Расчёт и проектирование элементов рабочей площадки под технологическое оборудование

Министерство образования и  науки Украины

Одесская Государственная академия строительства и архитектуры

Кафедра строительных конструкций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-графическая  работа

по дисциплине:” Строительные конструкции”

 

 

"Расчёт и проектирование  элементов рабочей площадки под  технологическое оборудование"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Выполнил:

         ст. гр. ПГС-326

         Титиевский В.Ю.

         Проверила:

         Раецкая Е.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                   Одесса – 2013

 

“Расчёт и проектирование элементов рабочей

площадки под технологическое  оборудование”

 

Исходные данные:

1. Пролет главных балок: L= 6.5м,

2. Шаг главных  балок: l₂ = 3.8м,

3. Отметка  уровня пола площадки:H = 4.9м,

4. Длительная нагрузка :g₁ = 11 кН/м²,

5. Кратковременная нагрузка: g₂ = 6 кН/м²,

6. Материал металлических конструкций (главных, второстепенных балок и колонн) – сталь С235,

7. Тип настила – монолитная железобетонная плита, выполненная с использованием бетона класса В20 и арматуры класса А400С,

8. Фундаменты монолитные железобетонные, выполненные с использованием бетона класса В10 и арматуры класса А240С.

 

 1. КОМПОНОВКА РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ

Рабочая площадка устраивается внутри производственного здания и служит для размещения на ней технологического оборудования, материалов, используемых для ремонтных работ, и обслуживающего персонала. В состав рабочей площадки входят: монолитная железобетонная плита, стальные балки, колонны и связи, колонны опираются на отдельно стоящие монолитные железобетонные фундаменты (рис.1-3).

 

 

 

 

 

             650 1300 1300 1300 1300  1300 1300 1300  1300 1300 1300 1300 1300 1300 1300 650                            

                              6500                                        6500                                 6500

  3800       3800            3800

 

 

 Г

 

 1

 

 2

 

 3

 

 4

 

 В

 Б

 

 А

Б-1       К-1             Вертикальная связь

1

Б-2

1

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Балочная клетка рабочей площадки.

 

 

 

 

 

 

Б-2

Вертикальная  связь

Б-1

К-1

1-1

 

1

 

 

2

 

3

 

4

0.000

Н=4.9

К-1

Монолитная ж/б плита

 

           L=6.5                  L=6.5                    L=6.5

h_bc

           l_ch_b h

h_bn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Разрез 1-1

 

 

На данном этапе, на основании исходных данных производится разбивка балочной клетки, определение пролётов плит, балок настила и главных балок.

Компоновку  рабочей площадки (балочной клетки нормального типа) следует начинать с разбивки сетки колонн. Главные балки необходимо расположить в направлении большего шага колонн, балки настила – в перпендикулярном к ним направлении, при этом следует сместить оси балок настила на полшага с осей колонн (рис.1,2).

 

h_bc

 

H_fl_ch_b h

h_bn

 

Б-2

2-2

Б-1

 

 

 

0.000

Н=4.9

К-1

Монолитная  ж/б плита

 

Г

В

А

l₂₌3.8          l_{2 =}3.8           l₂=3.8

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Вертикальная связь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              Вертикальная 

                         связь

Рис.3. Разрез 2-2.

 

Опирание  балок настила на главные балки  – этажное, опирание главных балок на оголовки колонн средних и крайних рядов – по пристроганным площадкам их нижних поясов.

Определим шаг балок настила: l = (1/3…1/5)L.

1. l = (1/3)L = (1/3)6.5=2.16м;
2. l = (1/4)L = (1/4)6.5 =1.625м;
3. l = (1/5)L = (1/5)6.5=1.3м;

Так как шаг балок настила  не должен быть более 2 м, принимаем l =1.3м (в каждом пролёте главной балки – 5 балок настила, оси балок настила смещаем на пол шага с осей колонн.

 

 

2. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

МОНОЛИТНОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ

 

Толщину плиты настила h предварительно принимают равной 1/20…1/30 шага балок настила, но не менее 1.7см. После определения изгибающих моментов, действующих в сечениях плиты, толщину плиты уточняют.

