3 Формулировка задания и его объем

Курсовой проект выполняется на основании выдаваемого каждому студенту индивидуального задания. Тема курсового проекта: «Балочная площадка на колоннах».

В задании содержатся следующие данные:

− габариты площадки в плане m x n = (например, 3А х 3В);

– шаг колонн в продольном направлении, А = ;

– шаг колонн в поперечном направлении, В = ;

– отметка верха настила, Н = ;

– строительная высота перекрытия, h_st = ;

– временная, нормативная (полезная) равномерно распределенная нагрузка, Р_n = ;

– предельный относительный прогиб настила, f/l_n = .

Дополнительными указаниями являются:

− тип сечения главной балки и колонны;

− материал конструкций;

− соединения отправочных элементов конструкций;

− коэффициент надежности по ответственности − γ_n.

Если дополнительных указаний нет, то сталь для главных балок, тип сечения колонны, коэффициент надежности по ответственности − γ_n принимаются самостоятельно. Сталь для главных балок, тип сечения колонны можно будет принять по технико-экономическим обоснованиям приводимыми во второй и третьей частях методических указаний. Коэффициент надежности по ответственности в КПγ_n=1 (I уровень ответственности − в расчетах не учитывается), расчетная температура для конструкций сооружения t -45⁰C.

Пояснительная записка курсового проекта включает следующие разделы:

− введение;

– выбор схемы балочной площадки, расчет настила и прокатных балок;

– расчет и конструирование составной сварной балки и ее узлов;

– расчет и конструирование центрально сжатой колонны и ее узлов;

– заключение;

− список использованных источников.

Примерный объем пояснительной записки курсового проекта – 25 ÷ 30 листов рукописного текста с необходимыми рисунками и пояснениями на листах формата А4. Рабочие чертежи выполняются на стадии КМД (конструкции металлические деталировочные) и размещаются на одном листе ватмана формата А1.

На листе должны быть размещены: схема расположения всех элементов балочной площадки, разрезы и спецификация к схеме расположения. Рабочие чертежи отправочных марок балок и колонны со спецификацией, основные монтажные и укрупнительные узлы.

4 Основное содержание курсового проекта по первому разделу, последовательность и порядок его выполнения

4.1 Выбор типа балочной площадки, расчет настила и прокатных балок

4.1.1 Компоновка балочных площадок

Выбор оптимального варианта типа балочной площадки производят по результатам сравнения нескольких типов площадок. Обычно рассматриваются 1–2 варианта нормального и 1–2 варианта усложнённого типов балочных площадок, и устанавливают наиболее экономичный вариант.

Компоновку балочной площадки следует начинать с определения шага а для балок настила (это расстояние в осях между балками 2, поддерживающими настил, рисунки 1.1, 1.2). Шаг балок настила а зависит от материала настила (в курсовом проекте настил принимаем из стали см. задание), его конструкции, а также от величины нагрузки. Шаг балок настила а (или расстояние) определяется несущей способностью настила или его жесткостью (прогибом). Этот шаг а, определяют расчётом в зависимости от рациональной толщины настила t_n и пролёта настила _n, или назначают по конструктивным соображениям.

При расчёте плоского стального настила его рациональную толщину t_n, в КП будем принимать в зависимости от временной, нормативной (полезной) равномерно распределенной нагрузки Р_n (см. задание) по таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Рациональные толщины настила

Рn, кН/м2	10	11–15	16–20	21–25	26–30	31–35	36–40	41–50	51–60
tn, мм	6	7	8	9	10	11	12	14	16

Листы настила, воспринимающие статическую нагрузку и приваренные к балкам настила, работают на изгиб и растяжение и в соответствии с нормами [3] отнесены ко 2-му классу по напряженно-деформируемому состоянию (НДС) расчетного сечения и 3-ей группе стальных конструкций ([3], приложение В). Для расчёта таких настилов в КП воспользуемся графиком из работы [13 с. 10] График приведен на рисунке 1.3 настоящих указаний. Этот график позволяет получить максимальное отношения пролёта настила _n (рисунок 1.3) к его толщине t_n − _n/t_n по временной, нормативной (полезной) равномерно распределенной нагрузки Р_n и предельному относительному прогибу настила f/ _n, (см. задание) Или по расчетной нагрузке P и предельному относительному прогибу настила f/ _n. При отношении f/ _n  1/150 и Р_n< 60 кН/м² (см. задание), максимальное отношение пролёта настила _n к его толщине t_n − _n/t_n (см. рисунок 1.3), определяют в зависимости от f/ _n и временной, нормативной (полезной) равномерно распределенной нагрузки Р_n по рисунку 1.3 (графики кривых зависимостей отношений f/ _n представлены на рисунке 1.3 сплошными криволинейными линиями). В этом случае найденные отношения максимального пролёта настила _n к его толщине t_n − _n/t_n, отвечают требованиям его работы на прогиб.

