Проектирование балочной клетки

Предисловие

Балочные конструкции широко применяются в зданиях и сооружениях различного назначения. Балка и центрально-сжатая колонна могут быть элементом любой конструкции.

Курсовая работа I на тему: «Балочная клетка рабочей площадки» служит для закрепления навыков проектирования элементов металлических конструкций, полученных при изучении лекционного курса и работе на практических занятиях.

Для успешного выполнения курсовой работы необходимо тщательно изучить те примеры, которые приводятся в лекциях и прорабатываются на практических занятиях с подробным разъяснением, что и как делается.

Основная цель курсовой работы в соответствии с квалификационной характеристикой инженера-строителя овладеть методами расчета и конструирования балочных систем, центрально-сжатых колонн, узлов их сопряжений, приемами графического оформления чертежей КМ и КМД. При выполнении курсовой работы студенты должны научиться работать с нормативными документами: СНиП II-23-81^* «Стальные конструкции», СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия: Нормы проектирования», ГОСТами на листовую и профильную сталь, а также с научно-технической литературой.

Особое внимание в курсовой работе обращается на научно-исследовательскую часть – технико-экономический анализ принятых конструктивных решений с точки зрения расхода металла, трудоемкости и стоимости изготовления.

Объем курсовой работы составляет 20-25 страниц пояснительной записки, выполненной на листах формата А4, и два листа формата А2 графической части, оформленных в соответствии с требованиями ЕСКД.

Студент допускается к защите курсовой работы перед комиссией после подписания ее руководителем-консультантом. В состав комиссии входят 2-3 преподавателя кафедры.

 

При оценке знаний студентов комиссия исходит из следующих критериев.

Оценки «отлично» (10-12 баллов) заслуживает студент:

- выполнивший на высоком уровне, в срок, в полном объеме расчетные и графические работы в соответствии с требованиями СНиП и ЕСКД;

- показавший в процессе защиты глубокое понимание работы металлических конструкций, глубокое знание методов расчета и проектирования конструктивных элементов, узлов и соединений балочной клетки;

- проявивший творческие способности в понимании, изложении и использовании учебно-программного материала для решения практических задач.

 

Оценки «хорошо» (7-9 баллов) заслуживает студент:

- выполнивший на хорошем уровне, в срок, в полном объеме расчетные и графические работы в соответствии с требованиями СНиП и ЕСКД;

- показавший в процессе защиты понимание работы металлических конструкций, знание методов расчета и проектирования конструктивных элементов, узлов и соединений балочной клетки;

- проявивший способности в понимании, изложении и использовании учебно-программного материала для решения практических задач.

 

Оценки «удовлетворительно» (4-6 баллов) заслуживает студент:

- выполнивший установленный объем расчетных и графических работ без принципиальных ошибок и отклонений от требований СНиП и ЕСКД;

- показавший в процессе защиты знание основных принципов работы металлических конструкций, основных положений расчета и проектирования конструктивных элементов, балочной клетки;

- проявивший необходимые знания для устранения ошибок под руководством консультанта.

Оценка «неудовлетворительно» не ставится – проект возвращается на доработку.

Продолжительность выполнения курсовой работы – 3-4 недели. Средняя трудоемкость – 55-60 часов.

 

Темой курсовой работы по металлическим конструкциям являются расчет и конструирование балочной клетки и колонн рабочей площадки.

Работа должна быть выполнена в соответствии с действующими нормами проектирование стальных конструкций (СНиП II-23-81^*[7]) и оформлена согласно требованиям Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Ссылки в тексте на литературу даются в квадратных скобках.

 

1. Задание на проектирование

(заполняется на отдельном листе)

Данные для задания принимаются по последним двум цифрам зачетной книжки или студенческого билета из таблицы 1

 

Студент группы Ф.И.О. Вариант

1.1. Исходные данные для проектирования конструкций балочной клетки принимаются по табл.1 в соответствии с двумя последними цифрами номера зачетной книжки. Номер варианта (В1,В2, В3, В4) указывается преподавателем.

 

1.2. Данные для проектирования:

1) Размер помещения в осях:

2) Пролет главной балки:

3) Пролет балки настила:

4) Высота от пола до верха настила рабочей площадки (отметка верха настила):

5) Вид соединения элементов: заводских – сварка, монтажных – болты нормальной точности, сварка.

6) Тип колонн: сквозные.

