Государственный комитет республики Марий Эл по профессиональному образованию

ГОУ СПО РМЭ «Строительно-промышленный колледж»

Методические указания

к выполнению практических работ

по дисциплине

«Строительные конструкции»

раздел: «Металлические конструкции»

для студентов специальности 270103

«Строительство и эксплуатация зданий и сооружений".

Волжск

2010

Методические указания к выполнению практических работ по дисциплине «Строительные конструкции», раздел «Металлические конструкции»

/Сост. Н.В. Педина – Волжск: СПК, 2007 г.- стр. /

Содержат основные требования, рекомендации, методику расчета металлических конструкций, таблицы СНиПов, необходимых для расчетов, примеры расчетов.

Рецензенты: Ф.А. Байгузин, кандидат технических наук, доцент кафедры ХИЭС КГАСУ

Виноградова М.И. преподаватель специальных дисциплин

ГОУ СПО РМЭ «СПК»

Содержание

1. Ведение……………………………………………………..4

2. Расчет и конструирование соединений металлических конструкций:

а) сварные соединения встык………………………………………

б) сварные соединения внахлест…………………………………..

в) болтовые соединения…………………………………………….

3. Балки и балочные клетки. Расчет главной балки…………

4. Расчет центрально-сжатой колонны сплошного сечения….

5. Расчет узла фермы:

а) нижнего пояса……………………………………………

б) верхнего пояса…………………………………………….

6. Приложения…………………………………………………….

7. Литература……………………………………………………….

Введение

Методические указания разработаны для оказания помощи студентам, обучающихся по специальности 270103 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений», для выполнения практических работ по дисциплине «Строительные конструкции», раздела «Металлические конструкции».

Методические указания содержат перечень знаний, умений и навыков, методику расчета строительных конструкций, блок – схемы расчета, примеры расчета строительных конструкций, таблицы из СНиП II-23-81* Стальные конструкции – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988, необходимых для выполнения расчета и контрольные вопросы для самопроверки.

В результате изучения раздела студент должен:

знать:

1) область применения МК, достоинства и недостатки;

2) классификацию строительных сталей, основы расчета по предельным состояниям;

3) основные способы соединения элементов МК и область их рационального применения;

4) виды стальных балок и балочных клеток и их конструктивные особенности, новые типы;

5) виды стальных колонн; конструкции башмаков и оголовков.

6) виды стропильных ферм и типы сечений элементов ферм;

уметь:

1) определить нормативные и расчетные сопротивления стали и предельные прогибы по СНиП;

2) расшифровывать строительные марки стали;

3) рассчитывать стыковые и угловые сварные швы, болтовые соединения;

4) рассчитывать центрально-растянутые и центрально-сжатые металлические элементы, прокатные балки;

5) рассчитывать и конструировать узлы сварной стропильной фермы из парных уголков.

Тема 2.3 Расчет и конструирование соединений металлических конструкций.

Практическая работа №1 - Расчет и конструирование соединений элементов стальных конструкций.

Цель - научить выполнять расчеты сварных и болтовых соединений элементов металлоконструкций; работать с нормативной литературой; определять расчетные и нормативные сопротивления стали по СНиП.

Норма времени - 4 часа.

Литература:

1. СНиП II-23-81* Металлические конструкции. - М.: ЦИТР Госстроя СССР,1988

2. Горев В.В. Металлические конструкции - М: Высшая школа 2001г (ч.1)

Отчетный материал. Три-четыре решенные задачи, схема расстановки болтов. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для защиты работы.

1. Назовите область применения соединений МК на заклепках, болтах и сварке.

2. В чем заключается преимущества и недостатки сварных и болтовых соединений?

3. Назовите основные типы сварных соединений и швов.

4. От чего зависит выбор типа электрода?

5. Что указано в марке электрода Э-42А? Что означает буква А? Где применяются электроды такого типа?

6. Что обозначают буквенные символы

7. Как работают и рассчитываются стыковые и угловые сварные швы?

8. По каким расчетным сечениям происходит разрушение и расчет углового шва?

9. Что больше: расчетная или конструктивная длина сварного шва?

10.Как определить конструктивную длину углового шва? Расчетную длину стыкового шва?

11. От чего зависит минимальный катет углового шва?

12. От чего зависит максимальный катет углового шва?

13. Чему равна минимальная длина углового шва?

14. Какие вы знаете виды болтов?

15. Как обозначается класс прочности, класс точности болтов.

16. Как работают и рассчитываются болтовые соединения?

17. От чего зависит число болтов и как его определить?

18. Почему ограничивается расстояние между осями болтов и от чего оно зависит?

19. Что такое в формуле ?

20. Для каких болтов соединяемые поверхности должны быть тщательно очищены?

21. За счет чего передается усилие в соединениях элементов металлоконструкций высокопрочными болтами?

22. Назовите преимущества высокопрочных болтов.

