МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ МНОГОЭТАЖНОГО

Стр 1 из 5Следующая ⇒

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ МНОГОЭТАЖНОГО

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

Методические указания

К курсовому проекту

Омск - 2016

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)»

Кафедра строительных конструкций

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

МНОГОЭТАЖНОГО

ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

Методические указания

к курсовому проекту

Составители: Э.Н. Мартемьянова, А.В. Селиванов,

Н.Н. Разливкина

Омск

СибАДИ

2016

УДК

ББК

Рецензент канд. техн. наук, доц. Е.А. Мартынов

Работа утверждена научно-методическим советом по направлению «Строительство» в качестве методических указаний.

Расчет и конструирование металлических конструкций многоэтажного производственного здания: методические указания к курсовому проекту / сост.: Э.Н. Мартемьянова, А.В. Селиванов, Н.Н. Разливкина. – Омск: СибАДИ, 2016. - с.

В методических указаниях рассмотрены рекомендации по проектированию несущих конструкций зданий производственного назначения. Приведен алгоритм расчета и необходимые данные для назначения геометрических параметров несущих конструкций.

Рекомендована для студентов всех форм обучения направления «Строительство» профиля «Промышленное и гражданское строительство».

Ил.19. Прил.5. Библиогр.: 4 назв.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.. 4

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА.. 5

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ ПЕРЕКРЫТИЯ.. 7

2.1. Второстепенная балка перекрытия. 7

2.1.1. Конструктивная и расчетная схемы.. 7

2.1.2. Подбор поперечного сечения из условия прочности. 9

2.1.3. Проверка условия жесткости балки. 11

2.2. Главная балка перекрытия. 11

2.2.1. Конструктивная и расчетная схемы.. 11

2.2.2. Подбор поперечного сечения. 13

2.2.3. Проверка прочности сечения по нормальным напряжениям.. 15

2.2.4. Конструирование балки переменного сечения. Построение эпюры материалов 15

2.2.5. Проверка прочности уменьшенного сечения балки по касательным напряжениям 18

2.2.6. Проверка прочности по приведенным напряжениям.. 19

2.2.7. Проверка прочности сварных швов. 19

2.2.8. Проверки устойчивости балки. 20

2.2.9. Расчет опорного ребра главной балки. 22

2.2.10. Расчет и конструирование монтажного стыка. 24

3. ЦЕНТАЛЬНО-СЖАТАЯ КОЛОННА.. 28

3.1. Конструктивная и расчетная схемы.. 28

3.2. Определение расчетной нагрузки на колонну. 29

3.3. Определение размеров поперечного сечения колонны.. 30

3.4. Проверка общей устойчивости колонны относительно оси х. 32

3.5. Проверка местной устойчивости элементов колонны.. 32

3.6. База колонны с траверсами. 33

4. Графический раздел курсовой работы... 39

Библиографический список. 40

Приложения. 41

ВВЕДЕНИЕ

В методических указаниях рассматриваются вопросы конструирования и расчета балочной клетки перекрытия и колонны многоэтажного здания производственного назначения. Приводится методика подбора сечений элементов, конструирования узлов и сопряжений элементов.

Перекрытие многоэтажного производственного здания состоит из второстепенных и главных балок. Второстепенные балки одним концом опираются на главную балку, а другим – на наружную несущую кирпичную стену. Главные балки опираются одним концом на полку центрально-сжатой колонны, а другим – на наружную несущую кирпичную стену.

Балка – это конструктивный элемент, работающий на изгиб. По типу сечения балки могут быть прокатными или составными. Наиболее часто применяют балки двутаврового сечения, так как они удобны в компоновке, технологичны и экономичны по расходу металла.

Колонна – это конструктивный элемент, работающий на продольное сжатие, сечением которого является сварной двутавр.

Компоновка междуэтажного перекрытия представлена на рис. 1, компоновка угловой ячейки – рис. 2.

Даны указания по содержанию и оформлению расчетной и графической частей курсового проекта.

Выполняется курсовой проект на основе задания (прил. 1).