7) Вид сопряжения балок настила с главной балкой:

а – этажное; в – в один уровень; с – по выбору.

8) Вид сопряжения главных балок с колоннами:

1 – опирание сверху; 2 – примыкание сбоку; 3 – по выбору.

9) Полезная нагрузка на перекрытие: .

 

Задание выдано "____" _____________ 200 г.

Срок сдачи "____" _____________ 200 г.

Руководитель проекта ___________________________

2. Содержание, объем, порядок выполнения и оформления курсовой работы

2.1. Содержание курсовой работы

Курсовая работа представляет собой рабочий проект балочной клетки и колонн рабочей площадки, состоящий из двух частей: рабочий проект КМ (конструкции металлические), рабочий проект КМД (конструкции металлические, деталировка).

Рабочий проект КМ в курсовой работе должен содержать все вопросы компоновки металлических конструкций балочной клетки и колонн рабочей площадки, данные о нагрузках, необходимые расчеты, помещаемые в пояснительной записке, и общие компоновочные чертежи, схемы расположения частей конструкций с таблицами сечений элементов, чертежи важных узлов конструкций.

Рабочий проект КМД в курсовой работе должен содержать монтажную схему балочной клетки и колонн рабочей площадки, деталировочные чертежи конструкций балки и колонны со спецификацией металла, разработанные на основе рабочего проекта КМ с учетом заводских условий (в курсовой работе заданных руководителем).

При выполнении реального проекта по заданию предприятия объем, и содержание расчетов и графической части определяются заказчиком совместно с руководителем проекта.

 

Исходные данные для выполнения курсовой работы

Таблица 1.

 

	Пролет балки настила	Пример. Две последние цифры номера зачетной книжки 18, вариант 3. Получаем: L=13,4 м, l=4,4 м, H=13,8 м, q=30 кН/м^2; вид сопряжения балок – а; вид примыкания главной балки к колоннам – I.
	3,4	4,8	4,2	4,6	5,0	5,4	5,6	6,1	6,6	В1
6,3	3,1	3,5	3,9	4,3	4,7	5,1	5,5	5,9	6,2	В2
6,7	6,4	3,2	3,6	4,0	4,4	4,8	5,2	5,6	6,0	В3
Пролет главной балки L, м	В4	В3	В2	В1	5,9	6,8	6,5	3,3	3,7	4,1	4,5	4,9	5,3	5,5	В4
	16,8		11,6	57	43	73	03	62	33	87	09	21	90	Отметка верха настила Н, м		12,2	8,6	7,4	Вид примыкания главных балок к колоннам
10,8	10,2		18,2	22	55	42	86	00	46	60	47	32	38	16,2		15,2	9,8
18,4	11,0	10,4	17,2	85	04	78	34	56	10	37	02	59	08	14,6	16,6	10,2	16,0
12,4	11,8	11,2	10,6	54	19	45	61	99	24	79	48	17	72	13,0	15,0	17,0	10,6
13,2	12,6	12,0	11,4	44	41	35	11	71	93	07	25	84	76	6,0	13,4	15,4	9,0
14,0	13,4	12,8	12,2	23	91	01	53	20	18	88	49	27	92	7,6	6,4	13,8	15,8
	14,2	13,6	13,0	52	77	31	36	94	75	58	64	06	16	9,2	8,0	6,8	14,2
15,8	15,2	14,6	13,8	66	12	65	40	05	96	26	80	30	83	10,8	9,6	8,4	7,2
16,4	16,0	15,4	14,8	74	81	29	89	67	98	14	68	51	69	12,0	11,2	10,0	8,8
17,4	16,6	16,2	15,6	28	63	97	13	95	50	82	39	15	70	7,0	12,4	11,6	10,4
	Полезная нагрузка	В1	В2	В3	В4	В1	В2	В3	В4
В1											Примечания. 1. В1, В2, В3, В4 – вариант соответственно 1,2,3,4. 2. Вид сопряжения балок настила с главной балкой: а – этажное, в – в один уровень, с – по выбору. 3. Вид примыкания главных балок к колоннам: 1 – опирание сверху; 2 – примыкание сбоку; 3 – по выбору.
В2
В3
В4
Вид сопряжения балок
В1	а	в	с	а	в	с	а	в	с	а
В2	с	а	в	с	а	в	с	а	в	с
В3	с	в	а	в	с	а	в	с	а	в
В4	в	с	в	а	в	с	а	в	с	а

2.2. Курсовая работа должна состоять из пояснительной записки и двух листов чертежей формата А2 (один лист – чертежи КМ; второй лист – чертежи КМД) или одного листа формата А1, или восьми чертежей формата А4.

