Санкт–Петербургский Государственный

Политехнический Университет

Кафедра Строительных

Конструкций и Материалов

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине «Металлические конструкции»

«Проектирование рабочей площадки»

Студент группы 3019/2:

Руководитель:

Санкт-Петербург

2005 г

Оглавление

Введение 4

1. Основные конструктивные элементы рабочей площадки 4

2. Проектирование настила 6

3. Проектирование балки настила 6

4. Проектирование главной балки перекрытия 8

4.1. Сбор нагрузок на главную балку 8

4.2. Определение нагрузок, действующих на главную балку 8

4.3. Компоновка поперечного сечения 9

4.4. Определение геометрических характеристик сечения 10

4.5. Вычисление собственного веса главной балки 10

4.6. Проверка принятого сечения по I и II группам ПС 10

4.7. Изменение сечения главной балки по длине 11

4.8. Проверка общей устойчивости главной балки 13

4.9. Размещение ребер жесткости для обеспечения местной устойчивости 13

4.10. Расчет поясных швов 14

4.11. Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах 14

4.12. Проектирование узла опирания балки настила на главную балку 17

4.13. Проектирование опорного узла главной балки 18

5. Расчет центрально-сжатой колонны 19

5.1. Компоновка сечения колонны 19

5.2. Расчет элементов решетки 20

5.3. Расчет базы колонны 22

5.4. Проектирование оголовка колонны 24

Введение

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 – 2600 кгс/м²;

- размеры площадки в плане в осях – 45х21 м*м;

- материал – 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 с полезной нагрузкой >20 кН/м². Площадки такого типа представляют собой самостоятельные сооружения, встроенные в здание.

1. Основные конструктивные элементы рабочей площадки

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.

В качестве настила в настоящем проекте выбрана плоская листовая сталь. Настил шарнирно прикрепляется к верхнему поясу балок. Толщина настила зависит от шага балок настила, находится в диапазоне 6 – 16 мм. Исходя из несущей способности листов стали, расстояние между балками настила находится в диапазоне от 0,6 до 1,6 м.

В настоящем проекте для балки настила выбран прокатный двутавровый профиль. Пролет балок настила должен находиться в диапазоне 3,5 – 5 м.

Главные балки представляют собой профили составного двутаврового сечения, высотой 90 – 140 мм. Пролет главных балок составляет порядка 14 – 18 м.

Исходя из всего вышеперечисленного, возможны следующие варианты компоновки балочной клетки: пролет главных балок L = 15 м, пролет балок настила l_бн = 3,5 м, шаг балок настила l_p – 600, 1000 и 1500 мм (см. рис. 1.1, рис. 1.2, рис. 1.3).

Рис. 1.1. Вариант компоновки балочной клетки (шаг балок настила – 600 мм)

Рис. 1.2. Вариант компоновки балочной клетки (шаг балок настила – 1000 мм)

Рис. 1.3. Вариант компоновки балочной клетки (шаг балок настила – 1500 мм)

2. Проектирование настила

Определение толщины настила.

При нагрузках, не превышающих 50 кН/м² прочность шарнирно-закрепленного настила всегда обеспечена. Необходимо проверить настил на жесткость. Определить толщину настила, удовлетворяющую условие жесткости [l_n/f] ≤ 150, можно по следующей формуле:

l_n/t_n = 0,27 * n₀ * ( 1 + 72E₁/(n₀⁴*pⁿ) );

где l_n – пролет настила (шаг балок настила l_p);

t_n – толщина настила;

n₀ – предельный относительный прогиб (n₀ = 150);

E₁ – цилиндрический модуль упругости; определяется по формуле:

E₁ = E / (1-ν²) = 2,3*10⁹ кг/м²;

pⁿ – полезная нагрузка.

Таким образом, толщина настила при пролете настила l_n=600 мм, составляет t_n=7 мм; при l_n=1000 мм - t_n=11 мм; при l_n=1500 мм - t_n>16 мм.

В настоящем проекте выбрана компоновка балочной клетки с шагом балок настила l_p = 1 м и соответствующая ей толщина настила t_n=11 мм.