2.1. Определение усилий в плите

Зададимся толщиной плиты:

h=(1/20…1/30)l=(1/20…1/30)*130 =(7…4.33) см.

Принимаем, предварительно, h=7 см.(кратно 1см.).Вычислим предельную расчётную погонную нагрузку на плиту шириной b=1м:

 

q=(q1*γf1+q2*γf2+ρ*h*γf3)*γn=(11*1.05+6*1.2+25*0.07*1.1)*1.1=22.7(кН/м²)

 

где:

g₁, g₂  – нагрузки, приведенные в задании, кН/м²;

g _f1, g _f2, g _f3 – коэффициенты надежности по нагрузкам (табл.1 приложений):

g _f1=1,05 – от стационарного оборудования;

g _f2=1,2 – от кратковременной равномерно распределённой нагрузки;

g _f3=1,1 – от веса железобетонной конструкции;

r = 25 кН/м³ – плотность тяжелого железобетона;

h – предварительная толщина железобетонной плиты, м;

g_n – коэффициент надёжности по назначению конструкции, в курсовой работе может быть принят равным 1.1;

l – шаг балок настила, м.

Поперечные силы в плите не определяют, т.к. условия, обеспечивающие прочность  плиты без развития наклонных  трещин, в рассматриваемом случае выполняются.

 

• в крайних пролётах и над вторыми  от края опорами:

M₁=ql²/8=22.7*1.3²/8=3.54кНм,

• в средних пролётах и над средними опорами:

M₂=ql²/16=22.7*1.3²/16=2.4кНм.

Поперечные силы в плите не определяем, т.к. условия, обеспечивающие прочность  плиты без развития наклонных  трещин, в рассматриваемом случае выполняются.

 

 

 

 

 

 

 

_3.54

эп.M,

кНм

A                B                  C                  D                  E                 F

1,3                     1,3                    1,3                        1,3                     1,3

 

 

 

1,7

 

q₁ =22.7 кН/м

_3.54

2.4

 

 

2.4

 

 

2.4

 

 

2.4

 

 

 

2.4

 

 

2.4

 

 

2.4

 

 

 

2.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эпюра изгибающих моментов многопролётной неразрезной плиты.

 

 

3. РАСЧЁТ БАЛОК НАСТИЛА

 

В курсовой работе предусматривается  выполнить расчёт стальных балок  настила по двум группам предельных состояний: по прочности и по жёсткости.

Расчётная схема балки настила  – однопролётная шарнирно опёртая  балка, нагруженная равномерно распределённой нагрузкой q₂ (рис.6).

Пролёт и шаг балок настила  принимается в соответствии с  первоначальной компоновкой балочной клетки. Нагрузка на балку настила  передаётся  опирающейся  на  неё  железобетонной  плитой (рис.2,3), расчётное значение этой нагрузки на погонный метр балкисоставит:

q₂=l* q₁=1,3*22.7=29.51 кН/м,                                    

где l – шаг балок настила, м;

q₁ – предельная расчётная погонная нагрузка на плиту шириной b=1м, определённая в п.2.1, соответствующая расчётной нагрузке на 1м², кН/м².

 

 

3.1. Определение усилий  в балке настила и подбор  сечения.

 

Вычислим опорные реакции, возникающие  в балке настила от действия равномерно распределённой нагрузки q₂  (формула 3.2):

кН

 

 

Определим максимальный изгибающий момент и поперечную силу:

 

 кН

 кН

 

 

Эпюры внутренних усилий балки настила показаны на рис.16.

Требуемый момент сопротивления сечения  прокатных балок с учётом развития пластических деформаций:

                           см³

 

гдеM_max – максимальный изгибающий момент, кН×см(1кН×м  =100кН×см);

с₁– коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в наиболее нагруженном сечении, в курсовой работе может быть принят равным 1,1;

R_y – расчётное сопротивление проката, принимается по табл.9 приложений, кН/см²(1 МПа = 0,1 кН/см²);

g_с – коэффициент условий работы, в курсовой работе может быть принят равным 1.