2.3. В пояснительной записке следует дать описание рабочей площадки, компоновочную часть с приведением мотивировки принятых решений (из рассмотрения вариантов), а также расчеты элементов балочной клетки, колонн и их сопряжений, сопровождаемых схемами узлов.

Проектирование следует начинать с компоновки конструкций рабочей площадки. Это является весьма важным этапом проектирования, так как от правильного установления конструктивной схемы, генеральных размеров, типов элементов и способов их сопряжения во многом зависят как эксплуатационные качества, так и технико-экономические показатели конструкций рабочей площадки. Поэтому вопросам компоновки в курсовой работе уделяется серьезное внимание: рассматриваются и сравниваются два варианта балочной клетки – нормального (рассчитываются настил и балка настила) и усложненного типов (рассчитываются настил, балка настила и вспомогательная балка). Сравнение производят по массе с учетом количества элементов. К выполнению последующих разделов можно переходить только после окончания компоновки площадки, сравнения вариантов и утверждения принятого решения руководителем.

Скомпоновав конструкции площадки и выбрав оптимальную схему балочной клетки, следует перейти к расчету главной балки, а затем колонны. В этой части работы следует уделить серьезное внимание вопросам компоновки и подбора сечений. К конструированию можно переходить после того, как подобранные сечения будут согласованы с руководителем.

Завершив расчет, следует перейти к оформлению чертежей рабочего проекта КМ.

После согласования чертежей рабочего проекта КМ с руководителем необходимо приступить к разработке (на их основе) чертежей рабочего проекта КМД.

2.4. Оформлять пояснительную записку необходимо в соответствии с ГОСТ 2.105-68. Пояснительная записка может выполняться рукописно основным чертежным шрифтом по ГОСТ 2.304-68 с высотой букв и цифр не менее 2.5 мм. Цифры и буквы необходимо писать четко или представлять распечатку с ЭВМ.

Пояснительная записка выполняется на листах бумаги формата А4 (210х297 мм) (ГОСТ 2.301-68 «Форматы»). Форматы определяются размерами внешней рамки. Внутренняя рамка отстоит от внешней на таких расстояниях: от левой стороны – 20мм; от правой стороны – 5мм; сверху и снизу – по 5мм. Снизу оставляется место для основной подписи по ГОСТ 2.104-68 на заглавном листе – 40 мм, на следующих листах – 15 мм.

Расстояние от рамки до границ текста рекомендуется оставлять: в начале строк – не менее 5 мм, в конце строк – не менее 3 мм.

Расстояние от верхней или нижней строки текста до верхней или нижней рамки пояснительной записки должно быть не менее 10 мм.

Каждый раздел рекомендуется начинать с нового листа (страницы); каждый пункт текста пишут с абзаца.

Разделы должны иметь порядковые номера, обозначенные арабскими цифрами с точкой в пределах всей записки.

Подразделы должны иметь порядковые номера в пределах каждого раздела. Номера подразделов состоят из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела также должна ставиться точка (например, 3.2.). При необходимости могут быть введены пункты, которые соответственно обозначаются 3.2.3.

При введении подпунктов каждый подпункт в пределах пункта должен начинаться с новой строки со строчной буквы и обозначаться строчными буквами русского алфавита со скобкой. В конце подпункта, если за ним следует еще подпункт, ставят точку с запятой.

Наименования разделов должны быть краткими, соответствовать содержанию и записываться в виде заголовков (с красной строки) прописными буквами.

Наименования подразделов записывают в виде заголовков строчными буквами (кроме первой прописной).

Переносы слов в заголовках не допускаются. Точку в конце заголовка не ставят.

Расстояние между последней строкой текста и последующим заголовком раздела или подраздела должно быть равно 15 мм, а расстояние между заголовком и последующим текстом – 10 мм.

В начале пояснительной записки помещается содержание, а в конце приводится перечень литературы, нормативно-технической и другой документации, которые были использованы при ее составлении.

Изложение содержания пояснительной записки должно быть кратким, четким, исключающим возможность субъективного толкования.

Если в пояснительной записке принята специфическая терминология, особая система сокращения слов или наименований, то в пояснительной записке должен быть приведен перечень терминов и сокращений с соответствующими разъяснениями.

