработан в соответствии с заданием на проектирование и действующими СНиП.

Исходные данные для  проектирования следующие:

- нормативная  полезная нагрузка на рабочий  настил – 2950 кгс/м²;

- размеры площадки  в плане в осях МхМ – 54х24 мхм;

- отметка рабочего  настила – 13,800 м

- материал –  сталь С255;

- характер опирания главной балки на колонну – верхнее с торцевым расположением опорного ребра;

- класс сооружения  по степени ответственности –  1

Площадка предназначена  для размещения, обслуживания и ремонта  производственного оборудования. Площадки такого типа представляют собой самостоятельные  сооружения, встроенные в здание.

1. Компоновка балочной клетки.

Основными несущими элементами площадки являются фундаменты, колонны, главные балки, балки настила, настил. Настил устраивается по верхнему поясу балок настила, опирающихся на главные балки, которые в свою очередь опираются на колонны. Колонны через фундаменты передают нагрузку на грунт.

Балочная клетка (БК) – это система пересекающихся несущих балок, предназначенных  для опирания рабочего настила.

Основные принципы компоновки балочной клетки:

1. Главные балки  (ГБ) по направлению ориентируются  вдоль большей стороны площадки. Для стальных конструкций длина  главной балки l выбирается в пределах 9-24 м. В нашем курсовом проекте сужаем этот интервал до 12-20 м, еще и исключая крайние значения. Пролет главной балки должен быть таким, чтобы главная балка уложилась в длину площадки целое количество раз.

2. Балки настила  (БН). Для стальных конструкций  длина балок настила l₁ выбирается в пределах 5-9 м. В проекте принимаем: 3,5 м< l₁<6,5 м. При компоновке, балки настила должны укладываться вдоль короткой стороны целое число раз.

3. Пролет настила  (Н). Значение пролета настила  должно лежать в диапазоне  0,6 м<l_н<1,8 м. Но желательно попадание: 0,8<l_н<1,2 м. Пролет настила должен укладываться в длине главной балки целое количество раз.

Исходя из выше перечисленного, принимаем такой вариант компоновки балочной клетки (рис 1):

пролет главных  балок l= 18м

пролет балок настила l₁= 4м

 

 

2. Расчет стального листового настила.

Несущий настил состоит  из стального листа, приваренного к  балкам настила по всей длине. Сварка полуавтоматическая. Лист может быть гладким или рифленым. Толщина  от 6 до 16 мм.

 

Рис. 2. Конструктивная схема опирания листов настила на балки настила

 

Так как настил приваривается к балке с двух сторон, то любую балку рассматривать  как неподвижную опору. Следовательно, возникает осевая растягивающая  сила Н (см. рис. 3)

 

Рис. 3. Расчетная  схема опирания листов настила на балки настила

Чем тоньше настил, тем больше на него влияет осевая растягивающая  сила, тем ближе расчетная схема  настила к мембране.

 

1. Переводим полезную нагрузку на рабочий настил в кг/см²

р^н =2950 кг/м²=0,295 кг/см²

2. По таблице принимаем δ_н=1,2 см;
3. Находим нормативную нагрузку от собственного веса настила:

V=1*1*1,2=1,2 (см³)

ρ=7,85*10^-3 кг/см³

g_н^н = ρ*V = 7,85*10^-3*1,2=9,42*10^-3(кг/см²)

4. Определяем полную нормативную нагрузку на полоску шириной 1 см:

q_н= р^н + g_н^н = 0,295 + 0,00942 = 0,3044 кг/см²

5. Вычисляем значение K:

К = 40 + 13/ q_н= 40+13/0,3044 = 82,707 ⋲ 83

6. Вычисляем предельную длину настила:

|l_н|_пр = К* δ_н = 83*1,2 = 99,6 (см).

7. Определяем длину настила l_н по таблице в зависимости от длины главной балки:

L_н= 100 см

(l_н- |l_н|_пр)/ l_н *100% = (100-99,6)/100 *100% = 0,4% <5%

8. Определяем категорию настила:

50< l_н / δ_н = 100/1,2 = 83,3 < 300 ^o => попадем в промежуток настила средней толщины.

9. Грубая проверка по графику:

(l_н / δ_н)_граф ⋲ 88. Подобранный настил проходит проверку.

10. Определение величины осевой растягивающей силы, действующей на 1 см ширины листа настила:

 

11. Определение требуемого катета сварного шва.

;

 

 

Принимаем минимально допустимый катет по условиям производства работ:

 

3. Подбор балки настила

Балка настила  рассчитывается, как однопролетная  шарнирная балка. Нагрузочная схема  представлена на рис. 4. Расчетная схема  представлена на рис. 5.

