WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра металлических и деревянных конструкций МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ Методические указания к выполнению индивидуальных заданий и контрольных работ по курсу «Строительные конструкции» (раздел «Металлические конструкции») для студентов специальности 060800 «Экономика и управление в строительстве (на предприятии)» всех форм обучения НОВОСИБИРСК 2003 Методические указания разработаны к.т.н., доцентом А А Кользеевым Утверждены методической комиссией факультета ВиЗО 31 января 2003 года Рецен кенты:

- Б.Н Васюта к.т.н., директор НИПСП «РЕКОН»;

- В.А. Беккср, к.т.н., доцент кафедры ЖБК (НГАСУ) Новосибирский государственный архитектурно строительный университет, 2003 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ............................................................... ;......................... 2 1. КРИТЕРИИ ЭКОНОМИЧНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ.......................................... 3 1.1. Критерий металлоемкости........................................................3 1.2. Критерий стоимости..................................................................3 2. РАСЧЕТ МЕТАЛЛОЕМКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ.......................4 2.1. Общие сведения.........................................................................4 2.2. Расчет прокатных балок...........................................................5 2.3. Расчет составных балок............................................................6 2.4. Расчет колонн............................................................................7 3. ВАРИАНТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ............................................................9 3.1. Сравнение двух вариантов несущих конструкций каркаса одноэтажного производственного здания по критериям металлоемкости и стоимости ив деле"..................................... 9 3.2. Сравнение двух вариантов компоновки второстепенных балок балочной клетки по критерию металлоёмкости........ РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА............................................... ВВЕДЕНИЕ Один из основных принципов проектирования строительных конструкций экономическая целесообразность принимаемых решении Строительные металлические конструкции должны быть экономичными по расходу И стоимости материала, а также трудоемкости изготовления И монтажа. В то же время металлоконструкции должны быть прочными И долговечными.

Примирить эти противоречивые требования задача проектировщикаконструктора. Такая задача достаточно точно решается путем сравнения вариантов и выбора наиболее оптимального по заданному экономическому критерию.

На 2-3 курсах студенты специальности 060800 "Экономика и управление на предприятии (в строительстве)" изучают курс "(тронтельные конструкции", в том числе раздел "Металлические конструкции".

В процессе изучения курса студенты дневной и вечерней форм обучения выполняют индивидуальное задание, а студенты заочной формы - контрольную работу по МК. При выполнении этих работ студентами приобретаются определенные базовые знания о металлических конструкциях, критериях экономичности МК, факторах, влияющих на экономичность металлоконструкций, в основном на стадии проектирования. Для успешною выполнения индивидуального задания и контрольной работы создано учебное пособие [1], в котором рассмотрены МК как в виде отдельных элементов (балок, колонн, ферм), так и в составе каркасов зданий (одноэтажные производственные и большепролетные каркасы).

Изучение данного материала предполагает наличие у студента знаний по курсу "Строительная механика".

В методических указаниях приведены основные положения по экономической оценке эффективности металлических конструкций.

В качестве примера приведено сравнение вариантов несущих конструкций каркаса одноэтажного производственного здания по критериям металлоемкости и стоимости "в деле", а также сравнение вариантов компоновки второстепенных прокатных балок на основе критерия расхода металла.

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ 1.1. Критерий металлоемкости Наиболее простым и понятным критерием экономичности МК является материалоемкость (расход металла). При сравнении нескольких вариантов конструкций, выполненных из одинаковой стали, более легкая конструкция будет более экономичной.

Конечно, использование этого критерия не должно идти в ущерб надежности. В отношении зданий и сооружений удобным является критерий расхода металла на единицу площади или объема (кг/м2, кг/м3). Критерий металлоемкости может быть использован как на стадии сравнения вариантов, так и на стадии рабочего проектирования. К сожалению, этот критерий не применим в случае, когда конструкции в разных вариантах изготовлены из разной стали, и более легкий вариант (из легированной стали или с применением круглых труб) может оказаться более дорогим.

Критерий металлоемкости подробно рассмотрен в [1] п. 1.7.1.

