Стальная рабочая площадка промздания

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ННГАСУ)

 

 

 

 

Кафедра металлических  конструкций

 

Курсовая  расчетно-проектировочная работа

«СТАЛЬНАЯ РАБОЧАЯ  ПЛОЩАДКА ПРОМЗДАНИЯ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы ИСФ 157                                                                  Гаврилов Д.Д.

Проверил:                                                                                                                 Колотов О. В.

 

 

 

 

Нижний Новгород 2012г.

Содержание

Задание на курсовую расчетно-проектировочную  работу…………………………………….3

Введение…………………………………………………………………………………………………………………..4

1.Выбор материала конструкции  и соединений…………………………………………………….5

2.Расчет настила и выбор шага  второстепенных балок………………………………………….6

3.Конструктивная схема балочной  клетки и колонн рабочей площадки………………7

4.Расчет второстепенных балок………………………………………………………………………………8

4.1.Нагрузки и статический расчет  балок………………………………………………………………..8

4.2.Назначение и проверка сечений  балки……………………………………………………………..9

5.Расчет главных балок…………………………………………………………………………………………….11

5.1.Нагрузки и статический расчет  балки…………………………………………………………………11

5.2.Конструирование и основные  проверки сечения главной балки……………………..12

5.3.Размещение ребер жесткости  и проверка стенки балки на  местную

устойчивость………………………………………………………………………………………………………………16

5.4.Расчет поясных швов сварной  главной балки…………………………………………………….19

5.5.Конструирование и расчет  опорного узла главной балки………………………………….20

6.Конструирование и расчет колонны……………………………………………………………………….22

6.1.Конструирование и расчет  стержня колонны………………………………………………………22

6.2.Расчет прикреплений соединительных  планок……………………………………………………26

6.3.Конструирование и расчет  базы сквозной колонны…………………………………………….27

Используемая литература……………………………………………………………………………………………30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В производственных зданиях технологический  процесс или условия обслуживания технологического оборудования часто  требуют устройства рабочих площадок, приподнятых над полом или  перекрытием. На этих площадках могут  находиться рабочие, различного рода материалы, вспомогательное оборудование, транспортные средства и т. п.

Основным элементом рабочей  площадки является стальной настил, подкрепленный системой второстепенных балок. Последние обычно опираются на главные балки, установленные на систему металлических колонн. Площадки оборудуют лестницами, перильными ограждениями, технологическими проемами. Для придания сооружению устойчивости, колонны раскрепляют связями в продольном и поперечном направлениях. Связями на опорах могут быть раскреплены и главные балки для предотвращения их опрокидывания.

Задачей проектирования рабочей площадки, как и других конструкций и  сооружений, является удовлетворение поставленным технологическим требованиям  и условиям эксплуатационной надежности при минимальной затрате материала, минимальной стоимости и трудоемкости изготовления и монтажа конструкций. Достигается это разработкой  и экономическим сравнением нескольких вариантов сооружения.

 

Рис. 1  Расчетная схема настила

 

 

1. ВЫБОР МАТЕРИАЛА КОНСТРУКЦИЙ И СОЕДИНЕНИЙ

 

Согласно п. 2.1 и таблице 50 СНиП II-23-81* для отапливаемого здания в климатическом районе II₃ принимаем:

Стальной настил: группа конструкций 3, при отсутствии сварных соединений, группа 4; сталь С245

Прокатные второстепенные балки: группа конструкций 1, при отсутствии сварных соединений, группа 2; сталь С345-3

Сварные главные балки: группа конструкций 1; сталь С345-3

Колонны из прокатных профилей: группа конструкций 3, при отсутствии сварных соединений в стержнях колонн, группа 4; сталь С245.

Все стали по ГОСТ 27772-88. Прочностные  характеристики сталей по п. 3.1 и таблицам 1 и 51 СНиП II-23-81*, по конкретным условиям.

Для сварных соединений согласно п. 2.2 и таблице 55 принимаем:

В сварных главных балках для  автоматической и полуавтоматической сварки (группа 1; сталь 345-3) флюс АН-43 по ГОСТ 9087-81*, сварочная проволока Св-10НМА по ГОСТ 2246-70*

Для ручной сварки электроды Э50А  по ГОСТ 9467-75*;

Колонны и настил (группа 4; сталь  С245) для полуавтоматической сварки

Флюс АН-348А по ГОСТ 9087-81*

Сварочная проволока Св-08А по ГОСТ 2246-70*

Для ручной сварки электроды Э42А  по ГОСТ 9467-75*.

Для расчетных болтовых соединений согласно п. 2.4 и таблице 57 принимаем  болты класса В- 4.6 по ГОСТ 1759.0-87 диаметром 16мм.