23.Как условно обозначается на чертежах заводская и монтажная сварка, постоянные и временные болты?

Задача 1. Выбрать тип электрода, проверить прочность соединения встык. Сварка ручная с визуальным контролем качества (приложение 1).

Дано: 1) марка стали; 2) расчетное усилиеN, кН; 3 ) сечение листа b t, мм;

4) угол ; 5) климатический район строительства; 6) группа конструкций

Рис. 1. Соединение элементов косым стыковым швом.

Решение: 1. Определяется расчетное сопротивление стали по пределу текучести МПа, в зависимости от марки стали, вида проката (лист) и толщины проката , мм (по т. 51 (1) или приложение 10 настоящих методических указаний). Для этого по т. 51,б (1) или приложение 11 настоящих методических указаний, определяем взаимозаменяющую марку стали по ГОСТ 27772-88 и по этой марке определяем

2. Определяется расчетное сопротивление стыкового шва на растяжение и срез (по табл. 3 (1) или приложение 12 настоящих методических указаний). Так как контроль качества визуальный, то

3. Определяется тип электрода в зависимости от марки стали, группы конструкций и климатического района (по табл. 55 (I) или приложение 14 настоящих методических указаний). Коэффициент условий работы принимается

4. Определяется расчетная длина стыкового шва .

5. Косой стыковой шов работает на срез и растяжение.

Рис. 2. К расчету косого стыкового шва.

Проверяется прочность стыкового шва на растяжение:

, где N – МН, t и - м.

Проверяется прочность стыкового шва на срез:

Делается вывод.

Пример 1. Выбрать тип электрода, проверить прочность соединения встык. Сварка ручная с визуальным контролем качества (приложение 1).

Дано: 1) марка стали ВСт3пс6-1; 2) расчетное усилие N=750 кН; 3 ) сечение листа b t=350*14 мм; 4) угол = 60; 5) климатический район строительства - II; 6) группа конструкций- 2 (приложение 1)

Решение: 1. Определяется расчетное сопротивление стали по пределу текучести = МПа.

ВСт3пс6-1 соответствует марке С245, =240 МПа при толщине проката 14 мм

2. Определяется расчетное сопротивление стыкового шва на растяжение и срез

R_wf = 0,85*240=204 МПа R_ws= 0,58* 240=139,2 МПа

3. Тип электрода Э 42

4. Определяется расчетная длина стыкового шва = 350/0,87 -2*14=374 мм

5. Проверяется прочность стыкового шва на растяжение:

=0,75*,87/0,014*0,374=124,6 МПа ≤ 204*1 МПа

Проверяется прочность стыкового шва на срез:

=0,75*0,5/0,014*0,374=71,6 ≤ 139,2 *1 МПа

Вывод: прочность шва на растяжение и срез выполняется.

Задача 2. Выбрать тип электрода, определить длину сварного углового шва и законструировать соединение внахлест растянутых элементов.

Дано: 1) марка стали; 2) группа конструкций; 3) расчетное усилие N, кН;

4) сечения листов , мм (исходные данные приложение 2)

Рис. 3. Соединение элементов внахлест угловыми

сварными швами.

Решение:

1. Два элемента соединяются внахлестку угловыми швами.

Если , катет шва (рис. 3а). Если , то (рис. 3б). Катет шва принять кратным 1 мм при мм и кратным 2 мм при .

2. Принимается тип электрода в зависимости от марки стали, группы конструкций и климатического района (по табл. 55 (I) или приложение 13 настоящих методических указаний). Определяется расчетное сопротивление сварного углового шва , МПа (по табл. 56 (1) или приложение 13 настоящих методических указаний).

Рис. 4 Расчетные сечения углового шва.

3. Так как тип электрода соответствует марке стали, то расчет прочности шва по металлу границы сплавления (сеч. 2 рис. 4) не требуется. Угловой шов рассчитывается в сечении 1 по металлу шва.

Из условия прочности углового шва определяется расчетная длина шва:

L_w =N / β_f k_f R_wf γ_wf γ_c , м→см. - коэффициент глубины провара, для ручной сварки =0,7.

Коэффициент условий работы шва: =0,85 – для районов Крайнего Севера, =1 во всех остальных случаях; γ_c=1 – коэффициент условий работы конструкции.

4. Элементы крепятся двумя фланговыми сварными швами. Определяется конструктивная длина шва с учетом непровара.

, длина шва принимается кратно 1 см.

Длина шва должна быть больше 5 минимальных толщин и меньше 85 β_f k_f

Пример 2. Выбрать тип электрода, определить длину сварного углового шва и законструировать соединение внахлест растянутых элементов.

Дано: 1) марка стали 14 Г2АФ; 2) группа конструкций - 1; 3) расчетное усилие N=800 кН;

4) сечения листов =240 *14; 180*10 мм (приложение 2)

Решение: 1. Два элемента соединяются внахлест угловыми швами.