1.2. Критерий стоимости Другой общеизвестный (и более объективный в настоящее время) критерий экономичности - стоимость. Стоимость МК складывается из нескольких частей: стоимости проектирования, стоимости металла и других материалов (электроды, сварочная проволока, болты, заклепки, лакокрасочные материалы), а также стоимости изготовления, перевозки и монтажа.

В системе ценообразования, принятой в строительстве, эти составляющие стоимости находятся в следующих процентных соотношениях:

- проектирование -2-З%; сталь и др. материалы - 40-60 %;



- изготовление - 20-25 %;

- транспортные расходы - 5-7 %;

- монтаж - 15--25 %.

Критерий стоимости при оценке конструкций можно использо- вать в виде отдельных частей, например стоимости проектирования, либо в виде комплексного показателя - стоимости "в деле", который учитывает все составные части стоимости. Критерий стоимости также подробно рассмотрен в [1] п. 1.7.2.

2. РАСЧЕТ МЕТАЛЛОЕМКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ 2.1. Общие сведения Балкой называется конструкция, перекрывающая пролет, работающая на поперечную нагрузку и имеющая сплошную стенку.

Балками можно перекрывать пролеты от 3 до 300 м и более. Высота балок при этом колеблется от 0,3 до 25-30 м (исходя из критерия металлоемкости h = (1/8...1/10)* 1) Любая балка состоит из поясов и стенки. Наиболее распространено поперечное сечение в виде двутавра [1, рис. 2.1].

Пояса балок воспринимают изгибающий момент М, стенка - в основном поперечную силу Q. Чем больше высота балки, тем меньше усилия в поясах N =М /h, и тем меньше их масса. С f увеличением высоты балки увеличивается металлоемкость стенки, и в тоже время нормальные напряжения в стенке невелики (в области центра тяжести они близки к нулю [1, рис. 2.1]). Без стенки в балке обойтись нельзя, так как она объединяет пояса и воспринимает поперечную силу. Поэтому, один из возможных путей повышения эффективности балок -"изъятие" лишнего металла из стенки.

По типу сечения балки можно подразделить на одностенчатые (открытые) и двустенчатые (замкнутые), прокатные и составные [I, рис. 2.3].

Прокатные балки чаще проектируются двутаврового или швеллерного сечения. Они наиболее простые, обладают наименьшей трудоемкостью изготовления, но более металлоемки чем составные. Прокатной балкой можно перекрыть пролет до 10-м.

Составные балки также, в основном, проектируют двутавровыми. Трудоемкость изготовления таких балок относительно невелика (при выполнении поясных швов в сварных балках используется автоматическая сварка). Однако, двутавровые балки имеют небольшую боковую (изгибную) жесткость относительно оси "У-У" и очень малую жесткость на кручение, в связи с чем необходимо раскреплять сжатый пояс балки для обеспечения ее устойчивости. Двустенчатые (замкнутые или "коробчатые") балки обладают всеми достоинствами замкнутых профилей [1, п. 1.5]. Составные балки позволяют перекрывать пролеты до 20-30 м и более.

Колонной называется конструкция, работающая на сжатие и поддерживающая элементы, перекрывающие пролет (балки, фермы). Нагрузка от колонн передается на фундамент. Основной размер колонны - длина, может составлять от 2-3 до нескольких десятков метров. Концевые закрепления колонн могут быть разнообразными [1,рис. 2.12].

По типу сечения колонны делятся на прокатные и составные, сплошностенчатые и сквозные, открытые и замкнутые [1, рис. 2.9].

Прокатные колонны наименее трудоемки при изготовлении, но не всегда экономичны по критерию металлоемкости вследствие относительной "толстостенности". В составных сечениях расход металла можно уменьшить за счет варьирования толщин элементов сечения колонны. Еще более экономичными по расходу металла являются сквозные колонны, однако, трудозатраты на их изготовление более значительны, чем в сплошностенчатых решениях. Замкнутые (трубчатые) сечения в колоннах обладают всеми достоинствами, описанными в [1].