Размерность одних и тех же величин в пределах пояснительной записки должна быть одинаковой.

В примечаниях к тексту и таблицам указывают только справочные и поясняющие данные.

 

2.5. В курсовой работе из состава основного комплекта чертежей КМ выполняются:

- схемы расположения элементов конструкций балочной клетки;

- план и разрезы;

- чертежи элементов конструкций;

- чертежи узлов конструкций.

Элементы металлических конструкций на чертежах общих видов, планов, разрезов и схем изображают схематично, максимально используя их в качестве схем расположения элементов конструкций.

Выбор масштабов изображения конструкций на чертежах следует производить с учетом их сложности, применяя возможно меньший масштаб, обеспечивающий четкость чертежа и копий с него.

Чертежи КМ рекомендуется выполнять в следующих масштабах:

- общий вид, планы и разрезы – 1:50, 1:100; 1:200;

- схемы расположения элементов конструкций – 1:100; 1:200; 1:400;

- элементы конструкций – 1:15; 1:20; 1:50;

- узлы конструкций – 1:10; 1:15; 1:20; 1:25.

Изображения схем расположения конструкций и узлов конструкций рекомендуется выполнять в одном масштабе, изображения конструкций – в двух масштабах: в длинных сплошностенчатых конструкциях длина конструкций выполняется в более мелком масштабе, чем поперечные и узловые размеры, и для решетчатых конструкций в более мелком масштабе выполняется схема осей элементов, чем их поперечных размеров и узлов. Например, масштаб осей 1:20; масштаб поперечных размеров и узлов 1:10.

В курсовой работе изображается совмещенная схема нескольких групп элементов конструкций (колонн, балок, связей). На схемах элементов конструкций наносят разбивочные оси, отметки уровней и размеры, определяющие положение элементов.

На чертежах схем помещают ведомость элементов по форме 1:

- в графу «Марка» вносят марку элемента по схеме;

- в графе «Эскиз» указывают расположение профилей в сечении и необходимые (основные) размеры;

- в графе «Позиция» указывают порядковый номер детали (или совокупности деталей, используемых как одна деталь, например, сварной двутавр);

- в графе «Состав» перечисляют по позициям профили, составляющие сечение (в сокращенных обозначениях);

- в графах «Опорные усилия» M, N, Q даются усилия, необходимые для расчета монтажных соединений;

- в графе «Группа конструкций» указывается группа конструкций по СНиПу «Стальные конструкции. Нормы проектирования»;

- в графе «Марка металла» проставляют марку металла для всего элемента, если марка одна, и по позициям, если несколько марок;

- в графе «Примечания» указывают другие необходимые данные об элементе, например, вид обработки, если это не оговорено в текстовых указаниях.

 

Форма 1.

 

Ведомость элементов
Марка	Эскиз	Пози-ция	Сос-тав	Опорные усилия	Группа конс-трукций	Марка металла	Примечания
M, кН*м	N, кН	Q, кН

Примечание: размеры в мм.

 

В текстовых указаниях на чертежах схем расположения элементов конструкций приводят данные о типе монтажных соединений, величине не оговоренных на чертежах усилий для расчета прикрепления элементов, принятых в укрупнительных стыках элементов отправочных марок.

На чертежах элементов конструкций (их выполняют только в тех случаях, когда другие чертежи не дают о них полного представления) решетчатые (сквозные) элементы изображают схематично, сплошностенчатые – детально, с необходимыми конструктивными подробностями. Сечения элемента и марка металла могут быть показаны у изображения элемента или в таблице.

На чертежах решетчатых элементов показывают основные размеры, расчетные опорные реакции и усилия в стержнях, сечения стержней, толщину фасонок и положения укрупнительных стыков.

На чертежах сплошностенчатых элементов показывают основные размеры, сечения, опорные реакции, расположение и сечение ребер жесткости, размеры расчетных сварных швов, диаметр и класс болтов, диаметр заклепок и их расчетный шаг.

Кроме того, на чертеже элемента или узла показывают сечения сварных швов, швы, выполняемые автоматической сваркой, а также полуавтоматической или ручной с физическим контролем качества шва, расположение и диаметры болтов или отверстий для них. При необходимости разделки кромок показывают сечение шва.