В библиографическом списке представлена нормативная и учебная литература.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Исходные данные принимаются по шифру задания (прил. 1):

L₁ х L₂ – размер ячейки балочной клетки перекрытия по внутренним граням стен: L₁ – вдоль главных и L₂– вдоль второстепенных балок, м;

- , - постоянная и временная нормативные нагрузки на междуэтажное перекрытие, кН/м²;

- - расчетная нагрузка от чердачного перекрытия, кН/м²;

- - нормативная нагрузка от покрытия и веса кровли, кН/м²;

- п_э – число этажей;

- h_э – высота этажа от пола до низа главной балки, м;

- h_к – конструктивная высота междуэтажного перекрытия, м;

- район проектирования.

Исходные данные по материалу:

- материал несущих конструкций балочной клетки и колонны – сталь марки С 235;

- бетон фундамента – класс В 12, 5;

- настил из сборных железобетонных (нетиповых) плит толщиной 0, 3 м (вместе с конструкцией пола).

КОМПОНОВКА ПЕРЕКРЫТИЯ

Компоновка перекрытия выполняется по заданной общей схеме здания (рис. 1).

Рис. 1. Компоновка междуэтажного перекрытия: а – общая схема здания (конструктивные элементы показаны условно в уровне одной ячеки);

б – план перекрытия (ж/б плиты условно не показаны)

Рис. 2. Компоновка угловой ячейки

Шаг второстепенных балок принимается в пределах а = = 2000…5000 мм (рекомендовано мм) и он должен целое число n раз укладываться по длине L₁.

Например: 16500/5 = 3300 мм или 16500/6 = 2750 мм, где 5 и 6 – число шагов, назначаемое произвольно.

Проверка жесткости балки

Проверка жесткости выполняется по второй группе предельных состояний.

Полученный относительный прогиб является мерой жесткости балки и не должен превышать нормативного, зависящего от назначения балки:

где – предельно допустимая величина относительного прогиба второстепенной балки [2, табл. Е1, п. 2].

Нормативная погонная нагрузка второстепенной балки с учетом собственного веса, кН/м

Максимальный прогиб балки f определяется по формуле

см,

где –в кН/см; Е = 2, 06∙ 10⁴ – модуль упругости по [1, табл. 63, прил. 3]; l_0вб – расчетный пролет второстепенной балки, см; I_x – момент инерции двутавра, см⁴.

Если условие или не выполняется, требуется произвести перерасчет жесткости балки изменив номер двутавра по ГОСТ 8239-89. При этом - допускаемый прогиб, определяется по формуле: , см.

Главная балка перекрытия

Подбор поперечного сечения

Поперечное сечение главной балки принимается составное сварное двутавровое, симметричное относительно осей х и у (рис. 6).

Определение высоты стенки, h_ст

1. Определение минимальной высоты стенки балки из условия жесткости:

, см,

где l_0гб – расчетный пролет главной балки, см; – среднее значение коэффициента надежности, ≈ 1, 15; - 1/400 – величина предельно допустимого относительного прогиба главной балки [2, табл. Е1, п. 1].

2. Определение оптимальной высоты стенки балки из условия минимального расхода стали:

где к = 1, 15…1, 2 – конструктивный коэффициент для сварной балки; - требуемый момент сопротивления; - коэффициент условий работы главной балки [1, табл. 6*]; t_ст – толщина стенки, рассчитанная по эмпирической формуле, см

Определение толщины стенки t_ст

1) По эмпирической формуле , где t_ст - толщина стенки, получаемая в мм, с учетом сортамента; – минимальная высота стенки, м.

2) Из конструктивных требований t_ст = 8…16 мм.

Размеры высоты h_ст и толщины t_ст стенки назначаются в соответствии с ГОСТ 19903-74* на листовую сталь (прил. 3).

Определение размеров полок балки, b_п и t_п

Размеры полок должны удовлетворять конструктивным требованиям:

1) Из условия закрепления второстепенных балок

мм;

2) Из условия общей устойчивости балок

3) Из условия местной устойчивости сжатого пояса балок

5) мм

Размеры ширины и толщины полок назначаются в соответствии с ГОСТ 82-70* на листовую сталь. Необходимо начертить сечение балки и указать принятые параметры в см.