2.2. Расчет прокатных балок Расчет прокатной балки выполняется в следующей последовательности (все обозначения в [1] и [4]):

1. Определение внутренних усилий.

2. Выбор стали для балки (R ) и коэффициента условий работы y Ус по [4].

3. Вычисление требуемого момента сопротивления [1] - Wтр :

Wтр = Mmax /(c*R *y ), где с = 1,1 (в первом y c приближении).

4. Выбор по сортаменту необходимого профиля: Wx >.

5. Выполнение проверок на прочность, устойчивость и жесткость по (2.1М2.4),[1].

В формуле (2.1) коэффициент "с" уточняется по [4, табл. 66]. В случае невыполнения проверок (2.1), (2.2) и (2.4) сечение балки необходимо скорректировать (принять больший профиль по сортамен- 2.3. Расчет составных балок Как и в случае прокатных балок, вначале методами строительной механики определяются внутренние усилия М и Q. Далее по [4] выбирается сталь, назначается Ry и ус. Затем вычисляется Wтр.

С этого момента начинается компоновка сечения.

1. Определение высоты балки. Оптимальную высоту балки по критериям металлоемкости или стоимости можно найти, соответственно, по формулам (1.8) и (1.10) п. 1.7 [1]. Высоту балки в этих формулах в первом приближении можно назначить: h=(l/8...1/10)*l, а толщину стенки - по эмпирической зависимости:

где высота h подставляется в метрах, а результат сложения - в мм.

Минимальная высота находится из условия жесткости (2.4), [11:

где [1/f] -величина, обратная предельно допустимому прогибу [5].

Бели нет технологических и иных ограничений, то высота балки назначается по hopt, но не меньше. При h < 1м высота должна быть кратна 50 мм, а при h > 1 м - кратна 100 мм.

2. Определение толщины стенки. Толщину стенки необходимо найти из условия ее прочности при работе на срез от действия поперечной силы.

Исходя из известной формулы Журавского f 11:

гд - максимальное значение поперечной силы.

При этом из условий сварки Как было показано выше, металл стенки работает неэффективно.

Поэтому tw необходимо назначать минимально возможной с учетом сортамента на листовую сталь.





3. Определение размеров поясов. Ширина пояса балки назначается по формуле:

Следует учитывать, что в широких балках (bf > 1/3-h) теория изгиба несправедлива, а узкие балки (bf <1/6-h) могут терять об- щую устойчивость вследствие малой жесткости на кручение.

Толщина поясов балки может быть назначена из условия прочности растянутого пояса:

где - требуемый момент инерции балки;

- момент инерции стенки.

Пояса балки выполняют из толстолистовой или универсальной листовой стали. При этом следует учитывать два ограничения, связанных с технологией сварки:

Итак, сечение составной балки скомпоновано. Далее балка обя-ательно проверяется на прочность, устойчивость и жесткость по 2.1), (2.2), (2.3) и (2.4). При невыполнении проверок сечение балки :орректируется, а для повышения устойчивости можно поставить (ополнительные связи (рис.

2.7, [1]). Перенапряжение в проверках 2.1), (2.2) и (2.3) нормами не допускается даже на 0,5 %, и в то же *ремя недонапряжение должно быть минимально возможным, исхо-ся из критерия металлоемкости.

2.4. Расчет колонн Рассмотрим последовательность расчета центральносжатой ко-юнны с поперечным сечением в виде прокатного двутавра.

1. Определить продольную силу N (методами строительной механики) и расчетные длины колонны (рис. 2.12, [1]).

2. Выбрать сталь (Ry ) и коэффициент условий работы - ус [4].

3. Задаться гибкостью колонны в зависимости от ее нагруженности:

и определить коэффициент продольного изгиба ф3 по гибкости л3 [4].

4. Вычислить требуемую площадь и радиусы инерции сечения относительно главных осей:

5. По сортаменту выбрать необходимый профиль:

6. Вычислить фактические гибкости колонны относительно главных осей:

7. По большей из гибкостей Хх или Х определить у коэффициент ф.