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ НАСТИЛА И ВЫБОР ШАГА ВТОРОСТЕПЕННЫХ БАЛОК

Стальной настил рассчитываем по балочной схеме с учетом растягивающих  усилий [4], стр. 130. Временная нормативная нагрузка18кН/м² = 0,0018 кН/см². Для расчетной полосы шириной 1 см нагрузка на единицу ее длины q = 0,0018 кН/см. По формуле ([7], стр.88; [8], стр.9)

 

Где  и - пролет и толщина настила;

n₀ = – отношение пролета настила к величине его предельно-допустимого прогиба;

E₁ = = 2,06*10⁴/(1-0,3²) = 22,637кН/см² – цилиндрический (без учета поперечных деформаций) модуль упругости материала при коэффициенте Пуассона

Вычисляем предельно допустимое по условиям жесткости отношение:

 

Согласно таблице 3.1 , при временной  нагрузке 18 кН/м² принимаем толщину настила = 1 см. Тогда предельный по условиям жесткости пролет настила ≤ 91*1 ≤ 91 см. Если принять предварительно ширину поясов второстепенных балок см, то предельный шаг балок 99 см. Принимаем шаг второстепенных балок = А/15 = 1200/15 80 см < , где 15 – число шагов второстепенных балок, которое следует принимать нечетным.

Рис. 2  Расчетная схема  настила

3. КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ И КОЛОНН РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ

Согласно заданию, принимаем нормальную схему балочной клетки рабочей площадки с этажным сопряжением главных  и второстепенных балок. Колонны  размещаются в узлах сетки  осей (2х12)х(3х6). Главные балки опираются на колонны и имеют пролет L = A = 12м и шаг В = 6м. Второстепенные балки с пролетом 6м опираются на главные балки сверху и крепятся к ним болтами. Шаг всех второстепенных балок определяется конструктивным решением опорных уздов главных балок. По всем осям колонны раскрепляются связями.

Рис. 3  Схема балочной клетки

4. РАСЧЕТ ВТОРОСТЕПЕННЫХ БАЛОК

4.1.Нагрузки и статический расчет балок

Н а второстепенные балки передается нагрузка от веса, соответственно, веса балок и временная нагрузка. Вес  настила вычисляется как произведение объема листа на площади 1 м² на объемный вес стали 78,5 кН/м², а вес балки как отношение веса 1 м балки (по сортаменту) к шагу a_fb второстепенных балок.

Нагрузка, отнесенная к 1 м² площади настила, приведена в таблице 1

№№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная, кН/м2	γf	Расчетная, кН/м2
1	Постоянная нагрузка: а) Стальной лист настила tsh = 10 мм 0,010 х 78,5 = 0,785 кН/м2 б) Балка I 30 (предварительно принимаем hb 1/20 пролета балки) при шаге afb = 0,8 м. 0,365/0,8 = 0,456 кН/м2 Итого: 1,241 кН/м2	1,241	1,05	1,303
2	Временная нагрузка	18	1,2	21,6

 Нагрузка на 1 м балки с полосы настила шириной a_fb = 0,8 м

Нормативная:

Постоянная g_n = 1,241 х 0,8 = 0,993 кН/м

Временная q_n = 18 х 0,8 = 14,4 кН/м

Расчетная:

Постоянная g = 1,303 х 0,8 = 1,04 кН/м²

Временная q = 21,6 х 0,8 = 17,28 кН/м²

Балку рассматриваем как однопролетную  с шарнирными закреплениями на опорах и нагруженную равномерно распределенной нагрузкой. Расчетные усилия в сечениях:

В середине пролета

Q = 0

M_max = кНм

На опорах

Q_max = 

М = 0

4.2. Назначение и проверка сечений балки

Второстепенные балки проектируем  прокатными двутаврового сечения из стали С345-3. Расчетное сопротивление R_y = 31,5 кН/см² (таблица 51 СНиП [1] для фасонного проката t до 20 мм);

R_s = 0,58*R_y = 0,58 * 31,5 = 19,27 кН/см² (таблица 1 СНиП [1]).

Балки закреплены от потери устойчивости настилом, поэтому рассчитываем их с учетом развития пластических деформаций в расчетном сечении на 0,5l_b. Требуемый момент сопротивления сечения по формуле (39) СНиП [1] при предварительном значении C₁ 1,1:

см³.