В текстовых указаниях приводят размеры, принимаемые по конструктивным соображениям (толщина фасонок, прокладок и т.д.), требования по специфической обработке отдельных деталей (стружка кромок, фрезеровка торцов и др.); указание о способах образования отверстий, типе сварных швов и электродов, необходимости повышенного контроля качества сварных швов; не оговоренные на чертеже диаметры болтов.

При указании сталей, сварочных материалов, болтов и т.д. необходимо перечислить ГОСТы, по которым они должны подставляться.

На чертежах узлов металлических конструкций изображают узлы отдельных элементов конструкций (ферм, колонн, связей и т.д.) и узлы примыкания элементов конструкций друг к другу.

Простейшие узлы, конструкция которых не требует пояснения, в чертежах не приводят.

На чертежах узлов наносят:

- привязочные размеры (до оси элементов, разбивочных осей, отметок уровней);

- усилия, необходимые для расчета крепления элементов при разработке деталировочных чертежей, если эти усилия не приведены в таблицах;

- толщины фасонок;

- на чертежах ответственных узлов – данные о креплении элементов (типы и размеры сварных швов; тип, диаметр и число болтов и т.д.).

Обозначение узлов производят на чертежах видов конструкций, схем расположения конструкций и элементов конструкций (числитель – номер узла, знаменатель – номер листа, где указано расположение узла).

 

2.6. Оформление чертежей КМД производят в соответствии с ГОСТ 2.305-68*.

На чертежах КМД при разработке монтажных схем обозначение продольных рядов и нумерация поперечных осей, отметки и основные размеры принимают по тем чертежам КМ, на основании которых разработана данная монтажная схема.

На монтажной схеме показывают взаимное положение в пространстве конструктивных элементов зданий и сооружений, проставляют размеры и отметки, необходимые для установки и выверки конструкций, дают все размеры, показывающие рабочее положение каждого элемента в сооружении. Для детального показа соединений элементов между собой выносят отдельные узлы, выполняемые в более крупном масштабе.

Длинномерные конструктивные элементы типа колонн, балок, связей и т.п. на монтажных схемах условно изображают в виде сплошных линий, которые прерывают в местах монтажных стыков, листовые конструктивные элементы – в виде замкнутых контуров.

Линии контуров смежных отправочных элементов не должны совпадать.

На чертежах КМД конструкции изображают в виде отдельных отправочных элементов. В зависимости от габаритных размеров, количества деталей, составляющих элемент, их взаимного расположения на одном чертеже помещают один или несколько элементов.

Изображения элементов на чертежах дают в виде проекций и разрезов. Количество изображений (проекций, видов и разрезов) должно быть минимальным, но достаточным, чтобы обеспечить полное представление об изображаемом элементе.

На чертеже элементы должны быть изображены так, чтобы основная проекция соответствовала их рабочему положению, (горизонтальные элементы вычерчивают горизонтально, вертикальные – вертикально, наклонные – наклонно).

В элементах конструкций, изображенных на одном листе, не следует, применять более двух марок стали; одинаковые или близкие по размерам детали не следует проектировать, если они из разных марок сталей или если разница толщин менее 2 мм.

Рекомендуемые масштабы при вычерчивании чертежей КМД:

а) в монтажных схемах:

- простых – 1:200, 1:400;

- сложных – 1:100;

- узлов – 1:50, 1:75;

б) в решетчатых конструкциях:

- геометрические схемы – 1:200;

- сетка – 1:25, 1:40;

- сечения – 1:5, 1:10, 1:15, 1:20, 1:25;

в) в колоннах, балках и т.п. с размерами сечений, мм.:

- до 60 – 1:5, 1:10;

- 60-160 – 1:10, 1:15;

- 160-600 – 1:15, 1:20;

- 600-1200 – 1:20, 1:25;

- свыше 1200 – 1:25, 1:40;

г) при наличии в узле отверстий при шаге, мм.:

- 80-100 – 1:20;

- 120-160 – 1:25;

- более 160 – 1:40;

д) для толщин элементов: масштаб, принятый для сечения, но не менее 1 мм.

Общие правила нанесения размеров сводятся к следующему (ГОСТ 2.307-68* ЕСКД «Нанесение размеров и предельных отклонений»):

1) Основанием для определения величины изображенного конструктивного элемента и его деталей служат размеры, нанесенные на чертеже. Определять размеры, пользуясь масштабом, не разрешается.