Проверка устойчивости балки

Проверку общей устойчивости балок двутаврового симметричного сечения на участке между горизонтальными связями, которыми являются второстепенные балки, не требуется производить, если удовлетворяется условие [1, п. 5. 16*, табл. 8*, ф. 37]:

где l₀₁ – наибольшее расстояние между осями второстепенных балок а₁(рис. 5); h₀ – расстояние между осями поясных листов, h₀ = h_ст +t_п.

Если условие не выполняется, то расчет на устойчивость балки, изгибаемой в плоскости стенки, следует выполнять согласно [1, п. 5.15].

Для обеспечения местной устойчивости стенки балки в местах опирания второстепенных балок и на опорах устанавливаются парные поперечные ребра жесткости на всю высоту стенки балки [1, п.7.10] (рис. 11).

Рис. 11. К расчету местной устойчивости стенки балки

Размеры ребер жесткости

Ширина ребра из условия устойчивости самого ребра в_р, мм,

мм,

где h_ст – высота стенки, мм.

Толщина ребра t_p, мм, из условия [1, п.7.10]

2) .

Окончательные размеры ребра принимаются в соответствии с ГОСТ 103-2006 на листовую сталь.

Центрально-сжатая колонна

Относительно оси х

где А – площадь сечения, см², - момент инерции сечения относительно оси х, см⁴, - радиус инерции сечения, см, - гибкость стержня, , но не более = 120.

По полученному значению гибкости определяется коэффициент продольного изгиба φ [1, табл. 72] и выполняется проверка устойчивости.

При невыполнении условия устойчивости (5% резерв надежности) необходимо изменить размеры сечения и повторить расчет.

База колонны с траверсами

База выполняет две функции - распределяет усилие, передаваемое колонной на фундамент, снижая напряжение до расчетного сопротивления бетона фундамента и обеспечивает прикрепление к нему колонны с помощью анкерных болтов.

Конструктивная схема базы колонны представлена на рис. 20.

Площадь опорной плиты А_оп рассчитывается из условия прочности бетона фундамента

где - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (прил.4), кН/см²; - коэффициент увеличения в зависимости от соотношения площадей верхнего обреза фундамента А_ф и опорной плиты А_оп, при ,

Рис. 20. Конструктивная схема базы колонны:

1 – опорная плита; 2 – стержень колонны; 3 – траверсы;

4 – ребра жесткости; 5 – оси анкерных болтов;

h_mp – высота траверсы; t_mp – толщина траверсы;

h_p – высота ребра жесткости; t_p – толщина ребра жесткости;

t_on – толщина опорной плиты

Определение размеров опорной плиты

Так как габаритные размеры колонны , опорная плита (рис. 19) принимается квадратной в плане со стороной по ГОСТ 82-70* на листовую сталь.

Толщина опорной плиты рассчитывается после конструирования базы.

Фактическое реактивное давление на опорную плиту (рис. 21), кН/см²:

Рис. 21. К расчету опорной плиты

Определение размеров траверс и ребер базы колонны

Траверсы и ребра жесткости предназначены для равномерного распределения нагрузки от стержня колонны по площади опорной плиты (рис. 20).

Задаются следующие параметры:

мм – толщина траверсы;

мм – толщина ребра жесткости;

–высота ребра жесткости.

Высота траверсы определяется из условия прочности сварных швов, приваривающих траверсы к стержню колонны.

При срезе по металлу шва:

, отсюда

При срезе по металлу границы сплавления:

, отсюда

Все обозначения в формулах см. п. 2.2.7, при этом катет шва k_f принимается k_f _min ≤ k_f ≤ 1, 2 t_min_.

Размеры траверс и ребер принимаются в соответствии с ГОСТ на листовую сталь.

Полученная h_тр не должна мм.

Определение толщины опорной плиты

Опорная плита работает как пластина на упругом основании, давление под плитой принимается равномерно распределенным от фундамента и плита считается опертой на элементы сечения колонны и базы.

Опорная плита (рис. 22) представляет собой пластину на упругом основании, закрепленную на разных участках по двум (участок 4), трем (участки 2; 3) и четырем (участок 1) сторонам траверсами, ребрами, стенкой и полками колонны.