Требуемый момент инерции сечения  при предельно допустимом прогибе  f_u = l_b/350 = 600/350 = 1,71 см из формулы прогибов:

f = см;

 см⁴

В качестве второстепенной балки может  быть принят I 27 по ГОСТ 8239-89 с массой 31,5 кг/м или I 26Б1 по ГОСТ 26020-83 с массой 28 кг/м. Как более экономичный принимаем I 26Б1. Его геометрические характеристики:

I_x = 4024 см⁴;   W_x = 312 см³;   S_x = 176,6 см³;   t_w = 0,58 cм;   t_f = 0,85 см;   b_f = 12,0 см; 

масса 28 кг/м;      h = 25,8 см.

Принятое сечение проверяем:

а) на прочность при действии M_max = 82б44 кНм в сечении на 0,5 l_b с учетом развития пластических деформаций (п. 5.18 СНиП [1]).

В сечении на 0,5 l_b поперечная сила Q = 0 и τ < 0,5 R_s, поэтому коэффициент С₁ в формуле (39) принимаем равным С₁ = С по таблице 66 СНиП [1].

При ;

С 1,095 (по интерполяции).

Проверка прочности (по формуле 39 СНиП [1]) по граничному условию 1-го предельного состояния МФ:

M_max = кНсм < R_y*W_x*C₁*γ_c = 31,5 * 312 * 1,095 * 1 = 107,62 * 10² кНсм;

б) на прочность при действии Q_max в опорных сечениях (формула (29) СНиП [1]):

Q_max = < ;

в) на жесткость по формуле:

 см < f_u = 1,71 см/

Принятое сечение второстепенной балки удовлетворяет условиям прочности  и жесткости (с запасом по прочности). Проверка балки на общую устойчивость по п. 5.15 и 5.16 СНиП [1] не требуется, т.к. балка закреплена от потери устойчивости приваренным к ней настилом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. РАСЧЕТ ГЛАВНЫХ БАЛОК

5.1. Нагрузки и статический расчет балки

Нагрузка на главную балку, отнесенная к 1 м² настила площадки

№№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная, кН/м2	γf	Расчетная, кН/м2
1	Постоянная нагрузка: а) Стальной лист настила 0,785 кН/м2 б) второстепенные балки I 26Б1  0,28/0,8 = 0,35 кН/м2 в) собственный вес главной  балки  3 кН/м1 при шаге В = 6м 3/В = 3/6 0,5 кН/м2   Итого: 1,635 кН/м2	1,635	1,05	1,717
2	Временная нагрузка	18	1,2	21,6

 

Нагрузка на 1 м¹ главной балки при ширине полосы грузовой площади равной шагу главных балок В = 6м:

Нормативная:

постоянная g_n = 1,635 x 6 = 9,81 кН/м;

временная q_n = 18 x 6 = 108 кН/м;

Расчетная:

постоянная g = 1,717 x 6 = 10,3 кН/м;

временная q = 21,6 x 6 = 129,6 кН/м.

Расчетные усилия в сечениях главной  балки, как в простой балке  с шарнирным закреплением на опорах с пролетом L = A = 12м,

В середине пролета

M_max = кНм

Q = 0

На опорах

Q_max = 

М = 0

5.2. Конструирование и основные проверки сечения главной балки

Балку проектируем сварной, двутаврового сечения из стали С345-3 по ГОСТ 27772-88 с расчетным сопротивлением R_y = 30 кН/см² при толщине листа t = 20 40 мм(пояса) и R_y = 31,5 кН/м² при толщине листа t = 10 20 мм (стенка) по таблице 51 СНиП [1];

R_s = 0,58 R_y = 0,58 * 31,5 = 18,27 кН/см² при t = 10 мм по таблице 1 СНиП [1];

R_un = 47 кН/см² и R_p = R_u = 46 кН/см² при t = 10 20 мм по таблицам 1 и 51 СНиП [1].

Требуемый момент сопротивления балки  по условиям прочности при изгибе (из формулы (28) СНиП [1]).

W_x,тр = см³,

где R_y = 30 кН/см² для поясных листов, γ_с = 1 по таблице 6 СНиП [1].

Требуемый момент инерции сечения  по условиям жесткости, определенный величиной  предельно допустимого прогиба  балки f_u = L/350 = 1200/350 = 3,43 см при 0,7*q_n (таблица 19 п.2д СНиП [3]), из формулы равен

см⁴,

(нагрузка в кН/см длины балки).

Принимаем предельную по требованиям  местной устойчивости стенки условную ее гибкость = 5 и определяем соответствующее ей отношение (h_w/t_w)_u = λ_wu.

λ_wu =

где R_y = 31,5 кН/см² для стенки балки.

Для определения направления оптимизации  сечения – по условиям прочности  и ли жесткости, вычислим минимальные  необходимые площади сечения  балки:

по условиям прочности (по W_x,тр)

 

по условиям жесткости (по I_x,тр)

 

Поскольку > , далее конструирование ведем по условиям прочности.