2) Общее количество размеров на чертеже должно быть минимальным, но достаточным для изготовления и контроля, как отдельных деталей, так и конструктивного элемента в целом. Количество размеров и их расположение на чертеже должны обеспечивать удобство чтения чертежа и увязку с другими элементами.

3) Все линейные размеры и отметки уровней на чертежах указывают в миллиметрах без обозначения единицы измерения.

4) Угловые размеры указывают в градусах, минутах и секундах с обозначением единиц измерения.

5) Преобладающие на чертеже диаметры отверстий и обрезы оговаривают в примечании и на чертеже не проставляют.

6) Ряд одинаковых размеров указывают в виде произведения количества размеров и величины размера.

7) При простановке размеров по высоте и ширине сечения прокатных профилей размерную цепочку можно не замыкать, при этом размеры следует привязывать к той плоскости или грани, отметка или привязка которой должна быть выражена в сооружении.

8) Размеры отрезов в ребрах следует указывать треугольником без выносных и размерных линий.

9) Направления наклонных линий в элементах связей и других подобных конструкциях обозначают треугольником, стороны которого параллельны соответствующим линиям геометрической схемы. В случае косоугольных треугольников необходимо указывать длины всех сторон с обязательной оговоркой «Угол непрямой».

10) Длину стержней в геометрических схемах решетчатых конструкций проставляют над линиями схемы без выносных и размерных линий, в симметричных схемах – только на одной половине.

 

2.7. При оформлении графической части КМ и КМД толщина линий на чертеже должна составлять: основных на монтажной схеме КМ, на чертежах конструкций КМД – S=0,6…1,2 мм, вспомогательных на чертежах КМ и КМД – осевых, размерных – S/2….S/3.

2.8. На чертежах КМД помещают спецификацию металла (прил.1), ведомость отправочных марок (или «Требуется изготовить», прил.2) и таблицу сварочных швов (прил.3).

 

 

Компоновка балочной клетки

3.1.1. Общие положения. На основе полученного задания необходимо наметить конструктивную схему площадки с указанием всех элементов (балок, колонн, связей) и генеральных размеров.

Рациональная схема балочной клетки устанавливается на основе технико-экономического анализа. Данный анализ является первой исследовательской работой студента в рамках курсового проектирования.

3.1.2. При составлении вариантов компоновки предполагается, что пролеты, шаг главных балок и количество опор заданы.

Варьируемыми величинами являются:

а) схемы балочной клетки – нормального, усложненного типа;

б) шаг балок настила (пролет настила) – в балочной клетке нормального типа; шаг вспомогательных (второстепенных) балок (пролет балок настила), шаг балок настила (пролет настила) – в балочной клетке усложненного типа.

3.1.3. Основными показателями для сравнения вариантов являются:

а) масса настила, балок настила и второстепенных балок, отнесенных к единице площади балочной клетки;

б) трудоемкость изготовления этих конструкций (определяется ориентировочно по количеству монтажных элементов конструкций), отнесенных к тому же измерителю;

в) заводская стоимость на тот же измеритель (определяется только по заданию руководителя).

Критерием выбора оптимального варианта является масса конструкций с учетом трудоемкости изготовления или заводская стоимость конструкций без учета стоимости монтажа.

3.1.4. В зависимости от напряженного состояния расчетное сопротивление стали, принимается по табл. 51, 52 СНиП [7] с учетом коэффициента надежности γ_п по значению, который принимается для балочных конструкций промышленных зданий равным 0,95, как для сооружений П класса.

На коэффициент надежности по назначению следует делить предельные значения несущей способности, расчетные значения сопротивлений, предельные значения деформаций или умножить расчетные значения нагрузок, усилий или иных воздействий.

При подборе сечения для определения расчетного сопротивления предварительно назначается толщина элементов: поясов, главной балки – 25…30 мм, полок колонны сквозной – 10…14 мм, сплошной – 20…30 мм, балок настила – 8…12 мм.

При проектировании балочных клеток сталь для конструктивных элементов назначается в соответствии со СНиП II-23-81^*. Рекомендуется принимать следующие марки стали:

- балки перекрытий рабочих площадок – ВСт3сп5, Вт5пс6 (ГОСТ 380-71^*), 09Г2-6, 09Г2С-6, 10Г2СI-6, (ГОСТ 19281-73, 19282-73), что соответствует сталям С255, С245, С345, С375;

- колонны и их элементы – ВСт3кп2 (ГОСТ 380-71^*) 14Г2-6, (ГОСТ 19281-73, 19282-73), что соответствует сталям С235 и С345;

- настил рабочей площадки – ВСт3кп2 (ГОСТ 380-71^*), что соответствует стали С235 по ГОСТ 27772-88.

