Выбор оптимального типа и параметров

Предисловие

Учебное пособие «Проектирование стальных конструкций балочной клетки каркасного здания» подготовлено для выполнения курсового проекта по дисциплинам профессионального цикла «Металлические конструкции, включая сварку», «Металлические конструкции (общий курс)». Предназначено для студентов специальностей «Промышленное и гражданское строительство», «Строительство», «Строительство уникальных зданий и сооружений», «Экспертиза и управление недвижимостью» всех форм обучения, магистров, преподавателей.

Издание является учебным методическим пособием. Методика расчетов конструкций изложена с учетом изменившихся нормативных требований. Подробно рассмотрено выполнение технико-экономической оценки сравниваемых вариантов конструкций. Приведены примеры расчета отдельных конструктивных элементов балочной клетки и их соединений. Рекомендуется использовать данное издание как основной материал при выполнении курсового проекта по указанным дисциплинам.

Введение

Проектирование конструкции балочного перекрытия, рабочей площадки цеха или другой аналогичной конструкции основано на применении системы несущих балок, называемой балочной клеткой. Балочные клетки бывают трех основных типов: упрощенного, нормального и усложненного типа. Балочные клетки упрощенного типа рациональны лишь при небольших пролетах, поэтому при выборе системы несущих конструкций чаще всего рассматривают балочные клетки нормального и усложненного типа.

Основные параметры балочной клетки в плане и по высоте, т.е. полные размеры площадки, расстояния между промежуточными опорами-колоннами, отметка верха настила; строительная высота перекрытия, помещения обычно задаются технологами или архитекторами исходя из требований размещения оборудования и удобной эксплуатации помещений.

Темой курсового проекта является расчет и конструирование основных несущих конструкций балочной клетки рабочей площадки и колонн каркаса. Исходные данные для проектирования принимаются в соответствии с вариантом индивидуально и приведены в Приложении А учебного пособия. Шифр задания на проектирование состоит из двух последних цифр зачетной книжки.

При выполнении курсового проекта студентам предоставлена возможность применить свои знания при решении расчетно-конструктивной задачи, попробовать себя в роли проектировщиков при выборе материалов и компоновочных решений, а также при выполнении технико-экономической оценки сравниваемых вариантов конструкций балочной клетки.

Работая над расчетами и чертежами стальных конструкций, студент должен учитывать требования нормативных документов, в соответствии с которыми при проектировании необходимо применять рациональные профили проката, эффективные стали и прогрессивные типы соединений; при этом проектируемые элементы конструкций должны иметь минимальные сечения, удовлетворяющие требованиям действующих норм с учетом сортаментов на прокат.

Курсовой проект должен включать следующие разделы:

1) выбор оптимального типа и параметров балочной клетки на основании сравнения трех вариантов.

2) расчет и конструирование главной балки (подбор сечения; проверка прочности и жесткости; определение места изменения сечения, проверка общей устойчивости балки и местной устойчивости поясов и стенки; расчет промежуточных и опорных ребер; конструирование отправочной марки; составление спецификации металла и ведомости отправочных марок).

3) расчет и конструирование центрально-сжатой колонны (определение расчетных нагрузок, расчетной схемы и расчетной длины; подбор сечения; проверка общей устойчивости стержня колонны и местной устойчивости поясов и стенки; расчет оголовка и базы колонны; конструирование отправочной марки; составление спецификации металла и ведомости отправочных марок);

4) выполнение чертежей (монтажная схема конструкций, чертежи отправочных марок, сечения, узлы сопряжений, спецификация металла, ведомость отправочных марок).

Графическая часть состоит из 1 листа формата А1 (594х841мм) и пояснительной записки на 20–25 страницах. При выполнении курсового проекта необходимо закрепить навыки работы с компьютером.

Выбор оптимального типа и параметров

Балочной клетки

1.1. Выбор типа балочной клетки и шага балок

Балочная клетка – это система несущих балок, опирающаяся на опоры и применяемая при проектировании балочного перекрытия, рабочей площадки цеха, проезжей части моста или другой аналогичной конструкции.

Наиболее экономичный вариант компоновки балочной клетки определяется путем сравнения нескольких конструктивных решений, при проектировании которых можно изменять тип балочной клетки и шаг балок. Для упрощения сравнения вариантов рассматривается только одна средняя балочная клетка, опирающаяся на колонны.

В балочной клетке нормального типа (рис. 1) нагрузка с настила передается на балки настила, опирающиеся на главные балки. Балки настила обычно принимают из прокатного профиля.

Рис.1. Схема балочной клетки нормального типа

В балочной клетке усложненного типа (рис. 2) вводятся дополнительно второстепенные балки, располагаемые под балками настила и опирающиеся на главные балки. Для уменьшения трудоемкости изготовления балочной клетки балки настила и второстепенные балки принимают из прокатного профиля.

Рис.2. Схема балочной клетки усложненного типа

Расстояние между балками настила (шаг балок настила) l определяется несущей способностью настила и обычно составляет

0,6–1,6 м при стальном настиле и 2–3,5 м при железобетонном настиле. Шаг балок настила принимают:

· кратно пролету главных балок, при этом возможно назначать расстояние от крайних балок настила до разбивочных осей меньше шага балок;

· кратно 50 мм;

· с таким расчетом, чтобы балка настила не опиралась на середину главной балки, т.е. количество промежутков между балками настила должно быть нечетным.

Опирание балок настила на середину главной балки увеличит изгибающий момент в середине пролета, а установка ребра жесткости в зоне монтажного стыка отправочных марок главной балки невозможна.

В качестве настила, укладываемого на балки, применяют стальные листы из рифленой или гладкой стали, щитовой настил из несущего стального листа, подкрепленного снизу продольными и поперечными ребрами, железобетонный настил из сборного или монолитного железобетона, деревянный дощатый настил.

Простейшая конструкция несущего настила состоит из стальных листов, уложенных на балки настила и приваренных к ним. Наиболее выгодное решение по расходу материалов получается при минимальной толщине настила, поэтому в качестве материала для него рекомендуется использовать листы толщиной t_n=6–8 мм при нагрузке q≤10 кН/м²; t_n=8–10 мм при нагрузке на настил 11<q≤20 кН/м²; t_n=10–12 мм при нагрузке на настил 21<q≤30 кН/м²; t_n=12–14 мм при нагрузке на настил q>30 кН/м².

Исходя из требования жесткости настила должно выполняться условие

(1)

где l_n – пролет настила, равный шагу балок настила l, м;

t_n – толщина настила, м;

n_о = =150 – отношение пролета настила к его предельному прогибу;

q_n – нормативная временная нагрузка на настил, кН/см²;

; (2)

ʋ - коэффициент Пуассона, для стали ʋ =0,3;

Е – модуль упругости стали, принимаемый равным Е=2,06х10⁴ кН/см².

После проверки условия жесткости настила для принятого шага балок настила подбирают сечение балок настила прокатного типа.