Эти пластины загружены равномерно распределенным реактивным давлением со стороны фундамента на полосе шириной 1 см.

см, кН/см.

Для определения толщины опорной плиты базы необходимо найти изгибающие моменты на участках 1, 2, 3, 4.

Рис. 22. К определению толщины опорной плиты

Для определения толщины опорной плиты на каждом участке вычисляются изгибающие моменты, зависящие от соотношения сторон. При опирании на три стороны – защемленной к свободной; при опирании на четыре стороны – большей к меньшей.

Участок 1 – работает на изгиб как пластина, опертая по четырем сторонам. Изгибающий момент М₁ равен

где α – коэффициент, зависящий от отношения длинной стороны в₁ к короткой а₁, (см.прил. 5).

Участки 2 и 3 – работают на изгиб, как пластина, опертая по трем сторонам. Изгибающие моменты М₂ и М₃ равны:

;

где β – коэффициент, зависящий от отношения закрепленной стороны пластины в_i к свободной а_i, (прил. 5).

При отношении сторон , пластина может быть рассчитана как консоль

Участок 4 – опирается по двум сторонам (рис. 23). Изгибающий момент определяется как для пластины, опертой по трем сторонам, с условными размерами и .

Рис. 23. К расчету участка 4

Толщина опорной плиты определяется из условия прочности участка пластины с максимальным изгибающим моментом :

где – момент сопротивления плиты шириной 1 см

По данному равенству требуемая толщина опорной плиты определяется:

где γ _с – коэффициент условия работы опорной плиты, γ _с=1, 2 [1, табл. 6*, поз. 11а].

Толщина плиты принимается в соответствии с ГОСТом на листовую сталь и не должна превышать 40 мм.

Если мм, необходимо уменьшить М_max путем постановки дополнительных ребер жесткости на наиболее загруженных участках и повторить расчет.

Библиографический список

1. «СНиП II-23-81* Стальные конструкции». – М., 2011.

2. СП 20.13330.2011. Актуализированная редакция «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия». – М., 2011.

3. Металлические конструкции: в 3т. Т.1. Элементы стальных конструкций: учеб. пособие для строительных вузов/ В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Уваров, В.В. Филиппов и др.; под ред. В.В.Горева. – М.: Высш. шк., 1997.

4. Металлические конструкции. Общий курс: учебник для вузов/ Е.И.Беленя, В.А.Балдин, Г.С.Ведеников и др.; под общ. ред. Е.И. Беленя. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1986.

5. Металлические конструкции: в 3 т, т.2. Конструкции зданий: учеб. Для строит. вузов/ В.В. горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др.; Под ред. В.В. Горева. – М.: Высш. Шк. 2002. –528 с.: ил.

Приложение 1

Задание на курсовую работу

Размеры (L₂× L₁) ячейки балочной клетки (в метрах)

	Вторая цифра шифра

первая цифра шифра		6, 9х12, 0	6, 1х16, 0	6, 4х10, 0	4, 9х19, 6	7, 1х15, 0	5, 2х14, 5	5, 9х18, 0	5, 4х15, 6	6, 7х10, 0	6, 4х11, 6
	6, 8х12, 6	6, 2х17, 7	6, 0х10, 5	4, 8х19, 2	7, 2х14, 7	5, 4х14, 0	5, 6х18, 6	5, 5х15, 2	6, 8х10, 5	6, 5х11, 2
	6, 7х13, 2	6, 3х17, 4	7, 0х11, 0	4, 7х18, 6	7, 3х14, 4	5, 5х13, 5	5, 7х19, 2	5, 6х14, 8	6, 0х11, 0	6, 6х10, 8
	6, 6х13, 8	6, 4х17, 1	5, 1х11, 5	5, 0х18, 4	7, 4х14, 1	5, 8х13, 0	5, 6х19, 8	5, 7х14, 4	7, 1х11, 5	6, 7х10, 4
	6, 5х14, 4	6, 5х16, 8	6, 9х12, 0	5, 1х18, 0	7, 5х13, 8	5, 8х12, 5	5, 5х20, 4	5, 8х14, 0	7, 2х12, 0	6, 8х10, 0
	6, 4х15, 0	6, 6х16, 5	5, 7х12, 5	5, 2х17, 6	7, 6х13, 5	5, 9х12, 0	5, 4х21, 0	5, 9х13, 6	7, 3х12, 5	6, 9х19, 6
	6, 3х15, 6	6, 7х16, 2	6, 8х13, 0	5, 3х17, 2	7, 7х13, 2	6, 1х11, 5	5, 3х21, 6	6, 0х13, 2	7, 4х13, 0	7, 0х19, 2
	6, 2х16, 2	6, 8х15, 9	6, 3х13, 5	5, 4х16, 8	7, 8х12, 9	6, 2х11, 0	5, 2х22, 2	6, 1х12, 8	7, 5х13, 5	7, 1х19, 8
	6, 1х16, 8	6, 9х15, 6	6, 0х14, 0	5, 5х16, 4	7, 9х12, 6	6, 5х10, 5	5, 1х22, 8	6, 2х12, 4	7, 6х14, 0	7, 2х18, 4
	6, 0х17, 4	7, 0х15, 3	5, 7х14, 5	5, 6х16, 0	8, 0х12, 3	6, 6х10, 0	5, 0х23, 4	6, 3х12, 0	7, 7х14, 5	7, 3х18, 0