Если же отношение f/ _n  1/120, то максимальное отношение пролета настила _n к его толщине t_n − _n/t_n ,определяют по расчётной нагрузке P = γ_f ·P_n (γ_f = 1,2 – коэффициент надёжности по нагрузке при Р_n  2 кН/м²) и кривой f/ _n  1/120 на рисунке 1.3(кривая зависимости f/ _n  1/120 показана пунктирной криволинейной линией на рисунке 1.3). В этом случае найденные отношения максимального пролёта настила _n к его толщине t_n − _n/t_n, отвечают требованиям его работы на прочность.

Допускаемый относительный прогиб настила f/ _n обычно меньше  1/120 (см. задание), поэтому, в КПотношение _n/t_n, (рисунок 1.3) находим из условия работы настила на прогиб (кривые зависимости f/ _n изображены сплошными линиями). Для настила, в соответствии с нормами [3], по ГОСТ 27772, и при температуре эксплуатации t⁰С  -45°С принимают:

− низкоуглеродистую сталь обычной прочности: − С235, при толщине настила t_n ≤ 8 мм; и сталь С245 при толщине настила t_n > 8 мм.

При более низких температурах используют другие более качественные и прочные стали для конструкций группы 3 приложение В [3].

Определив отношение _n/t_n (по рисунку 1.3) и зная толщину настила t_n, находят максимальный пролет настила _n (максимальное расстояние между внутренними гранями полок балок настила см.рисунок 1.4) по формуле (1.1).

_n = ( _n/t_n) · t_n, (1.1)

где при подстановке, отношение _n/t_n – это целое безразмерное число,

найденное по графику см.рисунок 1.3;

t_n – толщина настила принятая по заданной нагрузке Р_n по таблице 1.1, мм.

Максимальный шаг балок настила а можно увеличить, по сравнению с максимальным пролётом настила _n, на ширину полки балки настила b (см рисунок 1.4). За максимальный пролёт настила _n считаем расстояние между внутренними кромками балок настила (рисунок 1.4). Предварительно ширину полки балки настила b принимаем равной 80 – 160 (мм). Меньшие значения ширины полки балки настила b принимают для балок настила малых пролётов (пролёты обычно от 2 до 12 м). Тогда максимальное расстояние между балками настила в осях а_max (максимальный шаг балок настила) равно:

а_max = l_n+b. (1.1,а)

При подстановке значений l_n, и b в формулу (1.1,а) их величины должны иметь одну размерность, мм или см.

Число шагов балок настила n_n, для нормального варианта балочной площадки, находят по формуле:

n_n = A/а_max, (1.2)

полученное число по формуле (1.2) округляют до целого числа шагов, как правило, в большую сторону.

Для усложнённого варианта балочной площадки число шагов балок настила n_u находят по формуле:

Рисунок 1.1 – Компоновка схемы расположения и разрез элементов балочной площадки нормального типа в пределах одной ячейки:

1 – настил; 2 – балки настила; 3 – главные балки; 4 – колонны; 5 – фундаменты; 6 – укрупнительный стык главной балки; 7 – контуры требуемого габарита помещения под балочной клеткой.

Рисунок 1.2 – Компоновка схемы расположения и разрез элементов балочной площадки усложненного типа в пределах одной ячейки:

1 – настил; 2 – балки настила; 3 – главные балки; 4 – колонны; 5 – фундаменты; 6 – вспомогательные балки; 7 – контуры требуемого габарита помещения; 8 – укрупнительный стык главной балки.

n_u = B/а_max. (1.3)

Найденное число n_u по формуле (1.3) округляют до целого числа шагов, как правило, в большую сторону.