Рис. 4. Нагрузочная  схема балки настила

Рис. 5. Расчетная  схема балки настила

1. Определение линейной нормативной нагрузки на балку настила:

 

где – собственный вес 1 см² настила;

 – приблизительный  собственный вес 1 см балки  настила.

2. Определение линейной расчетной нагрузки на балку настила:

 

 

3. Находим максимальный изгибающий момент балки настила:

 

4. Определение требуемого момента сопротивления балки настила:

 

 

Из сортамента ГОСТ 8239-89 выбираем двутавр №27:

 

 

 

 

 

5. Находим новые значения величин , , :

 

Определение линейной нормативной нагрузки на БН:

 

 

Определение линейной расчетной нагрузки на БН:

 

 

 

 

 

 

6. Рассчитываем прочность:

 

 

 

 

 

 

 

7. Проверка балки настила выбранного сечения на жесткость:

 

 

 

А=250

 

 

 

 

 

 

 

Условие жесткости  выполняется.

 

4. Расчет главной балки

 

Главная балка  рассчитывается, как однопролетная  шарнирная балка.

Нагрузочная схема  представлена на рис. 6. Расчетная схема  представлена на рис. 7.

Рис. 6. Нагрузочная  схема главной балки 

 

Рис. 7. Расчетная  схема главной балки

 

4.1. Определение нормативной и расчетной линейных нагрузок на главную балку.

 

4.1.1. Полезная линейная нормативная нагрузка:

, где - нормативная полезная нагрузка на рабочий настил (кг/см²)

 

 

4.1.2. Линейная  нормативная нагрузка от собственного  веса конструкции (вес настила  + вес балок настила + приблизительный  вес главной балки):

;

 

 – нагрузка  от собственного веса настила,

- нагрузка от  собственного веса балки настила,

 – величина, учитывающая собственный вес  главной балки.

 

 

 

4.1.3. Полная нормативная  погонная нагрузка на главную  балку: 

 

;

 

 –линейная нормативная погонная нагрузка,

 – линейная  нормативная нагрузка от собственного  веса конструкций. 

 

 

4.1.4. Расчетная  полная погонная нагрузка на  главную балку: 

 

 

4.2. Определение требуемого момента  сопротивления главной балки 

 

 

 

 

4.3. Подбор сечения главной балки.

Рис. 8. Основные обозначения  сечения главной балки

 

4.3.1. Определение  наименьшей высоты сечения :

 

4.3.2. Определение  оптимальной и рекомендованной  высоты сечения главной балки  

 

 

По сортаменту листовой стали ГОСТ 19903-74 назначаем 

 

 

4.3.3.Определение  толщины стенки 

1) Для балки  с высотой  определение по приближенной зависимости из опыта проектирования:

 

2) По условию  среза стенки на опоре: 

 

;

 для стали C255

 

3) По условию  обеспечения местной устойчивости  стенки:

 

По сортаменту листовой стаи ГОСТ 19903-74 назначаем  :

 

 

4.3.4. Определение  ширины  и толщины пояса :

 

 – требуемая  площадь полки по условию прочности.

 

Определяем ширину пояса как  

По сортаменту ГОСТ 82-70 принимаем .

Найдем :

  Получаем, что толщина полки не проходит условие связанное с тем, что толстую сталь рубить трудно и дорого.

Заново определяем:

 

По сортаменту ГОСТ 82-70 принимаем 

Найдем толщину  полки  по двум условиям:

1. По условию прочности:

 

2. По условию местной устойчивости:

 

 

;

 

 

 

 

По сортаменту ГОСТ 82-70 принимаем 

– недопустимый размер по условию 

 

Заново определяем:

 

По сортаменту ГОСТ 82-70 принимаем 

Найдем толщину  полки  по двум условиям:

1. По условию прочности:

 

2. По условию местной устойчивости:

 

 

;

 

 

 

 

По сортаменту ГОСТ 82-70 принимаем . Условие выполнено.

Проверка: .

4.4. Определение статических характеристик  сечения главной балки.

1)

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9. Геометрические характеристики сечения главной  балки

 

4.5. Проверка выбранного сечения  по первой и второй группам  предельных состнояний

 

4.5.1. По несущей  способности:

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие прочности выполняется.

 

4.5.2. По жесткости:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,43 см  4,5 см

 

Условие жесткости выполняется.

 

4.6. Изменение сечения главной балки  по длине

Цель изменения  сечения главной балки по длине  – получить некоторую экономию металла. В однопролетных шарнирно опертых балках с равномерно распределенной нагрузкой по всей длине, оптимальным является изменение сечения на 1/6 части пролета l от опор (см. рис. 10).