3. Проектирование балки настила

Балка настила рассчитывается, как однопролетная шарнирная балка. Расчетная схема представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Расчетная схема балки настила

Определение нагрузок, действующих на балку настила:

q_бн^н = p^н * l_p + g_наст * l_p + g_бн = 2600*1 + 0,011*7850*1 + 30 = 2716,4 кг/м;

где q_бн^н – нормативная нагрузка на балку настила;

l_p – ширина грузовой площади, равная шагу балок настила (l_p = 1 м);

g_наст – вес настила (g_наст = t_н * γ);

γ – плотность стали (γ = 7850 кг/м³);

g_бн – вес балки настила (предварительно назначаемый g_бн = 30 кг/м).

q_бн = p^н * l_p * γ_f + γ_f * (g_наст * l_p + g_бн) = 2600*1*1,1 + 1,05*(0,011*7850*1 + 30) = 2982,2 кг/м;

где q_бн – расчетная нагрузка на балку настила;

γ_f – коэффициент надежности по нагрузке.

Максимальный момент M_max и максимальная поперечная сила Q_max:

M_max = q_бн * l_бн² / 8 = 2982,2 * 3,5² / 8 = 4566,5 кг*м;

Q_max = q_бн * l_бн / 2 = 2982,2 * 3,5 / 2 = 5218,9 кг.

Определение требуемого момента сопротивления сечения W_x^тр:

W_x^тр = M_max / (R_y * γ_c) = 4566,5 / (25*10⁶*1) = 182,7 10^-6м³ = 182,7 см³;

где R_u – расчетное сопротивление стали изгибу (R_u=25*10⁶ кг/м²);

γ_c – коэффициент условий работы (γ_c=1).

Соответствующему моменту сопротивления отвечает двутавр №20 ГОСТ 8239-89: h=20 см, b=10см, s=0,52 см, t=0,84 см, r₁=0,95 см, r₂=0,4 см, А=26,8 см², Р=21 кг/м, I=1840 см⁴, W=184 см³, S=104 см³.

С учетом нового веса балки настила, нагрузки составляют:

q_бн^н = p^н * l_p + g_наст * l_p + g_бн = 2600*1 + 0,011*7850*1 + 21 = 2707,4 кг/м;

q_бн = p^н * l_p * γ_f + γ_f * (g_наст * l_p + g_бн) = 2600*1*1,1 + 1,05*(0,011*7850*1 + 21) = 2972,7 кг/м.

Максимальный момент M_max и максимальная поперечная сила Q_max:

M_max = q_бн * l_бн² / 8 = 2972,7 * 3,5² / 8 = 4551,9 кг*м;

Q_max = q_бн * l_бн / 2 = 2972,7 * 3,5 / 2 = 5202,2 кг.

Проверка прочности балки настила по I и II группам ПС:

σ_max = M_max / W_x ≤ R_y * γ_c;

где σ_max – максимальное нормальное напряжение в опасном сечении балки;

W_x - момент сопротивления сечения;

σ_max = 4551,9 / 184*10^-6 = 24,7*10⁶ ≤ 25*10⁶*1 = 25*10⁶ кг/м²;

условие выполняется.

τ_max = Q_max * S / (I * δ_ст) ≤ R_ср * γ_c;

где τ_max – максимальное касательное напряжение в опасном сечении балки;

S – статический момент полусечения;

I – момент инерции;

δ_ст – толщина стенки профиля;

R_ср – расчетное сопротивление стали срезу (R_u=14,5*10⁶ кг/м²);

τ_max = 5202,2 * 104*10^-6 / (1840*10^-8 * 0,52*10^-2) = 5,65*10⁶ ≤ 14,5*10⁶*1 = 14,5*10⁶ кг/м²;

условие выполняется.

Проверка общей устойчивости не требуется. Это обусловлено креплением жесткого стального настила к сжатому верхнему поясу балок, препятствующему потери устойчивости.

Проверка местной устойчивости также не требуется. Она заведомо обеспечена большой толщиной прокатного профиля.

Жесткость проверяется по следующей формуле:

f_max = 5/384 * q_бн^н * l_бн⁴ / (E * I) ≤ [f] = l / 250;

где f_max – максимальный прогиб балки;

E – модуль упругости (E=21*10⁹ кг/м²);

[f] – допустимое значение прогиба;

f = 5/384 * 2707,4 * 3,5⁴ / (21*10⁹ * 1840*10^-8) = 0,0137 ≤ 3,5/250 = 0,014 м;

условие выполняется.