В зависимости от найденного значения W_pпо сортаменту (табл.10 приложений) подбирается номер двутаврового профиля, для которого выполняется условие: W_x>W_p и выписываются его характеристики:W_x, I_x, S_x, d, h, b, а также масса 1 погонного метра в кг (g₃).

 

где R_y= 230 МПа– расчётное сопротивление проката для стали С235 (табл.9 приложений).

По найденной величине W_рпо сортаменту (табл.10 приложений) подбираем двутавровый профиль №22 , для которого выполняется условие: W_х>W_р; 232 см³ >210.7см³ .

Характеристики двутавра№22:W_х=232 см³, I_х=2550 см⁴ , S_х=131 см³, d =0.54cм ,  
h = 22cм,b = 11,0cм, масса 1 погонного метра 24 кг (g₃).

 

эп.M

M_тах= 53,3кНм

кНм

l₂= 3.8 м

q₂ = 29.51кН/м

R_А= 56,07 кН

R_В= 56,07кН

Q_тах= 56,07 кН

эп.Q

кН

А

В

Q_тах=56,07кН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.6. Расчётная схема и эпюры внутренних усилий балки настила.

 

3.2. Проверка подобранного  сечения

Проверим сечение по первой группе предельных состояний 
на действие нормальных и касательных напряжений:

кН/см²<R_yγ_с =23кН/см

 

Условие выполняется.

 

кН/см²<R_Sγ_с = 13,34кН/см²,

 

где R_s= 0,58R_y = 0,58´23 кН/см²= 13.34 кН/см² – расчётное сопротивление проката на срез.

Условие выполняется.

Так как оба условия выполняются, можно сделать вывод, что сечение  балки настила соответствует  требованиям, предъявляемым к конструкциям по первой группе предельных состояний.

Общую устойчивость балок не проверяем, так как нагрузка передаётся через  сплошной жёсткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс конструкции, надёжно с ним связанный. Местную устойчивость элементов сечений прокатных профилей не проверяем, так как она обеспечена при проектировании их сортамента.

Проверим подобранное сечение по второй группе предельных состояний – для обеспечения жёсткости балок.

Вначале определяем величину нормативной нагрузки на погонный метр балки, используемой при определении прогиба  f, (формула 3.9):

1,3(11 +6+ 25×0.07) + 0,240= 24,615 кН/м = =0,246кН/см,

Прогиб  балки настила от действия нормативной  нагрузки (формула 3.8):

 

 

 

 

Определим допустимый прогибf_u. Из табл.13 приложений для длины балки настилаl₂ = 3.8 м принимаем соотношениеl/200.

f_u = l₂  /200 = 380/200= 1,9 см.

Проверим, не превышает ли фактический  прогиб допустимого значения:f f_u;

1,3 см <1,9 см.

Условие выполняется, фактический прогиб не превышает допустимого значения, сечение балки настила соответствует требованиям, предъявляемым к конструкциям по второй группе предельных состояний.

 

 

4. РАСЧЁТ ГЛАВНЫХ БАЛОК

 

Запроектируем стальную главную балку  среднего ряда, на которую с двух сторон опираются балки настила.

Расчётная схема главной балки  – однопролётная шарнирно опёртая  балка, нагруженная сосредоточенными силами Р, количество которых равно количеству балок настила, опирающихся на главную балку (рис.13, 17).

 

4.1. Определение усилий  в главной балке и подбор  сечения

Определим величины сосредоточенных силР, действующих на главную балку: Р = 2R_A= 2´56,07кН = 112,14 кН (определение R_A см. формулу 3.2).

Вычислим  опорные реакции, возникающие в  главной балке от действия сил Р (формула 4.1):

Р = 2R_А = 2×56,07кН = 112,14кН

кН

 

Далее необходимо, определить изгибающие моменты и поперечные силы в характерных сечениях балки.

Определим изгибающие моменты:

кНм

кНм

силы:

 кН