При выборе марок сталей следует учитывать возможность получения принятых профилей в соответствии с сокращенным сортаментом [2].

3.1.5. Перед сравнением вариантов необходимо определить оптимальные компоновочные параметры балочной клетки: оптимальный пролет настила (шаг балок настила), а в усложненной балочной клетке еще и шаг второстепенных балок (пролет балок настила).

Таблица 2

Таблица 3

Расчет главной балки

3.4.1. Подсчет нагрузок на главную балку и определение расчетных величин М и Q производится в соответствии с принятой схемой расположения элементов балочной клетки. При этом нагрузка от собственной массы главной балки может приниматься приближенно равной 3% от полной нормативной нагрузки.

При определении расчетной нагрузки, действующей на главную балку, вводятся соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке установленные нормами для постоянной и временной нагрузок [6].

3.4.2. Подбор сечения главной балки производится в такой последовательности:

1) По расчетному изгибающему моменту М и расчетному сопротивлению стали, при изгибе Ry определяется требуемый момент сопротивления:

2) Назначается ориентировочно высота балки в результате сопоставления:

а) оптимальной (наивыгоднейшей) высоты по расходу стали, определяется по формуле:

где коэффициент, принимаемый для сварных балок – 1,0…1,1;

толщина стенки балки, которая предварительно может быть вычислена по формуле:

здесь

б) наименьшей высоты по жесткости, определяемой по формуле:

где пролет главной балки;

отношение нормативной нагрузки к расчетной; здесь ;

допускаемый относительный прогиб (значения приводятся в СНиПе [7] и таблице 3);

в) строительной высоты, определяемой из задания или 1/6L.

При назначении высоты балки должен быть решен вопрос об уровнях сопряжения главной балки с вспомогательной и балками настила, так как общая высота балочной клетки не должна превышать строительную высоту.

Принятая высота балки (в пределах строительной) должна быть достаточно близка к оптимальной и при этом больше наименьшей высоты (в противном случае прогибы балки будут больше допускаемых или напряжения будут ниже расчетного сопротивления материала R_y, т.е. балка будет с перерасходом стали).

Затем определяется требуемый момент инерции для сварных балок:

3) Назначаются высота и толщина стенки. Высота стенки назначается путем вычета из общей высоты балки 5-7 см., т.е. предполагаемой толщины поясных листов в сварной балке. Высоту стенки следует назначать в соответствии с сортаментами на листовую сталь (кратной 5 см. при высоте до 1 м. и 10 см. при высоте свыше 1 м. с тем, чтобы при изготовлении стенки можно было использовать листы ходовых размеров).

Толщина стенки назначается по принятой высоте в результате сопоставления толщин стенки балки: принятой при определении , , получаемой из условия [1, c. 161] прочности на срез:

и , получаемой из условия местной устойчивости (при укреплении стенки только поперечными ребрами жесткости ).

Вследствие опасности коррозии толщина стенки главных балок рабочих площадок принимается не менее 8 мм.

4) Подбор сечения поясов сварной балки производится в такой последовательности:

а) определяется момент инерции поясов:

б) при подборе сечения поясов необходимо иметь в виду следующие рекомендации: ширина поясов принимается обычно в пределах высоты балки; каждый пояс сварной балки рекомендуется проектировать из одного листа; толщина листа пояса должна быть по соображениям местной устойчивости сжатого пояса не менее ширины и желательно, не более 40 мм, так как при большей толщине расчетное сопротивления стали, уменьшается, а это приведет к увеличению расхода стали.

При назначении размеров горизонтальных листов следует, исходить из стандартных ширины и толщины универсальной стали (см. [8, 9]).

Для принятого сечения определяем I и W.

Поскольку подбор сечения является предварительным процессом, устанавливающим необходимые размеры балки, нужно произвести проверку нормальных напряжений (расчет по первому предельному состоянию):

Проверка несущей способности главной балки по касательным напряжениям обычно является излишней, поскольку толщина стенки принимается больше минимальной.

Проверка прогиба главной балки (расчет по второму предельному состоянию) также является излишней при условии, что принятая высота балки больше, чем найденная выше наименьшая высота по жесткости.