Продолжение приложения 1

Приложение 3

Прокат листовой горячекатанный, ГОСТ 19903 – 74*

Толщина, мм	Ширина, мм
6, 7	700, 710, 750, 800, 900, 1000, 1100, 1250, 1400, 1420, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000
8, 9, 10	700, 710, 750, 800, 900, 950, 1000, 1100, 1250, 1400, 1420, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300
11, 12	1000, 1100, 1250, 1400, 1420, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300, 2400, 2500
13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20	1000, 1100, 1250, 1400, 1420, 2200, 2300, 2400, 2500, 2600, 2700
21, 22, 24	1000, 1100, 1250, 1400, 1420, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100
26, 28, 30, 32	1250, 1400, 1420
34, 36, 38, 40	1250, 1400, 1420, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100

Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный, ГОСТ 82 – 70*

Толщина, мм	Ширина, мм
6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 36, 40	200, 210, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 450, 480, 500, 530, 560, 600, 630, 650, 670, 700, 750, 800, 850, 900, 1000, 1050

Широкополосная сталь поставляется длиной от 5…12 м, возможно до 18 м

Приложение 4

Расчетное сопротивление бетона сжатию

Класс бетона	В7, 5	В10	В12, 5	В15	В20
Расчетное сопротивление бетона сжатию, кН/см²	0, 45	0, 60	0, 75	0, 85	1, 15

Приложение 5

Коэффициент α

b/a	1, 0	1, 1	1, 2	1, 3	1, 4	1, 5	1, 6	1, 7	1, 8	1, 9	≥ 2, 0
α	0, 048	0, 055	0, 063	0, 069	0, 075	0, 081	0, 086	0, 091	0, 094	0, 098	0, 125

Коэффициент β

b/a	0, 5	0, 6	0, 7	0, 8	0, 9	1, 0	1, 2	1, 4	2, 0	> 2
β	0, 060	0, 074	0, 088	0, 097	0, 107	0, 112	0, 120	0, 126	0, 132	0, 133

Приложение 6

ПРИМЕР РАСЧЕТА

F₁ = 210 кН; a = 3, 2 м; a+z/2 = 3, 4 м; a-b_к/2 = 3, 0 м; l₀ = 16 м.

Сеч. I-I

Сеч. II-II

Сеч. III-III

Сеч. IV-IV

ПРОВЕРКА

Учебное издание

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ МНОГОЭТАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ

Методические указания к курсовому проекту

Составители: Эльвира Николаевна Мартемьянова,

Антон Валерьевич Селиванов,

Надежда Николаевна Разливкина

Редактор

Подписано к печати. Формат 60х90 1/16. Бумага писчая.

Оперативный способ печати. Гарнитура Times New Roman.

Усл. п. л. 5, 25. Тираж 120 экз. Заказ №___

Редакционно-издательский отдел ИПЦ СибАДИ

644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

Отпечатано в отделе ОП ИПЦ СибАДИ

644080, г. Омск, пр. Мира, 5