Округление числа шагов n_n и n_u в формулах (1.2 и 1.3) в меньшую сторону, можно допустить, если при этом, новое максимальное расстояние между балками настила a*_max, не будет превышать ранее принятого a_max (по формуле (1.1,а)) более чем на 3%.

Расстояние a*_max уточняют, если численные значения n_n и n_u по формулам (1.2 и 1.3) округлялись до целых значений в меньшую или большую стороны.

После принятых целых численных значений n_n и n_u по формулам (1.2 и 1.3), уточняют средние расстояния между балками настила. Средние расстояния между балками настила: для нормального варианта балочной площадки а_n находят по формуле (1.4)

а_n = A/n_n, (1.4)

для усложнённого варианта балочной площадки а_u по формуле (1.5)

а_u = B/n_u. (1.5)

Средние расстояния между балками настила для обоих вариантов, после нахождения их по формулам (1.4 и 1.5), должны быть приняты, окончательно, кратными 1см и по возможности одинаковыми. Допустить разницу расстояний а можно, но не более 3%. Желательно, чтобы разность расстояний а (при необходимости) была принята не более 1см.

Р исунок 1.3 – Графики для определения максимального относительного пролёта настила ( _n/t_n) из сталей С235, С245

Необходимо проверить чтобы произведение чисел а_n (а_u) (среднее расстояние в осях между балками настила) и n_n (n_u) (принятое целое число шагов) давало точно численное значение А (для нормального варианта) и В (для усложненного варианта).

Правила размещения балок настила для обоих вариантов.

При принятом чётном целом числе шагов балок настила n_n (нормальный вариант) их располагают, как показано на рисунке 1.1, смещая на полшага с цифровых осей. При принятом нечётном целом числе шагов n_n балки настила начинают располагать с цифровых осей. При таких расположениях балки настила 2 не будут укладываться в середине пролета главной балки.

В усложненном варианте балочной площадки балки настила 2 могут укладываться на вспомогательные балки 6 (см. рисунок 1.2) и в середине пролета. Вспомогательные балки 6, не имеют стыка в середине их пролета. Балки настила в обоих вариантах, при разных расстояниях между ними, должны быть расположены симметрично на шаге А (нормальный вариант) и на шаге В (усложненный вариант).

Окончательное расположение балок настила 2 для обоих вариантов (рисунки 1.1, 1.2) должно удовлетворять следующим требованиям:

– они должны укладываться без остатка на шаге колонн в продольном направлении A − для нормального варианта (принятое число шагов n_n должно быть целым);

− укладываться без остатка на шаге колонн в поперечном направлении B − для усложнённого варианта (принятое число шагов n_u должно быть целым).

– балки настила 2 (нормальный вариант) и вспомогательные балки 6 (усложненный вариант) размещают так, чтобы они не укладывались на середину главной балки (рис. 1.1, 1.2), так как в середине главной балки обычно устраивают её укрупнительный стык, а опирание балок в этом месте может его усложнить. Для того чтобы отправочные марки главных балок 3 были одинаковыми (см. рисунки 1.1, 1.2), размещать опираемые на них балки 2 (рисунок 1.1), 6 (рисунок 1.2) необходимо симметрично относительно середины главных балок. Это обеспечивает симметрию расположения деталей для главной балки;

– шаг вспомогательных балок обычно назначают в пределах 2 – 5 м и не более шага главных балок (в задании это шаг колонн в поперечном направлении В см. задание). Шаги главных балок и шаги колонн в поперечном направлении В, в КПсовпадают (см. рисунки 1.1, 1.2).

Шаг вспомогательных балок b, в первом приближении, можно принять равным по формуле (1.6)

, м (1.6)

а число шагов по формуле (1.7)

. (1.7)

Окончательно число шагов вспомогательных балок n_b, найденное по формуле (1.7), принимают нечётным (3,5,7,9) округляя, обычно, n_b в большую сторону. Вспомогательные балки начинают располагать с цифровых осей (рисунок 1.2) и поэтому число шагов вспомогательных балок принимают нечётным. В этом случае они не будут укладываться в середине главной балки.

Составив на основании изложенного схему расположения балок настила 2 для нормального типа балочной площадки, рисунок 1.1, балок настила 2 и вспомогательных балок 6 для усложненного типа балочной площадки, рисунок 1.2, приступают к их расчёту.