8. Проверить устойчивость колонны по (2.18, [1]). Если проверка не выполняется (перенапряжение не допускается даже на 0,5 %), то по сортаменту принимается больший профиль, либо ставятся дополнительные связи, уменьшающие расчетную длину колонны (рис. 2.12. [1]), и заново выполняются пл. 6-8. В то же время колонна должна быть экономичной по критерию металлоемкости.

9. Проверить гибкость колонны по (2.19, [1]). В случае невыполнения проверки корректируется либо сечение колонны, либо система связей.

3. ВАРИАНТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ З.1. Сравнение двух вариантов несущих конструкций каркаса одноэтажного производственного здания по критериям металлоемкости и стоимости "в деле" Задание: отапливаемое однопролетное здание (пролет - 24 м, длина - 60 м, отметка низа ригеля - 10 м). оборудованное подвесными кранами грузоподъемностью 1 т, в г. Новосибирске (расчетная низкая температура - t = -39° С; снеговой район - 4 [5]).

Конструктивное решение варианта № 1 Пролет здания перекрывается стропильными фермами, которые с шагом 6 м опираются на подстропильные фермы или колонны (рис. 3.2, [1]).

Пролет подстропильных ферм и, соответственно, шаг колонн -12 м.

Стропильные фермы с параллельными поясами и сечением стержней из прокатных тавров. Решетка ферм треугольная с дополнительными стойками из двух прокатных уголков (рис. 3.2, сечение 2-2, [1]). Подстропильные фермы треугольного очертания с поясами из тавров. По стропильным фермам уложены прогоны и стальной профилированный настил (рис. 3.5, [1]).

К нижним поясам стропильных ферм крепятся монорельсы (для передвижения подвесных кранов). Колонны каркаса - из прокатных двутавров.

Конструктивное решение варианта № 2 Стропильные фермы пролетом 24 м опираются с шагом 4 м на подстропильные фермы или на колонны (рис. 3.7, [1]). Шаг колонн (пролет подстропильных ферм) -12 м. Все фермы с параллельными поясами, решетка треугольная, сечения стержней - гнутосварные прямоугольные трубы. Непосредственно по верхним поясам стропильных ферм уложен стальной профилированный настил. К нижним поясам стропильных ферм крепятся монорельсы. Колонны - из прокатных двутавров.

Расчет металлоемкости варианта № Нагрузка на покрытие в кН/м2 [2]:

1. Постоянная - g:

- защитный слой из гравия, втопленного в битумную мастику - 0,52;

- гидроизоляция из 4-х слоев рубероида - 0,26;

- утеплитель (минераловатные плиты повышенной жесткости) у = 2,5кН/м2, t = 0,l м)-0,32;

- пароизоляция из одного слоя рубероида - 0,06;

- вес стального профнастила - 0,16;

- вес прогонов - 0,1;

- вес стропильных ферм, связей по покрытию, монорельсов -0,42.

2. Временная -р:

- снеговая -2,1;

- крановая-1,25.

Суммарная нагрузка на покрытие - g+p = 5,19. Определение массы несущих конструкций каркаса [3].

Стропильные фермы Теоретическая масса поясов:

(1) где а = 6 м - шаг ферм; у ~ 78,5 кН/м - плотность стали; hф = 2,25 м - высота фермы (типовое решение); Rv=240MTTa (для стали С255 [4]).

где \|/к = 1,7-1,9 - конструктивный коэффициент для легких ферм; а = 0,3 0,35 - для ферм с параллельными поясами; а = 0,25...0,3 -для треугольных ферм.

Масса фермы:

(4) По формуле (2) вычисляется масса фермы со стержнями из двух прокатных уголков, соединенных "втавр" на фасонках (рис. 2.16 а, [1]). Металлоемкость аналогичной фермы, но с поясами из прокатных тавров, снижается на 13-15 % за счет отказа от соединительных прокладок в поясах и отказа или уменьшения размеров узловых фа-сонок (рис. 2.16 б,[1]). Поэтому масса стропильной фермы с поясами из тавров:

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.