, то = 10 мм. Катет шва принять кратным 1 мм при мм

2. Принимается тип электрода: заменяемая марка С390, тип электрода Э50А, = 215 МПа

3. Так как тип электрода соответствует марке стали, то расчет прочности шва по металлу границы сплавления не требуется. Угловой шов рассчитывается в сечении 1 по металлу шва.

Из условия прочности углового шва определяется расчетная длина шва:

L_w =N / β_f k_f R_wf γ_wf γ_c =0,8 / 0,7*0,01*215*1*1=0,53 м =53 см

Коэффициент условий работы шва: =1; γ_c=1 – коэффициент условий работы конструкции.

4. Элементы крепятся двумя фланговыми сварными швами. Определяется конструктивная длина шва с учетом непровара.

= 53 / 2 +1=27,5 см = 28 см,

что больше 5*10=50 мм=5 см и меньше 85*0,7*1=59,5 см

Задача 3. Определить количество болтов нормальной точности в растянутом стыке двух листов с накладками. Сделать расстановку болтов.

рис. 5 Болтовое соединение элементов.

Дано: 1) расчетное усилие N, кН; 2) марка стали; 3) сечение элементов , мм; 4) толщина накладки ,мм; 5) диаметр болта ,мм; 6) группа конструкций- 2; 7) климатический район – III

(исходные данные приложение 3)

Решение: 1. Определяется временное сопротивление стали , МПа (по т. 51 (1) или приложение 10 настоящих методических указаний).

2. Определяется расчетное сопротивление смятию элементов, соединяемых болтами класса точности В, МПа (по т. 59 (1) или приложение 15 настоящих методических указаний)

3. Принимается класс точности болта в зависимости от климатического района и условий работы болта (по т. 57 (1) или приложение 16 настоящих методических указаний).

Определяется расчетное сопротивление срезу болтов по классу точности , МПа (по т. 58 (1) или приложение 17 настоящих методических указаний).

4. Определяется площадь сечения болта в зависимости от его диаметра (по т. 62 (1) или приложение 18 настоящих методических указаний)

5. Число плоскостей срезов принимается согласно схеме соединения (рис 5). По табл. 35 (1) определяется коэффициент условий работы соединения (по т. 35 (1) или приложение 19 настоящих методических указаний).

6. Болты работают на срез и смятие.

Определяется несущая способность одного болта на срез:

7. Определяется несущая способность болта на смятие:

где - это наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении (толщина элемента сравнивается с толщиной двух накладок).

8. Определяется количество болтов где N-МН; N_min- минимальная несущая способность болта, МН; =1- коэффициент условия работы конструкции.

9. Принимается рядовая или шахматная расстановка болтов. Минимальное расстояние между осями болтов принимается по таблице 39 (1) или приложение 20 настоящих методических указаний.

Вычертить схему расстановки болтов в масштабе 1:10

Число продольных рядов n={(b-2 S₃)/ S₁ }+1; нужно округлить в сторону уменьшения.

Пример 3. Определить количество болтов нормальной точности в растянутом стыке двух листов с накладками. Сделать расстановку болтов.

Дано: 1) расчетное усилие N=850 кН; 2) марка стали ВСт3сп6-1; 3) сечение элементов =200*18 мм; 4) толщина накладки =10 мм; 5) диаметр болта = 20 мм; 6) группа конструкций- 2; 7) климатический район – III . (исходные данные приложение 3)

Решение: 1. Определяется временное сопротивление стали С245 =370 МПа

2. Определяется расчетное сопротивление смятию элементов, соединяемых болтами класса точности В, = 450 МПа

3. Принимается класс прочности болта 4,8.

Определяется расчетное сопротивление срезу болтов по классу точности =160 МПа

4. Площадь сечения болта =3,14 см²

5.Число плоскостей срезов принимается согласно схеме соединения n=2. Коэффициент условий работы соединения γ_b=0,9

6.Болты работают на срез и смятие.

Несущая способность одного болта на срез: N=R_bs γ_b A n =160*0,9*3,14*10^-4 *2=0,9 МН

7.Определяется несущая способность болта на смятие:

N=R_bp γ_b d_b ∑t = 450*0,9*0,02*0,018=0,146 МН, t_элем=18< ∑t_наклад.=2*10=20 мм

8.Определяется количество болтов n = N / γ_cN_min = 0,85 / 1*0,146 =5,82, принимаем 6 болтов.

9. Конструируем расстановку болтов. Определяем шаги болтов, минимальные значения: вдоль усилий S₁ ≥2,5d; до края элемента вдоль усилия S₂ ≥2d; до края элемента поперек усилия S₃≥1,5d

=2,5*20=50мм, =2*20=40мм; =1,5*20=30мм.

Число продольных рядов n={(b-2 S₃)/ S₁ }+1= (200-2*30) /50 +1=3,8≈3

Уточняем расстояние между болтами поперек усилий: . Можно принять

Схема расстановки болтов в масштабе 1:10